Giải thích chi tiết về bộ tăng áp mặt cắt khác nhau của VGT

Công nghệ tăng áp mặt cắt ngang VGT là phổ biến trong động cơ diesel, và vai trò của một số người là gì?

Với sự phát triển của công nghệ, các yêu cầu của mọi người đối với động cơ ô tô ngày càng trở nên khắt khe hơn, không chỉ có sức mạnh mạnh mẽ mà còn phải có hiệu quả rất cao và lượng khí thải đủ sạch. Điều này đòi hỏi động cơ trong một loạt các điều kiện làm việc có thể là để đạt được điều kiện làm việc hiệu quả nhất, vì vậy nó phải đáp ứng động cơ trong các điều kiện hoạt động khác nhau để có nhu cầu vào không khí. Điều này đòi hỏi các thành phần động cơ phải là 'biến ' để đáp ứng các điều kiện trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Ví dụ, chúng tôi quen thuộc với công nghệ thời gian / nâng van biến đổi, công nghệ đa dạng lượng thay đổi là như vậy. Sau đó, trong công nghệ tăng áp mặt cắt ngang động cơ động cơ VGT phổ biến, và vai trò của một số người là gì? Hãy tìm hiểu dưới đây.

'Khí thải điều khiển tuabin và tuabin điều khiển bánh công tác để điều áp không khí, do đó làm tăng hiệu quả khối lượng tiêu thụ '

Công nghệ tăng áp là một trong những công nghệ phổ biến trên động cơ và nguyên tắc của nó thực sự rất đơn giản: Bộ tăng áp tương đương với một máy bơm không khí được điều khiển bởi khí thải do động cơ phát ra. Trong toàn bộ quá trình đốt cháy động cơ, khoảng 1/3 năng lượng đi vào hệ thống làm mát, 1/3 năng lượng được sử dụng để đẩy trục khuỷu và 1/3 cuối cùng được thải ra bằng khí thải. Lấy một động cơ 200 kW, ví dụ, theo tỷ lệ được đề cập ở trên, nó sẽ tiêu thụ khoảng 70 kW năng lượng trong ống xả. Một phần lớn của năng lượng này được tiêu thụ dưới dạng năng lượng nhiệt với khí thải nhiệt độ cao và động năng của khí thải có thể chỉ là mười kilowatt. Nhưng đừng đánh giá thấp mười kilowatt này, để biết rằng sức mạnh của người hâm mộ sàn gia đình chỉ có khoảng 60 watt! Nói cách khác, thậm chí mười kilowatt là đủ để lái hơn hai trăm quạt điện! Có thể tưởng tượng rằng hiệu ứng tăng áp do tuabin khí thải mang lại để điều khiển không khí là rất ấn tượng.

'Công nghệ tuabin song song song song của BMW '

Mặc dù năng lượng xả của động cơ dưới tải đầy đủ rất ấn tượng, nhưng khi tốc độ động cơ thấp, năng lượng xả rất nhỏ. Tại thời điểm này, Bộ tăng áp không thể đạt đến tốc độ làm việc do không đủ động lực. Do đó, bộ tăng áp không thể đóng vai trò ở tốc độ thấp. Tại thời điểm này, hiệu suất năng lượng của động cơ tăng áp thậm chí còn ít hơn so với động cơ hút khí tự nhiên với cùng một sự dịch chuyển, đó là thứ mà chúng ta thường gọi là hiện tượng 'Turbo Lag '.

'Tua bin kích thước nhỏ của động cơ Volkswagen 1.4TSI có quán tính khởi động thấp '

Đối với các động cơ tăng áp truyền thống, một cách để giải quyết hiện tượng trễ tuabin là sử dụng các tuabin nhẹ có kích thước nhỏ. Trước hết, các tuabin nhỏ có thời điểm quán tính nhỏ, vì vậy tuabin có thể đạt được tốc độ làm việc tốt nhất ở tốc độ động cơ thấp, do đó cải thiện hiệu quả hiện tượng độ trễ tuabin. Tuy nhiên, việc sử dụng các tuabin nhỏ cũng có nhược điểm của nó: khi động cơ ở tốc độ cao, tuabin nhỏ sẽ làm tăng điện trở khí thải (áp suất lưng) do mặt cắt ống xả nhỏ, do đó công suất tối đa và mô -men xoắn tối đa của động cơ sẽ bị ảnh hưởng ở một mức độ nhất định. Đối với một tuabin lớn với áp suất lưng nhỏ, mặc dù nó có thể có hiệu ứng tăng áp tuyệt vời ở tốc độ cao và động cơ sẽ có hiệu suất công suất mạnh hơn, tuabin khó lái hơn ở tốc độ thấp, do đó độ trễ tuabin sẽ rõ ràng hơn.

