大家好，我是李Sir。李解發動機技術，用通俗的語言，為你解讀發動機的先進方案和基本原理~撰文不易，如需轉載，請務必挂本文鍊接，抄襲必究~

上期李Sir解讀了可變截面增壓器，今天李Sir帶來另外一種增壓技術。相較于可變截面增壓器，這種技術可以進一步提升發動機性能，它就是雙渦輪增壓器。

通過上期作品講解，大家應該對增壓器的适用性有了基本印象，理想的發動機增壓系統應該滿足以下條件：

——低轉速時可以達到很高的壓比，且響應迅速；

——高轉速時不至于超速或壓比過高；

——壓比在一定範圍内可以調節。

發動機燃燒做功

可變截面增壓器可以通過調整渦輪機的流通面積，在一定程度上滿足以上要求。但一方面渦輪機的調整幅度有限；另一方面壓氣機不可調整，使增壓壓比受限，且高效率流量範圍較窄；再就是葉輪的慣量是不變的，限制了響應性的進一步提升。

那有沒有一種方案能更好地協調增壓器低速性能和高速性能之間的矛盾呢？雙渦輪增壓就可以做到。該技術使用一大一小兩個渦輪增壓器，低速時使用小增壓器，高速時使用大增壓器，充分結合兩個增壓器的優勢。

上汽π的雙渦輪增壓

典型的雙渦輪增壓器采用串聯布置形式，兩個增壓器的壓氣機通過管路串聯在一起，渦輪機也同樣如此。

小增壓器更靠近排氣管，由于廢氣壓力高，又叫做高壓級增壓器。大增壓器的更靠近尾管，廢氣壓力相對偏低，又叫做低壓級增壓器。

雙渦輪增壓器的結構

雙渦輪增壓器可以在僅小增壓器工作，大小兩個增壓器同時工作，僅大增壓器工作三種狀态中依次切換。為了控制工作狀态，有廢氣調節閥，用于分配通往高壓級和低壓級的廢氣比例；又有空氣旁通閥，用于旁通通往高壓級的空氣量。

兩個增壓器可以全部采用普通放氣閥增壓器，可選的，有的高壓級增壓器采用了可變截面增壓器，進一步提升發動機性能。上汽π柴油機的雙渦輪增壓版，其高壓級便采用了霍尼韋爾的VNT增壓器。

上汽π的雙渦輪增壓布置

下面以奔馳OM651發動機為例，詳細解讀雙渦輪增壓的原理。

車輛大油門行駛，當發動機轉速低于1200rpm時，廢氣調節閥和空氣旁通閥全部關閉。此時全部廢氣首先流過高壓級增壓器的渦輪，然後再流向低壓級增壓器的渦輪，最後流出雙渦輪增壓系統。此時大部分的排氣能量作用在高壓級增壓器的渦輪上，盡管排氣流量低，仍然能夠快速産生很高的增壓壓力。剩餘的排氣能量作用在低壓級增壓器的渦輪上，但由于能量低，作用不明顯。在此狀态下低壓級增壓器的放氣閥也是關閉的。

發動機低速運行時的狀态

當發動機轉速在1200rpm到2800rpm之間時，廢氣調節閥逐漸打開，而空氣旁通閥仍然關閉。此時部分廢氣不經過高壓級增壓器的渦輪，直接流向低壓級增壓器的渦輪。更多的排氣能量作用在低壓級增壓器的渦輪上，并通過傳動軸帶動低壓級增壓器的壓氣機葉輪工作，對空氣進行預壓縮。随後空氣經過高壓級增壓器的壓氣機葉輪，被二次壓縮。所以在這種狀态下，兩個增壓器一起工作。低壓級增壓器的放氣閥在此過程中仍然是關閉的。

發動機中速運行時的狀态

當發動機轉速在2800rpm以上時，高壓級增壓器已經達到極限，如果繼續加載會導緻其産生堵塞現象，高壓級增壓器轉速會不升反降。所以此時将廢氣調節閥全部打開，幾乎全部廢氣流向低壓級增壓器的渦輪。空氣如果繼續經過高壓級增壓器，一方面不會被再次壓縮，另一方面經過高壓級增壓器的壓氣機葉輪時會産生額外的壓力損失和溫升。此時打開空氣旁通閥，使幾乎全部空氣直接流向中冷器。放氣閥視具體工況動作，當進氣壓力過高時将打開，以調節低壓級增壓器的輸出。

發動機高速運行時的狀态

由于經過兩級增壓器加壓後，空氣溫度升高顯著，有時僅靠一個中冷器無法達到良好的冷卻效果。從而使進氣溫度過高，熱膨脹導緻實際進入缸内的空氣量減少，影響發動機性能。為了解決這個問題，有時會在低壓級增壓器的壓氣機之後，高壓級增壓器的壓氣機之前再額外增加一個中冷器，稱為級間中冷器，以提高冷卻效果。

級間中冷器

雙渦輪增壓技術的優點類似于可變截面增壓器，但優勢更顯著：

——全轉速範圍内更高的輸出扭矩和功率；

——更快的低速響應性；

——全工況更低的油耗；

——輔助實現EGR率；

——高原功率損失顯著減少。

詳細介紹請參考上一期關于可變截面增壓器的介紹，這裡不再贅述。

雙渦輪增壓器

雙渦輪增壓的主要缺點如下：

——成本高：因為是兩個增壓器，所以零部件成本高；标定時需要控制各個控制閥的動作，增加了開發時間和成本。如果是兩個普通增壓器的組合方案，那麼成本比一個可變截面增壓器還要便宜些。但如果是VNT 普通放氣閥增壓器組合方案，則成本将大大增加。

——整機可靠性問題多：由于在排量不變的情況下，通過雙渦輪增壓提升了發動機功率和扭矩，部分零部件在高負荷下故障風險加大。

——曲軸箱壓力增加：由于使用了兩個增壓器且增壓壓力變大，導緻曲軸箱壓力增加。如果是開式呼吸系統，可能出現下排氣大的現象；局部位置還可能出現滲油的問題；

——雙渦輪增壓占用空間大，機艙内布置困難。

奔馳雙渦輪增壓

由于雙渦輪增壓的缺點，特别是成本和可靠性問題，所以目前國産發動機鮮有使用雙渦輪增壓技術的。同時顯而易見的是，那些采用了雙渦輪增壓技術的發動機，相對于使用普通增壓技術的發動機，其性能有明顯優勢。

如果你想買一款高端車，要求具有極緻的提速能力，踩油門時帶給人明顯推背感；或者強大的越野能力，能夠跋山涉水上高原走泥路。認準具有雙渦輪增壓配置的車，一定不會讓你失望。

高端車

對于可變截面增壓器有任何疑問，歡迎大家留言讨論。

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