遼寧/陳東波

2017年路虎發(fā)現(xiàn)5新技術(shù)剖析（二）

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(tǒng)來(lái)擴(kuò)展增壓系統(tǒng)的空氣質(zhì)量流量和增壓壓力容量（如圖8和圖9所示），并且實(shí)現(xiàn)了以下優(yōu)勢(shì)：

◆減小了發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，從而改進(jìn)了燃油效率并降低了廢氣排放

◆與更大容量的發(fā)動(dòng)機(jī)具備相同的性能

◆由于發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速特性，可在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)流暢的功率傳送

注意： 因此，高規(guī)格Ingenium 發(fā)動(dòng)機(jī)將取代Lion V6D 單渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖9 雙渦輪增加器系統(tǒng)2

使用單個(gè)更小的可變幾何渦輪增壓器（VGT） 時(shí)，會(huì)帶來(lái)一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。更小的VGT 渦輪可以更快地提升轉(zhuǎn)速，但具有有限的空氣質(zhì)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(zhuǎn)慣性可能會(huì)降低瞬態(tài)響應(yīng)。通過(guò)結(jié)合每種渦輪的輸出，我們打造了一臺(tái)可在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)載范圍內(nèi)提供更高增壓壓力的渦輪增壓器發(fā)動(dòng)機(jī)。更小的VGT 具備更低的慣性，可以實(shí)現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)，并支持穩(wěn)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。大型固定葉片渦輪具有更低的瞬態(tài)響應(yīng)能力，但可以提供更多增壓，從而支持發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速高負(fù)載運(yùn)行。通過(guò)混合兩種渦輪輸出，可以支持發(fā)動(dòng)機(jī)在從低負(fù)載/轉(zhuǎn)速范圍過(guò)渡到高負(fù)載/轉(zhuǎn)速范圍時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率。

6.串行式順序部件（如圖10所示）

該系統(tǒng)中使用了兩個(gè)真空控制執(zhí)行器（如圖11所示）：

◆排氣泄壓閥執(zhí)行器用于調(diào)節(jié)固定壓縮機(jī)產(chǎn)生的最大增壓壓力

圖10 渦輪增加器部件

圖11 真空?qǐng)?zhí)行器位置

圖12 執(zhí)行器控制

◆渦輪機(jī)旁通執(zhí)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(yùn)行）

兩個(gè)真空?qǐng)?zhí)行器均由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊（PCM）通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)前部的電磁閥進(jìn)行控制。兩個(gè)執(zhí)行器在開(kāi)啟位置采用彈簧加載來(lái)支撐部件，在關(guān)閉位置通過(guò)真空進(jìn)行控制，如圖12所示。通過(guò)這種配置，如果發(fā)生了任何電氣或真空問(wèn)題，兩個(gè)執(zhí)行器可以在故障自動(dòng)保險(xiǎn)位置運(yùn)行。

注意：不得在保養(yǎng)時(shí)拆卸渦輪機(jī)旁通執(zhí)行器和排氣泄壓閥執(zhí)行器，因?yàn)檫@兩個(gè)執(zhí)行器已在出廠時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。在更換任何執(zhí)行器時(shí)，需要更換固定幾何渦輪或排氣歧管和渦輪機(jī)旁通閥總成。

7.低負(fù)載運(yùn)行- 廢氣流量（如圖13所示）

在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載條件下，渦輪機(jī)旁通閥關(guān)閉，如圖14所示。所有離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣均導(dǎo)入到高壓VGT 渦輪的渦輪機(jī)中。VGT 的葉片位置由空氣質(zhì)量流量（MAF） 和增壓壓力傳感器值決定，從而為壓縮機(jī)提供必要的能量以實(shí)現(xiàn)所需的增壓壓力。廢氣離開(kāi)VGT 渦輪，流經(jīng)固定幾何渦輪的渦輪機(jī)。

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

圖13 低負(fù)載運(yùn)行

圖14 渦輪機(jī)旁通閥關(guān)閉

圖15 低負(fù)載操作-進(jìn)氣氣流

旁通閥關(guān)閉時(shí)，廢氣在流經(jīng)VGT后，在低壓渦輪機(jī)上發(fā)生作用。氣流足以提供部分增壓壓力。這可以幫助系統(tǒng)滿足三個(gè)目的：

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

（2）可在渦輪增壓器之間流暢切換，因?yàn)闊o(wú)須從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始為低壓階段的渦輪機(jī)加速。

