汽車改裝辭典：可變截面的渦輪增壓技術(shù)

　　今天小編在網(wǎng)上看到一句很有道理的話“跑道上的車的狀態(tài)是很復(fù)雜的，只有多調(diào)整，體會各種設(shè)定下車的姿態(tài)和感覺，才能真正明白怎么調(diào)車”。其實(shí)改車就如同在跟車對話，當(dāng)你聽得懂它的時(shí)候，就能調(diào)校出一部好的改裝車了。 改車是一個(gè)發(fā)揮主觀能動性的過程，如何更好地提高原車性能，不光是機(jī)械系統(tǒng)的問題，也需要我們發(fā)揮辯證思維不斷的嘗試，同樣的東西，在不同人手下也是千變?nèi)f化。優(yōu)秀的汽車改裝技師，不僅需要過硬的技術(shù)，扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需要熱情、細(xì)心、愛心與探索的精神。

　　今天我們來講一講可變截面渦輪技術(shù)，我們知道，渦輪大小、渦輪進(jìn)氣量和渦輪遲滯是三個(gè)統(tǒng)一的矛盾體。普通渦輪增壓器在全負(fù)荷狀態(tài)下時(shí)進(jìn)氣量非常可觀，但當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，就會由于廢氣驅(qū)動力不足而無法達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，這樣造成的結(jié)果就是，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，渦輪增壓器并不能發(fā)揮作用，這時(shí)候渦輪增壓發(fā)動機(jī)的動力表現(xiàn)甚至?xí)�小于一臺同排量的自然吸氣發(fā)動機(jī)。

　　對于傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動機(jī)來說，解決渦輪遲滯現(xiàn)象的一個(gè)方法就是使用小尺寸的輕質(zhì)渦輪。首先，小渦輪會擁有較小的轉(zhuǎn)動慣量，因此在發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，也能驅(qū)動渦輪能達(dá)到工作轉(zhuǎn)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(diǎn)：當(dāng)發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)，小渦輪由于排氣截面較小，會使排氣阻力增加，即產(chǎn)生排氣回壓，因此發(fā)動機(jī)最大功率和最大扭矩會受到一定的影響。而對于產(chǎn)生回壓較小的大渦輪來說，雖然高轉(zhuǎn)速下可以擁有出色增壓效果，發(fā)動機(jī)也會擁有更強(qiáng)的動力表現(xiàn)，但是低速下渦輪更難以被驅(qū)動，因此渦輪遲滯也會更明顯。

　　為解決上述矛盾，讓渦輪增壓發(fā)動機(jī)在高低轉(zhuǎn)速下都能保證良好的增壓效果，VGT(Variable Geometry Turbocharger）或者叫VNT可變截面渦輪增壓技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。在柴油發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，VGT可變截面渦輪增壓技術(shù)早已得到了很廣泛的應(yīng)用。由于汽油發(fā)動機(jī)的排氣溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柴油發(fā)動機(jī)，達(dá)到1000°C左右（柴油發(fā)動機(jī)為400°C左右），而VGT所使用的硬件材質(zhì)很難承受如此高溫的環(huán)境，因此這項(xiàng)技術(shù)也遲遲未能在汽油機(jī)上應(yīng)用。近年來，博格華納與保時(shí)捷聯(lián)手克服了這個(gè)難題，使用了耐高溫的航空材料技術(shù)，從而成功開發(fā)出了首款搭載可變截面渦輪增壓器的汽油發(fā)動機(jī)，保時(shí)捷則將這項(xiàng)技術(shù)稱為VTG（Variable Turbine Geometry）可變渦輪葉片技術(shù)。

　　VGT可變截面渦輪技術(shù)的核心部分就是可調(diào)渦流截面的導(dǎo)流葉片，從上圖我們可以看到，渦輪的外側(cè)增加了一環(huán)可由電子系統(tǒng)控制角度的導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片的相對位置是固定的，但是葉片角度可以調(diào)整，在系統(tǒng)工作時(shí)，廢氣會順著導(dǎo)流葉片送至渦輪葉片上，通過調(diào)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(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速排氣壓力較低的時(shí)候，導(dǎo)流葉片打開的角度較小。根據(jù)流體力學(xué)原理，此時(shí)導(dǎo)入渦輪處的空氣流速就會加快，增大渦輪葉片處的廢氣壓強(qiáng)，從而可以更容易推動渦輪轉(zhuǎn)動，有效減輕渦輪遲滯的現(xiàn)象，也改善了發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)的響應(yīng)時(shí)間和加速能力。而在隨著轉(zhuǎn)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(fù)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(dá)到一般大渦輪的增壓效果。舉一個(gè)簡單的例子，在有風(fēng)的天氣，大家在空曠處感受到的風(fēng)力會明顯比在非封閉的狹窄的通道處（比如兩個(gè)相隔很近的樓宇之間）小很多。此外，由于改變?nèi)~片角度能夠?qū)�渦輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效控制，這也就實(shí)現(xiàn)對渦輪的過載保護(hù)，因此使用了VGT技術(shù)的渦輪增壓器也就不需要設(shè)置排氣泄壓閥。

　　左圖發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，導(dǎo)流葉片開度小；右圖反之

　　我們也可以從渦輪的性能指標(biāo)A/R上來說明可變截面渦輪增壓技術(shù)的原理。A表示Aera區(qū)域，指的是渦輪排氣側(cè)入口處最窄的橫切面積（也就是可變截面渦輪技術(shù)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(diǎn)到渦輪本體中心點(diǎn)的距離，而兩者的比例就是A/R值。相對而言，壓縮機(jī)端葉輪受A/R值的影響并不大，不過卻對排氣端渦輪有著十分重要的意義。

　　當(dāng)A/R值越小時(shí)，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(zhuǎn)速區(qū)域取得較高的增壓，而發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)則會產(chǎn)生較大的排氣背壓，使高轉(zhuǎn)速時(shí)功率受到限制。反之，當(dāng)A/R值越大時(shí)，渦輪的響應(yīng)速度就越慢，低轉(zhuǎn)速時(shí)渦輪遲滯明顯，不過在高轉(zhuǎn)速時(shí)，擁有較小的排氣背壓，且能夠更好的利用排氣能量，從而獲得更強(qiáng)的動力表現(xiàn)。

　　而VGT技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的截面可變就是指改變A值。當(dāng)葉片開度較小時(shí)，排氣入口的橫切面積便會相應(yīng)減小，A值會隨之變小，從而擁有小渦輪響應(yīng)快的特點(diǎn)。而當(dāng)葉片角度增大時(shí)，A值隨之增大，這時(shí)A/R值增大，從而在高轉(zhuǎn)速下獲得更強(qiáng)的動力輸出�？偠�言之，透過變更葉片的角度，VTG系統(tǒng)可隨時(shí)改變排氣渦輪的A/R值，從而兼顧大/小渦輪的優(yōu)勢特性。