可變增壓

衛(wèi)東

上期我們介紹的博格華納兩級可調(diào)整進氣增壓器（regulated two-stage turbocharger）進一步釋放了渦輪增壓器的潛能，目前還有一種VTG（Variable Turbine Geometry Turbocharger）可變增壓技術(shù)讓增壓器性能更突出。早在1984年，博格華納就開發(fā)出了第一代柴油機用VTG增壓器，通過改變廢氣渦輪的進氣截面，能大大提升渦輪增壓器的響應(yīng)和增壓效率。由于VTG內(nèi)部布置有精密且復(fù)雜的活動機構(gòu)，原先主要應(yīng)用于廢氣溫度稍低一些的柴油發(fā)動機。

渦輪遲滯導(dǎo)致的動力不平順一直阻礙著渦輪增壓發(fā)動機的發(fā)展。VTG增壓器的奧秘在于它可以改變扇葉截面積，這就相當于改變了增壓渦輪的大小。在轉(zhuǎn)速較低時，增壓渦輪會采用較小的截面積，即使轉(zhuǎn)速很低的狀態(tài)下渦輪也可以順利啟動，大大緩解了渦輪遲滯。在高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，增壓渦輪會采用較大的截面積，這樣可以大幅度提升增壓值，從而提升發(fā)動機的最大功率和扭矩。

VTG增壓系統(tǒng)增加了渦輪導(dǎo)向葉片的調(diào)整機構(gòu)，通過電子控制單元控制導(dǎo)向葉片的角度，在高速時讓導(dǎo)向葉片張開，加大與空氣的接觸面，減緩渦輪轉(zhuǎn)速。低速時則縮小導(dǎo)向葉片角度，提高渦輪轉(zhuǎn)速。如此一來，可讓發(fā)動機在任何的轉(zhuǎn)速下，維持穩(wěn)定的增壓值，消除了傳統(tǒng)渦輪增壓器低轉(zhuǎn)速時的“渦輪遲滯”現(xiàn)象，提升了行駛的順暢性。由于在高速狀態(tài)下增壓器面積會加大，從而可以提供足夠的增壓值，有利于高速動力的發(fā)揮，這種特性直接體現(xiàn)就是后勁足。在2009年，華泰汽車就曾推出了一款2.0L柴油版圣達菲，它所炫耀的資本就是VTG增壓器，除提升了平順性外，油耗還降低了。

在2002年，博格華納與保時捷合作研發(fā)應(yīng)用在汽油機上的VTG增壓器，并于2006年實現(xiàn)了全球首款汽油機VTG增壓器的生產(chǎn)。汽油機VTG增壓器的難度在于，旋轉(zhuǎn)的小葉片需要具有超強的耐熱、抗變形能力和耐久性，對其材料的選擇和優(yōu)化至關(guān)重要。如今，博格華納正開發(fā)出廢氣溫度高達1000℃以上的汽油機上應(yīng)用的VTG增壓器。在2016年，馬勒渦輪增壓系統(tǒng)有限公司也開發(fā)出新一代適用于量產(chǎn)汽油增壓發(fā)動機的VTG增壓器。通過此VTG增壓器與汽油發(fā)動機的匹配優(yōu)化，發(fā)動機響應(yīng)性和燃燒效率都將得到提高，整個系統(tǒng)成本也將有所降低。如同VTG增壓器在柴油發(fā)動機上的廣泛應(yīng)用，新一代VTG增壓器也將廣泛應(yīng)用于汽油發(fā)動機上。馬勒目前正致力于進一步開發(fā)耐受排氣溫度高達980℃的汽油機用VTG渦輪增壓技術(shù)。

汽油機用VTG增壓器的兩個基本應(yīng)用目標是提高發(fā)動機基本性能和減少部分負荷工況下的油耗。VTG增壓器在汽油發(fā)動機上的應(yīng)用，可以顯著提高額定功率，同時能夠在最佳性能范圍內(nèi)降低最高排氣溫度和油耗。與廢氣旁通式渦輪增壓器相比，VTG增壓器可以利用整個廢氣流量，提升氣體交換效率，從而使上述潛在優(yōu)勢得以實現(xiàn)。隨著廢氣渦輪增壓器的優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)，大幅增加進氣量使得汽油更充分地燃燒，發(fā)動機的動力輸出能夠得到飛速的提升。在發(fā)動機部分負荷下，降低油耗、提高發(fā)動機熱效率的有效方法是提高壓縮比。然而一味提升壓縮比會帶來另外一個問題——爆震，就需要引入米勒循環(huán)來降低高負荷時的有效壓縮比。米勒循環(huán)與VTG增壓器成為黃金搭檔后，在需要高動力輸出時即可高效地提供高增壓壓力。

博格華納最新的 VTG 技術(shù)配備了一個強大的電動執(zhí)行器，可控制渦輪上游的壓力，快速、精確地調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片，實現(xiàn)瞬時加速的效果和最優(yōu)化的功率輸出。此外，通過博格華納的專利S形導(dǎo)葉片使發(fā)動機在極低的轉(zhuǎn)速下即可提高發(fā)動機響應(yīng)速度。

先進的汽油 VTG 技術(shù)能帶來出色的油門響應(yīng)和平穩(wěn)的動力輸送，同時提高發(fā)動機的燃油效率，降低排放。VTG增壓器和米勒循環(huán)發(fā)動機將是一對黃金組合，隨著進一步追求燃油效率的米勒循環(huán)發(fā)動機的流行，可有效改善米勒循環(huán)低速扭矩的VTG增壓器也將隨之流行起來。