高增压汽油机可变截面压缩技术



高增压汽油机可变截面压缩技术

汽油机小型化与涡轮增压技术的结合是未来乘用车满足CO2等排放限制的关键技术。发动机排量的减小会导致发动机扭矩的减小，这就需要一套机械增压系统以满足功率的需求。带有单级涡轮增压器的发动机机械增压在满足额定功率需求与低扭矩需求上做了折中，这直接影响了发动机的动态性能。目前，在汽油机上应用了带有排气泄压阀旁路的涡轮增压器。在涡轮增压技术应用到量产发动机上时，提出了可变截面涡轮增压（VGT），加上排气泄压阀旁路能够使涡轮的功率在发动机的整个运行区域内控制在最高效处，同时能够在减小涡轮尺寸的情况下驱动压缩机工作在发动机低转速下，以实现大扭矩的输出。

为了满足高额定功率和低扭矩输出的要求，提出了复杂的二阶增压系统。这套系统由两个不同尺寸的涡轮增压器组成，其中一个增加器的设计是为了在低质量流通率下传递高增压压力，另一个较大的增压器用于随着质量流通率增加时传递增压压力。二阶涡轮增压系统增加了系统的复杂度，避免使用二阶系统的方法是通过可变截面的压缩机改变压缩机的运行Map图。可变的进口导叶改变了压缩机，Map图的边界，通过正向的提前旋转来减小质量流通率，因此可以在发动机低转速下提高增压压力。提高入口叶轮的预旋转将会导致相对速度的减小，进而增加叶轮的相对入流角度。而影响压缩机Map图特征的方法是减小其Map图的入口域。所谓的可调节压缩机，一是通过一个可以自由调整的设备调节叶轮的入口来减小流通域；二是可以增加入流角，只是通过增加轴向速度、减小圆周速度的方法来实现。

与VGT技术相结合的可变截面压缩技术在实现高的压缩比上具有更高的潜能，扩宽了质量流通的范围，因此能够满足高增压发动机的要求。

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

编译：张冬冬