變的是截面-詳解VGT可變截面渦輪增壓器(共9頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上變的是截面 詳解VGT可變截面渦輪增壓器責任編輯：李毅 發(fā)布時間：2010/11/15 19:56:00 來源：類型：原創(chuàng)文章要點： VGT渦輪增壓器同時具有大渦輪和小渦輪的特點，能夠提供更寬廣的扭矩平臺 VGT渦輪的葉片大小并不可變，但是渦輪特性可變 隨著技術的發(fā)展，人們對于汽車發(fā)動機的要求也越來越苛刻，不僅要擁有強勁的動力，還必須擁有極高的效率和足夠清潔的排放。這就要求發(fā)動機在各種工況下都能要達到其最高效的工作狀態(tài)，因此就必須滿足發(fā)動機各個工作狀態(tài)下對于進氣量的需求。這就要求發(fā)動機的各部件都能夠通過“可變”來滿足在不同工況下的條件。比如我們所熟悉的可變氣門正時/升

2、程技術，可變進氣歧管技術都是如此。那么在柴油發(fā)動機上常見的VGT可變截面渦輪增壓技術，又有些什么作用呢？下面我們就一起來了解一下。廢氣帶動渦輪，渦輪再帶動葉輪對空氣進行增壓，從而有效增大進氣量渦輪增壓技術是發(fā)動機上常見的技術之一，它的原理其實非常簡單：渦輪增壓器就相當于一個由發(fā)動機排出的廢氣所驅動的空氣泵。在發(fā)動機的整個燃燒過程中，大約會有1/3的能量進入了冷卻系統(tǒng)，1/3的能量用來推動曲軸做工，而最后1/3則隨廢氣排出。拿一臺功率200千瓦的發(fā)動機舉例，按照上面提到的比例，它在排氣上的消耗的動力大約會有70千瓦。這部分功率有一大部分隨著高溫的廢氣以熱能的形式消耗掉，而廢氣本身的動能可能只有十

3、幾千瓦。但是千萬別小看這十幾千瓦，要知道家用的落地扇功率不過60瓦左右！也就是說，即使十幾千瓦也足夠驅動兩百多臺電風扇了！可想而知，用廢氣渦輪驅動空氣所帶來的增壓效果非常可觀。BMW的并聯(lián)雙渦輪技術雖然發(fā)動機全負荷狀態(tài)下時排氣能量非常可觀，但當發(fā)動機轉速較低時，排氣能量卻小的可憐，此時渦輪增壓器就會由于驅動力不足而無法達到工作轉速，這樣造成的結果就是，在低轉速時，渦輪增壓器并不能發(fā)揮作用，這時候渦輪增壓發(fā)動機的動力表現(xiàn)甚至會小于一臺同排量的自然吸氣發(fā)動機，這就是我們經常說的“渦輪遲滯（turbo lag）”現(xiàn)象。1.4TSI發(fā)動機的小尺寸渦輪，擁有較低的啟動慣量，在1750rpm時就能夠輸出2

4、20Nm的最大扭矩對于傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動機來說，解決渦輪遲滯現(xiàn)象的一個方法就是使用小尺寸的輕質渦輪，首先，小渦輪會擁有較小的轉動慣量，因此在發(fā)動機低轉速時，在發(fā)動機較低轉速下渦輪就能達到最佳的工作轉速，從而有效改善渦輪遲滯的現(xiàn)象。不過，使用小渦輪也有它的缺點：當發(fā)動機高轉速時，小渦輪由于排氣截面較小，會使排氣阻力增加（產生排氣回壓），因此發(fā)動機最大功率和最大扭矩會受到一定的影響。而對于產生回壓較小的大渦輪來說，雖然高轉速下可以擁有出色增壓效果，發(fā)動機也會擁有更強的動力表現(xiàn)，但是低速下渦輪更難以被驅動，因此渦輪遲滯也會更明顯。已將可變截面渦輪技術應用在汽油發(fā)動機上為解決這個矛盾，讓渦輪增壓發(fā)動機

5、在高低轉速下都能保證良好的增壓效果，VGT(Variable Geometry Turbocharger）或者叫VNT可變截面渦輪增壓技術便應運而生。在柴油發(fā)動機領域，VGT可變截面渦輪增壓技術早已得到了很廣泛的應用。由于汽油發(fā)動機的排氣溫度要遠遠高于柴油發(fā)動機，達到1000°C左右（柴油發(fā)動機為400°C左右），而VGT所使用的硬件材質很難承受如此高溫的環(huán)境，因此這項技術也遲遲未能在汽油機上應用。近年來，博格華納與聯(lián)手克服了這個難題，使用了耐高溫的航空材料技術，從而成功開發(fā)出了首款搭載可變截面渦輪增壓器的汽油發(fā)動機，則將這項技術稱為VTG（Variable Turbine

