夏英子 李晓娟 赵福成 王瑞平，2

（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利罗佑发动机有限公司）

引言

随着乘用车油耗和排放限值的日益严格，越来越多的整车企业投入更多的精力开发排量小、强化程度更高的发动机以满足各种日益严格的法规限值，目前国内外乘用车广泛采用增压发动机。按照增压器的形式可将发动机分为涡轮增压、机械增压和电子增压发动机[1]，现在涡轮增压发动机已成为主流产品。为了使车辆的加速性有较高的提升，使客户感知车辆提速明显，各主机厂发动机设计开发阶段均会深入研究涡轮增压发动机如何提升低速转矩，在保证发动机排量不变的情况下使低速转矩更高和达到最大转矩的发动机转速更低，本文针对增压器压气机的叶轮直径对发动机低速转矩的影响进行了分析研究。

1 发动机选择

本次研究选用了一款涡轮增压发动机，详细参数见表1所示。发动机为全新发动机，进行专项增压器验证，试验前对影响性能的相关零部件进行了检测，全部满足设计要求，主要检测项包括：发动机压缩比、气道滚流比、活塞燃烧室容积、气缸盖燃烧室容积和气缸压缩压力等，在进行增压器验证前对性能进行了详细确认，满足试验条件后开始增压器对比试验验证[2]。

表1 发动机参数表

2 增压器匹配与介绍

2.1 增压器的匹配

按照发动机开发流程，发动机开发初期需先制定性能开发目标，包括外特性转矩和额定功率，然后根据性能目标匹配一款合适的增压器，增压器的匹配需保证发动机能够达到性能开发目标且有一定的安全余量，以保证高原地区动力达标且增压器不超速损坏。增压器的匹配不单单包括增压器与发动机的匹配；还包括增压器涡轮机和压气机的匹配；涡轮和涡壳的匹配；压轮和压壳的匹配。增压器结构细微的变化都有可能对发动机转矩有明显的影响[3]，本文主要对增压器压气机叶轮直径对发动机低速转矩的影响进行研究。

2.2 增压器介绍

本机型采用的增压器外观结构如图1所示，本研究通过对图2中压气机叶轮直径由原来的51 mm缩小至49 mm，从仿真和试验验证两方面对更改前后的增压器和发动机性能进行了对比分析。

图1 增压器外观结构示意图

图2 增压器压气机叶轮示意图

2.3 仿真分析结果

压气机端原始叶轮直径和缩减后增压器map对比如图3所示，从图3可以看出，叶轮直径由51 mm减小至49 mm后，低速效率提高3%～4%。涡轮机转速提升，效率提高。效率越高，说明同样废气能量下转化效率更高，同时可以看出高速尚有裕度。

图3 增压器map对比图

压端效率与流量如图4和图5所示。从图中可以看出，叶轮直径由51 mm减小至49 mm后压气机低速效率略有提升，压气机相对减小。

涡端流量和效率如图6和图7所示。从图中可以看出，叶轮直径由51 mm减小至49 mm后涡端流量与上次差异不大，在偏差范围内，由于压端减小，涡端效率稍有提高。

2.4 试验结果

为保证试验精度和结果可靠，将2种方案增压器在同一发动机，同一台架进行，更换增压器，试验结果如图8所示。从图中可以看出压端叶轮直径为49 mm的增压器在1 400 r/min以下转矩明显提升，1 400 r/min以上转矩基本相同，整个外特性占空比变大，说明增压器裕度加大。

图5 压端流量对比图

图6 涡端流量对比图

图7 涡端效率对比图

图8 发动机外特性对比

图9 增压器占空比对比

图10 低速转矩对比

从图9和图10中可以看出，压气机叶轮直径减小为49 mm后发动机1 000 r/min转矩提升31 N·m，1 250 r/min下转矩提升26 N·m，1 400 r/min下转矩提升5 N·m，1 500 r/min下转矩提升8 N·m，同时1 400 r/min下增压器占空比由0增大至4.8%，1 500 r/min下增压器占空比由0%提升至8%，说明这两个转速下增压器废气旁通阀开度变大，废气能量更足，部分废气通过废气旁通阀短路，从侧面证明叶轮减小后低速下增压器效率有所提升。（注：因1 400 r/min为此发动机最大转矩起始点，通常情况下更关注达到目标之后增压器余量，而不关注发动机可实现的最大转矩）。

3 结论

1）针对本款增压器直喷发动机，通过缩减增压器压气机叶轮直径可提升发动机低速转矩，同时可保证其他转速发动机性能不变；

2）针对发动机低速扭矩，更改增压器压气机叶轮直径后涡端流量基本不变，涡端效率将发生明显变化，整个发动机map都受到影响，增压器匹配涉及多方面，需要总体权衡。