'Porsche đã áp dụng công nghệ tuabin phần biến cho động cơ xăng '

Để giải quyết mâu thuẫn này và đảm bảo hiệu ứng tăng áp tốt của động cơ tăng áp ở cả tốc độ cao và thấp, hình học thay đổi Công cụ tăng áp (VGT) hoặc công nghệ tăng áp mặt cắt ngang VNT ra đời. Trong lĩnh vực động cơ diesel, công nghệ tăng áp phần VGT đã được sử dụng rộng rãi. Do nhiệt độ khí thải của động cơ xăng cao hơn nhiều so với động cơ diesel, đạt khoảng 1000 ° C (khoảng 400 ° C đối với động cơ diesel) và vật liệu phần cứng được VGT sử dụng rất khó để chịu được môi trường nhiệt độ cao như vậy, vì vậy công nghệ đã bị trì hoãn trong ứng dụng của động cơ xăng. Trong những năm gần đây, Borgwarner đã hợp lực với Porsche để khắc phục vấn đề này, sử dụng công nghệ vật liệu hàng không chịu nhiệt để phát triển thành công động cơ xăng đầu tiên với bộ tăng áp mặt cắt ngang thay đổi, mà Porsche gọi là VTG (hình dạng tuabin thay đổi).

Sử dụng hai bộ tăng áp phần biến VTG, Porsche 911 Turbo đã tạo ra công suất tối đa 368kW/6000 vòng/phút và mô-men xoắn tối đa là 650nm/1950-5000 vòng/phút chỉ sử dụng chuyển vị 3,8L. Ở chế độ tăng áp, công suất được tăng lên 390kW và mô -men xoắn tối đa được tăng lên 700nm đáng kinh ngạc, trong khi công suất lít cũng đạt đến mức đáng kinh ngạc 102,6kW/L. Trên hết, động cơ này, với sự trợ giúp của công nghệ VTG, có thể duy trì công suất mô-men xoắn tối đa là 650nm từ 1950-5000 vòng / phút và độ trễ tuabin gần như không thể nhận ra ở vòng tua rút thấp.

Từ quan điểm nguyên tắc, không có sự khác biệt thiết yếu giữa công nghệ VGT của động cơ diesel và VTG của Porsche, và nguyên tắc và cấu trúc cơ bản là tương tự. Dưới đây, chúng tôi sẽ xem xét nguyên tắc làm việc của bộ tăng áp phần biến thông qua công nghệ Porsche VTG.

'Các lưỡi kiếm màu đỏ ở bên ngoài tuabin trong hình là các lưỡi hướng dẫn '

Phần cốt lõi của công nghệ VGT là Blade Guide Blade với phần hiện tại có thể điều chỉnh. Như có thể thấy từ hình, một lưỡi hướng dẫn có góc được điều khiển bởi hệ thống điện tử được thêm vào bên ngoài tuabin. Vị trí tương đối của lưỡi hướng dẫn được cố định, nhưng góc của lưỡi có thể được điều chỉnh. Kiểm soát dòng chảy và vận tốc của khí chảy qua các lưỡi tuabin, do đó kiểm soát tốc độ của tuabin. Khi áp suất khí thải của động cơ thấp ở tốc độ thấp, góc mở của lưỡi hướng dẫn là nhỏ.

'Một tuabin điển hình không có cấu trúc cánh quạt '

Theo nguyên tắc của cơ học chất lỏng, tại thời điểm này, tốc độ dòng không khí ở đầu vào của tuabin sẽ được tăng tốc và áp lực ở tuabin sẽ được tăng lên, do đó tuabin có thể dễ dàng điều khiển hơn để quay lại, để giảm tốc độ tăng tốc độ. Với sự gia tăng của tốc độ và áp suất xả, góc mở của lưỡi dao tăng dần. Dưới tải đầy đủ, các lưỡi dao vẫn mở hoàn toàn, làm giảm áp suất lưng, và do đó đạt được hiệu ứng tăng áp của một tuabin lớn nói chung. Ngoài ra, do việc thay đổi góc lưỡi có thể kiểm soát tốc độ tuabin một cách hiệu quả, điều này cũng nhận ra sự bảo vệ quá tải của tuabin, do đó, bộ tăng áp sử dụng công nghệ VGT không cần thiết lập van giảm áp.

