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首先,要弄明白原理。渦輪增壓之所以能產生比自然吸氣更大扭矩以及功率,其實主要是靠增加的進氣量,而從渦輪增壓的技術方面講,增加更多的進氣量就得靠發動機排出更多的廢氣來推動渦輪,所以,推動渦輪就必須提高轉速。歸根結底渦輪增壓因為擁有更多部件,空氣要經過更多的路程,所以瞬間反應不如自然吸氣。
再來說,瞬間相應效能,除了上面說的,還有發動機電腦的速度、中冷器長度、發動機科技含量以及發動機設定等等很多方面。就比如,發動機設計之初採用了注重扭矩的長行程設計方案,所以轉速設定的偏低,所以響應速度也慢。
我來分享一下,影響響應的最關鍵因素是增壓系統,主要由以下因素會影響:
1.增壓器渦輪的慣性
增壓器的轉速範圍很寬,往往一個加速過程增壓器就能從幾萬轉上升到20萬轉以上,如果渦輪的慣性比較大,渦輪轉速上升的時間就長,壓輪建立增壓壓力的時間就會比較慢。響應就差。反之,渦輪的慣性小,響應就會快一些。這個大家應該比較熟悉。圖1和圖2是增壓器結構和工作原理
2.增壓器本身的設計
a.雙流道增壓
也有人叫雙渦管增壓器,實際是一樣的技術。雙流道是指增壓器渦輪機的進口採用了雙流道。簡單解釋一下就是4缸發動機的點火順序一般是1-3-4-2,這樣的話不同氣缸排氣的時候排氣的能量會在排氣管中互相干涉,從而降低渦輪機的效率,時渦輪機的響應變慢,帶來渦輪遲滯。雙流道就是把發動機的1-4和2-3排氣管分成兩組,分別的引入增壓器,增壓器的渦輪機也設計了兩個流道,這樣可以加快增壓器相應速度,一般可以加快25%。寶馬,豐田,PSA等增壓直噴發動機上有雙流道增壓器的應用。圖3是雙流道增壓器的結構和響應比較
b.可變截面渦輪增壓VTG
VTG就是在渦輪葉片上設定了一個可變機構,可以在不同的轉速和負荷下透過調整渦輪葉片來實現渦輪機的高效率,可以有效的降低油耗,改善效能和增壓器動態響應。柴油機上VTG比較成熟,汽油機由於排溫高,VTG技術剛剛開始量產,大眾的EA211 1.5Evo版本上使用了第一款大批次生產的汽油機VTG產品。
圖4是大眾EA211 1.5Evo發動機雙流道增壓器的結構和響應比較
3.增壓管路的容積和管長
增壓器的壓氣機建立壓力以後,這個壓力要傳遞到發動機進氣歧管然後進入缸內才能發揮作用。因此這個壓氣機後到中冷器再到進氣歧管的路徑的長度和容積就比較重要了,容積過大,管路過長都回影響動態響應。目前很多發動機採用的進氣管整合式中冷器或者佈置在進氣管前端的水冷中冷器能大幅度的減小管路長度和體積,對動態響應有利。
圖6和圖7是空空冷卻中冷器和水冷中冷器壓氣機後管路長度的差別。
4.VVT的響應和策略
可變氣門正時系統VVT的響應和策略對增壓器響應也有比較明顯的影響。比如在急加速的低速大負荷時採用大的氣門疊開角,使更多的空氣透過渦輪機,使增壓器能夠快速啟動,從而改善渦輪遲滯。這時候VVT本身的響應時間就很關鍵了,對於液壓控制的VVT來講,一般中置電磁閥控制的VVT由於控制油路更短,響應要比側置VVT響應的速度要快,當然,電動VVT的響應速度就更快了。我們可以看到目前主流的發動機逐漸都採用了中置電磁閥的VVT,也有一些開始考慮電動VVT了。圖8顯示了豐田1.2T用這種策略對動態響應的改善效果。
5.雙增壓技術
雙增壓技術目前有幾種方案,應用最多的是渦輪增壓加機械增壓的方案,機械增壓器實際是一個機械空氣壓縮機,由曲軸透過皮帶驅動,沒有渦輪增壓器的遲滯問題。和渦輪增壓結合可以解決低速響應的問題。另外一種是採用一大一小兩個增壓器串聯,用小增壓器來滿足低速扭矩和動態響應的要求,用大增壓器來實現高功率,這種方案在柴油機上應用的比較成熟,汽油機一般在高效能車上才能見到,主要是成本太高。圖9是沃爾沃不同的增壓器方案。