雙渦輪增壓器的原理和特點是什麼?

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顧名思義,雙渦輪增壓是隻有兩個渦輪增壓器的發動機。按佈局方式,雙渦輪增壓分為並聯式和串聯式兩種。

並聯式的特點是兩個渦輪通常是佈置在發動機兩側一左一右,各自負責一半氣缸,工作互不影響。

故此,這種佈置常見於V型發動機中,像奧迪4.0T V8雙渦輪增壓發動機就是由廢氣渦輪和機械渦輪組合而成,雙渦輪增壓器設計在氣缸夾角處,使得結構十分緊湊。

得益於這些技術的加持,這款發動機有著寬泛的扭矩平原,最大扭矩可達到650N·m,最大功率達到382kW。

至於串聯式,通常是由一大一小兩個渦輪增壓器串聯搭配而成,小渦輪因為轉動慣量小,在低轉時就能啟動助力,大渦輪則是在中高轉時介入,提供充足的進氣量,進一步提高輸出功率。

比如保時捷959採用的2.8L V6發動機,小渦輪增壓氣負責在低轉速的時候介入,大渦輪在4200rpm的時候介入,在二者的共同作用下這臺發動機可以爆發出500N·m最大扭矩。

至於這項技術的缺點,說得最多的就是結構複雜,成本高。像大眾的1.4TSI雙渦輪增壓發動機,兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出,不過到國內後大眾就閹割了雙增壓,僅保留渦輪增壓和缸內直噴。為了保住口碑,大眾拿所謂的油品原因來拿搪塞,依然有很多人不買賬。

要說明的是,對於小排量渦輪增壓發動機來說,通過增加渦輪增壓器的個頭就可以滿足提升功率的基本要求,串聯或者並聯兩個小渦輪增壓功率提升效果不見得更好,因與注重耐用性和維修成本的小排量渦輪增壓氣質不符,這種結構在主流車型中已經不多見了。


東拉西車


雙渦輪增壓、根據不同的機型,可以組成不同的佈局形式,如雙渦輪串聯方案、雙渦輪並聯方案、雙渦輪分動方案等等,不同的組合方式、也決定了它們各自不同的特點;一般而言之後大型發動機才會採取雙渦輪增壓的設計方案,因為一些小型車根本不足以提供那麼大的空間去佈置兩顆渦輪!v型發動機會採用並聯、而L型發動機一般會採用雙渦輪串聯!

通過發動機的佈局形式,我們可以很清楚的瞭解到,v型發動機排氣走兩邊、L型發動機排氣走同側;簡單點說v型機有兩組排氣歧管,L型機只走一組排氣歧管即可;通過上圖我們就可以看出,這是一款v6的機器,兩邊各三缸、每三缸共用一組排氣歧管,每組排氣歧管推動一顆渦輪增壓器,所以兩組排氣歧管、分別推動兩顆渦輪增壓器,可以說這種並聯式雙渦輪方案,兩顆渦輪之間互不影響、因為兩組排氣歧管之間處於相互獨立的狀態,所以這就是並聯雙渦輪增壓!常見的機器為日產GTR上所採用的3.8T雙渦輪增壓、以及保時捷2.9T雙渦輪增壓!但凡V型機雙渦輪,幾乎都是並聯!


這就是v型機佈置渦輪、與L型機佈置渦輪的不同之處,分別用兩組排氣歧管排氣,佈置兩顆渦輪更容易,如佈置一顆渦輪反而更麻煩!總不能把兩組排氣歧管再匯聚到一處、去推動一顆渦輪吧?所以一般情況下,v6、v8等等發動機,要麼就佈局機械增壓、直接讓發動機曲軸帶動機械增壓器,再順理成章的把機械增壓系統塞入v6、v8的v型夾角中,v型夾角的一大妙用就是更容易容納機械增壓器!而佈局渦輪增壓的v6、v8,則都會採用雙渦輪增壓!

雙渦輪串聯增壓方案

這個就容易去理解了,一般也就是由高級增壓器、低級增壓器所組成的二級增壓系統,請注意一點高級增壓器是小渦輪、低級增壓器則是大渦輪,兩顆渦輪被一組排氣歧管推動,所以也叫串聯雙渦輪增壓;一般這就是直列發動機所廣泛採用的雙渦輪佈局方案,因為直列發動機排氣在一側、一般由一組排氣歧管來解決排氣足矣(直列機器到六缸、幾乎已經是發展到盡頭了),所以它只有一組排氣歧管、想分別推動兩顆渦輪是不可能的;所以就由這一組排氣歧管,統一推動一大、一小兩顆渦輪,一般這類系統都是一大一小兩顆渦輪!

