摘 要

近年来的大气污染越来越严重，为了应对这些问题各国都发布了更加严格的排放法规，我国也是在国Ⅴ排放标准之后着手对国Ⅵ排放标准进行制定。柴油机作为一种广泛使用的内燃机对其进行减排升级也变得重要起来。VGT涡轮增压器不仅可以改善涡轮增压柴油机的加速响应还可以使柴油机的排放降低。基于此，论文针对某型柴油机匹配设计了一款VGT涡轮增压柴油机，由于时间的关系，本文仅对VGT涡轮增压器压气机的叶轮进行设计。

论文首先对比分析了国内外已经实施的排放法规和国内将要实施的国Ⅵ排放法规，得出要对柴油机进行减排设计；同时分析柴油机的减排方法之后认为采用VGT涡轮增压技术之后有利于降低排放；最后利用NREC设计了一款压气机叶轮，并通过NUMECA对其进行CFD流场分析，通过计算结果分析可知，叶轮设计基本达到了既定设计要求。

关键词：国Ⅵ排放；柴油机；VGT涡轮增压器；叶轮设计

Abstract

The air pollution is becoming more and more serious in recent years. In response to these questions all countries issued a more stringent emission regulations. In china a new national emission regulations is being worked on after the country's five emission regulations. Diesel engines is one kind of widely used internal combustion engine. Reducing the emissions of it is becoming more important. The booster response of turbocharged diesel engines can be improved by VGT turbochargers and it also can reduce the emissions. A VGT turbochargers will be designed for a Diesel engines. Because of the constraints, this paper only designs the impeller of the VGT turbocharger compressor.

First of all，some emissions regulations already implemented and the national six emission regulations of China are analyzed. The diesel engine is designed to reduce emissions. At the same time the Diesel emission reduction method is analyzed，VGT turbocharged technology can help reduce the emission. Last compressor impeller will be designed by NREC . The analysis of CFD streams of it by NUMECA. It basically meets the design requirement by analyzing the result.

Key Words：National VI emission regulations；Diesel engine；VGT turbocharger；Impeller design

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国外现状 2

1.2.1 欧洲排放法规 2

1.2.2国外关于VGT涡轮增压器的研究 3

1.3国内现状 4

1.3.1 国内排放法规 4

1.3.2 国内关于VGT涡轮增压器的研究 6

第二章 柴油机的减排技术 7

2.1 柴油机机前处理技术 7

2.2 柴油机的机内处理技术 7

2.3 柴油机排气后处理技术 7

2.3.1 优化燃烧 选择催化还原（SCR）技术 8

2.3.2 废气再循环（EGR） 颗粒捕集器（DPF） 8

2.4小结 9

第三章 VGT涡轮增压器 10

3.1 VGT涡轮增压器结构 10

3.1.1 涡轮增压器轴承 10

3.1.2 涡轮增压器涡轮叶轮 11

3.1.3 涡轮箱 12

3.1.4 压气机叶轮 12

3.1.5 扩压器 12

3.1.6 压气机蜗壳 13

3.1.7 可变喷嘴环 13

3.2 VGT涡轮增压器柴油机性能的影响 14

3.3小结 14

第四章 压气机叶轮设计 15

4.1 软件简介 15

4.1.1 Concepts NREC软件 15

4.1.2 NUMECA软件 16

4.2 压气机叶轮结构 16

4.3 叶轮叶片的设计 17

4.3.1 叶片角 18

4.3.2 叶片厚度分布 18

4.3.3 分流叶片 19

4.3.4 叶片造型方式 19

4.4 压气机参数计算 20

4.5 NREC叶轮设计部分 23

4.5.1 NREC Compal一维设计 23

4.5.2 NREC AxCent叶轮设计 25

4.6 CFD计算分析 28

4.6.1 计算区域 28

4.6.2 网格生成 28

4.6.3 流场分析 29

4.6.4 结果分析 31

4.7小结 33

第五章 结论与展望 34

5.1 本文主要工作 34

5.2 展望 34

参考文献 36

第一章 绪论

1.1 研究背景

柴油机作为内燃机的一种相对于汽油机而言有着更大的扭矩，更高的热效率，燃料的消耗少经济性更好。同时由于柴油机的空燃比远大于1属于富氧燃烧，相对于均燃的汽油机而言排放CO和HC的排放也更少。从上面可以知道柴油机有着汽油机无法比拟的优点，但是由于是不均匀燃烧在PM和NO_x的排放方面数值是汽油机的几十倍，因此降低这两种排放物成为了柴油机减排的重点^[1]。

随着环境污染的加剧和对环境的要求提高，欧美地区颁布了更加严格的环境保护法规，我国紧随他们的脚步准备颁布国Ⅵ排放法规。

因此需要对柴油机进行减排的升级，其中柴油机涡轮增压技术是一种机内处理方式，可以使得柴油机尾气中的PM和CO等的排放降低，有利于柴油机排放接近国Ⅵ排放法规。对于柴油机而言不同于过量空气系数接近1的汽油机，使用涡轮增压器不仅可以做到节能还可以做到减排，这是因为柴油机的过量空气系数远大于1，采用涡轮增压器能够进一步的提高柴油机的过量空气系数会对柴油机的排放产生明显的影响。相比于非增压柴油机，增压柴油机的过量空气系数更大，结果就是燃烧中有更加充足的空气参加这样促进了燃烧的进行让燃烧更加充分，从而使PM、HC和CO的排放降。

但是这样带来的弊端就是发动机NOx排放带来影响，因为促进了燃烧使燃烧室的温度上升，更多的空气使得氧气浓度上升这样就会促进NOx的生成。涡轮增压器带来的另一个好处就是经济性的提高，因此放弃部分经济性采用EGR技术可以使NOx的排放下降。