為了更好的了解可變截面渦輪的優(yōu)勢(shì)，先讓我們分析一下普通渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)。

    普通渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷狀態(tài)下時(shí)排氣能量非?？捎^，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，排氣能量卻小的可憐，此時(shí)渦輪增壓器就會(huì)由于驅(qū)動(dòng)力不足而無(wú)法達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，這樣造成的結(jié)果就是，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，渦輪增壓器并不能發(fā)揮作用，這時(shí)候渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力表現(xiàn)甚至?xí)∮谝慌_(tái)同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這就是我們經(jīng)常說(shuō)的“渦輪遲滯”現(xiàn)象。

    對(duì)于傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，解決渦輪遲滯現(xiàn)象的一個(gè)方法就是使用小尺寸的輕質(zhì)渦輪，首先，小渦輪會(huì)擁有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)較低轉(zhuǎn)速下渦輪就能達(dá)到好的工作轉(zhuǎn)速，從而有效改善渦輪遲滯的現(xiàn)象。不過(guò)，使用小渦輪也有它的缺點(diǎn)：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)，小渦輪由于排氣截面較小，會(huì)使排氣阻力增加（產(chǎn)生排氣回壓），因此渦輪增壓器執(zhí)行器價(jià)格發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩會(huì)受到一定的影響。而對(duì)于產(chǎn)生回壓較小的大渦輪來(lái)說(shuō)，雖然高轉(zhuǎn)速下可以擁有出色增壓效果，發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)擁有更強(qiáng)的動(dòng)力表現(xiàn)，但是低速下渦輪更難以被驅(qū)動(dòng)，因此渦輪遲滯也會(huì)更明顯。

可變截面渦輪增壓的原理

    為解決上述矛盾足，讓渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高低轉(zhuǎn)速下都能保證良好的增壓效果，VGT(Variable Geometry Turbocharger）或者叫VNT可變截面渦輪增壓技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，VGT可變截面渦輪增壓技術(shù)早已得到了很廣泛的應(yīng)用。由于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，達(dá)到1000°C左右（柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為400°C左右），而VGT所使用的硬件材質(zhì)很難承受如此高溫的環(huán)境，因此這項(xiàng)技術(shù)也遲遲未能在汽油機(jī)上應(yīng)用。近年來(lái)，博格華納與保時(shí)捷聯(lián)手克服了這個(gè)難題，使用了耐高溫的航空材料技術(shù)，從而成功開發(fā)出了搭載可變截面渦輪增壓器的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，保時(shí)捷則將這項(xiàng)技術(shù)稱為VTG（Variable Turbine Geometry）可變渦輪葉片技術(shù)。

『圖中渦輪外圍的紅色葉片就是導(dǎo)流葉片』

『一般的渦輪并沒有導(dǎo)流葉片的結(jié)構(gòu)』

    VGT技術(shù)的核心部分就是可調(diào)渦流截面的導(dǎo)流葉片，從圖上我們可以看到，渦輪的外側(cè)增加了一環(huán)可由電子系統(tǒng)控制角度的導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片的相對(duì)位置是固定的，但是葉片角度可以調(diào)整，在系統(tǒng)工作時(shí)，廢氣會(huì)順著導(dǎo)流葉片送至渦輪葉片上，通過(guò)調(diào)整葉片角度，控制流過(guò)渦輪葉片的氣體的流量和流速，從而控制渦輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速排氣壓力較低的時(shí)候，導(dǎo)流葉片打開的角度較小。根據(jù)流體力學(xué)原理，此時(shí)導(dǎo)入渦輪處的空氣流速就會(huì)加快，增大渦輪處的壓強(qiáng)，從而可以更容易推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而有效減輕渦輪遲滯的現(xiàn)象，也改善了發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)的響應(yīng)時(shí)間和加速能力。而在隨著轉(zhuǎn)速的提升和排氣壓力的增加，葉片也逐漸增大打開的角度，在全負(fù)荷狀態(tài)下，葉片則保持全開的狀態(tài)，減小了排氣背壓，從而達(dá)到一般大渦輪的增壓效果。此外，由于改變?nèi)~片角度能夠?qū)u輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效控制，這也就實(shí)現(xiàn)對(duì)渦輪的過(guò)載保護(hù)，因此使用了VGT技術(shù)的渦輪增壓器都不需要設(shè)置排氣泄壓閥。

