畢業(yè)論文-船舶柴油主機(jī)及其透平增壓器配合特性的仿真研究

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　船舶柴油主機(jī)及其透平增壓器配合特性的仿真研究</p><p>　　學(xué)院（系）：能源與動力工程學(xué)院</p><p>　　專業(yè)班級：能源動力系統(tǒng)及自動化0704</p><p>　　學(xué)生姓名： * ** </p><p>　

2、　指導(dǎo)教師： @ @@ </p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p>　　學(xué)生姓名 *** 專業(yè)班級 能動0704班 </p><p>　　指導(dǎo)教師 @@@ 工作單位 能動學(xué)院熱能工程系 </p><p>　　設(shè)計(jì)(論文)題

3、目: 船舶柴油主機(jī)及其透平增壓器配合特性的仿真研究 </p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：</p><p>　　針對船舶柴油機(jī)的流量特性和廢氣透平增壓器工作特性，研究兩者的配合關(guān)系；提出配合關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；計(jì)算機(jī)仿真程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù):</p><p>　　1．收集整理有關(guān)船舶柴油主機(jī)及其透平增壓器

4、配合特性的技術(shù)資料； </p><p>　　2．翻譯一篇與船舶柴油主機(jī)相關(guān)的英文技術(shù)資料；</p><p>　　3．確定船舶柴油主機(jī)及其透平增壓器配合特性的數(shù)學(xué)模型； </p><p>　　4．完成船舶柴油主機(jī)及其透平增壓器配合特性計(jì)算機(jī)仿真程序設(shè)計(jì)；</p><p>　　5．提交研究論文。 </p><p>　　要求

5、:1)技術(shù)文件字跡清晰、概念正確、計(jì)算準(zhǔn)確、內(nèi)容完整,設(shè)計(jì)依據(jù)交待清楚,計(jì)量單位及表達(dá)正確。</p><p>　　2)圖紙按規(guī)范及國標(biāo)要求繪制,圖面清晰整潔,內(nèi)容完整,表達(dá)正確,字跡規(guī)范,其中至少一張用電腦繪制。</p><p>　　3)外文翻譯譯文不少于6000個(gè)漢字,附外文原文復(fù)印件,要求譯文忠實(shí)于原文,表達(dá)流暢。</p><p>　　4)專題論文:不少于300

6、0個(gè)漢字。</p><p>　　5)本專業(yè)文獻(xiàn)綜述：閱讀的文獻(xiàn)量最少為20篇，其中英文3篇。</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名 @@@ 系主任簽名 </p><p>　　院長簽名(章)_____________ 院(系)蓋章

7、 </p><p>　　武漢理工大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1 緒論3</

8、b></p><p>　　1.1 國內(nèi)外柴油機(jī)工作過程模擬計(jì)算的現(xiàn)狀與發(fā)展3</p><p>　　2 當(dāng)前渦輪增壓器的前景分析5</p><p>　　2.1 船舶渦輪增壓器的發(fā)展歷史及當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r5</p><p>　　2.2 國內(nèi)增壓器行業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)5</p><p>　　2.3我國渦輪增壓器的未來發(fā)

9、展方向6</p><p>　　3 船舶柴油主機(jī)及其增壓柴油機(jī)的作用與使用方法9</p><p>　　3.1增壓柴油機(jī)的作用及其使用方法9</p><p><b>　　3.2使用方法9</b></p><p>　　3.3維護(hù)方法10</p><p>　　4 船舶柴油機(jī)與渦輪增壓器的匹配

10、11</p><p>　　4.1 船舶增壓器匹配中的主要因素11</p><p>　　4.1.1喘振現(xiàn)象的分析：11</p><p>　　4.1.2增壓器中壓氣機(jī)對于匹配的的影響及其機(jī)理12</p><p>　　4.1.3 掃氣壓比與增壓系統(tǒng)及運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系14</p><p>　　4.2 柴油機(jī)渦輪增壓器的匹

11、配16</p><p>　　4.2.1匹配的數(shù)學(xué)模型16</p><p>　　4.2.2直接匹配法22</p><p>　　5 渦輪增壓器配合特性的仿真研究26</p><p>　　5.1該過程中的軟件介紹26</p><p>　　5.2工作過程模擬的計(jì)算模型26</p><p>

12、　　5.2.1增壓器匹配模擬28</p><p>　　5.2.2氣缸內(nèi)工作過程的數(shù)學(xué)模型30</p><p>　　5.2.3放熱規(guī)律曲線的確定方法32</p><p>　　5.2.4換氣過程的基本方程33</p><p>　　5.2.5氣缸內(nèi)的熱交換33</p><p>　　5.2.6氣門的熱交換34<

13、;/p><p>　　5.2.7壁面溫度34</p><p>　　5.2.8渦輪增壓器35</p><p>　　5.3.柴油機(jī)主要計(jì)算參數(shù)38</p><p><b>　　6 結(jié)論39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p>&l

14、t;p><b>　　致謝42</b></p><p>　　附錄：文獻(xiàn)綜述43</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　渦輪增壓器作為一種高效、節(jié)能、科技含量高的環(huán)保型產(chǎn)品。由于其具有改善汽車發(fā)動機(jī)尾氣排放污染、提高發(fā)動機(jī)的功率和重量比、提高發(fā)動機(jī)的扭矩特性、降低燃油消耗和發(fā)動機(jī)噪音等優(yōu)點(diǎn)，所

15、以，增壓發(fā)動機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車造船和工程機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)配置。</p><p>　　本文主要研究了船舶柴油機(jī)與渦輪增壓器匹配時(shí)的主要問題，如喘振現(xiàn)象的分析等，及其配合特性。</p><p>　　最后，通過對配合特性的分析建立匹配的數(shù)學(xué)模型，在數(shù)學(xué)模型上實(shí)現(xiàn)對于工作過程匹配的模擬。建立柴油機(jī)工作過程的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 船舶柴油機(jī)；透平增壓器；柴油機(jī)

16、增壓匹配；計(jì)算機(jī)仿真研究</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The turbocharger is the environmental protection product as an efficient, energy saving, high content of scientific and technological.

17、Since it has improved automobile engine exhaust emission pollution and improve the engine's power and weight ratio, improve the engine's torque characteristic, reducing fuel consumption and engine noise etc, ther

18、efore, turbo engine has become the modern automobile shipbuilding and engineering machinery standard.</p><p>　　This paper mainly studies the Marine diesel engine turbocharger match with the main problems, su

19、ch as surge phenomena and coordination characteristics analysis, etc.</p><p>　　Finally, based on the analysis of the coordination characteristics of the mathematical model, establish matching in mathematics

20、model of the working process of the realization for matching modeling. Establishing the mathematical model diesel working process</p><p>　　Keywords ：Marine diesel engine; Turbine supercharger; Diesel engine

21、turbo matching; Computer simulation</p><p><b>　　主要符號說明</b></p><p>　　—通過壓氣機(jī)空氣流量 —壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p>　　—壓氣機(jī)進(jìn)口總壓 —壓氣機(jī)進(jìn)口溫度</p><p>　　—渦輪增壓器總效率

22、 —渦輪膨脹比</p><p>　　—中冷器進(jìn)口阻力 —流量系數(shù)</p><p>　　—渦輪噴嘴環(huán)面積 —壓氣機(jī)等熵效率</p><p>　　—渦輪的機(jī)械效率 —增壓后壓比</p><p>　　—增壓后空氣量 —

