两级串联涡轮增压器

Garrett的两级串联涡轮增压系统是动力传动系统的理想涡轮增压结构,其中最终功率密度和部分负荷排放是首要考虑因素。汽车制造商将选择这种两级配置来实现发动机的小型化或提升性能。

发动机适用范围
两级串联系统通常用于1.6L至3.0L内的柴油发动机,尽管大部分采用的是2.0L,其中发动机小型化或动力提升的效果更加显著。

主要特点

在两级串联系统中,高压小型涡轮增压器(HP)与低压大涡轮增压器(LP)共同运行。两台涡轮增压器之间的气流流动是通过使用旁通阀进行控制,其运行模式基于发动机转速。在转速较慢时 – 即不超过1500rpm – 两台涡轮增压器按照串联模式运行,而压缩机和涡轮旁通阀处于关闭状态。由此可快速提高增压压力,并有助于提高扭矩和响应能力。当转速超过1500rpm时,涡轮增压器继续同时运行,但是,涡轮旁通阀逐渐将更多的废气输送到低压涡轮增压器中,直至实现完全转换,转速达到2,800rpm左右。在此速度下,涡轮增压器和压缩机旁通阀都完全打开,但仅调节气流流向低压大涡轮增压器LP。这时,低压大涡轮增压器继续单独运行,从而在更高的发动机速度下提高燃料效率和性能。

主要优点


两级串联涡轮增压系统有助于汽车制造商灵活利用利用发动机小型化所带来的的燃油效率优势,或为现有发动机平台提升性能。

在发动机小型化的情况下,涡轮增压系统提供的卓越的瞬态响应以及提升的动力和扭矩推动了整车制造商开发出燃油效率更高的发动机,其性能足以和排量更大的采用单涡轮增压器的发动机相媲美。

如果将重点更多地放在性能升级上,那么采用两级串联系统可以显著提高动力和扭矩,从而为发动机性能增添更多运动性能。

无论是两种情况的哪一种,均可以采用高增压压力来驱动废气再循环 – 这是减少排放量的关键因素。

发展和未来趋势

汽车制造商不愿错过两级串联技术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可变截面涡轮增压器/可变喷嘴涡轮增压器(VNT)与低压废气旁通涡轮增压器相结合。2011年,Garrett为奥迪A7的V6涡轮增压柴油发动机推出了世界首款两级串联涡轮增压系统。尽管排量减少了30%,但这款发动机的动力提升了35%,燃油经济性提高了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。

Garrett工程师一如既往通过优化两级涡轮增压系统性能的提升,主要是通过优化系统封装以及为HP和LP涡轮增压器研发特定的空气动力设计。通过新型紧凑型阀门技术,以及热绝缘和先进材料的使用来解决与空间利用、系统重量和热惯性相关的问题,从而提高下游后处理系统的有效性。