摘要：本文基于對渦輪增壓器運作功能的了解，闡述了帶渦輪增壓器的活塞發(fā)動機的調(diào)節(jié)內(nèi)容，針對保障整體穩(wěn)定運行的發(fā)動機通流特性、設(shè)計點及變工況運行特性計算等有效分析，提高帶有渦輪增壓器的活塞發(fā)動機設(shè)備的運行質(zhì)量和效率，為相關(guān)企業(yè)積極發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：渦輪增壓器;活塞發(fā)動機;通流特性

　　引言：隨著科技的進步和社會的發(fā)展，機械制造業(yè)已經(jīng)成為推動社會經(jīng)濟快速發(fā)展的重要支撐。帶渦輪增壓器的活塞發(fā)動機具有強吸氣、提高經(jīng)濟性和實用性等特征，但在實際使用過程中對其機械性能、潤滑性都會產(chǎn)生影響，因此必須對其調(diào)節(jié)原理及運行的穩(wěn)定性、安全性等因素進行特性分析。

　　機械論文投稿刊物：《兵工學(xué)報》(月刊)1979年創(chuàng)刊，是中國兵工學(xué)會主辦的綜合性學(xué)術(shù)物，它以反映兵器科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的最新科研成果，促進學(xué)科發(fā)展，繁榮學(xué)術(shù)交流為宗旨，以介紹與兵器相關(guān)的基礎(chǔ)理論、應(yīng)用研究、實驗分析和工藝技術(shù)等為主要內(nèi)容。其專業(yè)涉及軍用車輛、軍用光學(xué)、光電子技術(shù)、通信技術(shù)、火炮、彈藥技術(shù)、控制技術(shù)、應(yīng)用力學(xué)、化學(xué)工程、機械工程、材料科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等諸多領(lǐng)域。

　　帶渦輪增壓器的活塞發(fā)動機的調(diào)節(jié)內(nèi)容

　　渦輪增壓器一般是用燃燒后的廢氣與渦輪進行空氣摩擦，促使渦輪進行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，并帶動同軸上的壓氣機葉輪，從而得以實現(xiàn)空氣的壓縮。想要提高活塞發(fā)動機的實際運行功率，必須提升空氣壓縮比，具體有兩種應(yīng)用途徑。第一，采用高頂活塞發(fā)動機進一步改變曲軸的固定形成，或者是改變?nèi)紵�室的形狀，但是�?yīng)用此種方式需要浪費大量資源，并帶來一定的經(jīng)濟壓力;第二，通過增加氣進量的方法，采用強制性方式加大空氣灌輸量，就是渦輪增壓器的本質(zhì)方法，能在不改變發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，既減少了經(jīng)濟支出，又能達到實際目的。

　　通常情況下，想要對渦輪增壓器的調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)時，其具體位置大都在排氣側(cè)進行實際調(diào)節(jié)工作，當(dāng)運行設(shè)備不需要增壓時，一部分排氣會通過旁通閥進行外泄，從而有效避免廢氣進行渦輪增壓器中。當(dāng)活塞發(fā)動機的轉(zhuǎn)速達到一定數(shù)值時，會對整體的機械性能、摩擦性等多種因素產(chǎn)生影響，同時電磁閥會自動的初始旁通閥進行關(guān)閉，從而讓排除的氣流指向渦輪的一側(cè)，促使渦輪轉(zhuǎn)動。除此之外，還可以通過對渦輪葉片角度進行有效調(diào)節(jié)的方式，提升渦輪運轉(zhuǎn)過程中的阻力，切實達到對渦輪轉(zhuǎn)速進行有效調(diào)節(jié)和控制的目的，從而改變增壓量。

　　空氣受冷環(huán)境影響在收縮的同時增大密度，能有效防止在渦輪增壓器運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生爆燃現(xiàn)象，因此在通常情況下，當(dāng)帶有渦輪增壓器的活塞發(fā)動機相關(guān)設(shè)備運行時，為了避免出現(xiàn)以上現(xiàn)象，則需安裝中間冷卻器，利用機械運作過程中產(chǎn)生的氣流或自身產(chǎn)生的冷空氣進行溫度調(diào)節(jié)，促使整體溫度保持在可控范圍。

　　帶渦輪增壓器的活塞發(fā)動機穩(wěn)定運行特性分析

　　活塞發(fā)動機通流特性

　　活塞發(fā)動機主要是依靠活塞在氣缸中的反復(fù)運動，使氣體工質(zhì)完成熱力循環(huán)，并將燃料的部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械功的動力裝置。其通流特性主要是通過發(fā)動機的空氣流量與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和增壓壓力之間的關(guān)系。在氣缸工作過程計算得到每缸每循環(huán)的空氣量mE，然后通過有效公式得出壓氣機流量：mk=Z·mE·n/30·t，V288=Z·mE·n/30·t·R/P1·(288.15*T)-2[1]。

　　在對渦輪增壓活塞發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在活塞發(fā)動機上增設(shè)渦輪壓縮機，其主要目的是增加發(fā)動機動力，其中還包括加壓后的燃燒空氣借助該渦輪壓縮機而向發(fā)動機進行廢氣供應(yīng)，將發(fā)動機產(chǎn)生的廢棄傳導(dǎo)至渦輪，并通過渦輪將廢棄內(nèi)的能量繼而轉(zhuǎn)化為壓縮機的驅(qū)動動力。對于渦輪壓縮機部分來說，主要受到兩方面制約因素的影響，一方面是受到喘振極限的限制，而另一方面則是受到與壓縮機的最大容量相對應(yīng)的極限限制，二者都對發(fā)動機的運行具有一定程度的影響性和危害性，在此基礎(chǔ)上，必須對壓縮機的運行點進行有效控制，同時還要促使其與喘振極限之間存有特定的安全余量，充分發(fā)揮出壓縮機的實際效能，提高壓縮機運行質(zhì)量和效率。