23、掃氣重疊角</p><p>　　Vs—混合氣體容積流量 Gs—質(zhì)量流量</p><p>　　—發(fā)動機(jī)功率 —發(fā)動機(jī)熱效率</p><p>　　—燃?xì)獾蜔嶂?—燃?xì)獾拿芏?lt;/p><p>　　—理論體積空燃比 —過量空氣系數(shù)&

24、lt;/p><p>　　—空氣的密度 Vis——混合氣體容積流量</p><p>　　—質(zhì)量流量 i—發(fā)動機(jī)增壓器的個(gè)數(shù) </p><p>　　N—發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 —燃?xì)獍l(fā)動機(jī)總排量</p><p>　　—掃氣系數(shù)

25、 —進(jìn)入氣缸混合氣體密度</p><p>　　—增壓后混合氣體密度 —混合氣體壓力</p><p>　　M—壓氣機(jī)前混合氣體摩爾質(zhì)量 </p><p>　　T—壓氣機(jī)前混合氣體平均溫度</p><p>　　K—混合氣體的絕熱指數(shù)</p><p>　　—壓氣機(jī)多變系數(shù)

26、 —渦輪前廢氣平均溫度</p><p>　　—增壓壓力 ——渦輪前壓力</p><p>　　—空氣流率 —燃?xì)饬髀?lt;/p><p>　　—渦輪前溫度 —渦輪幾何當(dāng)量面積</p><p>　　—?dú)飧變?nèi)工質(zhì)質(zhì)量

27、 u—特定內(nèi)能值</p><p>　　—?dú)飧變?nèi)壓力 V——?dú)飧兹莘e</p><p>　　—燃燒能量 —?dú)飧妆诿鏌釗p失</p><p>　　α—曲軸轉(zhuǎn)角 —排氣的焓值</p><p>　　C—碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

28、 H—燃油中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)</p><p>　　O—氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù) —燃燒開始時(shí)的角度</p><p>　　— 燃燒持續(xù)角 —韋伯常數(shù)</p><p>　　—?dú)飧滋诇囟?</p><p>　　—活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)氣缸套的溫度</p><p&

29、gt;　　—塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)氣缸套的溫度</p><p><b>　　X—相對行程</b></p><p>　　—傳熱因子 —下游溫度</p><p>　　—壓氣機(jī)的消耗功率 —壓氣機(jī)的排氣焓值</p><p>　　—壓氣機(jī)進(jìn)氣焓值

30、 —壓氣機(jī)的等熵效率</p><p>　　— 增壓比 </p><p>　　—壓氣機(jī)進(jìn)排氣的平均定壓比熱</p><p>　　—渦輪功率 —渦輪流量質(zhì)量</p><p>　　—增壓器機(jī)械效率 —渦輪進(jìn)氣溫度</p>

31、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已成為分析渦輪增壓柴油機(jī)運(yùn)行</p><p>　　性能的有力工具。渦輪增壓柴油機(jī)是一種典型的多系統(tǒng)、多層次的復(fù)雜動力裝置，在柴油機(jī)實(shí)際運(yùn)行中影響柴油機(jī)增壓系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素很多，許多因素又是相互牽連、相互影響的.</p><p>　　對于渦

32、輪增壓器，渦輪增壓是一項(xiàng)新技術(shù)，幾十年的發(fā)展歷史有力地表明，渦輪增壓是提高柴油機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性的最有效措施，也是柴油機(jī)強(qiáng)化的必然途徑，它已成為當(dāng)前柴油機(jī)發(fā)展的重要方向?qū)?。一臺裝有渦輪增壓器的現(xiàn)代柴油機(jī)的效率比不裝渦輪增壓器的柴油機(jī)效率高4倍以上。渦輪增壓是使柴油機(jī)動力裝置降低成本、縮小體積、減輕重量最成功的方法。增加柴油機(jī)進(jìn)氣密度的方法較多，主要有機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、復(fù)合增壓、慣性增壓等，柴油機(jī)目前應(yīng)用最廣泛的增加空氣密度的方法是

33、廢氣渦輪增壓。其基本原理是利用柴油機(jī)排出的廢氣的能量，推動增壓器渦輪葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪葉輪帶動壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，對進(jìn)入氣缸的空氣進(jìn)行壓縮，提高其壓力，從而提高了空氣密度，增加了空氣量，這就可以燃燒更多的燃料，使平均有效壓力提高，進(jìn)而提高了柴油機(jī)功率，同時(shí)還可以改善熱效率，提高經(jīng)濟(jì)性，減少排氣中的有害成分，降低噪聲。</p><p>　　1.1 國內(nèi)外柴油機(jī)工作過程模擬計(jì)算的現(xiàn)狀與發(fā)展</p><p&

34、gt;　　柴油機(jī)工作過程的數(shù)值模擬是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程，包括對氣體交換過程、壓縮過程、噴霧霧化過程、燃燒過程、膨脹過程和排放物生成過程的模擬。另外，柴油機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的幾何體，故難以完全確定各點(diǎn)的不穩(wěn)定邊界條件。這就需要建立各種各樣的物理化學(xué)模型使方程簡化。柴油機(jī)工作過程模擬的發(fā)展可以追溯到早期用計(jì)算機(jī)模擬柴油機(jī)的放熱規(guī)律。到了60年代中期，計(jì)算機(jī)的發(fā)展為包括進(jìn)排氣過程在內(nèi)的整個(gè)柴油機(jī)工作過程模擬創(chuàng)造了條件。隨后，柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模型不斷完

35、善，進(jìn)排氣系統(tǒng)的數(shù)值求解方法也得到比較大的發(fā)展。尤其到了90年代初，一批商用柴油機(jī)工作過程模擬軟件的開發(fā)，如奧地利AVL公司的BOOST，英國Gamma公司的GT Power，美國西南研究所的VIPRE, Ricardo的WAVE及CDAJ的GT-Power 等，標(biāo)志著柴油機(jī)工作過程模擬己經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化的程度。</p><p>　　國內(nèi)，上海交通大學(xué)內(nèi)燃機(jī)性能學(xué)科組在高增壓柴油機(jī)性能提高方面進(jìn)行了持續(xù)的研究，在C

36、IMAC程序的基礎(chǔ)上改編了“柴油機(jī)缸內(nèi)及進(jìn)排氣系統(tǒng)中的工作過程模擬程序”，并提出使用于高增壓四沖程柴油機(jī)的五種系統(tǒng):(1)二次進(jìn)氣系統(tǒng)(SIP系統(tǒng));(2)掃氣旁通系統(tǒng);(3)顧氏系統(tǒng);(4)自動進(jìn)排氣供油正時(shí)系統(tǒng)(AVIEIT系統(tǒng));(5)混合式脈沖轉(zhuǎn)換器渦輪增壓系統(tǒng)(MIXPC系統(tǒng))。天津大學(xué)動力機(jī)械及工程學(xué)院建立了直噴式增壓中冷柴油機(jī)工作過程模型，利用MATLAB編制了直噴式增壓柴油機(jī)零維仿真計(jì)算程序，對4102BZLQ柴油機(jī)工作

37、過程進(jìn)行了仿真計(jì)算。大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院在CIMAC程序的基礎(chǔ)上改編了“二沖程柴油機(jī)工作過程計(jì)算程序”，并對大連船用柴油機(jī)廠的DALIAN-B& W 5 L60MCE柴油機(jī)進(jìn)行了工作過程模擬計(jì)算;又建立了16V240ZJB型柴油機(jī)氣缸、排氣管和廢氣渦輪增壓器物理及數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了變工況模擬計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真。</p><p>　　2 當(dāng)前渦輪增壓器的前景分析</p><p>

