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VGT可变截面涡轮技术

导读: 想要了解VGT的运作原理就要先来了解下涡轮增压器,涡轮增压器实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。

现今的发动机技术日新月异,各种“可变”技术遍布各个零部件,涡轮也不甘落后,VTG(Variable Turbine Geometry)可变截面涡轮技术应运而生,这不是保时捷首次推出VTG可变截面涡轮这个技术,早在997 turbo上,这个黑科技已经面世,在997 GT2 RS上,得益于这个科技,3.6L搭载两个大型涡轮增压器的水平对置发动机被推至620hp最大马力,输出相当惊人。扭矩平原也是相当的宽,从2250-5500rpm都能输出最大的700Nm扭矩,这就是VTG涡轮技术的功劳,能有效减低涡轮迟滞,能更早地让涡轮快速运转起来。

想要了解VGT的运作原理就要先来了解下涡轮增压器,涡轮增压器实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。当发动机转速增大,废气排出速度与涡轮转速也同步增加,叶轮就压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量和调整发动机的转速,就可以增加发动机的输出功率了。

涡轮增压的原理大家都比较熟悉了,但是废气涡轮的叶片,本身是具有一定惯性的,要推动它就需要更快的排气速度去冲击涡轮,而排气速度又和当前发动机的转速息息相关,这就构成了一对相互制约的关系。

普通的增压器由于当前发动机转速低,因此排气涡轮转速也很低,导致进气加压的过程很缓慢,增压效果不显著。直到发动机转速攀升到一定阶段之后涡轮才有比较明显的增压效果不但和涡轮的惯性相关,还会和涡轮本身的设计有关,譬如它的体积大小,以及一个很重要的参数:A/R值。可以说,A/R值和涡轮体积很大程度上决定了涡轮是否容易启动。

A表示Aera,也就是区域,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,指的是涡轮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。

一般来说,排气侧涡轮的废气,都是从入口吹进来,然后推动涡轮叶片之后,从涡轮中心的出口流出。涡轮叶片的每个流道就相当于一个小型的文丘里管。A/R值越小,废气通过涡轮的流速更大,涡轮迟滞更轻微,更容易在低转取得较高的增压值,但是发动机高转速时则会产生较大的排气背压,限制了发动机的功率提高。相反A/R值越大,废气流速提升困难,低转速时涡轮迟滞明显,但是高转速时排气背压小,排气通量更大,对功率提升的作用就更大。

我们来看看带VGT技术的排气侧涡轮,它在原本的涡轮壳体内部、叶片的外围增设了一圈可变角度的导流叶片。这一圈导流叶片固定在壳体上,内部是空心的,带有插销,而插销固定在一个环状的圆盘上,圆盘相对于壳体可以稍微偏转一定的角度。通过电动的机构驱动圆盘偏转,插销移动,就可以带动导流叶片改变角度,而叶片之间的流道间隙就会变化,如此就等效于A/R值中的截面积(A值)可变了。

发动机低转速时减小A值,高转速时则增大A值,这么一来就可以同时兼顾低转时减小涡轮迟滞、高转时增大马力输出两个目标了,另外,在增压压力过大的时候,也可以通过增大A值来加速气体流通,防止涡轮过载,所以带有VGT技术的涡轮增压器,就可以不需要设置排气泄压阀了,对废气的利用效率也得以提高。

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