双涡轮增压与双涡流涡轮增压到底有什么区别?

相信很多消费者也容易搞混淆,什么是双涡轮增压,什么是双涡流增压,我进行一个简单的科普。比较硬,按需观看。
双涡流增压本质上是一个增压器。一般行业内叫“双涡流涡轮增压器”或者“双涡管涡轮增压器”,属于行业普遍的做法,大众、本田、宝马、PSA、长安等等国内外车企都有这个系统。
双涡轮增压与双涡流涡轮增压到底有什么区别?-有驾
一般发动机点火顺序为1、3、2、4,它将各缸的排气道按点火时刻间隔分成两组(1&4,2&3),从而增加扫气的效率,优化排气压力的分布以及将废气的动能引导至涡轮。最终允许更好的进气排气重叠,从而改善气缸内空气的质量。尤其在低转速获得更好的扭矩输出,在高转速可以进一步提高涡轮的输出。
比如我在直播解析长安蓝鲸发动机的时候,就讲过第二代蓝鲸2.0T采用了“双涡流涡轮增压器”,而且1-4和2-3的涡管直径不一样,从而实现相同的沿程阻力。
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我在介绍马自达的2.5T发动机的时候,也重点介绍了这种结构。
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比如大众的EA839发动机,从EA837的机械增压回归了涡轮增压,得益于V型布置,气道短且流动损失小,将结构布置的更为紧凑,采用了一个双涡流涡轮增压器提高了动态响应特性。每侧气缸排气道将废气直接引至涡轮前,损失非常小,这样就防止了对面废气气流的相互干扰(窜扰)。
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比如宝马的B48B20系列发动机,使用的是经典的双涡管布局,可以实现快速直径的响应,将1-4和2-3的废气通过两个独立通道引到压缩机轮,实现快速稳定的响应性。但是,四缸发动机的废气热量更大,单纯依靠冷却系统无法有效散热,如果再采用加浓喷射会恶化RDE排放要求,为了最终的排气温度性能,B48没有采用铝合金材料,采用耐热铸钢1.4849作为涡轮机壳的材料,当然也考虑集成轻量化,与N20相比重量减少了1.6kg。通过优化设计和热力学匹配,在不损失瞬态响应的情况下,实现了降低涡轮进口压力以达到所需功率并满足了RAD法规排放的要求。与B38不同,B48采用了电动废气旁通阀执行器,用于改善驾驶性能和舒适性。再加上紧密耦合的催化器和大开度废气门,实现最佳的排放理念。在废气旁通阀机构中使用了阻尼弹簧元件,开闭过程中没有明显噪音,也改善了NVH。
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双涡轮增压是涡轮增压的方式之一。主要有两种布置,一种是串联,一种是并联,主要目的是兼顾涡轮迟滞和性能扭矩,在发动机低转速的时候,较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力,减小涡轮迟滞效应。
并联模式
并联模式一般用于大排量发动机,2个相互独立的涡轮增压器分别控制不同气缸。当发动机在2个涡轮增压器的共同作用时,进气效率大幅提升,增压效果更加显著,动力性得到很大提升。
比如我以前写的保时捷3.0T水平对置发动机,就是两个完全一样的涡轮,一个控制一侧的气缸。
第八代911的9A2evo发动机采用两个废气旁通阀,和两个完全对称的涡轮增压器。与基础款相比,使用了更大的涡轮叶轮(直径49mm)和更大的压缩机叶轮(直径55mm)。扩大的废气旁通管和废气旁通阀直径可改善催化暖机模式下流向催化器的空气流量。电动废气旁通阀执行器的使用使废气旁通阀开启角度更大,并实现对废气旁通阀的OBD相关监控。
双涡轮增压与双涡流涡轮增压到底有什么区别?-有驾
串联模式
串联模式主要是为了改善涡轮迟滞,以前比较流行机械+涡轮增压,现在也流行电动+涡轮增压。在发动机转速较低时,只有一个低速涡轮工作,这时较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力,当发动机转速提升以后,高速涡轮工作继续进入高增压值的状态,提供一个连贯的强劲动力。
比如奔驰M256发动机。使用的废气涡轮增压器是一个双涡流增压器+电子涡轮增压器,排气系统设计为带有部分集成的无间隙排气歧管(LSI)和1至3缸和4至6缸的流量分离设计。由于需要发挥极致性能,奔驰特别重视排气背压优化、涡轮机壳和歧管之间的接头流场优化以及滑动阀座的密封性优化。通过这些考虑,将排气损失降低到最小,让涡轮增压器能在最小的废气质量流量下也具有良好的响应性能。另一个设计为排气歧管的气隙绝缘概念,通过排气歧管的壁面气体流动,显著降低金属表面温度,从而缓解发动机热端的热应力,特别是在全负荷激烈驾驶工况下。
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比如玛莎拉蒂的2.0T发动机。新Ghibli一方面要实现高性能,一方面也要实现小型化,于是另辟蹊径的采用了超级电动增压器+涡轮增压的组合,从而实现凌驾于同排量的动力输出,也实现了“随踩即有”的动力响应。在加速模式下,电动涡轮在0.23s的瞬间可以达到72000rpm(最高转速80000rpm),瞬间实现0.45bar的增压压力,涡轮增压进一步提高增压压力,从而实现了独有的加速响应性;在巡航模式下,考虑高效燃烧,电动涡轮不工作,通过涡轮持续进行稳压,在获得良好动力的前提能够确保燃油经济性。由于这个电动增压器功率高达5kW,传统12V电源无法执行,新Ghibli也采用了一套48V轻混系统,48V电源也保证了这套电动增压器的可靠运行。
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当然,牛逼发动机还有土豪模式,双涡轮和双涡流没有直接的关系,比如大众宾利全新W12-TSI发动机,既可以玩双涡轮,也可以玩双涡流,它就采用了双并联涡轮+双涡流涡轮的技术。。。
大排量发动机体机巨大,虽然大众采用W12布局已经比V12有很大优势,但是依旧需要优化发动机舱布局。大众集团通过对涡轮增压器、相关附件和发动机悬置的再设计,节约了空间。单侧的三个前缸和三个后缸的排气歧管彼此分离,涡轮机壳直接焊接在歧管上,节约空间。为了保证排放性能,采用了二次空气喷射系统,在该系统有分离配置,分别对单侧的前后三个气缸进行单独配置。
与小排量经济型涡轮发动机不同,大排量涡轮惯性较大,瞬态响应性是不得不克服的难题。大众通过瞬态CFD模拟,对发动机低速下排气脉冲流量特性的优化,在响应性上有所飞跃。如图8所示,在1500rpm下,W12FSI发动机比老款W12TMPI发动机扭矩从低负荷到最大扭矩快了2.5倍,图中浅灰色和深灰色。
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图9显示了左侧排气门、排气歧管和双涡管涡轮在1500rpm下的全负荷下的空气流场。借助转速传感器测量涡轮转速,从而充分利用图7(右)中的压缩机图的效率区间,提高效率的同时保护涡轮增压器免受超速(例如中冷器种存在污垢)的影响。在设计上满足要求的基础上使用小直径低惯性力矩的压缩机转子。涡轮转子同样针对转动惯量和效率进行了优化,提高了响应性。
双涡轮增压与双涡流涡轮增压到底有什么区别?-有驾
以上,我是天马行空,硬核解析动力总成技术,喜欢的点赞关注哈~
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