38、　　2.1 船舶渦輪增壓器的發(fā)展歷史及當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　什么增壓器？簡單地說，它就相當(dāng)于一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，將更多新鮮空氣壓入發(fā)動機(jī)的燃燒室，改善燃燒效率，從而在不改變發(fā)動機(jī)工作容積的情況下提高動力輸出。一臺發(fā)動機(jī)上既然可以存在機(jī)油泵、汽油泵、水泵、轉(zhuǎn)向助力泵等用來“搬運(yùn)”各種液體的設(shè)備，為什么不可以再增加一個(gè)“空氣泵”呢？不過這聽起來好像很淺顯，將其從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過程可就曲折多了。</p>

39、<p>　　渦輪增壓器是增壓發(fā)動機(jī)上的一個(gè)關(guān)鍵部件，發(fā)展到今天已經(jīng)是一個(gè)集電子、新材料及機(jī)械等多種學(xué)科應(yīng)用為一體的高科技產(chǎn)品，但它并不是一個(gè)新概念，而是有著深遠(yuǎn)的歷史淵源1905 年，瑞士工程師波希在德國申請了渦輪增壓器專利。1925 年，德國MAN 公司將渦輪增壓器裝在船上成功地進(jìn)行了海上試驗(yàn)。1926年，世界上第一家增壓器公司成立，同年德國DEUTZ公司生產(chǎn)出第一批渦輪增壓柴油機(jī)，使柴油機(jī)的功率由423kW 提高到55

40、1kW，提高了30%。直到20世紀(jì)30和40年代，首先在歐洲，然后在美國，渦輪增壓器才開始大規(guī)模地生產(chǎn)。。20世紀(jì)70年代以來，石油危機(jī)使能源問題異常突出，各國對節(jié)省能源、提高效率的重視促進(jìn)了渦輪增壓技術(shù)的長足發(fā)展。隨后，世界各國日益重視環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展問題，使渦輪增壓器在汽車發(fā)動機(jī)領(lǐng)域獲得了新的發(fā)展。</p><p>　　目前，國內(nèi)增壓器生產(chǎn)企業(yè)呈現(xiàn)幾個(gè)趨勢：一是在大陸，獨(dú)資、合資企業(yè)生產(chǎn)增壓器的外資企業(yè)正

41、在增點(diǎn)增產(chǎn)。二是生產(chǎn)增壓器的民族工業(yè)正在體制改革，發(fā)展規(guī)劃的順序正在重新排隊(duì)，2003年的產(chǎn)量順序大體為Honeywell、Holist、天雁、富源、康躍。三是一大批生產(chǎn)增壓器的民族工業(yè)集中在江蘇、遼寧、山東、浙江等地，可以用“雨后春筍”及“前赴后繼”八個(gè)字來描寫。有幾家投資達(dá)幾千萬甚至上億元，不惜成本購置先進(jìn)設(shè)備，高薪聘請人才，來勢之猛不可低估。四是有發(fā)展前途的增壓器廠機(jī)械加工手段經(jīng)歷了普通車床、數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性生產(chǎn)線的過程；

42、兩輪、三殼的毛坯加工工藝也有了很大的改進(jìn)，不少零件已為外資增壓器廠采購。增壓器性能已接近國際水平。五是專業(yè)化生產(chǎn)勢頭越來越明顯，大而全的生產(chǎn)模式已不適應(yīng)，這有得于提高產(chǎn)品質(zhì)量，有利于市場競爭。六是開發(fā)自主產(chǎn)品，提高匹配技術(shù)，注意產(chǎn)品可靠性已越來越被民族工業(yè)的決策集團(tuán)所重視。</p><p>　　2.2 國內(nèi)增壓器行業(yè)的發(fā)展特點(diǎn) </p><p>　　渦輪增壓器的特點(diǎn)在于：通過加強(qiáng)易燃性，提

43、高空氣和燃料的混合比，從</p><p>　　而大幅度提高發(fā)動機(jī)的輸出功率，改善經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源；適應(yīng)不同海拔，補(bǔ)償</p><p>　　高原功率損失，減輕發(fā)動機(jī)排氣污染，減少廢氣中的有害氣體成分，降低發(fā)動機(jī)</p><p>　　噪聲。增壓與非增壓發(fā)動機(jī)相比，在發(fā)動機(jī)基本結(jié)構(gòu)不變的情況下，可以大幅</p><p>　　提高功率，降低油耗5%～

44、10%，排放值減少10% 以上。渦輪增壓器普遍應(yīng)用在</p><p>　　轎車、賽車、卡車、公共汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶、礦業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、軍用動力、航空和電站中。</p><p>　　(1)迅速響應(yīng)新技術(shù)、新材料、新工藝、新發(fā)明，新產(chǎn)品開發(fā)周期越來越短； (2)增壓器與發(fā)動機(jī)一起整體優(yōu)化、電控化，即所謂發(fā)動機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)，更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)綜合效率或總效率； (3)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加復(fù)

45、雜，向小型化方向發(fā)展、且各公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨同化； (4)增壓器制造更加專業(yè)化，加工數(shù)控化、生產(chǎn)自動化、設(shè)備柔性化； (5)增壓器制造業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，生產(chǎn)經(jīng)營國際化、全球一體化； (6)世界增壓器制造業(yè)分布呈“三極”狀，即美國、日本與中國，德國與英國（歐洲）各成一極。</p><p>　　2.3我國渦輪增壓器的未來發(fā)展方向</p><p>　　發(fā)展內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓器要深入研究

46、、解決的有兩大問題：一是要有高效率、高壓比、流量范圍寬廣、可靠性好、壽命長的渦輪增壓器；二是要有能充分利用發(fā)動機(jī)排氣能量，避免進(jìn)排氣干擾和與渦輪增壓器有良好配合的增壓器系統(tǒng)。為此，隨著增壓器技術(shù)的不斷提高，渦輪增壓器設(shè)計(jì)的目趨成熟，新型車用渦輪增壓器將會朝著提高增壓比，增加增壓器效率，減少零件數(shù)，拓寬流量范圍，朝著小型化的方面發(fā)展。 （1）加快混流渦輪的研究。 隨著渦輪增壓器向高速、大容量變化，徑流渦輪的比轉(zhuǎn)速已達(dá)到極

47、限，混流渦輪卻能在徑流渦輪同樣輪徑的情況下，流通能力可增加40%左右。由于混流渦輪葉輪進(jìn)口傾斜，使氣流在葉輪通道內(nèi)的拐彎損失也大大減少，使混流渦輪在高比轉(zhuǎn)速下仍能保持較高的效率，混流渦輪的效率比徑流渦輪平均要高5%到8%左右?，F(xiàn)在世界各國增壓器公司在最新車用增壓器產(chǎn)品上，已采用大容量混流渦輪和寬流量范圍的前傾后彎壓氣機(jī)來獲得高效率的增壓器性能。 （2）加強(qiáng)可變截面、可調(diào)截面噴嘴的徑流渦輪研究開發(fā)。 目前，在中型載車重車用

