472QZ型汽油机用涡轮增压器设计与匹配研究

摘要

随着全球汽车保有量飞速增长，对汽车节能减排的呼声越来越高。涡轮增压器发动机利用发动机燃烧室排出的具有一定压力和温度的尾气推动涡轮做功，并驱动压气机实现对空气的压缩。在回收发动机尾气的能量的同时，能较好地解决以往无法兼顾的燃油经济性和动力性问题，且在动力性能与环保性能之间也可取得很好的平衡。本文在查阅国内外相关文献的基础上，总结了汽油机增压的背景、目的、方法及意义，然后以472QZ型汽油机（排量1.5L）为匹配原机，从汽油机基本参数入手，用理论计算、经验设计和实验匹配相结合的研发思路，对涡轮增压器进行了匹配设计研究。论文的主要内容及结论总结如下:
　　(1)总结了涡轮增压器各部分之间以及汽油机与涡轮增压器匹配的原则，可为汽油机增压器的设计提供方向性指导。
　　(2)通过对472QZ型汽油机的相关数据分析，确定了设计点下增压器压比和增压器流量分别为1.84和0.052kg/s，并据此对压气机叶轮和涡轮结构进行热力计算，确定了压气机叶轮和涡轮结构尺寸，进而得出了压气机叶轮和涡轮的结构尺寸及外型尺寸，并定名为JQ48。
　　(3)运用NUMECA软件对涡轮机端的涡轮叶顶间隙、涡轮进口绝对气流角、涡轮箱出口扩压和涡轮排气管结构等关键性能参数进行了优化分析，确定出了最佳设计参数，并为发动机厂设计排气管提供参考。
　　(4)利用湖南天雁机械有限责任公司实验台架对JQ48型涡轮增压器进行压气机特性实验，绘制了压气机特性曲线。并利用国内某发动机实验室进行发动机与增压器的联合匹配实验，绘制了472QZ型汽油机与JQ48型涡轮增压器联合运行的外特性曲线。运行实验结果表明，与该非增压汽油机相比，增压后472QZ型汽油机在设计点（n=2400r/min）的转矩增加了58.2％，功率提高了58.5％，油耗降低了18.7％。满足设计要求。
　　本文研究成果证明了涡轮增压技术在提高汽油机动力性、燃油经济性方面的作用，同时给出了利用理论计算、优化分析与实验相结合的汽油机增压器设计方法，具有较高的实用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 涡轮增压器的工作原理与作用

1．3 本文研究目的及内容

2 文献综述

2．1 汽油机涡轮增压行业的发展与现状

2．1．1 国内发展状况

2．1．2 国外发展状况

2．2 汽油机涡轮增压技术的特点

2．2．1 汽油机涡轮增压与柴油机涡轮增压的区别

2．2．2 汽油机涡轮增压的关键技术

2．3 汽油机涡轮增压器的匹配研究进展

2．3．1 国内研究进展

2．3．2 国外研究进展

2．4 涡轮增压器实验台架的研究进展

2．5 本章小结

3 汽油机涡轮增压器特性与匹配方法

3．1 汽油机涡轮增压器系统

3．1．1 离心式压气机的工作过程

3．1．2 离心式压气机的工作特性

3．1．3 径流式涡轮机的工作过程

3．1．4 径流式涡轮机的工作特性

3．2 汽油机涡轮增压器的设计与匹配原则

3．2．1 汽油机与压气机的匹配

3．2．2 汽油机与涡轮机的匹配

3．2．3 压气机与涡轮机的匹配

3．2．4 汽油机与涡轮增压器的匹配

3．3 本章小结

4 汽油机涡轮增压器匹配设计计算

4．1 压气机设计点参数计算

4．1．1 设计任务与原始数据

4．1．2 设计点选择

4．1．3 增压参数的确定

4．2 离心式压气机设计点热力计算

4．2．1 已知的计算参数

4．2．2 选取参数

4．2．3 压气机热力计算

4．3 压气机设计点分析

4．4 径流式涡轮机设计点热力计算

4．4．1 己知的计算参数

4．4．2 选取参数

4．4．3 涡轮机热力计算

4．5 涡轮的定型

4．6 本章小结

5 增压器优化分析

5．1 涡轮叶顶间隙分析

5．2 绝对气流角对涡轮特性的影响

5．3 涡轮箱排气出口结构改进分析

5．4 涡轮排气管流道分析

5．5 本章小结

6 汽油机涡轮增压器实验

6．1 涡轮增压器特性实验

6．1．1 增压器性能实验介绍

6．1．2 压气机实验装置及方法

6．1．3 实验结果及分析

6．1．4 压气机特性曲线的绘制与讨论

6．2 汽油机与涡轮增压器的联合运行特性实验

6．2．1 联合运行特性实验介绍

6．2．2 联合运行特性实验结果及讨论

6．3 本章小结

7 全文总结

7．1 主要结论

7．2 进一步的工作

参考文献

攻读学位期间主要研究论文成果

攻读学位期间主要研究专利成果

攻读硕士学位期间参与研制项目

致谢