Cần chỉ ra rằng bộ phận tăng áp của biến VGT chỉ có thể thay đổi các đặc tính của tuabin bằng cách thay đổi khu vực cắt chéo của ống xả, nhưng kích thước của tuabin sẽ không thay đổi. Nếu được hiểu từ giá trị A/R tuabin, nguyên tắc của các tuabin phần biến sẽ trực quan hơn.

'Cũng có những nhà sản xuất gọi công nghệ này là VNT, chẳng hạn như Volvo và Audi, về cơ bản là giống nhau '

Giá trị A/R là một chỉ số quan trọng của bộ tăng áp, được sử dụng để thể hiện các đặc điểm của tuabin và thường được chỉ định trong tài liệu bán hàng của bộ tăng áp trong thị trường trang bị thêm. Là viết tắt của vùng AERA, đề cập đến khu vực mặt cắt hẹp nhất ở phía vào của phía khí thải của tuabin (nghĩa là 'mặt cắt ngang ' trong công nghệ tua-bin mặt cắt ngang) và R (bán kính) giá trị. Nói một cách tương đối, bánh công tác máy nén không bị ảnh hưởng rất nhiều bởi giá trị A/R, nhưng giá trị A/R rất quan trọng đối với tuabin xả.

Việc mở lưỡi hướng dẫn có thể ảnh hưởng đến vận tốc không khí của lưỡi tuabin hướng dẫn. Việc mở lưỡi hướng dẫn nhỏ ở tốc độ thấp (như thể hiện ở hình trên bên trái), làm tăng vận tốc không khí; Việc mở lưỡi hướng dẫn lớn ở tốc độ cao (như thể hiện ở hình trên bên phải) và áp suất khí thải âm bị giảm.

Khi giá trị A/R nhỏ hơn, điều đó có nghĩa là tốc độ dòng chảy của khí thải qua tuabin cao hơn, có thể làm giảm hiệu quả độ trễ của tuabin và tuabin có thể thu được tăng áp cao hơn ở vùng tốc độ thấp hơn, trong khi động cơ sẽ tạo ra áp suất ống xả lớn hơn ở tốc độ cao, do đó công suất bị giới hạn ở tốc độ cao. Ngược lại, khi giá trị A/R lớn hơn, tốc độ phản ứng của tuabin chậm hơn và độ trễ tuabin rõ ràng ở tốc độ thấp. Tuy nhiên, ở tốc độ cao, tuabin có áp suất lưng nhỏ hơn và có thể sử dụng năng lượng khí thải tốt hơn, do đó có được hiệu suất công suất mạnh hơn.

Phần cắt ngang biến đổi của công nghệ VGT có nghĩa là thay đổi giá trị A. Khi góc lưỡi nhỏ, khu vực cắt chéo của ống xả sẽ được giảm tương ứng, do đó, giá trị A sẽ thay đổi tương ứng và tuabin nhỏ có đặc điểm của phản ứng nhanh. Khi góc lưỡi tăng lên, giá trị A tăng và giá trị A/R tăng, do đó thu được công suất mạnh hơn ở tốc độ cao. Tóm lại, bằng cách thay đổi góc của lưỡi dao, hệ thống VTG có thể thay đổi giá trị A/R của tuabin khí thải bất cứ lúc nào, do đó có tính đến những lợi thế của các tuabin lớn và nhỏ.

Mặc dù cấu trúc và nguyên tắc rất đơn giản, nhưng công nghệ tuabin phần biến VGT cho hiệu ứng tăng cường là rất đáng kể, trong động cơ diesel tăng áp chính hiện tại, công nghệ này đã được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do những hạn chế của vật liệu phần cứng, công nghệ này chỉ mới bắt đầu với động cơ xăng có nhiệt độ khí thải cao hơn và sự hợp tác giữa Porsche và Borgwarner có thể được cho là đã tạo ra một tiền lệ. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ vật liệu, công nghệ này sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong các động cơ xăng trong tương lai.