48、柴油機(jī)上使用旁通放氣的較多，而在輕型、高速發(fā)動機(jī)上越來越多采用可調(diào)截面噴嘴增壓器，既能滿足</p><p>　　面對在資本、管理、人才、品牌、技術(shù)、質(zhì)量、信息、策略、營銷等方面都占優(yōu)勢的跨國公司，我國增壓器生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該如何迎接挑戰(zhàn)，投入戰(zhàn)斗。 (1)進(jìn)一步深化企業(yè)改革，切實(shí)轉(zhuǎn)變經(jīng)營機(jī)制，大力推進(jìn)企業(yè)管理創(chuàng)新，加速推進(jìn)現(xiàn)代企業(yè)制度建設(shè)，加快建立現(xiàn)代企業(yè)制度。 (2)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，形成合理的經(jīng)

49、濟(jì)生產(chǎn)規(guī)模，降低研發(fā)和生產(chǎn)成本，發(fā)揮國產(chǎn)增壓器的價(jià)格優(yōu)勢。為了降低研發(fā)和生產(chǎn)成本，應(yīng)著重了解國內(nèi)各柴油機(jī)生產(chǎn)廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量和發(fā)展動態(tài)以便合理的制定本廠的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本的目的。 (3)加快企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，加快新產(chǎn)品開發(fā)速度。要加強(qiáng)信息、情報(bào)工作，縮小與國外先進(jìn)技術(shù)的差距，目前應(yīng)著手可變渦輪嘴截面增壓器、ＩＥＧＲ增壓器及電輔助增壓器的研究，以滿足汽車動力和進(jìn)一步排放法規(guī)的要求。 (4)要提高產(chǎn)品質(zhì)量，

50、及時(shí)改造和升級換代、淘汰落后產(chǎn)品和工藝，創(chuàng)造出我國自己增壓器的品牌。 (5)建立現(xiàn)代營銷體系，增強(qiáng)開拓市場的能力。要樹立一切為用戶的思想，加強(qiáng)與主機(jī)配套廠的聯(lián)系，及時(shí)介紹本廠新品開發(fā)狀況，經(jīng)常了解用戶的要求，要做好主機(jī)配套廠的生產(chǎn)服務(wù)，及時(shí)掌握產(chǎn)品</p><p>　　3 船舶柴油主機(jī)及其增壓柴油機(jī)的作用與使用方法</p><p>　　3.1增壓柴油機(jī)的作用及其使用方法</p

51、><p>　　現(xiàn)代柴油機(jī)上越來越多地使用了渦輪增壓器，渦輪增壓器能提高發(fā)柴油機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性能。 柴油機(jī)使用了渦輪增壓器后發(fā)動機(jī)具有升功率高，油耗率低，排污較少,指示功率和有效功率都提高了，也就是提高了機(jī)械效率，自然可以明顯改善高負(fù)荷區(qū)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。渦輪增壓器不僅使功率范圍增大，而且高負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍也擴(kuò)大了。在低負(fù)荷區(qū)，渦輪增壓器對經(jīng)濟(jì)性沒有明顯改善。渦輪增壓器這一特點(diǎn)，對于經(jīng)常滿負(fù)荷高速運(yùn)轉(zhuǎn)的重型柴油機(jī)汽車十

52、分有利。渦輪增壓器由于滯燃期短，壓力升高率低，可以使燃燒噪音降低。對于中、輕型載貨柴油機(jī)汽車及經(jīng)常處于中等負(fù)荷或部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)汽車也是有利的 渦輪增壓器按增壓方式分為廢氣渦輪增壓器、復(fù)合式廢氣渦輪增壓器和組合式渦輪增壓器。他們的作用分別如下： （1）、 廢氣渦輪增壓器是利用發(fā)動機(jī)排出的具有一定能量的廢氣進(jìn)入渦輪并膨脹作功，廢氣渦輪的全部功率用于驅(qū)動與渦輪機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)工作葉輪，在壓氣機(jī)中將新鮮空氣壓縮后再送入氣缸。廢氣渦輪與壓

53、氣機(jī)通常裝成一體，便稱為廢氣渦輪增壓器。其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，一般柴油機(jī)合理地加裝廢氣渦輪增壓系統(tǒng)后，可提高功率 30% ～ 50% ，降低比油耗 5% </p><p><b>　　3.2使用方法</b></p><p>　?。?）嚴(yán)格按照規(guī)程操作，特別在冬季寒冷的早晨啟動柴油機(jī)時(shí)不要猛轟油門，這對增壓器是致命的損壞；長時(shí)間行駛后應(yīng)避免在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)熄火，應(yīng)讓柴油機(jī)怠

54、速運(yùn)轉(zhuǎn)3-5min、等增壓器降速后再熄火。(2)啟動增壓柴油機(jī)時(shí)一般要間隔啟動動機(jī)2～3次，每次2~5s，以使增壓器浮動軸內(nèi)充滿潤滑油。啟動后應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3~5min，使?jié)櫥蛪毫?、溫度正常以后再加?fù)荷。嚴(yán)禁采用加速—熄火—滑行的操作習(xí)慣，因?yàn)闄C(jī)油泵停止工作而中斷潤滑油的循環(huán)后積蓄在渦輪增壓器內(nèi)的熱量得不到散發(fā)，容易導(dǎo)致零件過熱而損壞。(3)避免柴油機(jī)長時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)榈∷贂r(shí)渦輪端的廢氣壓力和壓力機(jī)端的空氣壓力較低，低于其間體內(nèi)的潤滑油

55、壓力，加上怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)渦輪增壓器轉(zhuǎn)速較低，其內(nèi)所有運(yùn)動摩擦副都難以形成油膜，易造成渦輪端和壓力機(jī)端漏油。</p><p><b>　　3.3維護(hù)方法</b></p><p>　　增壓柴油機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)和其它柴油機(jī)相似，但應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：(1)柴油機(jī)工作lO00h后應(yīng)拆下渦輪增壓器進(jìn)行技術(shù)規(guī)范測量。壓氣機(jī)葉輪與機(jī)殼之間的最小間隙應(yīng)>0．1mm，否則應(yīng)拆檢軸承，必要

56、時(shí)更換；同樣，其轉(zhuǎn)子最大的軸向游動量不得超過0．3mm，否則應(yīng)檢查止推軸承和游動軸承止推端面的磨損情況。通過間隙測量可以準(zhǔn)確地判定渦輪增壓器是否需要維護(hù)或更換。(2)柴油機(jī)每工作100---150h應(yīng)清洗一次空氣濾清器、壓氣機(jī)葉輪以及壓氣機(jī)殼流道表面的污物，以免磨粒進(jìn)入柴油機(jī)氣缸、加劇增壓器的磨損；同時(shí)注意及時(shí)對渦輪葉輪及殼體中積炭、灰塵和其它污物的清洗，如果環(huán)境灰塵較多應(yīng)縮短清洗周期。</p><p>　　4

57、 船舶柴油機(jī)與渦輪增壓器的匹配</p><p>　　4.1 船舶增壓器匹配中的主要因素</p><p>　　現(xiàn)代柴油機(jī)為了提高功率，幾乎都采用了提高進(jìn)氣壓力的方法，使進(jìn)入氣缸的空氣密度增加，從而可以增加噴入氣缸的燃油量，以提高柴油機(jī)的平均有效壓力和柴油機(jī)的有效功率。使用離心式壓縮機(jī)的廢氣渦輪增壓器，由于具有排氣量大、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、氣體不受油污染以及正常工況下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壓縮氣流無

58、脈動等特點(diǎn)，同時(shí)利用了廢氣的能量，提高了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，在目前的柴油機(jī)上有著廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代柴油機(jī)和增壓器的選配上，根據(jù)壓氣機(jī)和柴油機(jī)的配合特性，運(yùn)行配合時(shí)所留的余量較小，增壓器或柴油機(jī)運(yùn)行工況稍有變化，極易進(jìn)入喘振區(qū)而發(fā)生喘振。喘振就是廢氣渦輪增壓器的壓氣機(jī)排出壓力，也就是通常所說的掃氣壓力出現(xiàn)劇烈的波動，壓氣機(jī)的進(jìn)氣口出現(xiàn)空氣被周期性地吸進(jìn)和噴出，同時(shí)還伴隨有劇烈的聲響和振動。</p><p>　　4.1.

