效率更高！單渦輪雙渦管增壓原理解析

【太平洋汽車網 技術頻道】時下渦輪增壓發動機非常火熱，擁有比同排量自然吸氣發動機更強勁的動力，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進化，如時下的一些發動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有什么不同？對發動機的性能又有怎樣的影響？下面我們來解析一下。

● 單渦輪雙渦管增壓器結構

單渦輪雙渦管增壓器結構跟普通的渦輪增壓器大同小異，可以簡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通道的廢氣驅動。

● 廢氣渦輪增壓器的增壓方式？

廢氣渦輪增壓器對發動機進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，盡管各個氣缸是交替排氣的，但由于脈沖疊加和排氣管的穩壓作用，渦輪入口處的壓力幾乎是不變的。

脈沖增壓，是通過各個氣缸不同時刻地排出廢氣而形成脈沖，渦輪前的壓力是發生變化的，壓力波以脈沖的方式驅動渦輪。脈沖增壓可實現渦輪增壓器的快速響應特性（特別是在轉速較低時），因為這個時候的脈沖最強，而在定壓增壓模式下這時的渦輪前后壓力差比較小。

● 廢氣脈沖如何產生？

我們知道，發動機氣缸工作的四個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是最大的。在多缸發動機中，由于各缸的排氣時刻不同，因此在渦輪增壓器廢氣通道前就會產生相應廢氣脈沖。如單缸發動機，理論上曲軸每轉720°中就有180°用于排氣。下圖用了非常簡化的方式展示了單缸發動機廢氣渦輪增壓器前的壓力情況。

在四缸發動機工作中，由于曲軸旋轉兩圈后所有氣缸均完成了各自的排氣循環，所以720°曲軸轉角內產生了四個壓力波，點火間隔每隔180°的曲軸轉角均勻分配。在此過程中壓力波相互疊加，某一氣缸壓力下降時，下一氣缸壓力已經增大。

如上圖所示，疊加的作用會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，進而導致廢氣渦輪增壓器內的脈沖增壓減少。

● 單渦輪雙渦管增壓器產生較大的脈沖增壓

在單渦輪雙渦管發動機排氣系統中，將排氣管道分為兩組，如四缸發動機中將氣缸1和4為一組，氣缸2和3為一組，這樣根據點火順序，一個通道的循環間隔360°的曲軸轉角，所以即使在疊加的情況下也能產生較大的脈沖增壓，更好的利用廢氣動能。

當發動機負荷改變時，排氣溫度和壓力的變化可以很快傳遞到渦輪機，并由渦輪直接反映到壓氣機，從而使增壓器較快響應發動機負荷的變化，這樣就能較好地改善發動機的加速特性和扭矩特性（較低的轉速就能產生較高的扭矩）。

● 單渦輪雙渦管設計使發動機進排氣效率更高

上面提到將4缸發動機的氣缸1和氣缸4、氣缸2和氣缸3分別集成在一個通道內，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？其實這樣做還有另外一個好處。

我們知道，四缸發動機的點火順序為1-3-4-2，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渦輪的。

這樣有什么不好呢？當單個氣缸工作時，產生的廢氣的脈沖諧振會影響其他缸的排氣效率。如某一氣缸工作時，有一段時間內氣缸的進氣門與排氣門都處于開啟狀態（氣門重疊）。如果點火間隔相鄰的兩個氣缸排氣管相通，在氣門重疊時，會導致廢氣流回前一氣缸。前一氣缸進氣量減少，那么在下個循環的總功率就會下降。

而在單渦輪雙渦管發動機排氣系統中，將點火相鄰兩個氣缸排氣管道兩兩分開（1和4一組、2和3一組），這樣當3缸完成做功進行排氣時，1缸是進入進氣行程，由于1缸和3缸的排氣管不相連，因此3缸的排氣不會影響1缸的進氣效果（其他同理），這樣點火相鄰的兩個缸的進排氣不受干涉影響，能提高各個氣缸的進排氣量，從而有效提高發動機的效率。

● 單渦輪雙渦管增壓發動機特性

寶馬N20發動機采用了單渦輪雙渦管增壓技術，在1250的低轉速時就能達到350Nm的峰值扭矩（高功率版），并能一直持續到4800轉，幾乎涵蓋了日常行車所要用到的轉速范圍。

總結：單渦輪雙渦管增壓系統中，將發動機排氣管道按點火時刻相鄰的氣缸排氣管道分成兩組分別推動渦輪工作，具有更強的脈沖增壓，而且排氣更為充分。相對于普通的渦輪增壓發動機，單渦輪雙渦管發動機有效緩解低速時的遲滯性，使得發動機峰值扭矩的爆發更早，燃油經濟性更佳。