摘 要

本论文以2.0L某型汽油发动机为研究对象，通过以为其匹配一款合适的涡轮增压器为目的，来进行涡轮增压器与汽油发动机匹配方面的研究。论文先简单介绍了涡轮增压器的历史背景以及在如今被越来越广泛地应用的原因；接着介绍了涡轮增压器的结构和工作原理，以及涡轮增压技术的研究现状；然后总结了汽油发动机与涡轮增压器匹配的原则；最后通过计算，为目标发动机选择了一款合适的涡轮增压器来进行匹配研究，并在软件上建立发动机和涡轮增压器的模型，通过软件的仿真运行来进行研究，最终通过软件所分析出来的结果，确定了在为发动机匹配涡轮增压器之后，发动机的动力性与经济性得到了明显的提升，同时也分析出了所匹配的涡轮增压器与发动机之间有着较好的匹配结果，在本论文的最后，尝试着对涡轮增压发动机做出了一定的优化设计。

关键词：涡轮增压器；匹配；涡轮增压汽油机

Abstract

In this paper, a 2.0L gasoline engine is taken as the research object, to study the matching between turbocharger and gasoline engine by matching a suitable turbocharger for it. The paper briefly introduces the historical background of turbocharger and the reasons why it is used more and more widely. Second, this paper introduced the structure and working principle of turbocharger and the research status of turbocharger technology. Then, this paper conclude the matching principle between gasoline engine and turbocharger. Finally, a suitable turbocharger is selected for the matching research of the gasoline engine, and the model of the gasoline engine and turbocharger is built on a software, through the simulation run of software, the result of simulation run is got; the conclusion is that the power performance and economic performance of the engine have been greatly improved after matching a turbocharger, at the same time, the matching between the turbocharger and the engine is well matched; in the end of this paper, a optimum design was tried to this turbocharged engine.

Key Words：Turbocharger；Matching；Turbocharged Gasoline Engine

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 2

1.2 研究目的与内容 3

第2章 涡轮增压器结构与原理 4

2.1 径流式涡轮增压器结构与原理 4

2.1.1 离心式压气机的构造 5

2.1.2 径流式涡轮机的构造 5

2.2 涡轮增压发动机的工作特性 6

2.3 涡轮增压器的研究现状 6

2.4本章小结 7

第3章 汽油机与涡轮增压器匹配原则 8

3.1 汽油机涡轮增压器特性参数 8

3.1.1 压气机的特性参数 8

3.1.2 涡轮机的特性参数 10

3.2 涡轮增压器与汽油机匹配原则 11

3.2.1 汽油机与压气机的匹配 11

3.2.2 汽油机与涡轮机的匹配 12

3.2.3 压气机与涡轮机的匹配 12

3.2.4 汽油机与涡轮增压器的匹配 12

3.3本章小结 13

第4章 汽油机与涡轮增压器匹配计算 14

4.1 设计点的选择 14

4.2 增压参数的计算 15

4.3 涡轮增压器的选取 16

4.4本章小结 18

第5章 汽油机与涡轮增压器的建模仿真与结果分析 19

5.1 GT-POWER软件介绍 19

5.2 汽油发动机模型的建立 19

5.2.1 进气系统模型的建立 20

5.2.2 排气系统模型的建立 23

5.2.3 进排气门模型的建立 23

5.2.4 喷油器模型的建立 25

5.2.5 气缸体模型的建立 25

5.2.6 曲轴箱模型的建立 26

5.2.7 汽油机的整体模型 27

5.3 所建立汽油发动机模型的验证 28

5.4 涡轮增压部分模型的建立 30

5.4.1 中冷器模型的建立 30

5.4.2 排气系统模型的改变 31

5.4.3 压气机模型的建立 31

5.4.4 涡轮机模型的建立 32

5.4.5 涡轮增压器转轴模型的建立 33

5.4.6 压力控制模型的建立 33

5.5 涡轮增压汽油发动机的仿真过程 34

5.6 仿真结果及分析 35

5.6.1 动力性方面 35

5.6.2 经济性方面 38

5.6.3 汽油机与涡轮增压器的联合运行 39

5.6.4 总结 41

第6章 汽油机涡轮增压器的优化设计 42

6.1 优化设计方案 42

6.2 优化设计的结果 43

6.3 优化设计小结 44

第7章 总结与展望 45

7.1 总结 45

7.2 展望 46

参考文献 47

致 谢 49

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

汽油机涡轮增压技术是现如今汽车上常见的一项应用技术，自上世纪七十年代开始，随着全球各大厂商和研究所对汽油机涡轮增压技术的开发，汽油机涡轮增压技术有了很大的突破。其实涡轮增压器的历史最早可以追溯到二十世纪初，当时瑞士的Alfred.I.Buchi开发出来了首台轴流式涡轮增压器，并且申请了专利^[11]，但这时候涡轮增压器还没有运用在汽车上，而是较早的应用在了航空领域。

在车用涡轮增压的应用上，早期的时候也只是较多的用在了柴油发动机中，这是因为涡轮增压汽油发动机存在爆震、热负荷高和可靠性差等很多的问题，当时的技术水平无法弥补这些缺陷，所以汽油机涡轮增压技术的发展没这么早，在技术方面也比柴油机差很多，如在1962年，美国GM公司设计开发出了涡轮增压汽油机，但这项技术存在爆燃和增压器运行范围不够大等缺点导致其未能广泛地应用^[14]。