　　在發(fā)動機運行過程中可能出現(xiàn)多種情況，而極大可能出現(xiàn)在運行過程中沒有使用燃燒空氣增濕的情況，因此需確保壓縮機能運行在以下不同種情況下，從而展現(xiàn)出其特性：第一種，當(dāng)使用燃燒空氣增濕時，促使燃燒空氣溫度保持在70-75°之間，在此種情況下，能有效提升經(jīng)過渦輪的質(zhì)量流率，從而達到與水供應(yīng)時相同的程度;第二種，當(dāng)沒有使用燃燒空氣進行增濕時，致使燃燒空氣保持在50-55°之間，并且沒有額外的經(jīng)過渦輪的質(zhì)量流率。除此之外，如果用于燃料空氣的增濕系統(tǒng)沒有運行時，壓縮機的運行點最大程度的向容量極限值移動，致使降低壓縮機運行效率，與標準規(guī)格壓縮機相比，渦輪壓縮機的轉(zhuǎn)動速度與質(zhì)量具有更高效能。

　　設(shè)計點與變工況運行特性計算

　　渦輪增壓活塞發(fā)動機設(shè)計點匹配計算，其主要目的是在設(shè)計工作點進行有效確定的基礎(chǔ)上，促使發(fā)動機與渦輪增壓器進行有效配合，從而達到預(yù)期的設(shè)計指標，得出相應(yīng)數(shù)據(jù)。在穩(wěn)定工況時，進氣系統(tǒng)的壓力值始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，而對于排氣系統(tǒng)說，可以詳細劃分為定壓和脈沖兩個系統(tǒng)。定壓系統(tǒng)的排氣壓力及溫度始終保持穩(wěn)定，不隨外界影響因素的變化而變化;脈沖系統(tǒng)的內(nèi)部壓力、溫度等都隨著時間進行相應(yīng)改變。渦輪增壓發(fā)動機的匹配設(shè)計需建立在已知指標、特性等參數(shù)條件的基礎(chǔ)上，進行有效計算：

　　首先，在確定渦輪尺寸A1的基礎(chǔ)上，對增壓壓力p2、渦輪前壓力p3等數(shù)值進行有效選取和預(yù)估，并進行相應(yīng)的工作數(shù)值計算，從而得出有效性能參數(shù);其次，由mk或V288以及得到的增壓比在特性線上對運行點進行確定，最終得到，nTk，然后再由p3/p4=πT、T3、nTk，求得速度比u/c0。在此基礎(chǔ)上，由πT、u/c0在渦輪特性線上對運行點進行尋找，從而得到ηk、uT。

　　根據(jù)渦輪增壓器的能量平衡方程可知P2/P1的具體形式,從而有效求得增壓壓力的第一次試算值p2’[2];再次，將p2’與p2進行比較，如果前者小于后者，那么說明渦輪提供的能量偏小，在此基礎(chǔ)上應(yīng)對A1值進行適當(dāng)減少，將進行更改的數(shù)值重新帶入到方程式內(nèi)進行重新計算，直到渦輪增壓器的能量p3和質(zhì)量m1保持平衡且滿足實際要求為止，最終求得A1;最后，當(dāng)A1值確定后，還需對最后確定的設(shè)計點規(guī)定和性能參數(shù)進行確認，直至達到滿足狀態(tài)為止。

　　在對渦輪活塞增壓發(fā)動機變工況運行特性進行模擬計算時，需針對其整體的運行特性和運行點進行精準計算。在此基礎(chǔ)上，需根據(jù)不同位置的特性特點進行具體計算和轉(zhuǎn)變，比如：對于螺旋槳特性來說，間發(fā)動機的工況、人為調(diào)節(jié)等情況在螺旋槳特性所對應(yīng)的各點時，相應(yīng)的機械性能會隨著時間、轉(zhuǎn)速及調(diào)整狀態(tài)等變化關(guān)系進行相應(yīng)改變;對于速度特性來說，主要是指在活塞發(fā)動機循環(huán)供油量始終保持不變的情況下，發(fā)動機的性能指標隨轉(zhuǎn)速不同而相應(yīng)變化，但循環(huán)供油量限制在標定工況點時，發(fā)動機主要性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，特此稱為全負荷的速度特性。

　　結(jié)論：綜上所述，根據(jù)帶有渦輪增壓器的活塞發(fā)動機的應(yīng)用方面不同，其具體的使用強度、特性、方式及影響因素都具有多樣性特點，需根據(jù)實際情況，對渦輪增壓活塞發(fā)動機的結(jié)構(gòu)進行有效設(shè)計，促使其實際效能得以充分發(fā)揮，提高相應(yīng)設(shè)備的整體運行質(zhì)量和效率。

　　參考文獻：

　　[1]張朔,趙振峰.二沖程航空活塞發(fā)動機增壓匹配研究和優(yōu)化[J].兵工學(xué)報,2020,41(01):135-142.

　　[2]鮑夢瑤,丁水汀.航空活塞發(fā)動機渦輪增壓器失效關(guān)鍵影響因素分級[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報,2019,45(06):1071-1080.

　　作者：張毅