雙流道渦輪增壓器

上期推文中主要對雙流道渦輪增壓器工作原理進行了介紹，本期推送將詳細對比單流道渦輪增壓器和雙流道渦輪增壓器對發動機性能的影響。對比的發動機為一款排量為1.5L的汽油機。穩態實驗結果表明，雙流道渦輪增壓器的排氣脈衝幅值明顯高於單流道渦輪增壓器，這側面驗證了雙流道渦輪增壓器能夠實現排氣脈衝能量的保持。因此，雙流道渦輪增壓器加速過程獲得的增壓壓力更高，動態響應過程更好。同時基於WHTC測試循環的結果顯示採用雙流道渦輪增壓器可以降低2.7％的燃油消耗。主要的改進工況區間中低速工作區間。

表1為發動機參數表，該發動機的排量為1.5升，壓縮比為9.5：1，為氣口噴射發動機，發動機的發火順序為1-3-4-2，採用辛烷值為95的汽油燃料。圖1為單流道和雙流道渦輪增壓器渦輪端實物對比圖，雙流道渦輪增壓器渦輪端入口總面積與單流道渦輪增壓器入口端相同0.1號缸與4號缸共用一個入口，2號缸與3號缸共用一個入口

圖1單流道與雙流道渦輪增壓器對比圖
穩態工況對比

       圖2為穩態測試工況下單流道和雙流道渦輪增壓器對發動機扭矩（a）所示，渦輪入口溫度（b）所示，進氣質量（C）以及BSFC（d）的影響。從圖2 （a）中可以看出，當發動機低於2000R /分鐘時，雙流道渦輪增壓器發動機的輸出扭矩更高，這主要是由於雙流道渦輪增壓器在低轉速工況下的排氣壓力更高。雙流道渦輪增壓器由於單個流道的渦輪入口直徑減小，使排氣流的膨脹比減小。但是在轉速高於4000R /分鐘發動機滿負荷工況下，雙流道渦輪增壓器的輸出扭矩略低於單流道渦輪增壓器。這是由於雙流道渦輪增壓器工況下出現了爆震，需要推遲噴油，這會導致排氣溫度提升，從圖2（b）中可以看出。在12.5％和100％的節氣門位置，單流道和雙流道渦輪增壓器發動機的空氣流量幾乎完全相同（除了轉速超過4000R /分鐘節氣門全開工況）。對於兩者之間的節氣門位置，雙流道渦輪增壓器進氣流量略低於單流道渦輪增壓器。圖2（d）為BSFC對比，從圖中可以看出，大部分工況下雙流道渦輪增壓器的BSFC要優於單流道渦輪增壓器。

圖2穩態測試工況下單流道和雙流道渦輪增壓器對發動機性能影響對比
排氣脈動對比

       圖3為穩態循環下不同位置的排氣壓力的對比，其中圖3（A）為渦輪入口處壓力，圖3（b）中為蝸殼45°位置的壓力，圖3（c）中為蝸殼135°位置的壓力。從圖中可以看出不同位置下雙流道渦輪增壓器的峰值脈衝壓力都高於單流道渦輪增壓器，在渦輪入口處雙流道渦輪增壓器的峰值脈衝壓力接近單流道渦輪增壓器的峰值脈衝壓力的兩倍，但是雙流道渦輪增壓器每個通道產生的脈衝壓力的間隔角為單流道渦輪增壓器的兩倍。

圖3穩態循環下排氣脈動對比
瞬態工況對比

       圖4為1500R/分鐘時瞬態工況下單流道和雙流道渦輪增壓器對比。進行試驗時，發動機節氣門從25％開度突變為100％開度。從圖中可以看出雙流道渦輪增壓器的循環進口壓力在節氣門開大後迅速上升並超過了單流道渦輪增壓器的循環進口壓力，但是渦輪機的轉速提升速度較慢。渦輪機轉速較低並沒有影響發動機的循環進氣量，雙流道渦輪增壓器的進氣量要高於單流道渦輪增壓器，這會增壓發動機的輸出扭矩，因此雙流道渦輪增壓器的循環扭矩高於單流道渦輪增壓器。

圖4 1500r / min時瞬態工況下單流道和雙流道渦輪增壓器對比

WHTC測試循環對比

圖5為單流道和雙流道渦輪增壓器WHSC循環油耗對比。其中圖5（A）為整個循環期間，圖5的（b）為低速區間，圖5（C）為中速區間，圖5（d）為高速區間，圖5的（e）為超高速區間。從圖中可以看出整個循壞期間雙流道渦輪增壓器的油耗較單流道渦輪增壓器降低了2.5％。低速工況下油耗降低了4.8％。中速工況下降低了3.3％。高速工況下降低了2.75％。超高速工況下兩者油耗相同。

圖5 WHSC循環油耗對比

總結

採用雙流道渦輪增壓器能夠有效降低中低速區域的油耗，尤其是對於低速工況，雙流道渦輪增壓器的成本較單流道渦輪增壓器的成本沒有大幅增加，因此可以採用雙流道渦輪增壓器來提升發動的經濟性。