两级串联涡轮增压器

Diesel-TwoStage-Serial.jpg当最终功率密度和部分负荷排放量为动力总成的主要考虑因素时,霍尼韦尔两级串联系统是个不错的选择。如车企希望实现发动机小型化或提升车辆性能时,可采用这种两级涡轮增压配置。

发动机适用范围

两级串联系统通常被用于1.6L到3.0L的柴油发动机,但基于更显著的发动机小型化或动力提升的效果,大部分两级串联增压系统是用于2.0L发动机。

特点

在两级串联系统中,高压小涡轮增压器(HP)和低压大涡轮增压器(LP)共同运行。两台涡轮增压器之间的气流流动是通过旁通阀来控制的,而旁通阀的操作模式则决定于发动机的转速。转速较慢时,即不超过1500rpm,两台涡轮增压器按照全串联模式运行,而压气机和涡轮旁通阀闭合。此时,增压压力快速上升,这有助于提升扭矩和响应能力。当转速超过1500rpm时,涡轮增压器继续同时运行,但涡轮旁通阀逐渐将更多废气排到低压涡轮增压器,直到完全过渡位置。此时,转速通常约为2800rpm。在该转速时,涡轮和压气机旁通阀均完全打开,使全部气流配送到低压大涡轮增压器。这时,低压大涡轮增压器继续单独运行,得以在发动机转速较快时,提高燃油效率和性能。

优点

两级串联涡轮增压系统有助于车企灵活地利用发动机小型化所带来的燃油效率优势或在现有发动机平台的基础上提升性能。

在发动机小型化的情况下,涡轮增压系统的卓越瞬态响应以及提升的动力和扭矩推动了车企研发出燃油效率更高的发动机,其性能可以和采用单涡轮增压器的排量更大的发动机相比。

如性能升级是侧重点,那么采用两级串联系统可以显著提高动力和扭矩,从而使发动机的性能更具运动感。

不管是两种情况的哪一种,增压系统都能提供高增压压力来驱动废气再循环,这也是减少排放量的关键因素。

发展与未来趋势

汽车制造商不愿错过两级串联技术所带来的小型化和性能提升的机遇。

对于以性能提升为目标的发动机,两级涡轮增压系统通常将高压VNT和低压废气旁通涡轮增压器结合在一起。2011年,霍尼韦尔推出了全球首款专为奥迪A7的V6涡轮增压柴油发动机研发的两级串联涡轮增压系统。这款发动机虽然排量减少了30%,但动力和燃油经济性仍分别提升了35%和10%。在轻型卡车等更加注重成本的应用中,自由浮动增压器与废气旁通增压器则经常会组合在一起。

霍尼韦尔工程师一如既往地专注于两级涡轮增压系统性能的提升,主要是通过优化系统的封装,并针对高压和低压涡轮增压器,研发不同的空气动力设计。封装、系统重量和热惯性的挑战促使业界更加注重新的紧凑型阀门技术以及热绝缘和先进材料的使用,以提高下游后处理系统的有效性。