6、 Geometry）可變渦輪葉片技術。使用了兩個VTG可變截面渦輪增壓器的 Turbo，在僅使用了3.8L的排量的條件下，就壓榨出了368kw/6000rpm的最大功率和650Nm/1950-5000rpm的最大扭矩。還能在超增壓模式下，將功率提升到390kw，最大扭矩提升到驚人的700Nm，而此時的升功率也達到了駭人的102.6kw。最難能可貴的是，這臺發(fā)動機在VTG技術的幫助下，從1950-5000rpm范圍內都可以維持650Nm的最大扭矩輸出，在低轉速下基本察覺不到渦輪遲滯情況。從原理上看，柴油機的VGT技術和的VTG并沒有本質的區(qū)別，基本的原理和結構都是相似的。下面，我們就通過的VTG

7、技術來了解一下可變截面渦輪增壓器的工作原理。圖中渦輪外圍的紅色葉片就是導流葉片一般的渦輪并沒有導流葉片的結構VGT技術的核心部分就是可調渦流截面的導流葉片，從圖上我們可以看到，渦輪的外側增加了一環(huán)可由電子系統(tǒng)控制角度的導流葉片，導流葉片的相對位置是固定的，但是葉片角度可以調整，在系統(tǒng)工作時，廢氣會順著導流葉片送至渦輪葉片上，通過調整葉片角度，控制流過渦輪葉片的氣體的流量和流速，從而控制渦輪的轉速。當發(fā)動機低轉速排氣壓力較低的時候，導流葉片打開的角度較小。根據(jù)流體力學原理，此時導入渦輪處的空氣流速就會加快，增大渦輪處的壓強，從而可以更容易推動渦輪轉動，從而有效減輕渦輪遲滯的現(xiàn)象，也改善了發(fā)動機低

8、轉速時的響應時間和加速能力。而在隨著轉速的提升和排氣壓力的增加，葉片也逐漸增大打開的角度，在全負荷狀態(tài)下，葉片則保持全開的狀態(tài)，減小了排氣背壓，從而達到一般大渦輪的增壓效果。此外，由于改變葉片角度能夠對渦輪的轉速進行有效控制，這也就實現(xiàn)對渦輪的過載保護，因此使用了VGT技術的渦輪增壓器都不需要設置排氣泄壓閥。需要指出的是，VGT可變截面渦輪增壓器只能通過改變排氣入口的橫切面積改變渦輪的特性，但是渦輪的尺寸大小并不會發(fā)生變化。如果從渦輪A/R值去理解的話，可變截面渦輪的原理會更加直觀。也有的廠商將這項技術成為VNT，比如和，它們在本質上是一樣的A/R值是渦輪增壓器的一項重要指標，用以表達渦輪的特

9、性，在改裝市場的渦輪增壓器銷售冊上也常有標明。A表示Aera區(qū)域，指的是渦輪排氣側入口處最窄的橫切面積（也就是可變截面渦輪技術中的“截面”），R（Radius）則是代表半徑意思，指的是入口處最窄的橫切面積的中心點到渦輪本體中心點的距離，而兩者的比例就是A/R值。相對而言，壓氣端葉輪受A/R值的影響并不大，不過A/R值卻對排氣端渦輪有著十分重要的意義。 導流葉片的開度能夠影響導向渦輪葉片的氣流速度，低轉速時開度?。ㄗ髨D），提高空氣流速，高轉速時開度大（右圖），減小排氣負壓當A/R值越小時，表示廢氣通過渦輪的流速較高，這種特性可以有效減輕渦輪遲滯，渦輪也就能在較低的轉速區(qū)域取得較高的增壓

10、，而發(fā)動機高轉速時則會產生較大的排氣背壓，使高轉速時功率受到限制。反之，當A/R值越大時，渦輪的響應速度就越慢，低轉速時渦輪遲滯明顯，不過在高轉速時，擁有較小的排氣背壓，且能夠更好的利用排氣能量，從而獲得更強的動力表現(xiàn)。而VGT技術所實現(xiàn)的截面可變就是指改變A值。當葉片角度較小時，排氣入口的橫切面積便會相應減小，因此A值會隨之變化，從而擁有小渦輪響應快的特點。而當葉片角度增大時，A值隨之增大，這時A/R值增大，從而在高轉速下獲得更強的動力輸出?？偠灾?，透過變更葉片的角度，VTG系統(tǒng)可隨時改變排氣渦輪的A/R值，從而兼顧大/小渦輪的優(yōu)勢特性。小結：盡管結構和原理都很簡單，但VGT可變截面渦輪技術對于增壓效果的提升非常顯著，在目前主流的渦輪增壓柴油發(fā)動機上，這項技術已經得到了非常普遍的應用。不過，由于硬