243脈衝渦輪增壓原理

大多數渦輪增壓發動機都使用脈衝，而不是恒定壓力渦輪增壓係統。但是，已經開發的脈衝係統並不是第2.4.1節中描述的純脈衝係統，該係統是不切實際的，而是試圖利用純脈衝和恒壓係統的可用能量的係統。目的是最大程度地利用排氣閥打開時氣缸中存在的高壓和溫度，即使以犧牲渦輪機產生高度不穩定的流量為代價。在大多數情況下，增加可用能量的收益將遠遠超過由於流量不穩定而導致的渦輪機效率損失。

脈衝係統的關鍵是嚐試使用圖2.18中麵積5-7-13表示的附加（相對於恒定壓力係統）的其他（相對於恒定壓力係統）。這需要渦輪機入口壓力突然上升到排氣閥首次開始打開時，然後沿5、6、7掉落。考慮一個非常小的排氣歧管連接到渦輪機的排氣口，渦輪機也有一個小有效流動區域。最初，在排氣閥打開之前，歧管可能處於大氣壓。隨著排氣門開始打開，在大壓降的影響下，排氣流從氣缸流向歧管。隨著閥門的打開，質量流速迅速增加。由於渦輪機充當流動限製，因此歧管中的壓力累積，由流入歧管的流和通過渦輪機出來的差異。因此，排氣歧管（渦輪機入口）壓力傾向於朝著氣缸壓力升高。

一旦峰值流速進入了流形，排氣氣可能比從氣缸到歧管的流速更快地從渦輪機流出，因此歧管壓力逐漸下降，在排氣閥關閉後不久就達到了大氣值。對於單個氣缸四衝程發動機2所示，這種不穩定的流動過程如圖2.21所示。排氣歧管壓力從大氣壓上升到BDC之後的峰值，類似於理想周期圖中從P9到P5的運動，然後在EVC後落回大氣壓力，類似於從P5到PK的運動。請注意，從BDC到TDC的活塞的排氣過程中，將廢氣從圓柱體推出到歧管。它通過渦輪機進行有用的工作。實際的排氣過程（圖2.21）相似，但與圖2.18的理想過程不相同，在該圖2.18中，排氣歧管壓力將立即上升到P5，逐漸落到P7，然後保持恒定，直到排氣閥關閉。因此，渦輪機可以使用吹吹動（區域5-8-9）和活塞泵送（區域13-9-10-11）的相當大的pretion。相對於恒壓係統，渦輪機可用的能量更大。

脈衝渦輪增壓係統要求排氣歧管盡可能小，以使渦輪機入口壓力應迅速上升到排氣閥打開時幾乎相等的圓柱體壓力。出於相同的原因，也希望快速打開排氣門。在實踐中，閥列慣性和凸輪應力限製閥加速度和渦輪增壓器位置會影響排氣歧管體積。必須盡可能將渦輪增壓器安裝到圓柱體上，以減少排氣歧管的長度。當歧管的橫截麵麵積顯著少於排氣門處的橫截麵。這些共同定義了最小排氣歧管體積。幾乎所有渦輪增壓發動機都是多缸發動機，因此必須將幾個排氣口連接到渦輪增壓器渦輪機。為了使排氣歧管體積較小，排氣口通過短而窄的直徑管連接到渦輪機。將各種氣缸的管道結合在一起的規則將在稍後提供。

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排氣管體積/氣缸掃描體積（VP/VC^）圖2.21排氣歧管形狀對可用能量的影響（Janota）

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排氣管體積/氣缸掃描體積（VP/VC^）圖2.21排氣歧管形狀對可用能量的影響（Janota）

一個典型的例子說明了使用狹窄管道時可用的排氣能量的增益如圖2.21所示。該測試數據是在單個氣缸，循環掃描，高速兩衝程發動機上獲得的，該發動機具有三種類型的排氣歧管，緊湊的體積（管道直徑=管道長度）和兩個狹窄的管道（管道區域/橫截麵端口麵積）比率為1.78和1.03）。所有測試都涉及相同的發動機速度，B.M.E.P.，增壓壓力，空氣流量和渦輪機麵積。主圖顯示了所有三個歧管的渦輪機能量如何隨排氣管體積（如果歧管體積等於氣缸體積的一半）而變化（在可用能量的基準上進行了非二維化）。請注意，將排氣歧管體積增加5倍的一半可用的能量。還有趣的是，隻要它們的體積相等，這三種類型的歧管（體積或長管）之間幾乎沒有區別。頂部圖顯示了三種類型的歧管的脈動排氣歧管壓力，其中五種逐漸增加了排氣歧管量。在前兩種情況下（排氣歧管體積= 0.5倍或0.8倍圓柱體積），歧管的類型，無論是長狹窄的管道還是肺泡，都沒有影響。但是，在最後兩個圖中存在實質性差異。 These differences are caused by pressure wave reflections in the very long narrow pipes.

如果排氣管狹窄，則管道本身的橫截麵麵積足以在排氣門打開時在排氣門端積聚。構建了壓力脈衝（因此術語脈衝渦輪增壓）。這種壓力脈衝或波浪沿著管道沿聲音速度行駛，以達到渦輪機。因此，能量以聲速沿管道沿管道傳輸到曲替氨酸。在渦輪機處，壓力波通過幅度降低反映，因為渦輪是部分流動限製。因此，圓柱體最初以高壓在EVO處釋放的氣體產生了壓力波，該氣缸沿管道逐漸減小的幅度向前和向後傳播。盡管渦輪機的可用能量並沒有大大不同（圖2.21），但這將長狹窄的管道與同一總體積的性能區分開來。

重要差異如圖2.22所示。這裏顯示了不同管道長度對反射脈衝時間安排的影響。在案例1中，反射發生在排氣門關閉後沒有問題之後發生，但這是一個罕見的情況，因為它隻能在異常長的歧管中發生。更常見的是情況4，其中反射時間相對於閥門的開放期很短。案例2是嚴重的脈衝，可能會發生長管，在清除期間，在閥門或端口升高排氣壓力。必須選擇渦輪增壓器位置和排氣管長度以避免這種情況，否則清除將嚴重損害。

在圖2.22中，壓力波在時間基礎上顯示，但是可以以曲柄角度考慮這些數字。它會

然後顯然，隨著發動機速度的變化（水平刻度放大或減少），以曲柄角度以反射脈衝到達的有效時間將有所不同。因此，排氣管長度至關重要，必須進行優化以適合發動機的速度範圍。反射壓力波的幹擾清除過程是脈衝渦輪增壓係統中最關鍵的方麵，尤其是在具有大型的發動機上氣缸數。正是在這些引擎上，以曲柄角度表達的波浪行進時間將是最長的：

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