59、1喘振現(xiàn)象的分析：</p><p>　　1．當(dāng)壓縮機(jī)接近喘振工況時(shí)，掃氣箱管道中會發(fā)生周期性的時(shí)高時(shí)低“呼哧呼哧”的噪聲，就象人在哮喘的時(shí)候，喘不過氣來；嚴(yán)重的情況下，噪聲大增，在大型柴油機(jī)上的聲音頻率比較低，類似于強(qiáng)烈的爆炸音，聽起來讓人膽戰(zhàn)心驚； 在小型機(jī)上，比如船舶輔機(jī)（發(fā)電柴油機(jī) ）上，因其轉(zhuǎn)速較快 ，聲音頻率較高，類似于鎯頭敲擊鐵器的聲音；2．喘振時(shí)，掃氣壓力和空氣流量會出現(xiàn)周期性的、大幅度的脈動，從而

60、引起掃氣壓力表大幅度地?cái)[動；3．壓縮機(jī)的機(jī)體、軸承的振動振幅顯著增大，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈的振動，嚴(yán)重時(shí)會有葉輪葉片的損毀，軸承的燒毀。</p><p>　　不過，船用柴油機(jī)在穩(wěn)定工況下,增壓器不會發(fā)生喘振現(xiàn)象,但在某些特殊運(yùn)行工況下(如大風(fēng)浪、緊急倒車、加速、減速、突減負(fù)荷等)增壓器的壓氣機(jī)就會遠(yuǎn)離其喘振線限制區(qū)域,產(chǎn)生喘振現(xiàn)象.分析和研究增壓器喘振的特點(diǎn)和影響因素,對改善柴油機(jī)與增壓器的匹配性能具有重要意義。<

61、/p><p>　　離心式壓氣機(jī)的工作特性</p><p>　　壓氣機(jī)與渦輪機(jī)同軸相連,構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪機(jī)在排氣能量的推動下，帶動壓氣機(jī)工作,實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣的增壓。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,如果壓氣機(jī)處于嚴(yán)重的不穩(wěn)定狀態(tài),空氣流量忽大忽小,壓力值劇烈波動, 甚至出現(xiàn)氣體倒流,同時(shí)伴隨著壓氣機(jī)葉輪產(chǎn)生劇烈振動,并發(fā)出沉重的喘息聲或吼叫聲,這種現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的喘振。離心式壓氣機(jī)在各種不同的工況下工作時(shí),它的各主要

62、參數(shù)會隨之發(fā)生變化。在不同轉(zhuǎn)速下壓氣機(jī)排出壓力和效率隨空氣流量變化的規(guī)律,稱為離心式壓氣機(jī)的特性, 表示這種特性的曲線稱為離心式壓氣機(jī)的特性曲線,如圖所示。橫坐標(biāo)表示流出壓氣機(jī)的壓縮空氣的流量,縱坐標(biāo)表示壓縮空氣排出壓力。曲線1、2、3、4表示轉(zhuǎn)速分別為5000r/min、4000r/min、3000r/min 和2000r/min時(shí)壓氣機(jī)排出壓力和效率隨流量變化的規(guī)律。曲線D為等效率線,該曲線上每一點(diǎn)的效率都是相同的。越靠里邊的曲線效

63、率越高,曲線A為最高效率線。壓氣機(jī)在每一轉(zhuǎn)速下的某一流量時(shí)有一個(gè)最高效率,偏離這個(gè)流量,效率就會下降。將各種轉(zhuǎn)速下的最高效率點(diǎn)連接起來即為最高效率曲線A。把不同轉(zhuǎn)速下的喘振流量點(diǎn)連接起來得到的曲線稱為喘振線,如圖中B。喘振線B</p><p>　　4.1.2增壓器中壓氣機(jī)對于匹配的的影響及其機(jī)理</p><p>　　壓氣機(jī) compressor ，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片給空氣作

64、功以提高空氣壓力的部件。壓氣機(jī)由渦輪驅(qū)動，其主要性能參數(shù)有：轉(zhuǎn)速、空氣流量、增壓比和效率等。壓氣機(jī)出口空氣總壓與進(jìn)口空氣總壓之比稱為壓氣機(jī)增壓比，增壓比相同時(shí)，理論上所需的壓縮功與實(shí)際消耗的機(jī)械功之比稱為壓氣機(jī)效率。壓氣機(jī)可分為離心式與軸流式兩大類，兼有兩類特點(diǎn)的稱為混合式壓氣機(jī)。按氣流流入壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的相對速度，壓氣機(jī)又可分為亞音速的、跨亞音速的和超音速的三種。</p><p>　　匹配方法：壓氣機(jī)與渦輪的匹

65、配主要考慮兩者之間的平衡問題, 即兩者之間的平衡條件為:(1)壓氣機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)速相等;(2)當(dāng)單獨(dú)運(yùn)行的渦輪增壓器在管道無泄露時(shí),通過渦輪廢氣質(zhì)量流量等于空氣質(zhì)量流量與燃?xì)赓|(zhì)量流量之和;(3)在增壓器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 渦輪輸出的功率應(yīng)等于壓氣機(jī)消耗的功率及機(jī)械損失功率之和。根據(jù)這三個(gè)平衡條件完成壓氣機(jī)與渦輪的匹配。根據(jù)增壓發(fā)動機(jī)的要求,選取設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的參數(shù)、n、之后,參考同類柴油機(jī)的絕熱壓縮效率、柴油機(jī)的空氣比耗量、充氣系數(shù)與掃氣系數(shù) 之積等

66、值。然后在增壓壓力比系列曲線圖( 增壓器生產(chǎn)廠家提供或可查相關(guān)設(shè)計(jì)手冊),找出接近值的增壓壓力比曲線,并根據(jù)該圖上與值,查出相應(yīng)的值。然后找出接近值的空氣流量曲線,并在該圖上根據(jù)值及燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的特征參數(shù)Z、、、的值,查出值。再由、值并考慮所配套燃?xì)鈾C(jī)的用途,在增壓器生產(chǎn)廠家提供的壓氣機(jī)性能曲線中找出合適的壓氣機(jī)型號,并查出設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的及值。</p><p><b>　　壓氣機(jī)的主要參數(shù)：</b&g

67、t;</p><p>　　任何一個(gè)壓氣機(jī)的工作情況都由四個(gè)參數(shù)決定，即</p><p>　　1)流過壓氣機(jī)的空氣流量;</p><p><b>　　2)壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速;</b></p><p>　　3)壓氣機(jī)的進(jìn)口總壓；</p><p>　　4)壓氣機(jī)的進(jìn)口總溫；</p><p&

68、gt;　　當(dāng)這四個(gè)參數(shù)獨(dú)立變化時(shí)，壓氣機(jī)的性能也隨之變化，如果這四個(gè)參數(shù)固</p><p>　　定不變，則壓氣機(jī)的工作狀態(tài)也就完全確定了。所以將這四個(gè)參數(shù)稱為壓氣機(jī)</p><p>　　的工作參數(shù)，而表征壓氣機(jī)特性的參數(shù)是增壓比πk;和等嫡效率ηk。</p><p>　　對于壓氣機(jī)消耗的功率，根據(jù)四沖程渦輪增壓柴油機(jī)的通流特點(diǎn),假定氣流為一元準(zhǔn)穩(wěn)定流動氣流,提出了一

