汽车知识之可变截面涡轮技术介绍

什么是可变截面涡轮技术？可变截面涡轮技术的核心是涡流截面可调的导叶，可以在低速低排量下关闭，从而将进口压力提高发动机。

在详细介绍可变截面涡轮技术之前，我们再来回顾一下涡轮增压技术:

涡轮增压技术是发动机中常见的技术之一，其原理其实很简单:涡轮增压器相当于一个由发动机排出的废气驱动的气泵。在发动机的整个燃烧过程中，大约1/3的能量会进入冷却系统，1/3的能量用来推动曲轴做功，最后1/3的能量会随废气排出。以功率200 kW的发动机机组为例。按照上面提到的比例，它将消耗大约70千瓦的电力用于排气。这部分功率很大一部分是随着高温废气以热能的形式消耗掉的，而废气本身的动能可能只有十几千瓦。但是不要小看这几十千瓦。要知道国产落地扇的功率只有60瓦左右！也就是说，哪怕十几千瓦也足以带动两百多台电风扇！可想而知，用废气涡轮驱动空气带来的增压效果是非常可观的。

虽然发动机满载时的排气能量很可观，但发动机转速低的时候，排气能量少得可怜。此时涡轮增压器由于驱动力不足，无法达到工作转速。因此，在低速时，涡轮增压器无法工作。此时涡轮增压发动机的动力表现甚至会比同排量的自然吸气的更差。这就是我们常说的& ldquo涡轮迟滞)& rdquo现象。

[一般涡轮机没有导叶结构]

对于传统涡轮增压发动机来说，简单介绍一下解决涡轮迟滞现象的方法就是使用小尺寸的轻型涡轮。首先，小涡轮会有小的转动惯量，所以在发动机低转速下，涡轮可以在发动机低转速下达到最佳工作转速，从而有效改善涡轮迟滞现象。但使用小涡轮也有其弊端:转速发动机高时，小涡轮由于排气截面小，排气阻力会增大(产生排气背压)，因此发动机的最大功率和扭矩会受到一定影响。至于背压小的大涡轮，虽然在高转速下可以有出色的增压效果，发动机也会有更强的动力表现，但是在低转速下驱动涡轮的难度更大，所以涡轮迟滞会更明显。

为了解决这个矛盾，涡轮增压发动机可以保证高低速良好的增压效果，VGT(可变几何涡轮增压器)或VNT可变截面涡轮增压技术应运而生。在柴油发动机领域，VGT可变截面涡轮增压技术早已得到广泛应用。汽油发动机的排气温度远高于柴油发动机的排气温度，达到1000 & degc左右(柴油发动机为400 & degc)，而VGT使用的五金件材料几乎无法承受如此高温的环境，所以这项技术很久没有应用在汽油发动机上了。近年来，博格华纳与保时捷联手攻克这一难题，采用耐高温航空材料技术，从而成功研发出首款搭载a 可变截面涡轮增压器的汽油发动机。保时捷将这项技术称为VTG(可变涡轮几何)可变涡轮叶片技术。

可变截面涡轮技术操作原理

原则上，柴油机的VGT技术和保时捷的VTG没有本质区别。基本原理和结构都差不多。让我们通过保时捷VTG技术来看看可变截面涡轮增压器的工作原理。

涡流发生器技术的核心部分是涡流截面可调的导叶。从图中我们可以看到，在涡轮外部增加了一圈由电子系统控制角度的导叶。导叶的相对位置是固定的，但叶片角度可以调节。当系统工作时，废气将沿着导叶被送到涡轮叶片。通过调节叶片角度，可以控制流经涡轮叶片的气体的流量和速度，从而控制涡轮的转速。发动机低速排气压力低时，导叶开度小。

根据流体力学原理，此时引入涡轮的空气流速会加快，涡轮处的压力会增大，从而更容易带动涡轮旋转，有效减少涡轮迟滞现象，提高发动机低速时的响应时间和加速能力。随着转速和排气压力的增加，叶片的张角逐渐增大。满负荷时，叶片保持全开，降低排气背压，从而达到一般大型涡轮的增压效果。另外，由于改变叶片角度可以有效控制涡轮的转速，从而实现涡轮的过载保护，所以采用VGT技术的涡轮增压器不需要设置排气泄压阀。

需要指出的是，VGT可变截面涡轮增压器只能通过改变排气入口的截面积来改变涡轮的特性，而涡轮的尺寸不会改变。如果理解涡轮A/R值，可变截面涡轮的原理会更直观。

A/R值是涡轮增压器的一个重要指标，用来表示涡轮的特性，在改装市场的涡轮增压器销售书中经常标注。面积指的是涡轮排气侧入口处最窄的横截面积(即& ldquo在可变截面涡轮技术中)。Section & rdquo)，R(半径)即半径，是指入口处最窄的横截面积中心到涡轮体中心的距离，两者之比就是A/R值。相对而言，压气机叶轮受A/R值影响不大，但A/R值对排气涡轮意义重大。

导叶的开度可以影响涡轮导叶的气流速度，低速时小，增加气流速度，高速时大，减少排气负压。

当A/R值较小时，意味着通过涡轮的废气流量较高。这一特性可以有效降低涡轮迟滞，涡轮在较低转速区域可以实现较高的增压。但使用发动机高转速时，排气背压会较大，会限制高转速时的动力。相反，当A/R值较大时，涡轮的响应速度较慢。低速时，涡轮有明显的迟滞。但在高转速下，排气背压更小，能更好地利用排气能量，从而获得更强的动力性能。

通过VGT技术实现的变截面意味着改变A的值..当叶片角度较小时，排气口的截面积会相应减小，因此A的值也会相应变化，从而具有小涡轮响应快的特点。而当叶片角度增大时，A的值增大，此时A/R的值也增大，从而在高速时获得更强的动力输出。总之，通过改变叶片的角度，VTG系统可以随时改变排气涡轮的A/R值，从而兼顾大小涡轮的优点。