涡轮增压器的匹配

非增压柴油发动机有在极宽转速范围内运行的能力。其 最大有效转速通常受到以下因素如；低容积效率，对一些小 型高速发动机来说往复运行零件的惯性，摩擦损失过大，以 及燃烧等的限制。为变速条件运转而设计的发动机，在高、 低速两端，其运行性能一般会有些恶化。这是由于最佳配气 正时适应于发动机中速范围，高、低速两端燃油喷射器特性 与气体涡流特性逐渐失配，致使进气门处出现较高的气体摩 擦损失。然而，由于往复式机械为空气质量比流量提供了很 宽的范围，故非增压柴油发动机有效速度范围也是很宽的。

涡轮机械的工作性能在很大程度上取决子进入叶轮，扩 压器以及涡轮转子时的气流角度。涡轮叶片角度应调整到与 气流角度相适应，但是，只有对给定的转子速度相应空气质 量比流量进行过较正，才能够获得正确的匹配。如果气流角 度远离这个“设计参考点 ”,则不可能与叶片角度相匹配， 并出现由于高气流，低速分离以及接着发生混合流动所造成 的倾角损失。

这些损失将随着倾角的加大而增长，因此，涡轮机械不 可能充分适应宽流量范围运行的要求。然而，由于涡轮机械 的设计点效率较高，以及他们的结构虽小却能通过较高的质 量比流量，故把它们用作增压器。显然，涡轮机械和往复式 机械结合在一起运行是很不理想的。因此，柴油发动机与涡 轮增压器的组合应用，必须进行非常周密细致的筹划。所 以，正确地“匹配 ”涡轮增压器与柴油机是极其重要的，并且虎是一台涡轮增压柴油发动机能否成功运行的关键所在。 涡轮增压器匹配的总目标就在于给一台发动机配上一台特性 最相适应的涡轮增压器使发动机获得最佳的综合性能。在发 动机的整个速度和负荷范围内，涡轮增压器不可能一直作 高流量效率的运行。因此，涡轮增压器仅只在发动机运行范 围内的某个特定参考点，有合适的“匹配 ”。例如，如果一 台发动机在恒速满负荷的条件下要求共使用寿命最长，那么 涡轮增压器就要这样选择；增压器的高效运行区应与发动机 在此运行条件下对空气质量流量的需要量和所希望的压比相 符合。如果发动机要求在很宽的转速和负荷范围内运行，那 么,匹配涡轮增压器时，就要选择一种折衷的方案，这种折 衷方案主要取决于发动机所要求的工作条件。

涡轮增压器基本尺寸的大小，将由发动机要求的空气量 确定。空气量又是各种参数的函数，即是气缸排量，转速， 额定压力(增压压力),进气管中的空气密度，容积效率以 及扫气流量等的函数。如果这些参数都是已知的，那么就可 以由方程式(1)初步估算出空气质量比流量。具有较小的气 门叠开角度时，容积效率小于1,且可以由非增压运行条件 得到数值或由过去的经验来估算，在具有较大的气门叠开角 度时，气缸余隙容积将被扫除，同时某些过量空气将流入排 气中。

根据预定的热应力和机械应力，供发动机发出设计功率 的增压压力可以被佔算出来。对于压气机，只要设定一个等熵效率值(准静态)就可预测或算出增压温度和进气密度。

压气机的等熵效率可从压气机特性曲线图上取得，如果 在绝对标准的状态下引用压气机的效率，那么,几个百分点 将要求按准静态值向下校正。

根据涡轮增压器制造厂的说明书，可以查看到一些基本谁则或者是从压气机完整的特性由线图,就可 以选定出涡轮增压器的基本“结构尺寸”。压气机的最后选 择：应考虑到让发动机在整个转速和负荷范围内的全部运行 线与压气机的特性曲线相重叠。为了能提供一条宽范围的喘 振边界，同时保证压气机的运行线通过高效率区，应对压气 机的“平衡性 ”或扩压器进行选择。这方面的有关细节将在 以后讨论。

一旦确定了涡轮增压器的“结构尺寸 ”和选定了压气机 之后，就必须修改喷嘴环或蜗壳尺寸以匹配涡轮(假设是径 流式涡轮)。还可以改变涡轮的有效流通面积来提高或降低 涡轮的有效能量，从而调节压气机的出口压力。

涡轮增压器的匹配，特别是对于一台新发动机来说，可 能是一个相当长的过程，因为这要涉及到许多参数。虽然涡 轮增压器与发动机之间的匹配是最基本的要求，然而，为了 改善组合性能，很可能要改变发动机的设计。这类改变诸如 燃油喷射系统的调节——这是最重要的部分，其次是气门流 通面积及配气正时的改变等。所涉及的这些因素，这里不可 能作详细的讨论，而燃油喷射系统的匹配，涡流，配气正时 的优化等等，它们的主要原理与非增压发动机并没有本质上 的区别。