增压发动机转动惯量及其应用

1.曲柄连杆机构等效转动惯量

发动机的转动惯量是指曲柄连杆机构、配气机构、平衡机构及附件等部分的运动件对于曲轴中心线的等效转动惯量的总和，既是柴油机无负荷测功所需的重要参数，也是利用瞬时转速推求瞬时扭矩和气缸压缩压力、估算气缸内工作压力和平均指示压力等所需的参数。等效转动惯量既可以通过计算得到，也可以通过试验的方法（附加质量法、停油惰转法）得到。

一般可以通过虚拟装配与机械仿真方法计算发动机等效转动惯量，确定虚拟装配方案并充分考虑各零件之间的装配关系，建立某型发动机曲轴－连杆－活塞机构装配，如图4－9所示。

图4－9　某型发动机曲轴－连杆－活塞机构装配

设置各零部件质量属性，采用动力学仿真方法计算得柴油机左1缸与右1缸并列缸排活塞运动速度（图4－10），两者相位差为120°。根据动能等效原则，由曲轴角速度及各缸活塞运动速度计算得曲柄连杆机构相对曲轴轴线的等效转动惯量如图4－11所示。

图4－10　左1缸、右1缸活塞运动速度(www.xing528.com)

图4－11　曲柄连杆机构等效转动惯量

等效转动惯量呈恒幅值循环周期性变化，均值为3.509 kg·m2，且随着曲轴转速的加快，其周期逐渐减小。可见，等效转动惯量与系统运动状态无关，仅与各缸活塞运动位置相关，等效转动惯量幅值变化范围为3.479～3.534 kg·m2，与曲轴－飞轮组件转动惯量（3.214 kg·m2）的差别在8.245%～9.956%之间。

2.增压器转动惯量

某型发动机涡轮增压器转子系统如图4－12所示。

图4－12　某型发动机涡轮增压器转子系统

装甲车辆发动机增压器主要包括压气机叶轮、涡轮叶轮、转轴及止推螺母等。已知各零件质量属性，建立增压器的三维几何模型，采用动力学仿真方法，经计算得转子系统总质量为3.26 kg，主轴转动惯量为884.95 kg·mm2。