涡轮也能变脸!解读保时捷VGT技术

摘要:解读保时捷vgt技术现今的发动机技术日新月异,各种“可变”技术遍布各个零部件；这次,涡轮也不甘落后,学会了玩“变脸”.我们来看看,vtg（variable turbine geometry）可变截面涡轮技术,如何把单独一个涡轮变出一……

原标题:涡轮也能变脸！解读保时捷vgt技术

现今的发动机技术日新月异,各种“可变”技术遍布各个零部件；这次,涡轮也不甘落后,学会了玩“变脸”.我们来看看,vtg（variable turbine geometry）可变截面涡轮技术,如何把单独一个涡轮变出一个小涡轮加一个大涡轮的效果.

保时捷正式发布了718 boxster,跟以往一样按照动力级别有718 boxster和718 boxster s两种版本；不同的是保时捷用了一台全新开发的水平对置4缸涡轮增压发动机,取代经典的水平对置6缸自然吸气发动机.

▲搭载全新2.5t四缸的718 boxster s,发动机配备vtg涡轮技术

据吴佩频道前往法国马赛首试718的编辑透露:保时捷的2.5t发动机涡轮使用了vtg的技术,从1900rpm到4500rpm都能爆发出420nm的最大扭矩,在6500rpm时能输出350hp的最大马力.

表现怎样？配备pdk双离合变速箱以及sport chrono组件的boxster s的百公里加速只需4.0s.这有多强？这与最新的入门级3.0t的911 carrera的百公里加速时间持平.

▲得益于vtg涡轮技术,低转速时就有很好的涡轮响应,百公里加速只要4.0秒

vtg可变截面涡轮技术到底是怎样的黑科技呢？往下看！

以往只出现在旗舰911上

▲首款运用vtg可变涡轮截面技术的量产车,保时捷997 turbo

这不是保时捷首次推出vtg可变截面涡轮这个技术,早在997 turbo上,这个黑科技已经面世,在997 gt2 rs上,得益于这个科技,3.6l搭载两个大型涡轮增压器的水平对置发动机被推至620hp最大马力,输出相当惊人.扭矩平原也是相当的宽,从2250-5500rpm都能输出最大的700nm扭矩,这就是vtg涡轮技术的功劳,能有效减低涡轮迟滞,能更早地让涡轮快速运转起来.

▲保时捷997 gt2 rs 700nm扭矩的输出范围相当的宽

从那以后,vtg可变截面涡轮变成了911 turbo以上的旗舰车型的标准“配置”.那为什么新的3.0t的991.2上,也没有这个新科技,718 boxsters上会有呢？

这是因为在991.2上使用了一个尺寸不算太大的涡轮增压器,3.0排量能轻松推动；718 boxsters上, 为了压榨出接近carrera的马力输出,选用了一个比较大尺寸的涡轮,2.5的排量只好通过vtg可变截面技术来减少涡轮迟滞；同时能让车迷更信服那个2.5t少了两个汽缸的新发动机.

保时捷也是首个把可变截面涡轮技术运用到汽油量产车型上的厂家.

传统涡轮增压器并不完美

在传统的涡轮增压器中,发动机排出的废气会驱动一个涡轮,涡轮连接至进气区压缩机,藉由“压缩”动作将更多的空气推进汽缸中,从而产生更大的能量.

涡轮组件的大小是一个很重要的因素,涡轮组件尺寸越小,质量就越低,通常较少的废气排放量就能推动涡轮,轻松达到最佳的旋转速度；但是在较高的发动机转速下空气流量增高,流动阻力也会增加,进而产生的回压会明显削弱发动机高转时的功率输出.

▲小尺寸涡轮和大尺寸涡轮对比,小涡轮的涡轮叶片质量小,很容易被推动

较大型涡轮组件,能够在较高转速时产生较低回压,由于横截面较大以及较重涡轮的相对惯性的关系,需要更多的废气量更长的时间才能旋转；一般说来,这种涡轮只在较高的发动机转速下才能理想的旋转速度,这种现象被称为“turbo lag”,就是我们俗称的“涡轮迟滞”.

变截面？变的是叶片角度

a/r值是涡轮增压器的一项重要指标,是涡轮特性的数值,在改装市场的涡轮增压器上会有标明,传统增压器上,a/r值是一个固定值.a/r值还分压气的a/r值和涡轮的a/r值,文中的a/r值指的都是涡轮的a/r值.

a是area（面积）的意思,指的是叶片涡轮接受废气的侧入口最窄处的横截面积,r是radius（半径）,指的是a（横截面积）的中心点与涡轮本体中心点的距离,面积与两中心点距离的比值.

怎么理解？就如我们平时用的电吹风,小的a/r值就如前头套了一个导风罩,出口处的截面积变小了,风速会变大,但是如果电吹风的转速很高,小的出风口即便很高速地排风,也不能完全排的完,这时候就会形成阻力,这就是小涡轮的特点.

同品牌、同型号涡轮a/r值越高,空气流量越高、容量越大,涡轮在高转表现会更好；但迟滞现象也会增大.

▲保时捷vtg可变截面涡轮结构解剖图

vtg技术所实现的截面可变就是指改变a值,不过这种改变并不是叶片形状的改变,而是在原有涡轮增压器的排气端外围加了一圈通过电子系统控制角度的叶片,发动机的的尾气通过这些导向叶片作用在涡轮叶片上,推动叶片旋转.

▲保时捷vtg可变截面涡轮的低转速工况图

发动机低转速时,导流叶片成小角度打开,根据伯努利原理,废气的流速会增快,推动涡轮敏锐的转动；当叶片角度较小时,排气入口的横切面积便会相应减小,因此a值会随之变化,从而拥有小涡轮响应快的特点；所以废气气流流速是改善涡轮迟滞的关键.

▲保时捷vtg可变截面涡轮的高转速工况图

当叶片在发动机较高转速时,废气压力逐渐变大,导流叶片全开,与主体的涡轮叶片形成一个更大型的叶片,a值随之变大,这时a/r值变大,将最大的废气量接收,达到一般大涡轮的高输出效果；同时也能有效控制涡轮转速,如果这时导流片角度不打开,涡轮叶片的转速就会过高,涡轮轮轴承就有可能会损坏.总而言之,透过变更叶片的角度,vtg系统可随时改变排气涡轮的a/r值,把单独一个涡轮变出一个小涡轮加一个大涡轮的效果.

汽油发动机的排气温度高达1000摄氏度,对vtg材料的要求极高.保时捷为了解决此问题,与borg warner联手,并且采用太空科技的抗高温材质,成本也是非常的高昂的,以后会不会全系都用上也不得而知.

vtg可变截面涡轮技术在保时捷更多车型上得到使用,将把各个品牌间涡轮技术的竞争推向白热化,其他品牌会出什么招式来应对？让我们拭目以待.（文/容从容）

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