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详解宝马车系N20发动机废气涡轮增压和排气系统
来源:本站整理  作者:佚名  2018-11-09 10:14:23



    一、废气涡轮增压器
    1.概述
    N20发动机装有采用Twin Scroll技术的废气涡轮增压器,该废气涡轮增压器在涡轮入口处有两个独立通道,可分别将两个汽缸的废气引至涡轮叶片处,如图1所示。

    废气涡轮增压器采用带有电动循环空气减压阀、真空控制废气旁通阀、电气减压装置阀门以及检测增压的进气温度/增压压力传感器,在第一节中有详细的解释,这里不再叙述。
    2. Twin Scroll废气涡轮增压器功能
    Twin Scroll表示带有一个双涡管涡轮壳体的废气涡轮增压器,这样可以分别将两个汽缸的废气引导至涡轮处。N20发动机(与其他4缸发动机一样)采用将汽缸1和4、汽缸2和3集成在一起的设计。这样可以更高效地利用脉冲增压效果。
   (1)定压增压和脉冲增压
    通过废气涡轮增压器实现发动机增压有两种工作原理,即定压增压和脉冲增压。定压增压是指涡轮前的压力几乎恒定不变,用于驱动废气涡轮增压器的能量通过涡轮前后的压力差获得。采用脉冲增压方式时,涡轮前的压力变化迅速而显著,通过从燃烧室排出废气形成脉冲。压力增大时就会产生作用在涡轮上的压力波,此时利用废气动能,使压力波以脉冲方式驱动废气涡轮增压器。脉冲增压可实现涡轮增压器的快速响应特性,特别是在转速较低情况下,因为此时脉动最强,而在定压增压模式下涡轮前后的压力差此时尚小。实际上PKW发动机的废气涡轮增压器始终利用两种增压方式。根据尺寸参数、废气通道导向和汽缸数量决定脉冲增压模式使用比例。
   (2)与汽缸数量的关系
    在单缸发动机上,曲轴每旋转两圈完成一个排气循环,因此从理论上来说每720°曲轴转角中有180°用于排气。图2以非常简化的方式展示了单缸发动机废气涡轮增压器前的压力情况。如图3所示,曲轴每旋转720°,曲轴转角就会产生一个作用在涡轮上的压力波,一该脉冲可使涡轮加速。图3展示了4缸发动机涡轮前的压力情况。



    由于曲轴旋转两圈后所有汽缸均完成了各自的排气循环,因此在720°曲轴转角内产生了4个压力波。点火间隔每隔180°曲轴转角均匀分配。在此过程中压力波相互叠加。某一汽缸压力下降时,下一汽缸的压力已经增大。因此在涡轮前形成了叠加压力,如图4所示。

    叠加作用会使最小压力与最大压力差值明显减小。因此压力波作用在涡轮上的脉冲也随之减小。进而导致废气涡轮增压器内的脉冲增压减少。在4缸发动机上可通过Twin Scroll废气涡轮增压器来防止出现这种情况。其方式是将4个汽缸分为2个通道,在每个通道内都实现一个2缸发动机的压力情况,如图5所示。

    在此两个汽缸的压力也会叠加,但是汽缸1和4、汽缸2和3集成在了两个通道内。根据4缸发动机的点火顺序,一个通道的排气循环间隔360°曲轴转角,因此即使在叠加情况下也可产生较大压力差并能更好地利用废气动能,集成汽缸1和4、汽缸2和3采用了特殊造型排气歧管。在废气涡轮增压器内,两个通道分别引导至涡轮处。与传统废气涡轮增压器不同,Twin Scroll废气涡轮增压器在围绕涡轮的环形通道内带有一个中部凸台。

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