雙渦輪並聯系統的特點

雙渦輪並聯增壓,兩組排氣歧管分別帶動一顆渦輪(兩顆渦輪完全一致、同大小),相互之間存在任何干擾、也沒有任何疊加效果;試想一下,一部v6雙增壓發動機,每組排氣歧管的推動效果實際上就是半個發動機,所以雖然有兩顆一樣的渦輪,但每個渦輪、由半個發動機去推動,所以其實和兩組排氣歧管、共同推動一顆渦輪是一樣的效果,所以這就是並聯增壓雙渦輪的特性,雖然有兩顆渦輪、但每顆渦輪都是由一組排氣歧管推動(等於是半個發動機去推動),所以兩顆渦輪不能疊加;渦輪增壓固有的毛病如遲滯、喘震、這種雙渦輪佈局形式一樣不少!

雙渦輪串聯增壓系統特性

遲滯問題、一直困擾著渦輪增壓發動機,回看幾十年前,渦輪增壓發動機只存在於賽車競技領域,清一色大慣量渦輪,特點就是對功率提升明顯,但對廢氣量需求較大、所以在低轉速區間,遲滯嚴重、扭矩孱弱,所以它只能存在於競技領域(賽道拉高轉速、保持高轉,就能規避掉遲滯問題,丟一次轉速、弄不好也就輸掉了比賽),所以這類早期的大慣量渦輪、憑藉遲滯嚴重、低扭孱弱的特性,很難進入民用車領域!
後來工程師靈機一動,既然民用車不需要那麼高的極限功率(高轉速下迸發),那麼也就沒必要配備那麼大慣量的渦輪,從此進入到了小慣量渦輪時代;對功率提升不大,但因為慣量小,所以對廢氣量依賴較小、有點廢氣它就轉得動,就可以產生明顯增壓效果,所以民用車開始廣泛採用小慣量渦輪,從而很好的彌補了遲滯問題、用時也改善了低轉速下扭矩不足的問題;這對於普通的買菜車而言、當然是極好的,但對那些既要低轉速下扭矩足、又要高轉速下功率高的豪華運動轎車而言,一顆小慣量渦輪、顯然不夠用!

既然小慣量渦輪、只能覆蓋中低轉速區間,而大慣量渦輪、更傾向於高轉速區間;那麼只要將大慣量、小慣量渦輪一組合,串聯成二級增壓系統,那麼就可以同時覆蓋高、中、低,三個轉速區間了;中低轉速下扭矩足、高轉速下功率大,所以這樣的發動機就很完美了!原理很簡單,發動機廢氣排出後,首先經過高級增壓器(小慣量渦輪),可以保證非常充足的扭矩;隨著轉速不斷攀升,排氣量越來越大、大到達到高級增壓器的最大值時,高級增壓器旁通閥開啟,更多的廢氣在繼續推動低級增壓器運轉(大慣量渦輪),此時就是一組排氣歧管同時帶動兩顆渦輪工作,所以二者可以相互進行疊加,寶馬的3.0L雙渦輪增壓發動機,就是採用這種佈局形式!
總而言之雙渦輪增壓佈局形式很多,其實還有個雙渦輪分動增壓,只不過這種佈局方式在民用車範圍內非常少見,也只有那些大型、多缸發動機會採用這種方式;而常見的就是直列機型採用的雙渦輪串聯,以及v6等機型上採用的雙渦輪並聯,具體採用哪種形式、還是與機型以及設計預期有緊密的關係;談不上哪種形式更好,只能說各有千秋罷了;v6的排氣形式讓它串聯雙渦輪也不現實,同理直列機器想並聯也比較困難;而未來更多形式的增氧系統也會出現,比如渦輪與機械增壓組成串聯,比如電動輔助增壓等等,形式非常之多!


非專業車評


用汽車廢氣帶動渦輪機,渦輪機帶動進汽口增壓機對進汽進行增壓,還有另外一種電子式的,一般用於小車上,達到降低發動機體積,降油耗的目的。


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