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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(fā)動機排量的減小會導致發(fā)動機扭矩的減小，這就需要一套機械增壓系統(tǒng)以滿足功率的需求。帶有單級渦輪增壓器的發(fā)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(fā)動機的動態(tài)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(fā)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(fā)動機的整個運行區(qū)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(fā)動機低轉速下，以實現(xiàn)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(tǒng)。這套系統(tǒng)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(tǒng)增加了系統(tǒng)的復雜度，避免使用二階系統(tǒng)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(fā)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(jié)壓縮機，一是通過一個可以自由調整的設備調節(jié)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(xiàn)。

與VGT技術相結合的可變截面壓縮技術在實現(xiàn)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(fā)動機的要求。

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

編譯：張冬冬