四冲程发动机

通过非中冷增压柴油发动机的空气流量与发动机的转速，压气机供给的空气密度以及气门叠开期进、排气管间压差呈函数关系。如果发动机在恒速下运行并平稳地增加负荷，那么,质量比流量将近似地随着充气密度的增加而增加。通往发动机的气流情况可以与涡轮增压器的压气机特性曲线叠绘在一起(见图5-48), 曲线的斜率取决于气流密度比。当我们按使用要求让一台涡轮增压器配装在发动机上， 配装的目标就在于选择一台压气机，使发动机的恒速线能落 在这台压气机特性曲线高效率区域的中部。如果发动机装用了中冷装置，随若负荷的增加，冷却作用将使相应增压压力下的充气密度极快地增加，因此，位于压气机特性曲线中的发动机的恒速气流线，比陡度将比图5-48的情况小得多。

下面对等负荷下发动机转速增加进行讨论。随着发动机转速的增加空气容积流速也随之增加，而涡轮增压器的涡轮有效流通面积几乎保持不变，因而涡轮的进气压力将上升。正如在第9节中所讨论过的结论那样：由于增加了进入涡轮的有效能量，因而压气机的出口压力也就增加了。这样一来，发动机的等负荷线将不处丁压气机特性曲线图的水平位置上，而是随着发动机转速的提高而向上倾斜(见图5-48), 其斜率的大小视发动机是否中冷而定。如果发动机要求在整个转速和负荷范围内运行(即为一台车用发动机的工况),那么相当丁发动机运行范围的等速和等负荷线可以绘制在压气机的特性曲线中(见图5-48)。发动机的整个特性曲线必须处于压气机的嘴振边界，低效率边界或在高质量比流量下增压器的超速边界之间。

压气机的喘振边界与发动机运行线最接近点间的间隔余量，必须充分污虑下面三个因素：第一，虽然平均流量的位置并不接触特定的喘振线，但由于进气系统中的脉动，很可能诱发喘振；第二，如果空气滤清器在使用中极度阻塞，流入发动机的空气流量将减少，随着空燃比变浓，涡轮仍保持在较热废气下做功，而增压压力又不可能下降，因此，发动机运行线就会向喘振线方向稍许移动；第三，如果发动机在高原运行，共运行线将向喘振线方向作较多的移动。高原运行对涡轮增压发动机特性的影响将在第11节中讨论。以上三个因素对发动机喘振边界的综合影响，对不同应用情况的发动机是不同的。但是，就一般情况而言，压气机喘振线与发 动机运行线最近点间的间隔余量最少应为10%(即为空气质量比流量的百分数),这个数值一般是允许的。对气缸数较少的发动机，某些时候要求此间隔余量为20%。

通常，涡轮增压器的涡轮能有效地在比压气机宽得多的质量流量范围下运行。然而，把发动机的气流特性标绘在压气机的特性曲线图上进行探讨，要比绘制在涡轮特性曲线图上显得更重要。发现此规则的确是一件很成功的事。其原因是：如果涡轮运行在极不稳定气流的脉冲系统中，那么,把发动机气流的“平均 ”流量绘制在涡轮特性曲线图上，那将是不真实的，这样的特性图会使人产生极大的误解。为了能精确的测定评价在涡轮特性曲线图上的运行区域，就要求在发动机运行条件下的整个范围内，绘制废气流量和压比的瞬时值曲线，而这些数据要想作出精确的测最是非常国难的。

压气机的匹配，一开始是根据叶轮与扩压器的最住组合作出优选，这样使发动机的运行特性曲线处于上述指定的范围内。最终的匹配主要取决于发动机特定应用条件下所要求的功率和扭矩曲线的类型(将在后面进行讨论)。然而，这是以涡轮能否提供足够的功率以驱动压气机和能够产生上述讨论过的气流条件为前题。原因是由于涡轮的有效流量范围比压气机的要宽，所以，涡轮增压器制造厂供应的涡轮必然要能够适应必需的空气质量流量。涡轮能否产生足够的功率，取决于它的效率和有效流通面积(因为该面积支配着气体能量的有效膨胀)。涡轮的喷嘴环或涡壳空制着涡轮自身的有效流通面积。因此，涡轮的有效流通面积是可以通过调整(即改变上述的元件即可),使压气机能达到稳定的增压压力。如果减小涡轮的流通面积，那么压气机的出口压力和质量比流量将增大，由于充气温度也跟着上升，所以增压压力上升的比例较空气质量比流量上升比例大。这种影响可以从叠绘在压气机特性曲线上的发动机运行线上看出来(如图5-49所示)。