2017年路虎發現5新技術剖析（二）

遼寧/陳東波

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遼寧/陳東波

5.串行式順序渦輪增壓器操作

使用了串行式順序雙渦輪增壓器系統來擴展增壓系統的空氣質量流量和增壓壓力容量（如圖8和圖9所示），并且實現了以下優勢：

◆減小了發動機尺寸，從而改進了燃油效率并降低了廢氣排放

◆與更大容量的發動機具備相同的性能

◆由于發動機的低轉速特性，可在整個發動機轉速范圍內實現流暢的功率傳送

注意： 因此，高規格Ingenium 發動機將取代Lion V6D 單渦輪發動機。

圖9 雙渦輪增加器系統2

使用單個更小的可變幾何渦輪增壓器（VGT） 時，會帶來一些優點和缺點。更小的VGT 渦輪可以更快地提升轉速，但具有有限的空氣質量流量。更大的固定幾何渦輪可以提供更高的空氣流量，但其更大的旋轉慣性可能會降低瞬態響應。通過結合每種渦輪的輸出，我們打造了一臺可在整個發動機轉速或負載范圍內提供更高增壓壓力的渦輪增壓器發動機。更小的VGT 具備更低的慣性，可以實現快速瞬態響應，并支持穩態發動機低轉速運行。大型固定葉片渦輪具有更低的瞬態響應能力，但可以提供更多增壓，從而支持發動機高轉速高負載運行。通過混合兩種渦輪輸出，可以支持發動機在從低負載/轉速范圍過渡到高負載/轉速范圍時，實現更高的輸出功率。

6.串行式順序部件（如圖10所示）

該系統中使用了兩個真空控制執行器（如圖11所示）：

◆排氣泄壓閥執行器用于調節固定壓縮機產生的最大增壓壓力

圖10 渦輪增加器部件

圖11 真空執行器位置

圖12 執行器控制

◆渦輪機旁通執行器用于控制固定幾何渦輪提供的增壓量（平衡串行式渦輪增壓器的運行）

兩個真空執行器均由動力傳動系統控制模塊（PCM）通過發動機前部的電磁閥進行控制。兩個執行器在開啟位置采用彈簧加載來支撐部件，在關閉位置通過真空進行控制，如圖12所示。通過這種配置，如果發生了任何電氣或真空問題，兩個執行器可以在故障自動保險位置運行。

注意：不得在保養時拆卸渦輪機旁通執行器和排氣泄壓閥執行器，因為這兩個執行器已在出廠時進行校準。在更換任何執行器時，需要更換固定幾何渦輪或排氣歧管和渦輪機旁通閥總成。

7.低負載運行- 廢氣流量（如圖13所示）

在發動機低負載條件下，渦輪機旁通閥關閉，如圖14所示。所有離開發動機的廢氣均導入到高壓VGT 渦輪的渦輪機中。VGT 的葉片位置由空氣質量流量（MAF） 和增壓壓力傳感器值決定，從而為壓縮機提供必要的能量以實現所需的增壓壓力。廢氣離開VGT 渦輪，流經固定幾何渦輪的渦輪機。

