双涡轮增压还是双涡管涡轮:哪个更好?

Antonio Roncero    @roncero_antonio    19 August 2021     4 min.
双涡轮增压还是双涡管涡轮:哪个更好?

采用双涡管(twin scroll)涡轮增压器,可以达到与双涡轮系统相似的效果,同时简化机械结构,并降低故障风险。

Turbocharger For Ecotec 2.0l Turbo 2007 2.0l I 4 (lnf)

在之前的文章中,我们谈过增压的类型和 工作原理,重点介绍了在需要提升性能时,向气缸中充入比发动机自然吸入更多空气的优点。涡轮增压器的优势在于,它是提升发动机功率非常有效的方式,目前无论是汽油机还是柴油机,都已广泛采用。

事实上,如今几乎已经没有新车搭载自然吸气发动机,除了用于城市行驶、无需太大功率的小型车型。另外,在混合动力汽车上,电动机在某些工况下可以发挥类似涡轮的作用(当然两者不能完全等同),通过将动力叠加到燃油发动机上提供额外助力。

涡轮增压汽车的缺点在于,该系统本身相当复杂:涡轮是一个需要以极高转速运转的部件,尤其需要特别注意润滑。涡轮增压器损坏可能是你会遇到的最昂贵的故障之一:在一台四缸涡轮柴油机上更换涡轮,费用可能在1000到1500欧元之间。

配备多个涡轮增压器的发动机

试想一下,如果是配备多个涡轮增压器的汽车会怎样。涡轮增压的一个问题是“涡轮迟滞”(turbo lag),即涡轮响应延迟,因为它的工作依赖于排气流的压力,换句话说,依赖于发动机的负荷。为解决这一问题,出现了可变截面涡轮增压器、电动辅助涡轮增压器、使用多个涡轮增压器,以及双涡管涡轮增压器等方案。

小涡轮能让排气迅速加速涡轮,响应即时,但会限制性能的提升空间;反过来,大涡轮可以产生很大的功率,但要克服涡轮的惯性,让涡轮真正“吹”起来就需要较长时间。将小涡轮(低压)与大涡轮(高压)组合,是直列式增压发动机中非常常见的解决方案。

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从技术上讲,V型发动机如果每列气缸各配一个单涡轮,并不会形成这种双增压结构,不过两种情况都称为“双涡轮”发动机。也有V型发动机只用一个涡轮服务两列气缸,或者用两个串联涡轮同时为所有气缸工作。而BMW在其6缸直列涡轮柴油发动机上,目前采用了多达四个涡轮增压器,其中两个低压、两个高压。注意,这是同一列气缸就有四个涡轮。例如Bugatti Chiron,它的发动机有16个气缸,相当于四台四缸发动机,每个气缸组配一个涡轮。

双涡管涡轮:低转速下响应更佳

事实上,BMW是最早看好双涡管涡轮优势的厂商之一,它用双涡管涡轮取代了双涡轮方案。“Twin”一词容易引起混淆,尤其是“Twin-Turbo”和“Twin-Scroll”,有人会用这两个词中的任何一个来指代双涡管涡轮,而“Twin-Turbo”发动机可能是两个涡轮的发动机,但这两个涡轮都不是双涡管的。

双涡管涡轮实际上是单个涡轮增压器,区别在于排气不是通过单一通道进入涡轮,而是采用双通道。

Turbo 4

其目的是尽可能充分地利用排气的惯性来驱动涡轮,避免因排气回吸效应造成的压力损失。这种回吸现象发生在进气阶段,排气门仍然打开时,部分排气会倒流进入某些气缸。简单来说,双涡管涡轮能更好地利用排气所携带的能量。

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双涡管涡轮的优势显而易见:根据发动机类型,可以获得与双涡轮增压器相近的性能,却无需重复配置部件,从而简化机械结构,进而降低成本并减少相关故障。

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