VGT可變截面渦輪的原理和特點/How does VGT turbo work?

Hello大家好 我是十一棒小老虎 那麼在排放標準越來越嚴格 電動車品牌遍地開花 配置捲到歡天喜地的今天 其實留給汽油車可卷的項目 好像真的是不多了 那麼豪車跑車 咱們就不說了 畢竟激增大V8 環保笑哈哈的實力 不是人人都有的 那麼就拿十幾二十萬的家用車來說 其實V6基本上都已經快看不到了 那麼你四缸的2.0 現在都已經可以算是大排量了 那麼你動力方面再怎麼卷 2.0的排量放在那邊 那麼最多你就再加一個渦輪 搞成2.0T 差不多就也算是 動力配置的天花板了 但是很顯然 我對卷的認識 還是不夠深刻 上汽馬上就要上市的明覺MG7 它搭載那臺藍星2.0T的發動機 就是把卷推向了新的臺階 什麼VVT VVL 這些汽門技術先就不提了 最抓住我眼球的 就是它的渦輪 採用了VGT可變截面技術 那麼其實我之前有專門出過一期 介紹各種渦輪原理和特點的視頻 那麼我連順序渦輪和雙渦管渦輪 在那一期中都講到了 唯獨就是沒提VGT的可變截面渦輪 那麼原因是因爲在我的印象中 這個東西好像是貨車的柴油機 用的最多 而在汽油機裏面 好像只有保時捷911 纔會用到這樣的技術 太少見了 所以就沒有提 今天上汽既然已經在現實造車中 都已經用上這個技術了 我的紙上談車欄目 就必須給補上VGT渦輪這一切了 那麼爲了這一期節目 能夠讓大家更加直觀的理解 我還專門去淘了一個VGT渦輪的實物 等一下我會把它拆開 結合圖解 一起展示給大家 好 咱們先來解釋一下 VGT這個名字 它是Variable Geometry Turbo的 首字母縮寫 如果直接翻譯過來的話 就是可變幾何形狀 渦輪 而這個可變的幾何形狀 指的就是渦輪排氣側 它的通道的截面積 所以中文我們就一般把它叫做 可變截面渦輪 那麼不同的渦輪生產商 對這個東西有不同的叫法 我在這裏都列在屏幕上了 大家只要知道 其實這些不同的名字 說的都是同一個東西 那就可以了 那麼說爲什麼我們會想要有一個 可以可變截面的渦輪呢 這就要從渦輪最爲大家所詬病的 那一個缺點說起了 沒錯 那就是渦輪的池質 那麼發動機你想要馬力大 你就得上大渦輪 那轉起來之後的增壓效果 的確是剛剛的 但問題是大渦輪它又大又重 你排氣想把它吹的完全轉起來 那是需要時間的 那麼在還沒有完全轉起來之前 進氣這一邊的增壓 其實就一直是不足的 你得等 那麼等的這一段時間就是渦輪池質 那麼怎麼解決 最簡單的辦法 就是換一個小一點的渦輪 又小又輕 一點點排氣 剛剛一吹上去 它馬上就能被吹到位了 很快的能夠轉起來 那麼進氣側也能快速氣壓 表現出來就是渦輪沒有什麼池質 動力響應的非常敏捷 而缺點大家可想而知 渦輪小了 當你轉速拉高 排氣量非常充足的時候 大量的排氣擠在一個小尺寸的渦輪裏面 它施展不開 那麼這一個小渦輪 它能夠達到的極限增壓效果 就非常有限 也就是說它的最大馬力受限制了 這就好像大家節日裏面出門旅遊 如果我是開車出門 那說走就走 響應速度非常快 但問題是我開車開到120 我想再開快點 那就不行了 那麼這種就適合比如上海去蘇州 這種短途旅行 這就是小渦輪的模型 響應快 但是極限低 而如果我是坐飛機出門的話 那我就得先打車去機場 然後我還得直機拖運後機 好不容易上了飛機 還得排隊起飛 你沒有一個兩三個小時根本下不來 反應速度可以說是非常的慢 人家可能蘇州平潭 在那邊都已經聽了好幾段了 你可能人還沒有離開上海虹橋機場 但是隻要我的飛機一旦飛起來了 那麼它的極限速度 就不是你開車能比得了的 所以說如果我不是去蘇州玩 我是上海去哈爾濱玩 那麼哪怕我坐飛機的響應速度慢一點 我坐飛機還是要比你開車去哈爾濱 要快得多 這其實就是大渦輪的模型了 我響應雖然很慢 但是極限高 那麼問題是有沒有什麼辦法 可以讓這兩種模型兼得呢 比如說讓誰開車 