VGT可變截面渦輪增壓器資料講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。VGT可變截面渦輪增壓器-變的是截面詳解VGT可變截面渦輪增壓器2010年11月27日08:12來源：HYPERLINK/Che168類型：轉載編輯：HYPERLINK/ExpertBlog/editor_272.html胡正暘隨著技術的發(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

2、的條件。比如我們所熟悉的可變HYPERLINK/dic/word-150.html氣門正時/升程技術，可變HYPERLINK/dic/word-180.html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HYPERLINK/dic/word-95.html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HYPERLINK/dic/word-95.html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：HYPERLINK/dic/word-95.html渦輪增壓器就相當于一個由發(fā)動機排出的廢氣所驅

3、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HYPERLINK/dic/word-178.html曲軸做工，而最后1/3則隨廢氣排出。拿一臺HYPERLINK/dic/word-98.html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HYPERLINK/dic/word-98.html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幾千瓦。但是千萬別小看這十幾千瓦，要知道家用的落地扇HYPERLINK/dic/word-98.html功率不過60瓦左右！也就是說，即使

4、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?？捎^。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?？捎^，但當發(fā)動機轉速較低時，排氣能量卻小的可憐，此時HYPERLINK/dic/word-95.html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，HYPERLINK/dic/word-95.html渦輪增壓器并不能發(fā)揮作用，這時候HYPERLINK/dic/word-95.html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（HYPERLINK/dic/word-1

5、04.htmlTurbolag）”現(xiàn)象。HYPERLINK/price/brand-1.html大眾1.4HYPERLINK/dic/word-103.htmlTSI發(fā)動機的小尺寸渦輪擁有較低的啟動慣量對于傳統(tǒng)的HYPERLINK/dic/word-95.html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HYPERLI

6、NK/dic/word-98.html功率和最大HYPERLINK/dic/word-99.html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。HYPERLINK/price/brand-40.html保時捷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HYPERLINK/dic/word-95.html渦輪增壓發(fā)動機在高低轉速下都能保證良好的增壓效果，VGT(VariableGeometryHYPERLINK/dic/word-104.htmlTurboch

7、arger）或者叫VNT可變截面HYPERLINK/dic/word-95.html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HYPERLINK/dic/word-95.html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1000C左右（柴油發(fā)動機為400C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HYPERLINK/price/brand-40.html保時捷聯(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HYPERLINK/dic/w

8、ord-95.html渦輪增壓器的汽油發(fā)動機，HYPERLINK/price/brand-40.html保時捷則將這項技術稱為VTG（VariableTurbineGeometry）可變渦輪葉片技術。使用了兩個VTG可變截面HYPERLINK/dic/word-95.html渦輪增壓器的HYPERLINK/162/保時捷911HYPERLINK/dic/word-104.htmlTurbo，在僅使用了3.8L的排量的條件下，就壓榨出了368kw/6000rpm的最大HYPERLINK/dic/word-98.html功率和650Nm/1950-5000rpm的最大HYPERLINK/dic/w

9、ord-99.html扭矩。還能在超增壓模式下，將HYPERLINK/dic/word-98.html功率提升到390kw，最大HYPERLINK/dic/word-99.html扭矩提升到驚人的700Nm，而此時的升HYPERLINK/dic/word-98.html功率也達到了駭人的102.6kw/L。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HYPERLINK/dic/word-99.html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HYPERLINK/price/brand-40.htm

10、l保時捷的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HYPERLINK/price/brand-40.html保時捷的VTG技術來了解一下可變截面HYPERLINK/dic/word-95.html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

11、時候，導流葉片打開的角度較小。一般的渦輪并沒有導流葉片的結構根據(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HYPERLINK/dic/word-95.html渦輪增壓器都不需要設置排氣HYPERLINK/dic/word-73.

12、html泄壓閥。需要指出的是，VGT可變截面HYPERLINK/dic/word-95.html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HYPERLINK/price/brand-70.html沃爾沃和HYPERLINK/price/brand-33.html奧迪，它們在本質上是一樣的A/R值是HYPERLINK/dic/word-95.html渦輪增壓器的一項重要指標，用以表達渦輪的特性，在改裝市場的HYPERLINK/dic/word-95.ht

13、ml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?。ㄈ缟献髨D），提高空氣流速，高轉速時開度大（如上右圖），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，而發(fā)動機高轉速

14、時則會產生較大的排氣背壓，使高轉速時HYPERLINK/dic/word-98.html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HYPERLINK/img/?img=2010/11/26/26-23-6-38-840905033.jpg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?？偨Y：盡管結構和原理都很簡單，但VG