69、種用于分析掃氣壓比與增壓柴油機(jī)增壓系統(tǒng)及運(yùn)行參數(shù)關(guān)系的簡化的數(shù)學(xué)模型.利用該模型可預(yù)測和改善渦輪增壓柴油機(jī)的匹配性能，增壓柴油機(jī)的渦輪增壓匹配技術(shù)是一個(gè)相當(dāng)重要而又復(fù)雜的問題,因?yàn)樗坏绊懺鰤浩鞯倪\(yùn)行,而且直接影響柴油機(jī)的增壓性能.對自由渦輪增壓方式而言,在渦輪增壓柴油機(jī)正常運(yùn)行時(shí),渦輪增壓器中的壓氣機(jī)與渦輪要滿足以下的能量平衡關(guān)系：</p><p><b>　　(4-1)</b><

70、/p><p>　　由式（4-1）可以看出, 要使壓氣機(jī)與渦輪保持能量平衡,除要求高的渦輪增壓器總效率</p><p>　　外, 還要求一定的及值, 而它們的組合又影響渦輪進(jìn)口的溫度. 由式（4-1）整理可得:</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　假定通過增壓器的氣流為一元準(zhǔn)穩(wěn)定流動氣流, 并近

71、似認(rèn)為:</p><p><b>　??；且</b></p><p>　　則（4-2）式變?yōu)椋?lt;/p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式（4-3）表明。當(dāng)進(jìn)氣溫度恒定時(shí)，/值（即的大?。Q定于壓氣機(jī)壓力比，渦輪膨脹比以及渦輪增壓總效率。顯然，渦輪進(jìn)口溫度的大小，也取決于與

72、的比值，考慮到（為中冷器的進(jìn)氣阻力），當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定時(shí), 的大小與進(jìn)入氣缸的空氣量及充氣效率有關(guān)，而及則表征進(jìn)入渦輪的氣流參數(shù),，兩者數(shù)值的大小又直接與發(fā)動機(jī)的工作過程及熱負(fù)荷有關(guān).定義/的大小為掃氣比，顯然/的大小與發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)性能以及發(fā)動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)有關(guān).</p><p>　　4.1.3 掃氣壓比與增壓系統(tǒng)及運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　根據(jù)增壓

73、柴油機(jī)的通流特點(diǎn), 由于渦輪增壓器的渦輪裝在柴油機(jī)排氣總管的出口上, 為便于計(jì)算和進(jìn)行增壓匹配性能的比較, 渦輪進(jìn)口溫度和壓力可以認(rèn)為是排氣總管內(nèi)的平均溫度和壓力，在增壓柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)尺寸已經(jīng)確定的情況下進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量為：</p><p><b>　　(4-4)</b></p><p>　　根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，查得：</p><p><b

74、>　?。?-5）</b></p><p>　　式中，為阻力系數(shù)，它與有關(guān)，為通流系數(shù)，它與，，有關(guān)，而通過渦輪的流量為：</p><p><b>　　(4-6）</b></p><p>　　這里，假設(shè)=，這上述的關(guān)系可以表示為：</p><p><b>　　(4-7)</b><

75、;/p><p>　　再假設(shè)= ，并利用，并將其帶入（4-7），經(jīng)整理得：</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　考慮到進(jìn)氣過程中進(jìn)氣門的進(jìn)氣馬赫數(shù)為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中：為氣門處的平均音速，即，

76、為流量系數(shù)。</p><p>　　再把式（4-9）代入式（4-8）， 可得到以下關(guān)系式</p><p><b>　　(4-10)</b></p><p>　　由(4-10)可以看出，不僅僅與進(jìn)排氣系統(tǒng)部件的幾何尺寸和渦輪噴嘴環(huán)尺寸有關(guān),，還與增壓匹配的運(yùn)行參數(shù)，以及進(jìn)氣門進(jìn)氣馬赫數(shù)有關(guān)，上式既包括了增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)又包括了增壓配合的熱力學(xué)參數(shù)

77、。</p><p>　　由內(nèi)燃機(jī)原理得知：ηv與Ms的關(guān)系如下：當(dāng)Ms超過0.5時(shí),ηv明顯降低.這清楚地表明,當(dāng)進(jìn)行增壓匹配參數(shù)的優(yōu)化時(shí),在選擇氣門結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)要保證其特征參數(shù)Ms小于0.5在同樣的下,Ms越小的值就越大。渦輪噴嘴環(huán)面積與活塞頂面積F之比是渦輪增壓匹配的一個(gè)重要參數(shù)/F與渦輪進(jìn)口溫度及掃氣壓比都有關(guān)系,從式(10)可看出,當(dāng)其他參數(shù)不變而變小時(shí),也降低.這表明渦輪的通流能力降低了,因此增壓匹配就達(dá)

78、不到良好的效果。顯然,在發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和氣門尺寸已定,發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況也已確定的情況下,在很大程度取決于渦輪噴嘴環(huán)的尺寸及渦輪進(jìn)口溫度,亦即若已定,則的大小會影響,從而影響增壓器總效率。</p><p>　　4.2 柴油機(jī)渦輪增壓器的匹配</p><p>　　4.2.1匹配的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　普通渦輪增壓器與柴油機(jī)的匹配是根據(jù)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，壓

79、氣機(jī)和渦輪特性，設(shè)計(jì)點(diǎn)性能指標(biāo)(轉(zhuǎn)速、平均有效壓力、比油耗、排溫)等來進(jìn)行的，可建立如下匹配模型:</p><p>　　（1）為使噴入柴油機(jī)的燃油更好的燃燒，可先假定一個(gè)合理的過量空氣系數(shù)，其值的選取可參照同類己投入運(yùn)行柴油機(jī)在油耗率、排放都較低時(shí)的過量</p><p>　　空氣系數(shù)范圍內(nèi)選取，一般在2.0左右，根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)行功率，估算空氣質(zhì)量</p><p>　　

80、流量及燃?xì)赓|(zhì)量流量:</p><p>　　由柴油機(jī)原理可得： （4-11）</p><p>　　式中：—燃油消耗質(zhì)量流量 kg/s</p><p><b>　　—過量空氣系數(shù)</b></p><p><b>　　—掃氣系數(shù)</b></p>

81、<p><b>　　—理論空燃比</b></p><p>　　在無旁通裝置時(shí)，通過渦輪的燃?xì)饬髁抗?就等于排氣流量，即為空氣流量和燃油消耗量之和，即：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　?。?）選取一定的增壓壓力，估計(jì)渦輪前的壓力，作初值進(jìn)行工作過程計(jì)算：對于增壓壓力的選取，

82、先由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n，計(jì)算充入氣缸的空氣容積流量：</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中：—充入氣缸的空氣容積流量</p><p><b>　　—發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　—與一臺壓氣機(jī)相連的氣缸數(shù)</p><p><b&

83、gt;　　—?dú)飧坠ぷ魅莘e</b></p><p>　　—沖程數(shù)，四沖程為4，二沖程為2</p><p>　　—充氣系數(shù)，對四沖程柴油機(jī)，為0.9~1.05</p><p>　　它隨增壓壓力的升高而略有升高，假定它在這一范圍內(nèi)與增壓壓力成正比，由此帶來的誤差很小。由上式與（4-11）聯(lián)立可得：</p><p><b>　　

