可變增壓|evo科技

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在發動機上有大家熟悉的氣門正時可變、

氣門行程可變、進氣歧管長度可變等

其目的都是為了更精確地控制

發動機進氣。而VTG可變增壓技術

是將增壓器控制變得更精確

上期我們介紹的博格華納兩級可調整進氣增壓器(regulated two-stage turbocharger)進一步釋放了渦輪增壓器的潛能,目前還有一種VTG(Variable Turbine Geometry Turbocharger)可變增壓技術讓增壓器性能更突出。早在1984年,博格華納就開發出了第一代柴油機用VTG增壓器,通過改變廢氣渦輪的進氣截面,能大大提升渦輪增壓器的響應和增壓效率。由於VTG內部佈置有精密且複雜的活動機構,原先主要應用於廢氣溫度稍低一些的柴油發動機。

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渦輪遲滯導致的動力不平順一直阻礙著渦輪增壓發動機的發展。VTG增壓器的奧秘在於它可以改變扇葉截面積,這就相當於改變了增壓渦輪的大小。在轉速較低時,增壓渦輪會採用較小的截面積,即使轉速很低的狀態下渦輪也可以順利啟動,大大緩解了渦輪遲滯。在高轉速狀態下,增壓渦輪會採用較大的截面積,這樣可以大幅度提升增壓值,從而提升發動機的最大功率和扭矩。

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VTG增壓系統增加了渦輪導向葉片的調整機構,通過電子控制單元控制導向葉片的角度,在高速時讓導向葉片張開,加大與空氣的接觸面,減緩渦輪轉速。低速時則縮小導向葉片角度,提高渦輪轉速。如此一來,可讓發動機在任何的轉速下,維持穩定的增壓值,消除了傳統渦輪增壓器低轉速時的“渦輪遲滯”現象,提升了行駛的順暢性。由於在高速狀態下增壓器面積會加大,從而可以提供足夠的增壓值,有利於高速動力的發揮,這種特性直接體現就是後勁足。在2009年,華泰汽車就曾推出了一款2.0L柴油版聖達菲,它所炫耀的資本就是VTG增壓器,除提升了平順性外,油耗還降低了。

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在2002年,博格華納與保時捷合作研發應用在汽油機上的VTG增壓器,並於2006年實現了全球首款汽油機VTG增壓器的生產。汽油機VTG增壓器的難度在於,旋轉的小葉片需要具有超強的耐熱、抗變形能力和耐久性,對其材料的選擇和優化至關重要。如今,博格華納正開發出廢氣溫度高達1000℃以上的汽油機上應用的VTG增壓器。在2016年,馬勒渦輪增壓系統有限公司也開發出新一代適用於量產汽油增壓發動機的VTG增壓器。通過此VTG增壓器與汽油發動機的匹配優化,發動機響應性和燃燒效率都將得到提高,整個系統成本也將有所降低。如同VTG增壓器在柴油發動機上的廣泛應用,新一代VTG增壓器也將廣泛應用於汽油發動機上。馬勒目前正致力於進一步開發耐受排氣溫度高達980℃的汽油機用VTG渦輪增壓技術。

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汽油機用VTG增壓器的兩個基本應用目標是提高發動機基本性能和減少部分負荷工況下的油耗。VTG增壓器在汽油發動機上的應用,可以顯著提高額定功率,同時能夠在最佳性能範圍內降低最高排氣溫度和油耗。與廢氣旁通式渦輪增壓器相比,VTG增壓器可以利用整個廢氣流量,提升氣體交換效率,從而使上述潛在優勢得以實現。隨著廢氣渦輪增壓器的優勢逐步顯現,大幅增加進氣量使得汽油更充分地燃燒,發動機的動力輸出能夠得到飛速的提升。在發動機部分負荷下,降低油耗、提高發動機熱效率的有效方法是提高壓縮比。然而一味提升壓縮比會帶來另外一個問題——爆震,就需要引入米勒循環來降低高負荷時的有效壓縮比。米勒循環與VTG增壓器成為黃金搭檔後,在需要高動力輸出時即可高效地提供高增壓壓力。

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博格華納最新的 VTG 技術配備了一個強大的電動執行器,可控制渦輪上游的壓力,快速、精確地調節導向葉片,實現瞬時加速的效果和最優化的功率輸出。此外,通過博格華納的專利S形導葉片使發動機在極低的轉速下即可提高發動機響應速度。

先進的汽油 VTG 技術能帶來出色的油門響應和平穩的動力輸送,同時提高發動機的燃油效率,降低排放。VTG增壓器和米勒循環發動機將是一對黃金組合,隨著進一步追求燃油效率的米勒循環發動機的流行,可有效改善米勒循環低速扭矩的VTG增壓器也將隨之流行起來。

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