废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)

涡轮增压技术的原理很简单,就是利用发动机的废气能量吹动废气涡轮叶片,让同轴相连的压缩涡轮叶片也跟着一起转动,把压缩后的空气送入气缸,提升发动机的进气量,再给发动机多喷点汽油,来提升发动机的动力输出

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(1)

最大的好处就是可以在不提升排量的情况下,压榨出更多的发动机动力。最大的缺点就是发动机运行工况变得更加恶劣,维修保养成本会增高,而且还会有“涡轮迟滞”的现象

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(2)

烦人的涡轮迟滞

这个涡轮迟滞就是当我们在踩下油门,到涡轮开始介入工作的时间差,也就是涡轮建立正压的过程,这个过程的时间越长,涡轮迟滞的现象就会越明显

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(3)

由于废气和涡轮之间无法实现硬连接,当发动机转速很低时,产生的废气不足以带动涡轮叶片,就会出现动力输出延迟的现象,就像小时候玩的风车一样,用嘴吹总会有迟滞的过程,但是用手拨动,就会立即得到反馈

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(4)

涡轮的迟滞反应到实际的驾驶中,可能就会出现“轻踩不走,重踩窜车”的现象。汽车工程师想出了各种办法,但是涡轮迟滞的先天缺陷依然没有得到根本解决

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(5)

低惯量涡轮

第一种解决方案就是低惯量涡轮,这个低惯量其实就是采用直径更小的叶片,只需要很少的废气就能驱动,在发动机1500转左右就能实现增压,有效缓解涡轮迟滞现象,提高涡轮的响应速度

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(6)

但是低惯量涡轮只能覆盖中低速的工况范围,中后段的动力输出不足,所以只适合用在家用车上

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(7)

二级涡轮增压

第二种解决方案就是采用二级涡轮增压。既然低惯量涡轮可以覆盖中低速的工况,那么再加上一个大涡轮,就可以覆盖高、中、低三个工况范围,也就有了“一大一小”的串联双增压系统

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(8)

在低转速时低惯量涡轮会先介入,保证中低转速拥有充足的扭矩

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(9)

当转速达到一定值,大惯量涡轮的旁通阀会开启,让废气同时带动两颗涡轮,并且由于采用串联结构,可以实现增压叠加的效果,满足发动机高转速的工况要求

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(10)

最典型的就是宝马的3.0L双涡轮发动机

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(11)

V型发动机虽然也是两颗涡轮,但是采用的是并联的结构

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(12)

因为V型发动机本身就是把气缸分成了2组,拥有2套气门结构,如果安装涡轮增压,自然也是两边各安装1个,相互独立,互不影响

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电动涡轮

第三种解决方案就是采用电动涡轮,就是把驱动涡轮叶片的“动力源”,从被动的废气驱动,改成了通过电机主动控制

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(14)

电动涡轮被称为涡轮迟滞的克星,但是在高转速区间,电机的能耗也会增大,就算电机撑得住,一般的汽车电源也很能满足要求

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所以奥迪、沃尔沃、奔驰这些采用电动涡轮的车企,都是采用“废气 电动”的双增压模式,低速工况用电动涡轮,高速再切换到废气涡轮

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(16)

这种增压形式不仅结构复杂,成本高,而且电动增压模块也没有纯机械增压稳定,后期的故障率也得不到保障

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(17)

机械增压

第四种解决方案就是机械增压。也是改变了“动力源”,不用废气也不用电机,而是把涡轮通过皮带连接到发动机的曲轴皮带轮,通过曲轴运转的扭力来带动涡轮叶片

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(18)

机械增压也可以很好地解决涡轮迟滞的问题,但是由于需要占用发动机的功率,增压效果并不理想

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小结

涡轮迟滞算是废气涡轮增压技术的先天缺陷,各大车企为了解决这个问题也是想出了很多种解决方案,最终的目的都是为了实现更强的增压效果,更短的涡轮迟滞现象

废气涡轮增压有几种形式(4大增压技术解析)(20)

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