Vistas: 14 Autor: Sitio Editor Publicar Tiempo: 2024-08-28 Origen: Sitio
Con el desarrollo de la tecnología, los requisitos de las personas para los motores de automóviles se están volviendo cada vez más exigentes, no solo tener una fuerte potencia, sino que también deben tener una eficiencia muy alta y las emisiones limpias. Esto requiere que el motor en una variedad de condiciones de trabajo puede ser para lograr su condición de trabajo más eficiente, por lo que debe cumplir con el motor en diversas condiciones de funcionamiento para la demanda de entrada de aire. Esto requiere que los componentes del motor sean 'variables ' para cumplir con las condiciones en diferentes condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, estamos familiarizados con la tecnología de sincronización / elevación de la válvula variable, la tecnología del colector de admisión variable es así. Luego, en el motor diesel, la tecnología de turbocompresión de la sección transversal variable VGT, y ¿cuál es el papel de algunos? Averigüemos a continuación.
La tecnología de turbocompresión es una de las tecnologías comunes del motor, y su principio es en realidad muy simple: el El turbocompresor es equivalente a una bomba de aire impulsada por el gas de escape emitido por el motor. En todo el proceso de combustión del motor, aproximadamente 1/3 de la energía entra en el sistema de enfriamiento, 1/3 de la energía se usa para empujar el cigüeñal, y el último 1/3 se descarga con el gas de escape. Tome un motor de 200 kW, por ejemplo, de acuerdo con la relación mencionada anteriormente, consumirá aproximadamente 70 kW de potencia en el escape. Una gran parte de esta potencia se consume en forma de energía térmica con los gases de escape de alta temperatura, y la energía cinética del gas de escape en sí puede ser solo diez kilovatios. ¡Pero no subestimes estos diez kilovatios, para saber que la potencia del ventilador del piso del hogar es de solo unos 60 vatios! En otras palabras, ¡incluso diez kilovatios es suficiente para conducir más de doscientos ventiladores eléctricos! Se puede imaginar que el efecto de sobrealimentación traído por la turbina de gases de escape para conducir el aire es muy impresionante.
Aunque la energía de escape del motor bajo carga completa es muy impresionante, cuando la velocidad del motor es baja, la energía de escape es muy pequeña. En este momento, el El turbocompresor no puede alcanzar la velocidad de trabajo debido a la fuerza impulsora insuficiente. Como resultado, el turbocompresor no puede desempeñar un papel a baja velocidad. En este momento, el rendimiento de potencia del motor turboalimentado es incluso menor que el de un motor de aspiración natural con el mismo desplazamiento, que es lo que a menudo llamamos el fenómeno de 'Turbo Lag '.
Para los motores turboalimentados tradicionales, una forma de resolver el fenómeno de la histéresis de la turbina es usar turbinas livianas de tamaño pequeño. En primer lugar, las turbinas pequeñas tienen un pequeño momento de inercia, por lo que la turbina puede lograr la mejor velocidad de trabajo a baja velocidad del motor, mejorando efectivamente el fenómeno de la histéresis de la turbina. Sin embargo, el uso de turbinas pequeñas también tiene sus desventajas: cuando el motor está a alta velocidad, la turbina pequeña aumentará la resistencia al escape (presión de escape) debido a la pequeña sección transversal de escape, por lo que la potencia máxima y el torque máximo del motor se verán afectados en cierta medida. Para una turbina grande con una presión posterior pequeña, aunque puede tener un excelente efecto de sobrealimentación a alta velocidad y el motor tendrá un rendimiento de potencia más fuerte, la turbina es más difícil de conducir a baja velocidad, por lo que la histéresis de la turbina será más obvia.
Para resolver esta contradicción y garantizar un buen efecto de sobrealimentación del motor turboalimentado a velocidades altas y bajas, geometría variable TurboCharger (VGT) o la tecnología de turbocompresión de la sección transversal variable VNT surgió. En el campo de los motores diesel, la tecnología de turbocompresión de la sección variable VGT se ha utilizado ampliamente. Dado que la temperatura de escape del motor de gasolina es mucho más alta que la del motor diesel, alcanzar aproximadamente 1000 ° C (aproximadamente 400 ° C para el motor diesel), y el material de hardware utilizado por el VGT es difícil de resistir un entorno de temperatura tan alta, por lo que la tecnología se ha retrasado en la aplicación del motor de gasolina. En los últimos años, Borgwarner ha unido fuerzas con Porsche para superar este problema, utilizando tecnología de material de aviación resistente al calor para desarrollar con éxito el primer motor de gasolina con un turbocompresor variable de sección transversal, que Porsche llama VTG (geometría de turbina variable) tecnología de cuchillas de turbina variable.
Utilizando dos turbocompresores de sección variable VTG, el Turbo Porsche 911 aprieta una potencia máxima de 368kW/6000 rpm y un par máximo de 650 Nm/1950-5000rpm usando solo un desplazamiento de 3.8L. En el modo sobrealimentado, la potencia se incrementa a 390kW y el par máximo se incrementa a una asombrosa cantidad de 700 nm, mientras que la potencia de litro también se alcanza una asombrosa cantidad de 102.6kW/L. Lo mejor de todo es que este motor, con la ayuda de la tecnología VTG, puede mantener una salida de torque máxima de 650 nm de 1950-5000 rpm, y el retraso de la turbina es casi imperceptible a bajas rpm.
