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卡车小百科(17):左青龙 右白虎 最牛涡轮增压双涡轮不够?四涡轮来凑

2020-03-21 04:00:00 朱鹏飞

【卡车之家 原创】前几期的卡家小百科中,我们讲述了关于涡轮增压的工作原理和一些江湖“传说”。很多卡友都对涡轮增压的实际应用非常感兴趣。

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本期的卡家小百科将从涡轮增压器的技术发展,涡轮增压机的布局形式几方面来讲述。

涡轮增压器的技术发展

自从1905年,瑞士工程师提出了涡轮增压概念,涡轮增压技术正式诞生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。

●  双涡管涡轮

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早期的普通涡轮都有或大或小的涡轮迟滞现象,带给驾驶人的感受就是,轻踩油门车不走,稍微踩深一些,车子就像被踹了一脚似的窜出去,发动机动力输出极不线性,突兀感强烈,驾乘感受十分不佳。

由于发动机在低转速时废气量低,较低的废气流速所产生的动能不足以推动涡轮的运转,需要等到发动机转速提高之后,废气动力较大时,涡轮才能启动,这个就是涡轮迟滞现象。

涡轮迟滞越大,表示该发动机的发力所需转速就越高,可利用的发动机转速也越少。在发动机排量不变的情况下,增压器直径越大,涡轮迟滞现象就越严重。

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为了解决涡轮迟滞现象,工程师们想出改造排气管的方法来提升废气流速。

将发动机的排气歧管分成两股或多股气流,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。

相比普通的涡轮增压发动机,单涡轮双涡管发动机可以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

可变截面涡轮技术简称VGT,也就是Variable Geometry Turbine可变几何形状涡轮。

VGT的出现同样也是为了减少涡轮迟滞而诞生的。

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可变截面涡轮增压器系统的核心是可调涡流截面的导流叶片。通过在涡轮的外侧增加了一环可调节角度的导流叶片。通过对导流叶片的角度调整,控制流过涡轮叶片的气体的流量和流速,从而控制涡轮的转速。

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当发动机低转速排气压力较低的时候,导流叶片打开的角度较小,此时导入涡轮处的空气流速就会加快,增大涡轮处的压强,从而可以更容易推动涡轮转动,从而有效减轻涡轮迟滞的现象,也改善了发动机低转速时的响应时间和加速能力。

而在随着转速的提升和排气压力的增加,叶片也逐渐增大打开的角度,在全负荷状态下,叶片则保持全开的状态,减小了排气背压,从而达到一般大涡轮的增压效果。

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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技术的涡轮增压器都不需要设置排气泄压阀。

采用可变涡轮截面技术的柴油发动机在所有转速范围内的效率均明显高于目前采用的标准放气阀式的涡轮增压器。使发动机在低转速和高转速的情况下都有着更加平顺的动力输出。

●  电动涡轮增压器

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由于废气涡轮的物理特性限制,想要推动叶片转动,排气压力必须达到一定的数值。为了解决涡轮迟滞,工程师们改造排气管诞生了双涡管涡轮,又加入更加复杂的VGT变截面涡轮,但这依旧不够,电动涡轮也就顺势而生。

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电动涡轮由电作为能源驱动的涡轮。相比传统的废气涡轮,电动涡轮结构较为简单,体积也更加小巧,由于是电机直接驱动叶轮工作,不需要发动机废气推动,因此不存在涡轮迟滞的情况。

以某品牌电动涡轮为例,依托于48V电源,电动涡轮额定功率5kW,最高瞬时功率6.2kW,持续工作功率2-3kW,最高转速达7.2万转/分钟,在230毫秒内就能够实现90%的最大转速工作。

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