涡轮增压发动机设计参数优化

宿良 赵明

摘 要：发动机性能仿真技术己经成为现代发动机设计方法的重要内容，通过发动机 性能仿真可以对设计参数进行优化和性能预测，从而减少试验量，加快研究开发 进度。近年来发动机性能仿真计算己经成为内燃机研究开发工作的一个重要环节 和手段。本文主要对增压发动机性能影响比较大设计参数进行了优化。

关键词：涡轮增压;进气歧管;排气歧管

1进气歧管的优化

对于增压发动机而言，气体的波动效应对发动机的充气效率影响比较小，但 是进气歧管的容积变化对发动机的性能影响比较大，因此有必要对增压发动机进 气歧管直径和总管长度进行优化。图1.1 （a）和图1.1 （b）是不同进气歧管直径 对发动机扭矩和充气效率影响情况图。

从图中可以看出，除个别点之外，在原进气歧管（原机进气歧管直径为28mm） 下，发动机的扭矩和充气效率最大，尤其是在中高转速范围内优势更明显。为了 分析其原因，图1.2和图1.3给出了一个循环内进气歧管内的压力波动和进气质量流量，从图1.2可以看出，在发动机转速4000r/mm下，原进气歧管的压力波动比 进气歧管直径增加12mm的压力波动大，在进气门打开前期原进气歧管内的压力 下降比较厉害，但是在进气门打开中后期能马上建立起比较高的峰值压力，从而 增加缸内进气流量，如图1.3所示，进气门打开前期原进气歧管内的质量流量较低， 但是经过450°CA以后，质量流量就超过了进气歧管直径增加12mm的质量流量，并且一致持续到进气门关閉，能有效提高发动机充气效率。

2发动机排气管连接方案优化

如图1.7（a）所示，是脉动增压的扭矩图，从图中可以看出，排气歧管长度 为200mm的发动机在低转速范围内扭矩比较大。在恒压增压连接方案下发动机的 扭矩在低转速范围内随管长的减少而逐渐增大，如图1.7 （b）所示。主要是由于低速废气能量提供给涡轮机的能量不足，而减少排气歧管长度能够比较有效的利 用气流动能部分，使涡轮机的有效能量增加，有利于增压压力和流量的提高。

为了对比两种连接方案的优势，从两种方案中选取最优的排气歧管长度进行对比分析，我们分别就两种连接方案下最优管长发动机的扭矩和油耗做了对比，得出结论为脉动增压连接在低速范围内发动机的扭矩比恒压增压的扭矩要稍微高点，油耗也稍微低些，在中高转速两种方案的扭矩和油耗基本相当。

综上所述，增压发动机采用脉动增压的连接方案，排气岐管长度控制在200mm 左右。

结论：综上所述，增加气门重叠角可以有效的改善低中转速扭矩，通过增加气门重 叠角20°CA左右右，增压发动机有望在2000r/min下达到性能目标需求。

作者简介：

宿良，男，山东高密人，硕士研究生，山东科技职业学院教师

项目来源：2015年度山东省高等学校科研计划项目

项目名称：发动机N级涡轮增压器的研究

项目编号：J15LB64