涡轮增压器数学模型及应用

按照驱动压气机所用能量来源的不同，增压系统可分为机械增压系统、废气涡轮增压系统与复合增压系统三类。其中，废气涡轮增压系统分为不可调节和可调节两类.废气涡轮增压系统的调节通常有两种方法：其一，涡轮前旁通放气；其二，涡轮流通截面调节。

涡轮前旁通放气是指在排气管中废气涡轮室处增加一个旁通气道，由膜片或ECU控制切换阀的开度大小进行调整，其控制结构如图4－8所示。

图4－8　涡轮前旁通放气控制结构

1—进气歧管；2—中冷器；3—吸入空气；4—废气；5—旁通支路；6—压力箱；7—排气歧管

涡轮流通截面调节主要采用可变几何涡轮增压器（VGT）。VGT主要有三种方式：可变喉口增压器、舌形挡板增压器和可变喷嘴环增压器（VNT）。可变喉口增压器是在发动机排气管出口与涡轮入口之间安装一个可变喉口装置，通过改变喉口的开度对涡轮的流通截面进行调节，从而改善发动机与增压器的匹配性能；舌形挡板增压器是在涡轮进气截面后安装一个舌形可调喷嘴叶片，通过摆动舌形叶片改变涡壳的面径比值，对涡轮的流通截面进行调节；VNT采用活动的喷嘴环叶片，通过改变喷嘴环叶片的角度对涡轮的流通截面进行调节。

废气涡轮增压器计算模型是在已知涡轮和压气机特性基础上，通过气体经过废气涡轮和压气机的焓变来计算废气涡轮和压气机转速及出口气体状态参数。

压气机：

废气涡轮：

式中，hin——进口焓，J；

hout——出口焓，J；

Δhs——等熵焓变（压气机为绝热焓增加，涡轮机为绝热焓降），J；

ηs——压气机（或涡轮）的效率；

P——功率，W；(www.xing528.com)

——质量流量，kg/s；

PR——气体经过涡轮或压气机后的膨胀比或压比；

cp——空气或燃气的定压比热容，J/（kg·K）；

Ttot，in——进口流体滞止温度，K；

γ——空气或燃气的热容比；

Tin——进口流体温度，K；

uin——进口流体速度，m/s。

为便于比较不同压气机或涡轮的工作特性，利用折合参数表示压气机特性及涡轮效率特性。其中，折合转速和折合流量采用下式计算：

式中，RPMRed——压气机（或涡轮）折合转速，r/（min·K0.5）；

RPMactual——压气机（或涡轮）实际转速，r/min；

Red——压气机（或涡轮）工质折合流量，（kg·K0.5）/（kPa·s）；

actual——压气机（或涡轮）工质实际流量，kg/s；

Pinlet——进口压力，kPa；

Tinlet——进口温度，K。