扭矩曲线

对于许多工业用和船用发动机来说，由于其转速和要求的负荷范围都较固定，所以它们的涡轮增压器的匹配是相对较为容易简单的。然而，对于车用发动机来说，其涡轮增压器的匹配就要复杂得多，这是由于车用发动机在很宽的转速范围和多变负荷条件下工作所致。虽然，驱动一辆汽车所需要的功率随着车速的增加而迅速增加，然而汽车的报矩曲线却随着车速的下降而上升，这就需要降低变速器的速比以换档来达到要求。这样的粗矩曲线需要有良好的扭矩储备。为此，在发动机低速运行时，采用变压式涡轮增压系统就是获得较大扭矩储备的一项措施。良好的扭矩后援，就能够使汽车在低速时获得较大的扭矩，为汽车的加速和提高爬坡性能提供了储备。显然，涡轮增压车用发动机，不应在满负荷时来作匹配选择，而必须兼顾功率的大小和与之相适应的扭矩曲线形状。图5-53示出了用于涡轮增压车用柴油机的典型扭矩曲线。扭炬储备值可由下式确定：

最大扭矩值是在发动机的转速为最高转速的58%时出现，且其扭矩储备值为29%。因为一般情况下不要求发动机在低于最高转速的40%以下运行。在有效转速范围的二分之一区域内，发动机扭矩随着转速的下降而上升，有幸的是，

当载货汽车配用五档或六档变速器时，这种特性合理地兼顾了发动机的功率和低速扭矩。

从可靠性出发，发动机的性能主要受到气缸最大压力和合理的排气温度的限制。(因为排气温度几乎支配着四冲程发动机的热负荷，例如，支配着排气门的热负荷)。此外，还将受到法规的限制(如排气烟度的限制)。烟度在很大程度上取决于涡轮增压器所供给的空气质量。而涡轮增压器的性能又受到最高容许转速和涡轮进气温度的限制(由涡轮的叶轮和涡壳的蠕变和剥蚀情况确定)。所以，发动机的额定功率就受到上述一部分或全部因素的限制。这些限制因素可以叠绘在发动机的扭矩曲线图上(或平均制动有效压力曲线图上，因为扭矩与平均制动有效压力成正比)。图5-53中示出了发动机可能最大的扭矩曲线。

但是，如果改变涡轮增压器的匹配，图5-53中的这些限制线位置就会发生相应的变动。

显然，从图5-53可以看出，当我们试图达到所希望的扭矩特性时，最大的限制因素是低速时的烟度极限。这可用普通的道理作出解释：因为增压压力是随着发动机转速的增加丽上升的，这与涡轮增压器的涡轮流量特性所得到的结果一样。这里可以用三种不同规格的径流式涡轮的流量特性来加以说明(见图5-54):最小蜗壳流通面积的涡轮将产生最高的进气压力，因此该涡轮具有最大的有效比能(图5-54匹配方案3)。考虑到由于气流脉动和乎均气流范围的变化会引起涡轮效率的变化，因此涡轮回收的比能也将随发动机转速的增加而增大。这种特性乃是由于涡轮具有固定的内部儿何尺寸，即有效流通面积几乎是一个常数的缘故。这样一来，

涡轮增压车用发动机的固有特性就是带动压气机的功以及增压压力随发动机转速上升的特性。所以，在发动机转速低，增压压力下降，空气流量不足的情况下提出了烟度极限。

为了能够获得一条较理想的扭矩曲线，在发动机的整个转速范围内：要使每个循环的供油量能够相对保持恒定，并尽力使发动机在低速运行时的增压压力有所提高，为达到这一目的，有两种技术措施，即在发动机低速运行点上，必须提高涡轮增压器的效率或者增加供给涡轮的有效热能(即有效比能，参见图5-54)。这两种方法，通常都较实用，我们将在后面两节涡轮的匹配和压气机的匹配中进行讨论。