发动机与涡轮增压器匹配匹配特征

发动机在做增压器的匹配时，对压气机要求是：一要满足增压比，二要足够高的效率。提高压气机效率，可以降低增压后压缩气体的温度，有利于提高气体的密度，进而提高进气量，最终达到增压的目标。理想的发动机运行线是发动机与压气机的联合运行线可以通过压气机的高效率区域，同时与压气机的高效率范围相平行，即让发动机增压后的特性曲线最大限度地利用压气机的高效区域。从图1看出，当所选择的压气机流量过小时，发动机与压机联合运行线在压气机高效区的右边，出现了压气机的阻塞。解决这一问题可以通过选择大流量的压气机或者增加压气机气体通道的横截面积。

反之，当发动机与压气机联合运行线在压气机高效率区域的左半部分，表明在发动机低速工况时运转在压气机的低效率区域，如图2所示。这种情况下，当发动机在高速工况时，压气机容易产生喘振现象。解决这种问题的有效措施是选择较小的增压器或缩减压气机气体通道的横截面积。良好的发动机与压气机联合运行线应远离喘振线，且不能出现压气机的阻塞。图3是某款发动机与增压器的联合运行图，从图中可以看出，联合运行线既穿过了压气机的高效率区，又未超出喘振线和阻塞线。

一般地，涡轮机的高效率区域比较大。另外，发动机外特性工况下范围很小，涡轮的工作效率变化也不明显，因此涡轮机的匹配空间很大。

实践表明,涡轮机的气体流通能力的对其匹配特性影响很大，故发动机与涡轮的匹配是否良好主要取决于涡轮机的气体流通能力大小。判定涡轮机的气体流通能力大小常用的策略是将发动机和涡轮的联合运行线放进涡轮流通特性线上，如图4所示，在联合运行线与涡轮机的气体流通能力特性线不匹配时，就应相应选择较大型号或较小型号的涡轮重新匹配。

在进行发动机与涡轮机的匹配时，需要在涡轮机的气体流通特性图上同时标示各设计目标点的运行工况。涡轮机的流通特性可能不能同时满足各目标点的需求，这就需要综合各目标点工况的情况，选择相对合适涡轮机。 2100433B

影响发动机增压的参数主要有发动机的空气流量、增压压比、压气机的效率以及发动机废气温度等。空气流量和压比直接影响增压后发动机的压力，在发动机和压气机联合运行线上如果压力过高或过低都将影响涡轮增压系统与发动机匹配结果。压气机的效率和废气温度制约着增压系统的工作环境。

涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，使发动机在不改变排气量的情况下可以提高输出功率30%以上。因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现轿车的高性能化。

对增压器和发动机进行理论计算，选择合适的增压器增压度和发动机的一些参数，鉴于增压器的工作特点以及发动机最佳匹配的原则，确定合适的匹配参数。 国内的增压器厂家也对增压器的匹配有过一些研究，介绍了如何合理选用国产增压器代替已损坏的进口增压柴油机增压器的方法，并给出了国内生产的各种涡轮增压器的技术参考。多种进口机械的增压柴油机进行了国产增压器的匹配试验,，都取得了成功 。

阻抗变换与匹配，在集总元件低频电路中，负载阻抗与信源内阻抗的特定配合关系称为阻抗匹配。存在两种匹配条件：①负载阻抗等于信源内阻抗，这时信源输出电压可无失真地传输到负载。②负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值，即它们的模相等而幅角之和为零，此时在负载上可获得最大功率，称为共轭匹配。若信源阻抗和负载阻抗均为纯电阻（实阻抗），则这两种匹配条件相同。

原则上以上的阻抗匹配条件也适用于微波电路，但在微波电路中信号源与负载之间通常以传输线或波导连接，信号通过传输线或波导的传输用波描述更为确切，电压只具有等效的意义。这时需解决负载与传输线的匹配，使传输线上的信号无反射地传输到负载；也需解决信号源与连有负载的传输线的阻抗匹配问题，使信号源传送最大功率给负载。在传输线两端的连接处，阻抗匹配的解决要依靠阻抗匹配网络，也称为阻抗变换器。 　　阻抗匹配网络为二端网络，为由集总元件构成的低频网络，或由传输线或波导构成的微波网络，用以连接它两端具有不同阻抗的传输线段或电路元件，以实现从一端到另一端的最佳信号传输。这是在无源或有源电路中使用得最多的一种电路元件。 　　以阻抗为ZL的负载与特性阻抗（实）为Z0的传输线之间的匹配连接为例，为实现传输线上的功率无反射地传送到负载，要使用阻抗变换器将传输线负载端的阻抗从ZL变换为Z0。最简单的变换方法是使用与传输线并联或串联的终端短路或开路的传输线短截线，在无耗情况下它们的阻抗为电抗性，借助于阻抗圆图找到接入位置和截线长度，可在设定的频率点实现负载与传输线的匹配。使用多个短截线并利用计算机辅助设计可实现一定频带宽度内的阻抗匹配。 　　当负载阻抗为电阻性，可使用1/4波长阻抗变换技术实现负载与传输线的实特性阻抗的匹配。由于变换段的电长度随频率变化，1/4波长阻抗变换技术仅能在中心频率附近很小的频率范围内实现阻抗匹配。当要求在宽频率范围内的阻抗匹配，必须使用多级1/4波长阻抗变换，相继的变换段的特性阻抗只有小的改变。反射系数按二项式展开规律变化的，可获得最平缓的通带特性，称为二项式阻抗变换器。反射系数按切比雪夫多项式规律变化的则得到等波纹的通带特性和大得多的带宽，称为切比雪夫阻抗变换器。以阻抗缓慢变化的连续渐变段也可实现宽频带的阻抗变换。最常用的为阻抗按指数律变化的渐变式变换器。当切比雪夫阻抗变换器的段数无限增加而变换器的总长固定，这种变换器对于固定的变换器长度得到幅度最小的等波纹通带特性，为渐变式阻抗变换器的最佳设计。

一台性能优良的柴油机和一台效率高的涡轮增压器，组合在一起后变成的增压柴油机，其性能会更好。但这里有一个合理匹配的问题，合理匹配的前提是认真仔细的前期研究和实验获得的。

（1）柴油机和压气机的匹配。

柴油机和压气机的匹配，主要指柴油机所需空气流量及压气机所能提供空气流量的匹配。根据柴油机用途不同，其特性也会不同，如负荷特性、速度特性、调速特性等。要用一个增压器完全满足些特性的匹配条件，必须满足以下条件：满足柴油机上述特性的空气流量曲线可尽量穿过气机流量一效率曲线的高效率区，尤其是常用工况75%～90%负荷时应在压气机高效率（菱形B区）。

柴油机的特性曲线，特别是速度特性的空气流量曲线应远离压气机的喘振区，即所说的要有足够的富裕喘振区，通常要大于10%以上。

（2）柴油机和涡轮的匹配。

这里所指的匹配，主要指柴油机所提供的废气流量、压力温度和燃气涡轮所需废气流量、压力、温度的匹配，主要有以下方面：在柴油机整个运转过程内，涡轮机均具有较高的效率；柴油机排气管、排气道、排气门和涡轮涡壳通道、喷嘴环、涡轮叶轮通道都要匹配合理，使柴油机在不同特性区域内都能到获得优良的性能目标。