越大越难开 涡轮增压器缺点不少

上期文章我们讲了涡轮增压器的工作原理,但涡轮增压器的发展并不是一帆风顺的,期间也存在各种弊病。

从1905年发明涡轮增压技术,到现在已经过去了百余年时间了,在此期间,涡轮增压器的技术也不断取得进步,下面我们先来看看涡轮增压器的技术发展。

双管齐下双涡管涡轮

早期涡轮采用单涡管,可以简答理解为一根进气通道,这就导致了一些涡轮迟滞现象,直观感受就是加速不线性。

轻踩油门,车子爱动不动,再继续深踩,车子像被踹了一脚窜出去,驾乘感受十分突兀。同一款发动机,增压器(叶轮)尺寸越大,涡轮迟滞现象越严重。

为什么动力输出不线性,为什么存在涡轮迟滞,原因在于发动机怠速和低转速时,排出废气量低,不足以推动涡轮高速旋转。而发动机转速提高后,废气流量较大时,涡轮产生的增压值才能满足。

为了解决涡轮迟滞,改变发动机的排气方式、改造废气通道,能有效减缓涡轮迟滞。

将发动机的排气歧管分成两股气流,通过降低相邻点火的两个气缸间排气气流相互干扰的情况,来提升排气气流的流速,使涡轮增压器可以更早进入工作状态。

简单点说,以往的四缸发动机配普通涡轮,四个排气歧管出来后只有一个管道通向排气涡轮,这样四缸的排气就会互相干扰。

如果采用双涡管涡轮,四缸发动机让两个缸用一个涡管,减少四缸之间的排气干扰,有效缓解低速时的迟滞性,使得发动机峰值扭矩的爆发更早,燃油经济性更佳。

可变截面涡轮增压技术

可变截面涡轮,简答的说,就是在排气仓叶轮的四周,布置了一圈百叶窗样式的导流片。通过控制导流叶片的角度,进而控制气体的流速和流量,从而控制涡轮的转速。这项技术也是为了减少涡轮迟滞诞生的。

当发动机低转速时,排气压力较低,此时导流叶片以小角度开启,使得流经此处的空气流速加快,增大叶轮处的压强,从而更容易推动涡轮转动,从而减轻涡轮迟滞的现象。

随着发动机转速提升,排气压力增加,导流叶片逐渐增大开启角度,减小排气背压,从而达到一般大涡轮的增压效果。

此外,由于改变叶片角度能够对涡轮的转速进行有效控制,这也就实现对涡轮的过载保护,因此使用了VGT技术的涡轮增压器一般都不需要配备排气泄压阀。

此外,可调叶片式涡轮增压技术在不同的厂家,还有不同的称呼。沃尔沃将其称为 VNT(Variable Nozzle Turbine)可变截面涡轮增压技术,保时捷则将这项技术称为(VariableTurbineGeometry)可变涡轮叶片技术,也有称其为VGT(Variable Geometry Turbocharger)。

电动涡轮增压器

由于传统废气涡轮的原理特性限制,想要推动叶片转动,发动机必须达到一定转速。为了解决涡轮迟滞,诞生了前面所提到的双涡管涡轮以及更复杂的变截面涡轮,有效的解决了涡轮迟滞,加速不够线性的问题。

不过到了新能源时代,事情有了进一步的转机。这意味着,以前做不到的,现在可以做到了,那就是用电机来驱动涡轮。

以前汽车电瓶都是12V电压,想要驱动一个几万转的电动涡轮,很快就能榨干电瓶容量。不过提升系统电压,以及配备更大的电池后,这就不是问题。

沃尔沃之前经典的废气涡轮+机械增压的T6发动机,在升级48混动系统后,机械增压器就更换为了电动涡轮。

以某品牌电动涡轮为例,依托于48V电源,电动涡轮额定功率来到5kW,最高转速高达7.2万转/分钟,瞬时峰值功率达6.2kW,在230毫秒内就能够实现90%的最大转速工作。

由于是电力驱动,因此不存在涡轮迟滞的情况,只要有需要,电动涡轮能随时建立压力,且电动涡轮结构更简单,体积更小巧。

因材施教 因地制宜

解决涡轮迟滞的方法,除了前面所说的改进涡轮技术外,优化布置涡轮也是一个解决方案。

针对涡轮迟滞现象,将一大一小两只涡轮串联或并联,在发动机低转速的时候,较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力,也能够减小涡轮迟滞效应。

奥迪这台3.0柴油发动机搭载2只涡轮,以串并联方式工作。发动机处于较低负载时,涡轮机切换阀开启,废气直接推动低压涡轮泵气。当负载逐渐提高,涡轮机切换阀关闭,此时废气先流经高压涡轮,然后流经低压涡轮,两级涡轮共同工作一起泵气。

三涡轮增压

还是奥迪,在2016巴黎车展,奥迪展示了奥迪SQ7搭载的三涡轮4.0TDI柴油发动机。这款发动机同时搭载了一只电动涡轮和两只废气涡轮。

发动机气缸的两个排气门相互独立,分别连接到两个废气涡轮,两个废气涡轮有串联和并联两种模式。

在怠速或中低转速时,仅有一个废气涡轮和电动涡轮增压器工作。

在中高转速时,两个废气涡轮以串联工作方式工作。

高转速时,两个废气涡轮以处于并联工作模式。

涡轮的进化史伴随汽车发展,诞生了许多有意思的技术。时至今日,我们依然可以看到涡轮在新能源插混车上继续发挥它的余热。接下来请继续关注涡轮的那些故事的系列文章。


继续阅读

相关推荐

评论(0)

还没有评论哦,快来抢沙发
最新评论
    查看全部0条评论
    加载中