84、（4-14）</b></p><p>　　再由氣體狀態(tài)方程，充入氣缸的空氣壓力為：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　其中為氣缸入口處的溫度</p><p>　?。?）求渦輪前的滯止溫度：</p><p>　　定壓增壓系統(tǒng)中，柴油機(jī)排氣總管中的平均溫

85、度即為渦輪前的燃?xì)馄骄鶞囟?，因此可由柴油技工作循環(huán)的熱平衡方程求算渦輪前的燃?xì)馄骄鶞箿囟?。工作循環(huán)中加入的熱量為燃料的化學(xué)能及吸入增壓空氣的熱量成；指示功、與外界的傳熱量，系統(tǒng)內(nèi)所儲存能量的增加為0，用熱力學(xué)第一定律，并考慮到中冷器的傳熱量，可得：</p><p><b>　　(4-16)</b></p><p>　　式中，—渦輪前燃?xì)獾钠骄鶞箿囟?lt;/p&g

86、t;<p><b>　　—循環(huán)指示功</b></p><p>　　—每循環(huán)工質(zhì)通過氣缸壁的傳熱量</p><p>　　—每循環(huán)工質(zhì)通過排氣管壁的傳熱量</p><p><b>　　—空氣定壓比熱容</b></p><p><b>　　—燃?xì)舛▔罕葻崛?lt;/b><

87、;/p><p>　?。?）由及在壓氣機(jī)特性曲線上確定運(yùn)行點(diǎn)，得到壓氣機(jī)等嫡效率和增壓器轉(zhuǎn)速。增壓比由，求得。</p><p>　?。?）估計(jì)渦輪前的壓力，的初值可由下式來估??；</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　大氣溫度</b></p><

88、p><b>　　渦輪增壓器綜合效率</b></p><p><b>　　渦輪增壓器綜合效率</b></p><p>　　由膨脹比,和轉(zhuǎn)速,計(jì)算渦輪的速比</p><p>　　通常把工作葉柵的輪周速度u與噴嘴出口的氣流速度的比值稱為速度比：</p><p><b>　?。?-18）&l

89、t;/b></p><p>　　由能量守恒方程及等熵理論，得到噴嘴出口理論出口速度為：</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　(4-20)</b></p><p>　　—渦輪前燃?xì)饨^熱指數(shù)</p><p><b>　　—

90、重力加速度</b></p><p><b>　　—工作葉輪平均直接</b></p><p>　?。?）由，在渦輪特性曲線上尋找運(yùn)行點(diǎn)，得到渦輪等熵效率和流量數(shù).</p><p>　　(7) 根據(jù)增壓器能量平衡方程式：</p><p><b>　?。?-21）</b></p>

91、<p>　　式中：—渦輪增壓器的綜合效率</p><p><b>　　軸流渦輪特性圖</b></p><p>　?。?）將與比較，如果<,說明渦輪提供的能量偏小，此時(shí)應(yīng)減小渦輪流動截面,以使渦輪前的壓力升高，因此可根據(jù)渦輪功和壓氣機(jī)功的差值來修正，將的修正值代替原來的初值，重新計(jì)算，直到渦輪增壓器的能量平衡和質(zhì)量平衡都滿足為止。</p>

92、<p>　?。?）以滿足能量平衡的和滿足能量平衡的，按下式求得渦輪增壓器幾何流動截面</p><p><b>　　（4-22）</b></p><p>　　式中：—渦輪進(jìn)氣口氣體密度，可由進(jìn)氣口參數(shù)得到</p><p>　?。?0）確定后 ，還需檢查最后計(jì)算的性能參數(shù)與設(shè)計(jì)點(diǎn)規(guī)定的性能參數(shù)是否相等，如不符，改變供油量，并重復(fù)整個(gè)計(jì)算

93、過程直到全部滿足為止。</p><p>　　軸流式渦輪的流量特性圖</p><p>　　柴油機(jī)的功率和轉(zhuǎn)化燃料熱能的多少與供入氣缸內(nèi)空氣的充量成正比．在氣缸容積和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下，空氣充量與空氣密度成正比。因此，對進(jìn)入氣缸前的空氣進(jìn)行預(yù)壓縮以提高柴油機(jī)的功率，即增加渦輪增壓器。該項(xiàng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。渦輪增壓器的使用通過提高柴油機(jī)的機(jī)械效率、指示功率和改善燃燒過程來改善柴油機(jī)的動力

94、性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。但同時(shí)加重了柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，所以匹配渦輪增壓器需要在二者之間尋找最佳折中。渦輪增壓器是利用柴油機(jī)排出的部分廢氣能量，通過渦輪驅(qū)動壓氣機(jī)使空氣增壓的裝置。目前,渦輪增壓器已成為獨(dú)立的、標(biāo)準(zhǔn)的部件，其型號、規(guī)格的系列化和變形產(chǎn)品基本上涵蓋了柴油機(jī)的所有需求。除非在一些特殊場合需要自行研制增壓器外。大多數(shù)屬于匹配中的選擇。常用的匹配方法有圖解法和模擬計(jì)算法。圖解法是根據(jù)柴油機(jī)與渦輪增壓器的不同參變量制成的圖族線

95、，依據(jù)它們的不同運(yùn)行參數(shù)，在圖族線上找出它們的平衡點(diǎn)，即匹配點(diǎn)(設(shè)計(jì)點(diǎn))，以及不同工況下(如外特性)的運(yùn)行線。圖解法具有簡單、醒目的特點(diǎn)。當(dāng)參數(shù)變化(如渦輪增壓器的某些參數(shù)、環(huán)境條件、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等)不涉及到缸內(nèi)工作過程時(shí)，利用聯(lián)合運(yùn)行的圖解法最方便。</p><p>　　中小型柴油機(jī)渦輪增壓強(qiáng)化時(shí), 由于管路簡單、費(fèi)用低, 故通常都采用直接配試法, 即根據(jù)估算出的增壓后所需的空氣量增壓比來初選增壓器, 直接

96、配機(jī)。然而, 柴油機(jī)、增壓器這兩元件的任一元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化, 均影響到它們的工作參數(shù)。有時(shí), 增壓柴油機(jī)性能上所發(fā)生的問題, 是因增壓器引起的, 還是因柴油機(jī)引起的, 較難辨別。其中存在著對某一元件的調(diào)整要達(dá)到預(yù)期的效果, 卻被所帶來的另一元件工作參數(shù)的變化所干擾, 從而使得現(xiàn)象復(fù)雜起來了。</p><p>　　4.2.2直接匹配法</p><p>　　a．初選增壓器，可用以下通常的計(jì)算

97、法或圖表法, 確定增壓后柴油機(jī)所需要的壓比和空氣量。</p><p>　　計(jì)算法：…………………… （4-23）</p><p>　　——輕柴油1.43kg空氣/kg 燃料</p><p>　　——四沖程柴油機(jī)1.05—1.2</p><p>　　——增壓柴油機(jī)1.7—2.1</p><p>

98、　　…………………………………… （4-24）</p><p>　　——四沖程柴油機(jī)0.75—0.95</p><p>　　——大氣狀態(tài)20攝氏度，=1.19kg/</p><p>　　——（273+60~70）,低，中增壓取60~70</p><p>　　圖表法：由空氣比好量概念，</p><p&

99、gt;　　代入及 (4-25)</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　……………………………………………… （4-26）</p><p>　　——高速四沖程柴油機(jī)4.2一5.2k空氣/馬力·小時(shí)</p><p><b>　　