（3）可防止（其他情況下）處于靜止?fàn)顟B(tài)的壓縮機(jī)限制進(jìn)氣氣流進(jìn)入VGT。

8.低負(fù)載操作-進(jìn)氣氣流（如圖15所示）

空氣通過(guò)固定葉片渦輪壓縮機(jī)進(jìn)氣吸入VGT壓縮機(jī)。VGT壓縮空氣，隨后空氣離開(kāi)VGT 并進(jìn)入中冷器。

9.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)載增加-中等范圍（如圖16所示）

高壓VGT接近最大質(zhì)量流量。渦輪機(jī)旁通開(kāi)始打開(kāi)，以允許發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣直接流入固定幾何渦輪機(jī)并提高渦輪轉(zhuǎn)速。進(jìn)氣空氣被吸入固定幾何渦輪，經(jīng)過(guò)壓縮，然后流至VGT。實(shí)際上，VGT現(xiàn)在流入了經(jīng)過(guò)壓縮的進(jìn)氣空氣。VGT會(huì)進(jìn)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(wú)法帶來(lái)有用的幫助。渦輪機(jī)旁通執(zhí)行器現(xiàn)在完全打開(kāi)，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(shù)氣流進(jìn)入低壓渦輪機(jī)。固定葉片渦輪機(jī)現(xiàn)在將為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了所需的全部增壓壓力。

10.發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速/負(fù)載運(yùn)行（如圖17所示）

圖16 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)載增加-中等范圍

圖17 發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速/負(fù)載運(yùn)行

圖18 增壓控制

圖19 MAPT傳感器位置

廢氣質(zhì)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(jī)旁通完全打開(kāi)以允許廢氣直接流入低壓渦輪機(jī)，隨后低壓渦輪機(jī)將支持低壓壓縮機(jī)提供所需的全部增壓壓力。在此情況下，VGT將對(duì)流入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣空氣進(jìn)行限流。為克服這一問(wèn)題，在低壓和高壓渦輪進(jìn)氣之間的進(jìn)氣空氣線路中安裝了被動(dòng)壓縮機(jī)旁通閥。低壓渦輪增加的空氣壓力在被動(dòng)閥上發(fā)生作用，并強(qiáng)制閥門打開(kāi)。盡管VGT 仍然會(huì)流入預(yù)先壓縮的空氣，但額外的增壓壓力已繞過(guò)VGT 進(jìn)氣，直接進(jìn)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(fù)載運(yùn)行中，總增壓壓力現(xiàn)在通過(guò)固定渦輪排氣泄壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。此閥門由電磁閥（發(fā)動(dòng)機(jī)PCM負(fù)責(zé)切換）通過(guò)真空?qǐng)?zhí)行器進(jìn)行控制。PCM 通過(guò)進(jìn)氣歧管上的MAPT 傳感器來(lái)監(jiān)控進(jìn)氣空氣壓力。MAPT 傳感器出現(xiàn)的故障會(huì)導(dǎo)致排氣泄壓閥和渦輪機(jī)旁通閥保持在完全開(kāi)啟位置，并將在系統(tǒng)中記錄DTC。

13.被動(dòng)壓縮機(jī)旁通閥（如圖20所示）

這兩個(gè)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(dòng)壓縮機(jī)旁通閥），其充當(dāng)空氣離開(kāi)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(guò)固定幾何渦輪發(fā)生空氣再循環(huán)。如果沒(méi)有安裝閥門，壓縮空氣將再循環(huán)到高壓壓縮機(jī)進(jìn)口。注意： 實(shí)際上從渦輪增壓器伸出了兩根出口管道，它們?cè)跉怏w進(jìn)入中冷器之前合并為了一根。

圖20 被動(dòng)壓縮機(jī)旁通閥位置

圖21 進(jìn)氣歧管渦流板

14.進(jìn)氣歧管渦流板（如圖21所示）

全新高規(guī)格I4 （AJ20-D4H） 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣歧管中使用了渦流板。渦流板可減少顆粒物質(zhì)，并且可讓空氣更高速地進(jìn)入并圍繞汽缸運(yùn)動(dòng)，從而更好地與燃油混合，改善預(yù)熱。

（1）主要優(yōu)點(diǎn)

◆改進(jìn)燃油混合，從而改善排放和燃油經(jīng)濟(jì)性

◆可通過(guò)使用渦流板預(yù)熱進(jìn)入汽缸的空氣，從而縮短發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱時(shí)間

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，渦流板將逐漸開(kāi)啟，直到（轉(zhuǎn)速約為2000r/min時(shí)）它們與氣流平行且?guī)缀醪粫?huì)產(chǎn)生任何阻礙。其用途是在進(jìn)氣歧管中產(chǎn)生渦流，以確保進(jìn)入汽缸的空氣具有足夠的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)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(huì)改進(jìn)低端功率和扭矩。

（2）進(jìn)氣流量（如圖22所示）

關(guān)閉時(shí)，渦流板可增加空氣速度并讓進(jìn)入燃燒室的空氣形成進(jìn)氣“渦流”。這可以在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)幫助燃燒，使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以更高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，降低排放。

（待續(xù)）

圖22 進(jìn)氣流量