高增壓汽油機可變截面壓縮技術

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高增壓汽油機可變截面壓縮技術

汽油機小型化與渦輪增壓技術的結合是未來乘用車滿足CO2等排放限制的關鍵技術。發動機排量的減小會導致發動機扭矩的減小，這就需要一套機械增壓系統以滿足功率的需求。帶有單級渦輪增壓器的發動機機械增壓在滿足額定功率需求與低扭矩需求上做了折中，這直接影響了發動機的動態性能。目前，在汽油機上應用了帶有排氣泄壓閥旁路的渦輪增壓器。在渦輪增壓技術應用到量產發動機上時，提出了可變截面渦輪增壓（VGT），加上排氣泄壓閥旁路能夠使渦輪的功率在發動機的整個運行區域內控制在最高效處，同時能夠在減小渦輪尺寸的情況下驅動壓縮機工作在發動機低轉速下，以實現大扭矩的輸出。

為了滿足高額定功率和低扭矩輸出的要求，提出了復雜的二階增壓系統。這套系統由兩個不同尺寸的渦輪增壓器組成，其中一個增加器的設計是為了在低質量流通率下傳遞高增壓壓力，另一個較大的增壓器用于隨著質量流通率增加時傳遞增壓壓力。二階渦輪增壓系統增加了系統的復雜度，避免使用二階系統的方法是通過可變截面的壓縮機改變壓縮機的運行Map圖。可變的進口導葉改變了壓縮機，Map圖的邊界，通過正向的提前旋轉來減小質量流通率，因此可以在發動機低轉速下提高增壓壓力。提高入口葉輪的預旋轉將會導致相對速度的減小，進而增加葉輪的相對入流角度。而影響壓縮機Map圖特征的方法是減小其Map圖的入口域。所謂的可調節壓縮機，一是通過一個可以自由調整的設備調節葉輪的入口來減小流通域；二是可以增加入流角，只是通過增加軸向速度、減小圓周速度的方法來實現。

與VGT技術相結合的可變截面壓縮技術在實現高的壓縮比上具有更高的潛能，擴寬了質量流通的范圍，因此能夠滿足高增壓發動機的要求。

Fabian Herbst et al. SAE 2013-01-1605.

編譯：張冬冬