涡轮的匹配

图5-54列举了减少涡轮流通面积的三种情况，从匹配方案1到3,可看出涡轮的有效比能在发动机各种转速下都会增加。如果供油状态不变的话，那末压气机的增压压力就会增加，这样一来，空燃比变稀且低速时的烟度亦会减少(见图5-55)。第二种匹配方案是基于稍微减少涡轮的流通面积为条件，因此低速运行时的有效能量增加得很少。然而，这种结构的涡轮运行效果更好，实际上还有利于涡轮做有效功。

在发动机低速运行时，减小涡轮的流通面积有利于降低烟度，但也伴随着产生一些不利因素。图5-54所示的一种最小号的涡轮(匹配方案3),在发动机最大转速时，流量最大，穿过涡轮后膨胀比剧增。这样一来，活塞需要克服这极高的压力才能排出废气，从而导致输出的净功率减少并增加了油耗。从图5-55中可以看出：采用匹配方案3,在发动机高速运行时(2000r/min),平均制动有效压力较低而制动比油耗较高。

此外，发动机还可能超出容许的气缸压力极限和涡轮增压器转速极限。因此，除非是为了获得最大功率(即最高转速时的平均制动有效压力),否则一般是很少采用匹配方案 1的。可以说，匹配方案2是一个比较合理的折衷方案。

涡轮的进一步“精确匹配”还可以在发动机中速运转工况下，对有效流通面积大致相等的不同零部件选择来完成。但是，这些不同的零件匹配后，其流量和效率在发动机工作范围内的变化各异。

采用可变几何形状的涡轮，最为理想。即在发动机全速运行时具有方案1的有效流通面积，而在中速时有方案2的有效流通而积以及低速时转变为方案3的有效流通面积。这样一来就可以做到；在发动机转速为1000r/min时，具有方案3的低排气烟度，低油耗和较高的平均制动有效压力；在2000r/mia时，具有方案1的低气缸压力和低的油耗。这种理想匹配情况，多年来一直引起涡轮和发动机制造厂家的注意。因为涡轮转速能否降低取决于涡轮的有效比能(参见图

5-54)。然而，一个便宜，可靠和高效的涡轮系统一直是工程上仍未解决的一个难题。目前虽已有样机出现，但还不可能成批生产成为实用的系统。

当发动机运行在非常宽的转速范围时，欲使涡轮增压器匹配得具有良好的扭矩储备，涡轮增压器的“超速》和高气缸压力的出现，就成为很突出的问题。轿车的小型涡轮增压柴油发动机就属于这个范畴。避免发生这类问题的一个解决方法是：发动机在高速和大负荷运行时，将涡轮周围的一些废气旁通放掉(通过一个废气旁通阀)。这样，当装用小型涡轮时就可以在低速时获得较高的增压压力，同时，由于采用了旁通阀，增加了排气管的有效流通面积，因此，缓和了高速时涡轮有效比能的急剧增加。这样做有两个效果：第一，流入涡轮的废气仅只是一部分；第二，流通面积的增加降低了排气压力，否则排气压力就会剧增。因此，既调节了涡轮做功文调节了增压压力。此外，还减少了发动机排气行程的推出功耗，类似图5-55方案3所示的适当降低高速时的平均制动有效压力，而燃油消耗也将有所减少的例子。

废气旁通阀门可以设置在涡轮壳附近，它主要由一弹簧加载式阀门和一个随逃气管压力丽作出响应的控制膜片构成。随着发动机转速的变化，所用的弹簧负荷，膜片面积以及阀门面积的组合不同，使增压压力在很宽的范围内变化。但是，废气旁通阀也有一些缺点如：成本高，工作可靠性差以及对单进口的涡轮壳有节流作用等。