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《车主之友》

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优势互补 保时捷VTG涡轮增压器

2009-11-25 23:18:38

  涡轮增压器对于车辆发动机的帮助是显而易见,它能够使发动机输出扭矩迅速达到峰值,并且持续维持这一状态。而另一方面,受到涡轮自身质量、体积的影响,又会造成发动机不同转速下反应迟滞或内部阻力增大的问题。如何去协调这种种的矛盾呢?保时捷给出了一个不错的答案。

  新款911Turbo是第一辆配备带可变涡轮几何特性废气涡轮增压器的保时捷,每列汽缸分别配有一台涡轮增压器。只有通过这项技术,发动机才可以在各种工况下都能充分利用废气气流提供最佳增压效果。因此,理论上讲,带可变几何涡轮特性(VTG)的废气涡轮增压器兼具大小涡轮增压器的优点。


通过改变涡轮叶片的旋向,可以实现大小涡轮优势的统一

  通过其小流量截面,小涡轮增压器将能够对小排气流量作出快速响应,其响应效果在使用此类加速质量低的涡轮时尤其明显。得益于这种良好的反应性,与涡轮通过一个轴相连的压缩机叶轮可以在低发动机转速时将空气压入燃烧室,从而增加发动机的功率密度。这种小涡轮增压器的劣势在于随着转速及空气流量的增高,流动阻力也会增加,进而形成高反压并需要将一部分废气引导通过废气压力减压阀或旁通阀。而另一方面,大涡轮增压器由于其较大的截面和涡轮质量仅在低发动机转速时响应不佳,但在高空气流量下则具有废气反压低的优势。

  更高和更稳定压力的绝佳控制

  可变涡轮几何特性用来直接改变废气气流中通过转子叶片的截面,为各种情况提供精确和正确的涡轮增压器规格和效果:在低发动机转速时,叶片闭合形成小的气隙。排气流量通过这些小孔加速并在径向以高能级冲击涡轮,如同小涡轮增压器一样。

  在建立所需的增压压力前,转子叶片一直保持这种特殊角度:在新的涡轮增压发动机上增压压力设定为全负载下海平面上平均1bar,环境温度20℃。这些参数对于提供给汽缸的燃烧空气压力至关紧要,因为参数的改变也意味着燃烧质量的改变。

  随着发动机转速升高,废气气流不断增加,转子叶片打开,对涡轮增压压力进行相应的调节。集成于Motronic发动机“大脑”中的电子控制元件以及电动调节机构用于减少转子叶片开闭所需时间大约仅为100毫秒。另一个特点是涡轮增压器相应的可变涡轮几何特性布置,使得即便在最大废气气流下也无需旁通阀来代劳。

  尽管空气的供应得到了改善,可变几何涡轮增压器压缩的空气还是要流过与以前车型上的热交换器基本相同的两个中冷器:侧板内Turbo特有的进气口后面的导管,最窄处的截面比以前增大了近10%,这样减少了流动阻力,中冷效率更高并提供更大的功率和扭矩。

  通过超速时迅速关闭节气门和压力系统中保持激活的压缩机,节气门前的增压压力不断增加。为释放此类过高的增压压力,新款911Turbo也配备了一个需要时自动开启的废气阀,并且现在方便地安装在废气涡轮增压器的压缩机壳体中以便节省空间。


VTG技术使保时捷发动机响应速度得到进一步提高

  系列化生产中有效应用的高技术材料

  可变几何涡轮的原理在柴油发动机上的广泛应用已有近十年之久。一直以来,之所以无法将应用在柴油发动机上的系统转换到火花点火式发动机上,主要是由于对热量问题的考虑:当柴油发动机中的废气进入涡轮时,温度在700-800℃之间。与此相比,Porsche涡轮发动机中的废气则高达1?000℃,这意味着可调转子叶片上的负载明显较高,这对设计和配置提出了更高的要求。

  只有使用耐高温的可靠材料以及新型仿真技术才能使涡轮增压器适于批量生产,并达到理想的使用寿命和耐久性。另一项特色装备是包括一台后运行泵的水冷系统,可以有效地降低现有机油冷却器上相关部件的温度。