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涡轮增压器-变的是截面 详解VGT可变截面涡轮增压器

发布日期:20-08-11 03:20 来源:http://www.changzhengjiaxiao.com

  随着技术的发展,人们对于汽车发动机的要求也越来越苛刻,不仅要拥有强劲的动力,还必须拥有极高的效率和足够清洁的排放。这就要求发动机在各种工况下都能要达到其最高效的工作状态,因此就必须满足发动机各个工作状态下对于进气量的需求。这就要求发动机的各部件都能够通过“可变”来满足在不同工况下的条件。比如我们所熟悉的可变气门正时/升程技术,可变进气歧管技术都是如此。那么在柴油发动机上常见的VGT可变截面涡轮增压技术,又有些什么作用呢?下面我们就一起来了解一下。

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『废气带动涡轮,涡轮再带动叶轮对空气进行增压,从而有效增大进气量』

  涡轮增压技术是发动机上常见的技术之一,它的原理其实非常简单:涡轮增压器就相当于一个由发动机排出的废气所驱动的空气泵。在发动机的整个燃烧过程中,大约会有1/3的能量进入了冷却系统,1/3的能量用来推动曲轴做工,而最后1/3则随废气排出。拿一台功率200千瓦的发动机举例,按照上面提到的比例,它在排气上的消耗的动力大约会有70千瓦。这部分功率有一大部分随着高温的废气以热能的形式消耗掉,而废气本身的动能可能只有十几千瓦。但是千万别小看这十几千瓦,要知道家用的落地扇功率不过60瓦左右!也就是说,即使十几千瓦也足够驱动两百多台电风扇了!可想而知,用废气涡轮驱动空气所带来的增压效果非常可观。

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『BMW的并联双涡轮技术』

  虽然发动机全负荷状态下时排气能量非常可观,但当发动机转速较低时,排气能量却小的可怜,此时涡轮增压器就会由于驱动力不足而无法达到工作转速,这样造成的结果就是,在低转速时,涡轮增压器并不能发挥作用,这时候涡轮增压发动机的动力表现甚至会小于一台同排量的自然吸气发动机,这就是我们经常说的“涡轮迟滞(turbo lag)”现象。

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  『大众1.4TSI发动机的小尺寸涡轮,拥有较低的启动惯量,在1750rpm时就能够输出220Nm的最大扭矩』

  对于传统的涡轮增压发动机来说,解决涡轮迟滞现象的一个方法就是使用小尺寸的轻质涡轮,首先,小涡轮会拥有较小的转动惯量,因此在发动机低转速时,在发动机较低转速下涡轮就能达到最佳的工作转速,从而有效改善涡轮迟滞的现象。不过,使用小涡轮也有它的缺点:当发动机高转速时,小涡轮由于排气截面较小,会使排气阻力增加(产生排气回压),因此发动机最大功率和最大扭矩会受到一定的影响。而对于产生回压较小的大涡轮来说,虽然高转速下可以拥有出色增压效果,发动机也会拥有更强的动力表现,但是低速下涡轮更难以被驱动,因此涡轮迟滞也会更明显。

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『保时捷已将可变截面涡轮技术应用在汽油发动机上』

  为解决这个矛盾,让涡轮增压发动机在高低转速下都能保证良好的增压效果,VGT(Variable Geometry Turbocharger)或者叫VNT可变截面涡轮增压技术便应运而生。在柴油发动机领域,VGT可变截面涡轮增压技术早已得到了很广泛的应用。由于汽油发动机的排气温度要远远高于柴油发动机,达到1000°C左右(柴油发动机为400°C左右),而VGT所使用的硬件材质很难承受如此高温的环境,因此这项技术也迟迟未能在汽油机上应用。近年来,博格华纳与保时捷联手克服了这个难题,使用了耐高温的航空材料技术,从而成功开发出了首款搭载可变截面涡轮增压器的汽油发动机,保时捷则将这项技术称为VTG(Variable Turbine Geometry)可变涡轮叶片技术。

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  使用了两个VTG可变截面涡轮增压器的保时捷911 Turbo,在仅使用了3.8L的排量的条件下,就压榨出了368kw/6000rpm的最大功率和650Nm/1950-5000rpm的最大扭矩。还能在超增压模式下,将功率提升到390kw,最大扭矩提升到惊人的700Nm,而此时的升功率也达到了骇人的102.6kw/L。最难能可贵的是,这台发动机在VTG技术的帮助下,从1950-5000rpm范围内都可以维持650Nm的最大扭矩输出,在低转速下基本察觉不到涡轮迟滞情况。

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