鑒于PE閃爍液已經推廣應用且效果良好，選擇PE閃爍液所用的試劑進行自主配制，并進行一系列試驗，以期求得能夠代替PE閃爍液的最佳配方。

圖13 低負載運行

圖14 渦輪機旁通閥關閉

圖15 低負載操作-進氣氣流

旁通閥關閉時，廢氣在流經VGT后，在低壓渦輪機上發生作用。氣流足以提供部分增壓壓力。這可以幫助系統滿足三個目的：

（1）未被高壓渦輪機提取的能量將可被低壓渦輪機提取，從而提高增壓系統的效率。

（2）可在渦輪增壓器之間流暢切換，因為無須從靜止狀態開始為低壓階段的渦輪機加速。

（3）可防止（其他情況下）處于靜止狀態的壓縮機限制進氣氣流進入VGT。

8.低負載操作-進氣氣流（如圖15所示）

空氣通過固定葉片渦輪壓縮機進氣吸入VGT壓縮機。VGT壓縮空氣，隨后空氣離開VGT 并進入中冷器。

9.發動機轉速/負載增加-中等范圍（如圖16所示）

高壓VGT接近最大質量流量。渦輪機旁通開始打開，以允許發動機廢氣直接流入固定幾何渦輪機并提高渦輪轉速。進氣空氣被吸入固定幾何渦輪，經過壓縮，然后流至VGT。實際上，VGT現在流入了經過壓縮的進氣空氣。VGT會進一步壓縮這些空氣，從而提高增壓壓力和增壓空氣密度。VGT太小，無法帶來有用的幫助。渦輪機旁通執行器現在完全打開，廢氣氣流隨之增加，其中，由于較小VGT中生成的流量限制，大多數氣流進入低壓渦輪機。固定葉片渦輪機現在將為發動機提供了所需的全部增壓壓力。

10.發動機高轉速/負載運行（如圖17所示）

圖16 發動機轉速/負載增加-中等范圍

圖17 發動機高轉速/負載運行

圖18 增壓控制

圖19 MAPT傳感器位置

廢氣質量流量已超出高壓VGT的容量，因此不再能夠提供所需的增壓壓力。渦輪機旁通完全打開以允許廢氣直接流入低壓渦輪機，隨后低壓渦輪機將支持低壓壓縮機提供所需的全部增壓壓力。在此情況下，VGT將對流入發動機的進氣空氣進行限流。為克服這一問題，在低壓和高壓渦輪進氣之間的進氣空氣線路中安裝了被動壓縮機旁通閥。低壓渦輪增加的空氣壓力在被動閥上發生作用，并強制閥門打開。盡管VGT 仍然會流入預先壓縮的空氣，但額外的增壓壓力已繞過VGT 進氣，直接進入了增壓空氣冷卻器。

11.增壓控制（如圖18所示）

12.歧管空氣壓力及溫度（MAPT）傳感器（如圖19所示）

在高負載運行中，總增壓壓力現在通過固定渦輪排氣泄壓閥進行調節。此閥門由電磁閥（發動機PCM負責切換）通過真空執行器進行控制。PCM 通過進氣歧管上的MAPT 傳感器來監控進氣空氣壓力。MAPT 傳感器出現的故障會導致排氣泄壓閥和渦輪機旁通閥保持在完全開啟位置，并將在系統中記錄DTC。

13.被動壓縮機旁通閥（如圖20所示）

這兩個出口管道具有不同的直徑，較小的管道通往VGT，較大的管道通往固定幾何渦輪。較大直徑的管道包含彈簧控制的閥門（被動壓縮機旁通閥），其充當空氣離開固定幾何渦輪的單向閥。該閥門可防止在僅限高壓或串行模式下，通過固定幾何渦輪發生空氣再循環。如果沒有安裝閥門，壓縮空氣將再循環到高壓壓縮機進口。注意： 實際上從渦輪增壓器伸出了兩根出口管道，它們在氣體進入中冷器之前合并為了一根。

圖20 被動壓縮機旁通閥位置

圖21 進氣歧管渦流板

14.進氣歧管渦流板（如圖21所示）

全新高規格I4 （AJ20-D4H） 柴油發動機在進氣歧管中使用了渦流板。渦流板可減少顆粒物質，并且可讓空氣更高速地進入并圍繞汽缸運動，從而更好地與燃油混合，改善預熱。

（1）主要優點

◆改進燃油混合，從而改善排放和燃油經濟性

◆可通過使用渦流板預熱進入汽缸的空氣，從而縮短發動機預熱時間

當發動機轉速提高時，渦流板將逐漸開啟，直到（轉速約為2000r/min時）它們與氣流平行且幾乎不會產生任何阻礙。其用途是在進氣歧管中產生渦流，以確保進入汽缸的空氣具有足夠的速度來實現良好的燃油空氣混合，從而改善燃燒。這有助于減少某些毒性氣體排放，可能還會改進低端功率和扭矩。

（2）進氣流量（如圖22所示）

關閉時，渦流板可增加空氣速度并讓進入燃燒室的空氣形成進氣“渦流”。這可以在發動機低轉速時幫助燃燒，使得發動機可以更高效地運轉，降低排放。

（待續）

圖22 進氣流量