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動機的調節內容，針對保障整體穩定運行的發動機通流特性、設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動機設備的運行質量和效率，為相關企業積極發展提供科學依據。

　　關鍵詞：渦輪增壓器;活塞發動機;通流特性

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

　　機械論文投稿刊物：《兵工學報》(月刊)1979年創刊，是中國兵工學會主辦的綜合性學術物，它以反映兵器科學與技術領域的最新科研成果，促進學科發展，繁榮學術交流為宗旨，以介紹與兵器相關的基礎理論、應用研究、實驗分析和工藝技術等為主要內容。其專業涉及軍用車輛、軍用光學、光電子技術、通信技術、火炮、彈藥技術、控制技術、應用力學、化學工程、機械工程、材料科學和應用數學等諸多領域。

　　帶渦輪增壓器的活塞發動機的調節內容

　　渦輪增壓器一般是用燃燒后的廢氣與渦輪進行空氣摩擦，促使渦輪進行轉轉動，并帶動同軸上的壓氣機葉輪，從而得以實現空氣的壓縮。想要提高活塞發動機的實際運行功率，必須提升空氣壓縮比，具體有兩種應用途徑。第一，采用高頂活塞發動機進一步改變曲軸的固定形成，或者是改變燃燒室的形狀，但是應用此種方式需要浪費大量資源，并帶來一定的經濟壓力;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方法，能在不改變發動機基本結構的基礎上，既減少了經濟支出，又能達到實際目的。

　　通常情況下，想要對渦輪增壓器的調節裝置進行調節時，其具體位置大都在排氣側進行實際調節工作，當運行設備不需要增壓時，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。當活塞發動機的轉速達到一定數值時，會對整體的機械性能、摩擦性等多種因素產生影響，同時電磁閥會自動的初始旁通閥進行關閉，從而讓排除的氣流指向渦輪的一側，促使渦輪轉動。除此之外，還可以通過對渦輪葉片角度進行有效調節的方式，提升渦輪運轉過程中的阻力，切實達到對渦輪轉速進行有效調節和控制的目的，從而改變增壓量。

　　空氣受冷環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過程中發生爆燃現象，因此在通常情況下，當帶有渦輪增壓器的活塞發動機相關設備運行時，為了避免出現以上現象，則需安裝中間冷卻器，利用機械運作過程中產生的氣流或自身產生的冷空氣進行溫度調節，促使整體溫度保持在可控范圍。

　　帶渦輪增壓器的活塞發動機穩定運行特性分析

　　活塞發動機通流特性

　　活塞發動機主要是依靠活塞在氣缸中的反復運動，使氣體工質完成熱力循環，并將燃料的部分化學能轉化為機械功的動力裝置。其通流特性主要是通過發動機的空氣流量與發動機轉速和增壓壓力之間的關系。在氣缸工作過程計算得到每缸每循環的空氣量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動機結構設計時，在活塞發動機上增設渦輪壓縮機，其主要目的是增加發動機動力，其中還包括加壓后的燃燒空氣借助該渦輪壓縮機而向發動機進行廢氣供應，將發動機產生的廢棄傳導至渦輪，并通過渦輪將廢棄內的能量繼而轉化為壓縮機的驅動動力。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的極限限制，二者都對發動機的運行具有一定程度的影響性和危害性，在此基礎上，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，充分發揮出壓縮機的實際效能，提高壓縮機運行質量和效率。

　　在發動機運行過程中可能出現多種情況，而極大可能出現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，從而展現出其特性：第一種，當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，能有效提升經過渦輪的質量流率，從而達到與水供應時相同的程度;第二種，當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，并且沒有額外的經過渦輪的質量流率。除此之外，如果用于燃料空氣的增濕系統沒有運行時，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，與標準規格壓縮機相比，渦輪壓縮機的轉動速度與質量具有更高效能。

　　設計點與變工況運行特性計算

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

　　首先，在確定渦輪尺寸A1的基礎上，對增壓壓力p2、渦輪前壓力p3等數值進行有效選取和預估，并進行相應的工作數值計算，從而得出有效性能參數;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，在此基礎上應對A1值進行適當減少，將進行更改的數值重新帶入到方程式內進行重新計算，直到渦輪增壓器的能量p3和質量m1保持平衡且滿足實際要求為止，最終求得A1;最后，當A1值確定后，還需對最后確定的設計點規定和性能參數進行確認，直至達到滿足狀態為止。

　　在對渦輪活塞增壓發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。在此基礎上，需根據不同位置的特性特點進行具體計算和轉變，比如：對于螺旋槳特性來說，間發動機的工況、人為調節等情況在螺旋槳特性所對應的各點時，相應的機械性能會隨著時間、轉速及調整狀態等變化關系進行相應改變;對于速度特性來說，主要是指在活塞發動機循環供油量始終保持不變的情況下，發動機的性能指標隨轉速不同而相應變化，但循環供油量限制在標定工況點時，發動機主要性能參數隨轉速的變化而變化，特此稱為全負荷的速度特性。

　　結論：綜上所述，根據帶有渦輪增壓器的活塞發動機的應用方面不同，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，需根據實際情況，對渦輪增壓活塞發動機的結構進行有效設計，促使其實際效能得以充分發揮，提高相應設備的整體運行質量和效率。

　　參考文獻：

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

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

　　作者：張毅