涡轮增压技术在内燃机上得到了广泛的应用,但是常规的涡轮增压内燃机存在着低速转矩不足、加速冒烟及瞬态响应差等问题。可变几何涡轮增压器被认为可以改善这些问题,并已经在柴油机上得到广泛的应用。现有的VGT多采用ECU控制气动、液压、步进电机等执行机构进行喷嘴开度主动调节的方式,特点是控制精确,但结构复杂,而且可靠性受振动及高温环境影响。本文提出一种涡轮喷嘴环导叶自适应弹性约束调节机构方案。对可调喷嘴环转轴采用弹性元件约束其位置,利用导叶在气流中受到的气动力矩与弹性元件力矩的平衡实现喷嘴环流通截面随涡轮流量的自适应变化。对一款柴油机上的涡轮增压器进行可调导叶设计,利用NUMECA软件对其涡轮流量特性和效率特性进行计算。利用GT-POWER模型,对发动机进行了性能仿真,同时调节发动机的供油特性,以更好地发挥VGT的作用。得出喷嘴环最佳开度脉谱,再用最佳开度工况下的边界条件进行涡轮CFD仿真计算。根据仿真结果,研究导叶开度、膨胀比、流量和转轴位置对喷嘴叶片气动力矩的影响。结果显示:膨胀比增大使气动力矩增大,转速升高使得气动力矩减小。开度对气动力矩影响的规律是开度增大,气动力矩减小。随着导叶转轴位置向前缘移动,气动力矩方向由负变为正。利用发动机性能仿真结果,发现喷嘴环开度随发动机工况变化是非单调的。本文对喷嘴环导叶转轴位置进行调节,并设计弹性约束方案,进行配机性能仿真预测,结果显示采用弹性约束导叶的发动机动力性和经济性均优于原机,而在低速工况下较最优开度更差。设计简易可调导叶弹性约束机构并搭建试验台,同时利用高速摄像机捕捉喷嘴环在涡轮工况处于稳态和非稳态时的运动情况。试验过程中,喷嘴环叶片气动力矩方向为负。气动力矩值随着气流量增加而增大,方向不变。在弹性约束导叶开度增大和减小过程中的运动状态是不同的,两个过程都经历了平动阶段和转动阶段。在开度减小过程中,导叶还经历了振动阶段。试验结果显示了弹性约束导叶可以随着涡轮膨胀比发生变化。