    需要指出的是，VGT可變截面渦輪增壓器只能通過(guò)改變排氣入口的橫切面積改變渦輪的特性，但是渦輪的尺寸大小并不會(huì)發(fā)生變化。如果從渦輪A/R值去理解的話，可變截面渦輪的原理會(huì)更加直觀。

『也有的廠商將這項(xiàng)技術(shù)稱為VNT，比如沃爾沃和奧迪，它們?cè)诒举|(zhì)上是一樣的』

    A/R值是渦輪增壓器的一項(xiàng)重要指標(biāo)，用以表達(dá)渦輪的特性，在改裝市場(chǎng)的渦輪增壓器銷售冊(cè)上也常有標(biāo)明。A表示Area區(qū)域，指的是渦輪排氣側(cè)入口處窄的橫切面積（也就是可變截面渦輪技術(shù)中的“截面”），R（Radius）則是代表半徑意思，指的是入口處窄的橫切面積的中心點(diǎn)到渦輪本體中心點(diǎn)的距離，而兩者的比例就是A/R值。相對(duì)而言，壓氣端葉輪受A/R值的影響并不大，不過(guò)A/R值卻對(duì)排氣端渦輪有著十分重要的意義。

    導(dǎo)流葉片的開度能夠影響導(dǎo)向渦輪葉片的氣流速度，低轉(zhuǎn)速時(shí)開度?。ㄗ髨D），提高空氣流速，高轉(zhuǎn)速時(shí)開度大（右圖），減小排氣負(fù)壓

    當(dāng)A/R值越小時(shí)，表示廢氣通過(guò)渦輪的流速較高，這種特性可以有效減輕渦輪遲滯，渦輪也就能在較低的轉(zhuǎn)速區(qū)域取得較高的增壓，而發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)則會(huì)產(chǎn)生較大的排氣背壓，使高轉(zhuǎn)速時(shí)功率受到限制。反之，當(dāng)A/R值越大時(shí)，渦輪的響應(yīng)速度就越慢，低轉(zhuǎn)速時(shí)渦輪遲滯明顯，不過(guò)在高轉(zhuǎn)速時(shí)，擁有較小的排氣背壓，且能夠更好的利用排氣能量，從而獲得更強(qiáng)的動(dòng)力表現(xiàn)。

    而VGT技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的截面可變就是指改變A值。當(dāng)葉片角度較小時(shí)，排氣入口的橫切面積便會(huì)相應(yīng)減小，因此A值會(huì)隨之變化，從而擁有小渦輪響應(yīng)快的特點(diǎn)。而當(dāng)葉片角度增大時(shí)，A值隨之增大，這時(shí)A/R值增大，從而在高轉(zhuǎn)速下獲得更強(qiáng)的動(dòng)力輸出?？偠灾高^(guò)變更葉片的角度，VTG系統(tǒng)可隨時(shí)改變排氣渦輪的A/R值，從而兼顧大/小渦輪的優(yōu)勢(shì)特性。

    盡管結(jié)構(gòu)和原理都很簡(jiǎn)單，但VGT可變截面渦輪技術(shù)對(duì)于增壓效果的提升非常顯著，在目前主流的渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了非常普遍的應(yīng)用。不過(guò)，由于硬件材質(zhì)的限制，這項(xiàng)技術(shù)在排氣溫度較高的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上才剛剛起步，保時(shí)捷和博格華納的合作可以說(shuō)開創(chuàng)了先河。不過(guò)，隨著材料科技的進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)在未來(lái)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上必將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。