直接送到停機坪 一下車馬上就上飛機 不用候機直接起飛 想要達到這種效果 你至少得有買得起私人飛機的實力 而放到渦輪的技術上 想要兩者兼得 我們只需要VGT可變截面 就可以做到 大家來看這裏 這個是渦輪排氣側的液輪 發動機中的尾氣排出以後 通過排氣吸管 就進入渦輪 吹到渦輪上面 那麼我排氣吹過來的這一個通道 它正常的話 就是這麼直通通的一個通道 也就是說這個通道的截面積 它是固定的 它是死的 那麼VGTVGT可變截面渦輪 要變的就是這個截面積 那怎麼變呢 這個東西都是鐵的 你去捏也捏不小 其實很簡單 如果我在它的裏面 加上這樣一組給排氣的 紅色的導流液片 咱先不考慮怎麼加的 等一下會給大家看實物的結構 反正我就是把它加在這裏了 如果把這一組東西拿出來 單獨看的話 就是這張圖的樣子 然後我再讓這一些紅色的 導流液片的角度 通過這一個控制連桿 繞着這一個點 它是這麼着可以可調的 那麼這樣一來的話 我轉速很低 排氣的流量 不夠吹動渦輪的時候 我就把這些液片的角度 調成像這張圖一樣 調得很小 讓排氣吹進來之後 能夠直接吹到液輪上的截面積 你看就是這一段面積 讓它變小 那其實就相當於 排氣的氣流通道被擠壓了 那麼排氣被擠着 就會以更高的速率 吹向渦輪中的液輪 也就是說 在低轉速排氣的總流量 不夠的時候 吹不動渦輪的時候 我通過改變這些導流液片的角度 來減小排氣通往液輪的截面積 從而讓排氣獲得更高的速率 這樣本來吹不動 就變成吹得動了 那麼渦輪持續的問題 就得到了有效的解決 這就和你手指按住水管的出口 減小水流通道的截面積 讓本來平轉無力的水流 瞬間有了衝擊是一個道理 好 那麼現在我這個渦輪能夠快速起壓了 轉速馬上就上來了 轉速上來 排氣的流量也跟着上來了 這個時候我就不能再用這麼小的截面積了 因爲我首先要考慮的問題 就是以最快的速度 讓高轉中的發動機 排出來的大量的尾氣 能夠快速通過渦輪 不然尾氣全堵在這邊出不去 那就影響效率了 那麼這個時候 我就會再通過這一組控制連桿 來調節這些導流液片 到這樣的一個角度 讓排氣能吹到渦輪液片上的 這部分截面積增大 那麼這個時候 這顆渦輪其實就像一個大渦輪一樣 能夠應付的了大流量 輸出的了高極限的動力 那麼VGT可變截面渦輪 其實就是這樣 在持質和動力兩者之間做到兼顧的 好 我們現在來看實物 這個是排氣吸管 連在了發動機的缸蓋上 四個缸運行的時候排出的尾氣 就通過這些排氣吸管 匯聚到渦輪的排氣側 好 現在我們來把它拆開 如果是普通的渦輪 全拆開的時候 就是這個樣子 排氣吹進來 吹到排氣側的液輪 這個液輪又連着進氣側增壓的液輪 帶着它一起轉 那麼這一側進氣的增壓效果就實現了 現在重點來了 在渦輪排氣的這一側 這顆VGT渦輪要比普通的渦輪多出來 這樣一套東西 這麼看好像看不清楚 咱們再把它拆解出來 和液輪放在一起就看清楚了 好 大家來看 沒錯 這就是我們在圖中所看到的 紅色部分的導流液片了 我們把它翻過來 在它的背後 就是這樣的一個簡單的機械連桿結構 這一套機械結構 最終就是由這個小棍子來控制的 咱們來看 我現在把這根棍子往後拉 導流液片就這麼轉 它減小了排氣吹進來 接觸到液輪的潔面積 我棍子如果往前推 導流液片就大開 增加了排氣接觸的潔面積 就是這麼一個非常簡單的機械結構 這一款渦輪 它實際運行的時候 是通過真空來實現控制的 那麼這邊我就用抽真空的工具 來給大家實驗模擬一下 假設現在是低轉速的工況 轉速比較低 進氣氣管裏面的壓力也就比較低 也就是說進氣氣管中有真空 那麼我把這個真空直接用一根管子 接到這個控制閥裏面 好 現在我用這個工具來代替 假設我現在開始抽真空 大家來看 低轉速時候的進氣氣管裏的真空 給過來 就會慢慢注意看 這一根棍子慢慢被往後吸 這樣的話 注意看這根棍子往後吸 就會改變導流葉片的角度 慢慢減小這個潔面積 這樣的話就能提高排氣的速率和壓力 