100、——掃氣重疊角</b></p><p>　?。?-25）式中系由壓氣機(jī)絕熱效率公式求得,:</p><p><b>　?。?-27）</b></p><p>　?。簤簹鈾C(jī)絕熱效率，給定0.7</p><p>　　增壓度高，高、轉(zhuǎn)速低時(shí)分別取的高限值，根據(jù)（4-25），（4-26）給出一些列值，列出~關(guān)系曲線

101、，已知增壓后柴佃機(jī)的，可由圖查出值。</p><p><b>　　~關(guān)系圖</b></p><p>　　已知：………………………… （4-28）</p><p>　　由（4-25），（4-26），（4-27）式列出~關(guān)系曲線，如圖</p><p><b>　　~關(guān)系曲線</b&

102、gt;</p><p>　　已知柴油機(jī)的增壓度可求出，由圖一查得，由圖二查得，根據(jù)增壓器流量框圖，選擇增壓器型號，要求工作點(diǎn)離增壓器喘振線距離為，個(gè)別情況也可以20%，并處于高效率區(qū),見下圖。</p><p>　　增壓器壓氣機(jī)流量框圖</p><p>　　5 渦輪增壓器配合特性的仿真研究</p><p>　　5.1該過程中的軟件介紹<

103、;/p><p>　　MATLAB是由美國MATHWORKS公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際

104、科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。</p><p>　　AVL BOOST軟件簡介</p><p>

105、;　　AVL李斯特內(nèi)燃機(jī)及測試設(shè)備公司是全球規(guī)模最大的從事內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、開發(fā)、動力總成研究分析以及有關(guān)測試系統(tǒng)和設(shè)備開發(fā)制造的完全獨(dú)立的私有公司。AVL BOOST是一個(gè)為建立整臺發(fā)動機(jī)的模型而開發(fā)的一套模擬程序。它不僅可以在設(shè)計(jì)階段預(yù)測發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能，而且還可以分析發(fā)動機(jī)的熱力學(xué)過程。模擬的目標(biāo)是減少在昂貴的試驗(yàn)臺架上的投資，并且可以在計(jì)算機(jī)上用一種或更多種能應(yīng)用于實(shí)際的產(chǎn)品更換原來的機(jī)型。它可以進(jìn)行一維發(fā)動機(jī)工作過程模擬(包括實(shí)際循

106、環(huán)模擬、換氣過程模擬)計(jì)算，使用戶建立一個(gè)完整的發(fā)動機(jī)模型(包括各種附件，例如空氣濾、EGR系統(tǒng)等)，進(jìn)行發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)性能方面計(jì)算，同時(shí)可以優(yōu)化進(jìn)、排氣系統(tǒng)等一些影響性能的主要零部件的設(shè)計(jì)。該軟件可以應(yīng)用在下列范圍:各種發(fā)動機(jī)草案的對比;在不損害功率輸出，扭矩和燃油消耗的情況下優(yōu)化組件的幾何形狀，例如進(jìn)氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)，氣門尺寸等;優(yōu)化氣門正時(shí)和凸輪型線;增壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì);消音器的設(shè)計(jì);聲學(xué);</p><p>

107、　　5.2工作過程模擬的計(jì)算模型</p><p>　　柴油機(jī)工作過程的數(shù)學(xué)模擬，是對柴油機(jī)這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的功能描述，它描</p><p>　　述了系統(tǒng)狀態(tài)在母系統(tǒng)(以發(fā)動機(jī)或發(fā)動機(jī)組為動力裝置稱為發(fā)動機(jī)的母系統(tǒng))或外界影響下變化的情況。通過這種功能的描述可以解決發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)方案論證、性能預(yù)測和診斷、尋求最優(yōu)解及對樣機(jī)的研究改進(jìn)等項(xiàng)工作，具體來說就是:</p><p>　

108、　a.選型論證計(jì)算。在設(shè)計(jì)的早期階段用來論證、比較發(fā)動機(jī)的循環(huán)方案，以確定發(fā)動機(jī)最佳設(shè)計(jì)參數(shù)或方案(例如發(fā)動機(jī)缸徑、轉(zhuǎn)速、平均有效壓力和增壓方式等)。</p><p>　　b.預(yù)測發(fā)動機(jī)性能。</p><p>　　c.設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化。</p><p><b>　　d.診斷型計(jì)算。</b></p><p>　　e預(yù)測發(fā)動機(jī)

109、可靠性。</p><p>　　柴油機(jī)工作過程數(shù)值計(jì)算的上述功能，體現(xiàn)了它在柴油機(jī)設(shè)計(jì)和研究中的重要地位和作用。盡管它有許多長處，但仍存在一些不足。首先，目前它仍離不開物理模型，因?yàn)橐话阋柚谖锢砟Ｐ突蛳嗨颇Ｐ偷难芯縼斫⒑蜋z查數(shù)學(xué)模型，并需要通過實(shí)驗(yàn)來確定一些邊界條件和系數(shù)，因此它還不是一種獨(dú)立的研究手段。其次，由于柴油機(jī)工作過程的復(fù)雜性，因此它還不能準(zhǔn)確、詳盡地描述出實(shí)際過程各階段的物理現(xiàn)象和本質(zhì)。由于對某些

110、復(fù)雜過程還不夠了解，因此建立數(shù)學(xué)模型之前首先要對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行概括和抽象，引用己知的物理定律，通過某些假設(shè)略去次要因素以突出主要過程。計(jì)算中有的還須借助經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式，使計(jì)算得以進(jìn)行，這些都使計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定偏差，從而也增加了數(shù)值解法帶來的誤差。再有，有些計(jì)算所采用的經(jīng)驗(yàn)公式(例如滯燃期、傳熱系數(shù)等)都是來自不同條件和不同類型發(fā)動機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還不能通用，使用時(shí)要恰當(dāng)選擇，否則將得不到好的結(jié)果?？傊?，盡管柴油機(jī)工作過程數(shù)值計(jì)算目

111、前仍存在某些不足，但是由于它在柴油機(jī)研究中的特殊地位和廣泛用途，仍使其不失為柴油機(jī)性能和實(shí)驗(yàn)研究的一個(gè)有力工具。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，大容量高速計(jì)算機(jī)的不斷更新迭代，必將使這一</p><p>　　柴油機(jī)工作過程模擬是一種現(xiàn)代化的計(jì)算研究方法,同傳統(tǒng)的人工計(jì)算分析方法相比,具有顯著的優(yōu)越性和合理性。傳統(tǒng)的柴油機(jī)工作過程計(jì)算一般是根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序,并結(jié)合理論計(jì)算和必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的。由于對實(shí)際過程進(jìn)行了大量的簡化

112、,所以只能是一種粗略的估算,對柴油機(jī)的研制開發(fā)所起的作用十分有限。柴油機(jī)工作過程模擬是對柴油機(jī)工作過程各個(gè)階段的數(shù)學(xué)描述,利用數(shù)學(xué)模型預(yù)測新設(shè)計(jì)或改型的發(fā)動機(jī)性能,不僅降低了研究費(fèi)用,節(jié)省了人力物力,縮短了開發(fā)周期,而且能達(dá)到使發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)優(yōu)化的目的,因而越來越受到人們的青睞。自上世紀(jì)60 年代以來,計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給柴油機(jī)工作過程的研究增添了活力,使柴油機(jī)復(fù)雜的燃燒過程預(yù)測成為可能。迄今,人們已經(jīng)提出了許多柴油機(jī)及汽油機(jī)燃