双涡轮增压技术通过串联或并联两个涡轮,有效减小涡轮迟滞,提高低转速时的扭力和高转速时的功率输出。并联涡轮增压反应快,简化管道设计;串联涡轮在低转速时推动小涡轮,高转速时大涡轮介入,实现全转速范围内的优异性能。然而,双涡轮增压系统结构复杂,成本较高。可变截面涡轮增压技术(VGT或VNT)通过电子控制导流叶片角度,实时调整涡轮的A/R值,实现低转速时快速响应和高转速时强劲动力的完美结合。VGT技术在柴油发动机上已广泛应用,但因材料限制在汽油发动机上应用较晚。保时捷和博格华纳的合作成功开发出首款搭载VGT的汽油发动机,预示着这项技术在汽油机上的广阔前景。总的来说,双涡轮增压和可变截面增压各有优势,选择时需根据具体需求和预算权衡。双涡轮增压适合追求极致性能的驾驶者,而可变截面增压则在提供良好动力的同时,更加经济实用。随着材料科技的进步,VGT技术在汽油发动机上的应用将越来越广泛,为驾驶者带来更加卓越的驾驶体验。双涡轮增压和可变截面增压技术各有千秋,前者通过串联或并联涡轮减小迟滞,后者通过电子控制叶片角度实时调整A/R值,实现全转速范围内的优异性能。尽管双涡轮增压结构复杂、成本较高,但可变截面增压技术在柴油机上已广泛应用,汽油机上的应用也指日可待。随着材料科技的发展,VGT技术将为驾驶者带来更加卓越的驾驶体验。
双涡轮增压一般称为Twinturbo或Biturbo,双涡轮增压是涡轮增压的方式之一。针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象,串联一大一小两只涡轮或并联两只同样的涡轮,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,减小涡轮迟滞效应。在双涡轮增压的汽车上会看到2组涡轮通过串联或者并联的方式连接。并联指每组涡轮负责引擎半数汽缸的工作,每组涡轮都是同规格的,它的优点就是增压反应快并减低管道的复杂程度。串联涡轮通常是一大一小两组涡轮串联搭配而成,低转时推动反应较快的小涡轮,使低转扭力丰厚,高转时大涡轮介入,提供充足的进气量,功率输出得以提高。可变截面涡轮增压,为了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(VariableGeometryTurbocharger)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(VariableTurbineGeometry)可变涡轮叶片技术。『一般的涡轮并没有导流叶片的结构』VGT技术的核心部分就是可调涡流截面的导流叶片,从图上我们可以看到,涡轮的外侧增加了一环可由电子系统控制角度的导流叶片,导流叶片的相对位置是固定的,但是叶片角度可以调整,在系统工作时,废气会顺着导流叶片送至涡轮叶片上,通过调整叶片角度,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。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。根据流体力学原理,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。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。需要指出的是,VGT可变截面涡轮增压器只能通过改变排气入口的横切面积改变涡轮的特性,但是涡轮的尺寸大小并不会发生变化。如果从涡轮A/R值去理解的话,可变截面涡轮的原理会更加直观。『也有的厂商(查成交价参配优惠政策)将这项技术称为VNT,比如沃尔沃和奥迪,它们在本质上是一样的』A/R值是涡轮增压器的一项重要指标,用以表达涡轮的特性,在改装市场的涡轮增压器销售册上也常有标明。A表示Area区域,指的是涡轮排气侧入口处最窄的横切面积(也就是可变截面涡轮技术中的“截面”),R(Radius)则是代表半径意思,指的是入口处最窄的横切面积的中心点到涡轮本体中心点的距离,而两者的比例就是A/R值。相对而言,压气端叶轮受A/R值的影响并不大,不过A/R值却对排气端涡轮有着十分重要的意义。当A/R值越小时,表示废气通过涡轮的流速较高,这种特性可以有效减轻涡轮迟滞,涡轮也就能在较低的转速区域取得较高的增压,而发动机高转速时则会产生较大的排气背压,使高转速时功率受到限制。反之,当A/R值越大时,涡轮的响应速度就越慢,低转速时涡轮迟滞明显,不过在高转速时,拥有较小的排气背压,且能够更好的利用排气能量,从而获得更强的动力表现。而VGT技术所实现的截面可变就是指改变A值。当叶片角度较小时,排气入口的横切面积便会相应减小,因此A值会随之变化,从而拥有小涡轮响应快的特点。而当叶片角度增大时,A值随之增大,这时A/R值增大,从而在高转速下获得更强的动力输出。总而言之,透过变更叶片的角度,VTG系统可随时改变排气涡轮的A/R值,从而兼顾大/小涡轮的优势特性。尽管结构和原理都很简单,但VGT可变截面涡轮技术对于增压效果的提升非常显著,在目前主流的涡轮增压柴油发动机上,这项技术已经得到了非常普遍的应用。不过,由于硬件材质的限制,这项技术在排气温度较高的汽油发动机上才刚刚起步,保时捷和博格华纳的合作可以说开创了先河。不过,随着材料科技的进步,这项技术在未来的汽油发动机上必将会得到更广泛的应用。
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