五分鐘了解單渦輪雙渦管增壓原理

時(shí)下渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)非常火熱，擁有比同排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)更強(qiáng)勁的動(dòng)力，受到不少人的青睞。而渦輪增壓器作為其核心部分也在不斷的升級(jí)進(jìn)化，如時(shí)下的一些發(fā)動(dòng)上裝備了單渦輪雙渦管增壓器。單渦輪雙渦管和普通的渦輪增壓原理會(huì)有什么不同？對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能又有怎樣的影響？下面我們來(lái)解析一下。

● 單渦輪雙渦管增壓器結(jié)構(gòu)

單渦輪雙渦管增壓器結(jié)構(gòu)跟普通的渦輪增壓器大同小異，可以簡(jiǎn)單理解為在普通渦輪的廢氣入口處增多了一條廢氣通道，不同的是渦輪是由兩個(gè)通道的廢氣驅(qū)動(dòng)。

● 廢氣渦輪增壓器的增壓方式？

廢氣渦輪增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓主要有兩種方式，即定壓增壓和脈沖增壓。定壓增壓是指排氣管道渦輪前的壓力幾乎是恒定不變的，盡管各個(gè)氣缸是交替排氣的，但由于脈沖疊加和排氣管的穩(wěn)壓作用，渦輪入口處的壓力幾乎是不變的。

脈沖增壓，是通過(guò)各個(gè)氣缸不同時(shí)刻地排出廢氣而形成脈沖，渦輪前的壓力是發(fā)生變化的，壓力波以脈沖的方式驅(qū)動(dòng)渦輪。脈沖增壓可實(shí)現(xiàn)渦輪增壓器的快速響應(yīng)特性（特別是在轉(zhuǎn)速較低時(shí)），因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候的脈沖最強(qiáng)，而在定壓增壓模式下這時(shí)的渦輪前后壓力差比較小。

● 廢氣脈沖如何產(chǎn)生？

我們知道，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作的四個(gè)行程中只有排氣行程排出廢氣，那么渦輪增壓器廢氣通道前的壓力只有在氣缸的排氣行程時(shí)是最大的。在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于各缸的排氣時(shí)刻不同，因此在渦輪增壓器廢氣通道前就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)廢氣脈沖。如單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，理論上曲軸每轉(zhuǎn)720°中就有180°用于排氣。下圖用了非常簡(jiǎn)化的方式展示了單缸發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓器前的壓力情況。

在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，由于曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈后所有氣缸均完成了各自的排氣循環(huán)，所以720°曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)產(chǎn)生了四個(gè)壓力波，點(diǎn)火間隔每隔180°的曲軸轉(zhuǎn)角均勻分配。在此過(guò)程中壓力波相互疊加，某一氣缸壓力下降時(shí)，下一氣缸壓力已經(jīng)增大。

如上圖所示，疊加的作用會(huì)使得最小壓力與最大壓力差明顯減小，因此壓力波作用在渦輪上的脈沖也隨之減小，進(jìn)而導(dǎo)致廢氣渦輪增壓器內(nèi)的脈沖增壓減少。

● 單渦輪雙渦管增壓器產(chǎn)生較大的脈沖增壓

在單渦輪雙渦管發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中，將排氣管道分為兩組，如四缸發(fā)動(dòng)機(jī)中將氣缸1和4為一組，氣缸2和3為一組，這樣根據(jù)點(diǎn)火順序，一個(gè)通道的循環(huán)間隔360°的曲軸轉(zhuǎn)角，所以即使在疊加的情況下也能產(chǎn)生較大的脈沖增壓，更好的利用廢氣動(dòng)能。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷改變時(shí)，排氣溫度和壓力的變化可以很快傳遞到渦輪機(jī)，并由渦輪直接反映到壓氣機(jī)，從而使增壓器較快響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，這樣就能較好地改善發(fā)動(dòng)機(jī)的加速特性和扭矩特性（較低的轉(zhuǎn)速就能產(chǎn)生較高的扭矩）。

● 單渦輪雙渦管設(shè)計(jì)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣效率更高

上面提到將4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸1和氣缸4、氣缸2和氣缸3分別集成在一個(gè)通道內(nèi)，為什么要將氣缸1和氣缸4集合一起，而不是氣缸1和氣缸2集合一起？其實(shí)這樣做還有另外一個(gè)好處。

我們知道，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序?yàn)?-3-4-2，普通的渦輪增壓器（單渦輪單渦管）的排氣歧管是將所有氣缸的排氣管集合到一起，將廢氣匯集后再去推動(dòng)渦輪的。

這樣有什么不好呢？當(dāng)單個(gè)氣缸工作時(shí)，產(chǎn)生的廢氣的脈沖諧振會(huì)影響其他缸的排氣效率。如某一氣缸工作時(shí)，有一段時(shí)間內(nèi)氣缸的進(jìn)氣門(mén)與排氣門(mén)都處于開(kāi)啟狀態(tài)（氣門(mén)重疊）。如果點(diǎn)火間隔相鄰的兩個(gè)氣缸排氣管相通，在氣門(mén)重疊時(shí)，會(huì)導(dǎo)致廢氣流回前一氣缸。前一氣缸進(jìn)氣量減少，那么在下個(gè)循環(huán)的總功率就會(huì)下降。

而在單渦輪雙渦管發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中，將點(diǎn)火相鄰兩個(gè)氣缸排氣管道兩兩分開(kāi)（1和4一組、2和3一組），這樣當(dāng)3缸完成做功進(jìn)行排氣時(shí)，1缸是進(jìn)入進(jìn)氣行程，由于1缸和3缸的排氣管不相連，因此3缸的排氣不會(huì)影響1缸的進(jìn)氣效果（其他同理），這樣點(diǎn)火相鄰的兩個(gè)缸的進(jìn)排氣不受干涉影響，能提高各個(gè)氣缸的進(jìn)排氣量，從而有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

● 單渦輪雙渦管增壓發(fā)動(dòng)機(jī)特性

寶馬N20發(fā)動(dòng)機(jī)采用了單渦輪雙渦管增壓技術(shù)，在1250的低轉(zhuǎn)速時(shí)就能達(dá)到350Nm的峰值扭矩（高功率版），并能一直持續(xù)到4800轉(zhuǎn)，幾乎涵蓋了日常行車(chē)所要用到的轉(zhuǎn)速范圍。

總結(jié)：?jiǎn)螠u輪雙渦管增壓系統(tǒng)中，將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管道按點(diǎn)火時(shí)刻相鄰的氣缸排氣管道分成兩組分別推動(dòng)渦輪工作，具有更強(qiáng)的脈沖增壓，而且排氣更為充分。相對(duì)于普通的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，單渦輪雙渦管發(fā)動(dòng)機(jī)有效緩解低速時(shí)的遲滯性，使得發(fā)動(dòng)機(jī)峰值扭矩的爆發(fā)更早，燃油經(jīng)濟(jì)性更佳。