就能夠幫我快速的把渦輪吹起來 好 現在隨着轉速的升高 進氣氣管中的真空度 就會越來越低了 好 那我這個工具的模擬 就是慢慢的我放掉 一點一點放掉真空 大家注意看這根棍子 隨着我放掉真空 慢慢又被退回去了 這根棍子被退回去的時候 大家看 導流葉片又重新打開了這個潔面積 渦輪又回到了高轉速 高流量時候所需要的狀態 完美 最後我們再打開來看一下導流葉片 後面具體的一些東西 大家看到 它實際上這個運動 是通過這一個控制環 調節環來這麼控制的 而調節環是由誰控制呢 是由通過這邊這一個小東西 卡在這一個槽裏面 來控制這個環的左右移動 左右轉動 如果我現在把這個環給拿掉 其實某一個導流葉片就是這樣 它是自由轉動的這麼一個狀態 好了 那麼實物咱們看完了 其實我給大家展示的這一款VGT渦輪 它是一款用在零幾年的 非常老的一款 大衆捷達TDI柴油機上面的 所以它還是用真空控制的 那麼現在的技術 基本上都是電腦控制的 這樣不僅更精確 而且控制也更能隨心所欲 那麼聽到這裏 有的朋友肯定就好奇了 你說的這個技術聽起來好像不錯 那麼你也說了 這個東西零幾年的時候 柴油捷達早就用上了 爲什麼現在大家都不用 反而成了香餑餑了呢 首先大家要知道 汽油發動機 它要比柴油發動機的工況更加複雜 如果你再多加一個可變截面的渦輪 那可變的因素就太多太複雜 匹配起來就很麻煩 第二點就是汽油機 它的排氣溫度要比柴油機高很多 一般來說可能要高個200度左右 所以在汽油機高排溫的環境裏面 如果我再加上這一組 由特別多小零件組成的 導流葉片這一組機構 就很考驗這一顆渦輪的耐用度了 時間久了 紅色的這些部分 這裏面在運動的時候 會不會卡頓不順暢 加入的這些小部件 都是不同的金屬材料 它們的熱膨脹係數不同 那麼等你溫度高了以後 它們的尺寸變化 是不是可以控制得住呢 這些其實都是問題 既增加了工程師的腦力輸出 還要增加老闆的財力輸出 那麼正是因爲這些原因 所以汽油發動機上面 用到VGT可變截面渦輪的就比較少 但是如果我採用了 那好處也是顯而易見的 大家來看這張圖 普通的渦輪 也就是粉紅色的這條線 它在低轉速時候 由於起壓比較慢 那它扭矩上來的 你看也非常非常慢 可能它得到4000多轉 我才能達到這一個峯值扭矩 而現在如果我有了VGT技術 大家來看藍色的這條線 低轉速的時候 由於VGT它的響應快 所以你看扭矩來的就非常早 這樣的話在整個轉速區間上 動力的輸出就能夠做到又快又穩 比如MG7這一臺 用了VGT技術的發動機 它的最大馬力261匹 最大扭矩405牛米 最關鍵的是同樣是405牛米 它1750轉的時候 就已經可以輸出了 對不對 你同樣的賬面數據 都是這麼大的扭矩 有了低轉速時候的VGT 它就能夠來的更快更早 這樣的話 這就是兩種完全不同的動力體驗了 好 那到這裏 VGT可變截面渦輪的原理和特點 就和大家介紹的差不多了 我其實也很期待 這一項技術 在MG7發動機上面的表現 爲什麼這麼說 其實大家都知道 現在都已經2023年了 上汽還願意在汽油機的開發上面 下功夫砸預算 其實光憑這一點 就很值得我們大家欽佩 其實除了VGT MG7的這一款發動機 還用上了響應更快的DVVT 中置式相位調節器 還有DVVL可變氣門生成 這些其實都是很有意思的氣門技術 以後有機會可以和大家詳細聊 另外看過我發動機一階振動 和二階振動那一期的朋友 可能會感興趣 MG7上面 它還配了蘭徹斯特式的平衡軸模塊 它能夠大大減小發動機的二階振動 從而可以改善NVH 那麼這個技術 我在這裏也給大家挖一個坑 那麼最後還是要給MG這一款 被評爲2022年中國新 10家發動機的 2.0T黑鏢發動機來打個call 我們大家一起期待一下 這一臺採用了諸多領先科技的 高水準2.0T發動機 上市之後的驚豔表現 好了 那麼今天的節目就到這裏 我是十一棒小老虎 我們下次再見 拜拜