摘要：介绍了涡轮增压器压气机特性曲线的概念，根据压气机特性曲线分析了增压器喘振的机理，并提出了相应的解决措施，从而避免增压器喘振损坏汽油机，确保汽油机正常运行。
关键词：汽油机，增压器，喘振。
汽油机增压方式有机械增压、压力波增压和废气涡轮增压，其中废气涡轮增压应用得最为广泛。汽油机增压的优点是提高汽油机动力性能、降低燃油耗、降低排放和实现高原补偿。喘振是增压器常见故障之一，对增压器及汽油机工作危害极大，应予以避免。
1增压器喘振的机理
图1示范性地给出了压气机特性曲线图，以及汽油机典型的全负荷运行曲线。压气机特性曲线图表示出了压气机压比（出口压力与进口压力之比）与空气质量流量的相互关系。整个特性曲线场被3条极限边界所限制：左侧为喘振边界，右侧为堵塞边界，上方为最大容许转速线。从压气机特性曲线图可以看出，汽油机出现喘振风险最大的工况在低速大负荷区。
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图1 压气机特性曲线图
压气机在小流量、高压比范围内的左侧区域是无法稳定运行的，此时会出现气流与压气机叶片分离，这将导致涡流并最终导致压力降低，因出现这样的压力状况而发生短暂的回流，直至最终在压气机后面又建立起压力，这种重复的过程被称为“压气机喘振”，这会导致增压压力出现明显的大幅度波动[1]。一般来说，叶片扩压器流道内气体分离的扩大是压气机喘振的主要原因，而工作轮进口处气流分离的扩大会使喘振进一步加剧[2]。简单来说，当汽油机进气需求量大于供应量（供气不足），汽油机“喘不上气”，增压器就会出现喘振。
2喘振的危害
当压气机在喘振边界左侧运行时，压气机的工作因喘振而不稳定，出口压力显著下降，并伴随着很大的波动，严重时还会造成压气机叶片损坏、轴承失效（断轴）等。喘振发生时往往伴随着巨大的噪声，根据压气机前后管路几何参数的不同，喘振效率在5~10Hz范围内。增压器喘振会导致汽油机工作不稳定，缸内燃烧粗暴，汽油机剧烈抖动，甚至导致汽油机零部件损坏。
增压器喘振是危险工况，因此增压器不允许在喘振条件下工作。
3喘振的处理方法
3.1采用无叶扩压器。
喘振是叶片式压气机所特有的一种异常工作现象，小型增压器可采用无叶扩压器，不仅使工作流量范围扩大，又可以避免压气机喘振的发生。
3.2增压器的匹配。
在做增压器匹配计算时应结合汽油机低速扭矩开发目标，计算对应进气量，给低速全负荷运行线及喘振边界预留出足够裕度。在汽油机标定完成后，在压气机特性曲线图上描绘出全负荷运行线，确保低速全负荷段与喘振边界距离足够远。
3.3应用倒拖空气循环阀。
当汽油机在大负荷区工作时（工作正常，未发生喘振），突然松油门，节气门开度迅速减小，进气量突然减小，而发动机转速由于惯性还未及时减速，增压器转子也仍处于高速，此时就会发生增压器喘振。因此汽油机增压器有必要配备倒拖空气循环阀，当上述情况发生时，空气循环阀打开，压气机就会泄压，避免增压器喘振的发生。
3.4定期清洁进气管路。
进气管路堵塞（空气滤清器堵塞、中冷器堵塞等）导致进气量减少，从而引起增压器喘振。定期清洁进气管路可在一定程度上减小增压器喘振的风险。
3.5如增压器叶片损坏，及时更换增压器。
压气机叶轮损坏、变形或过量腐蚀，使压气能力减弱；涡轮叶片损坏，引起涡轮效率下降，导致经流压气机的空气流量减少，严重时增压器喘振。因此在增压器叶片损坏时，应及时更换增压器。
4小结
喘振对增压器及汽油机本身危害极大，必须对增压器喘振给予足够的重视。在汽油机开发阶段应合理设计、优化匹配，并在使用过程中定期检查、保养，避免增压器喘振的发生。
参考文献：
[1]（德）康拉德?赖夫(Konrad Reif)主编，范明强、范毅峰等译.汽油机管理系统——控制、调节和监测(Ottomotor-Management).北京：机械工业出版社，2017.3.
[2]周龙保，刘巽俊，高宗英等.内燃机学.北京：机械工业出版社，2005.1（2007.10重印）.
作者简介：梁明峰（1985~），男，广西南宁人，工学学士，助理工程师。
论文作者:梁明峰
论文发表刊物:《科学与技术》2019年18期
论文发表时间:2020/4/28
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