车用涡轮增压器压气机3D模型的建立

摘 要：借助3D模型软件CATIA实现对某型号的中小型涡轮增压器的建模。通过对厂家给出的涡管壳体进行数据测量，完成三维模型的建立，最后完善蜗壳外部的各个强度加强块。

关键词：涡轮增压器；CATIA；3D建模

汽车增压器是通过给汽车发动机气缸输送高密度的压缩空气来提高发动机的燃烧效率从而提升发动机的功率。最常用的是机械增压器和涡轮增压器。在机械增压中，通常是以牺牲一些发动机效率来提供发动机的功率。图1机械增压示意图。机械增压器的动力源于发动机本身，从而在增加发动机功率的同时减弱的发动机的工作效率，原因是连接发动机曲轴的传送带直接将发动机扭矩传递给压气机进行增压工作。涡轮增压器的压气机则是由涡轮来提供动力驱动的，而涡轮是由发动机排出的废气带动涡轮叶片而轉动的。图2表示了汽车涡轮增压器的主要工作过程以及与发动机连接各个零部件的分布。表1表示出图2各个零部件的名称。从图中可以看出，涡轮增压器的动力源自于发动机排出的废气，这样发动机就不为推动涡轮工作而提供而外的功率。安装涡轮增压器的发动机就可以在不损失发动机效率的同时提升发动机的功率。因此涡轮增压器广泛的运用于汽车发动机中。发动机的动力源自于发动机气缸内混合的空气和汽油的混合体。大型发动机需要更多的空气以获得更好的燃烧效率而产生更大的功率。如果小型发动机想要输出像大型发动机那样的功率，或者是让大型发动机获得更大的输入功率就必须往发动机气缸中输入更多的空气。因此安装涡轮增压器就为了实现这个目的。图3显示出涡轮增压器的基本结构剖面图，主要分为压气机，涡轮机，连接轴，润滑部件。表2标出了涡轮增压器各个部件的具体名称。

本文研究的涡轮增压器模型原型为中小型涡轮增压器，其主要用于1.5L到2.0L发动机排量的乘用车。增压器设计转速为120，000转，增压比为1.2，其设计压气机入口的质量流量的参数值为0.055kg/s。表3为研究用涡轮增压器压气机基本设计参数。这个设计数据是通过这款涡轮增压器压气机的厂家性能曲线图得到的。所选的参数为本款压气机的正常设计工作工况。图4压气机基本外形，表4为压气机基本外形参数。通过这个参数确定好压气机的整个外形尺寸。再通过3D模型软件CATIA进行建模。笔者通过对厂家给出的涡管壳体数据和亲自测量，完成了三维模型的建立。建模中首先画出涡管，再加入无叶片扩压器，最后完善蜗壳外部的各个强度加强块。图5为CATIA建立的涡轮增压器压气机3D外壳模型。

为了完成压气机的流体流动模拟，还需要建立气压的叶片模型。叶片由6个主叶片和6个次叶片组成。加入次叶片的设计可以更好的避免叶片间的不规则流动。叶片的模型生成是由ANSYS软件中的BLADEGEN模块完成。首先输入基本的压气机设计参数，如图6所示。然后BLADEGEN就可以自动生成所需的模拟叶片基本模型参数，再对基本模型参数的尺寸进行确定，如图7所示。最后就可以得到图8所示的叶片模拟模型。

参考文献：

[1]林建生.燃气轮机与涡轮增压内燃机原理与应用[M].天津大学出版社，2005.

[2]简晓春，杜仕武.现代汽车技术及应用[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]陈龙.基于CATIA V5的福克斯整车车身逆向建模[J].常熟理工学院学报（自然科学），2018.09.

[4]高艺馨.CATIA三维设计软件在电站厂房设计中的应用[J].水利规划与设计，2018.09.

项目来源：湖北省大学生创新创业训练计划项目《汽车涡轮增压器的优化设计与制作》（编号：201811654040）

作者简介：阮聪（1997-），男，汉族，湖北黄冈人，武汉商学院16级车辆工程专业。

*通讯作者：雷汝婧（1988-），女，汉族，湖北武汉人，硕士，实验师，主要研究方向为计算机辅助设计、计算机流体力学。

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