Desde el punto de vista principal, no existe una diferencia esencial entre la tecnología VGT del motor diesel y el VTG de Porsche, y el principio y la estructura básicos son similares. A continuación, echaremos un vistazo al principio de funcionamiento de los turbocompresores de la sección variable a través de la tecnología Porsche VTG.
La parte central de la tecnología VGT es la cuchilla de guía con una sección de corriente de Eddy ajustable. Como se puede ver en la figura, se agrega una cuchilla de guía con ángulo controlado por el sistema electrónico al exterior de la turbina. La posición relativa de la cuchilla guía es fija, pero se puede ajustar el ángulo de la cuchilla. Controle el flujo y la velocidad del gas que fluye a través de las cuchillas de la turbina, controlando así la velocidad de la turbina. Cuando la presión de escape del motor es baja a baja velocidad, el ángulo de apertura de la cuchilla de guía es pequeño.
Según el principio de la mecánica de fluidos, en este momento, la velocidad de flujo de aire en la entrada de la turbina se acelerará, y la presión en la turbina se incrementará, por lo que la turbina puede ser impulsada más fácilmente a girar, para reducir efectivamente la fenómeno de la histéresis de la turbina, y mejorar el tiempo de respuesta y la capacidad de aceleración del motor a baja velocidad. Con el aumento de la velocidad y la presión de escape, el ángulo de apertura de las cuchillas aumenta gradualmente. Bajo la carga completa, las cuchillas permanecen completamente abiertas, reduciendo la presión del escape y logrando así el efecto de sobrealimentación de una turbina grande general. Además, dado que cambiar el ángulo de la cuchilla puede controlar efectivamente la velocidad de la turbina, lo que también se da cuenta de la protección contra sobrecarga de la turbina, por lo que el turbocompresor que usa tecnología VGT no necesita establecer la válvula de alivio de la presión de escape.
Cabe señalar que los turbocompresores de la sección de variable VGT solo pueden cambiar las características de la turbina cambiando el área de corte transversal de la entrada de escape, pero el tamaño de la turbina no cambiará. Si se entiende a partir del valor de A/R de la turbina, el principio de las turbinas de sección variable será más intuitiva.
El valor de A/R es un indicador importante del turbocompresor, que se utiliza para expresar las características de la turbina, y a menudo se indica en el folleto de ventas del turbocompresor en el mercado de modificación. A representa la región AERA, que se refiere al área transversal más estrecha en la entrada del lado de escape de la turbina (es decir, 'sección transversal ' en la tecnología de turbina transversal variable), y R (Radius) representa el radio, que se refiere al punto central del punto central más estrecho del área transversal más estrecha en el punto central hasta el punto central del cuerpo del turbina, y la relación de la entrada. Hablando relativamente, el impulsor del compresor no se ve muy afectado por el valor de A/R, pero el valor de A/R es muy importante para la turbina de escape.
La apertura de la cuchilla guía puede afectar la velocidad del aire de la cuchilla de la turbina guía. La apertura de la cuchilla guía es pequeña a baja velocidad (como se muestra en la imagen superior izquierda), lo que aumenta la velocidad del aire; La apertura de la cuchilla guía es grande a alta velocidad (como se muestra en la imagen superior derecha), y la presión de escape negativa se reduce.
Cuando el valor de A/R es menor, significa que la velocidad de flujo de gases de escape a través de la turbina es mayor, lo que puede reducir efectivamente la histéresis de la turbina, y la turbina puede obtener una mayor supercargada en la región de menor velocidad, mientras que el motor producirá una mayor presión de escape a alta velocidad, de modo que la potencia a alta velocidad. Por el contrario, cuando el valor de A/R es mayor, la velocidad de respuesta de la turbina es más lenta y la histéresis de la turbina es obvia a baja velocidad. Sin embargo, a alta velocidad, la turbina tiene una presión de escape más pequeña y puede hacer un mejor uso de la energía de escape, obteniendo así un rendimiento de potencia más fuerte.
La sección transversal variable lograda por la tecnología VGT significa cambiar el valor A. Cuando el ángulo de la cuchilla es pequeño, el área de corte transversal de la entrada de escape se reducirá en consecuencia, por lo que el valor A cambiará en consecuencia, y la turbina pequeña tiene las características de respuesta rápida. Cuando aumenta el ángulo de la cuchilla, el valor A aumenta y el valor de A/R aumenta, obteniendo así una potencia de salida más fuerte a alta velocidad. En resumen, al cambiar el ángulo de las cuchillas, el sistema VTG puede cambiar el valor A/R de la turbina de escape en cualquier momento, teniendo en cuenta las ventajas de las turbinas grandes y pequeñas.
Aunque la estructura y el principio son muy simples, pero la tecnología de turbina de sección variable VGT para el efecto de refuerzo es muy significativo, en el motor diesel turboalimentado corriente actual, esta tecnología se ha utilizado ampliamente. Sin embargo, debido a las limitaciones de los materiales de hardware, esta tecnología acaba de comenzar con los motores de gasolina con temperaturas de escape más altas, y se puede decir que la cooperación entre Porsche y Borgwarner ha creado un precedente. Sin embargo, con el avance de la tecnología de materiales, esta tecnología se utilizará más ampliamente en futuros motores de gasolina.
