康明斯增压器采用两级涡轮充电技术提升柴油机性能
摘要：康明斯涡轮技术(CTT)一直在开发和测试涡轮增压器技术，特别侧重于中型重型柴油机。在过去的几十年里 康明斯组件和软件已经交付了耐用和可靠的涡轮增压器解决方案与霍尔塞特品牌。商用柴油机需要先进的技术来提高效率，达到严格的排放标准。因此，康明斯公司。提供各种涡轮技术，如固定、可变和两级涡轮，都是为了提高效率和降低成本设计的。当我们继续研究下一代柴油机技术的最新进展时，让我们更仔细地研究两级涡轮增压器技术，该技术在一个系列中使用了两个涡轮增压器，以提高性能和效率。
康明斯两级涡轮充电系统（增压器）
什么是两级涡轮充电系统?
涡轮充电器给柴油机提供更多的动力，通过将多余的空气推进到气瓶中，使燃料燃烧效率更高.他们利用柴油机废气的能量旋转涡轮机。涡轮通过轴与压缩机连接，当涡轮旋转时，它也会旋转压缩机，从而迫使更多新鲜空气进入柴油机。
一个单级涡轮增压器使用一个涡轮机和一个压缩机。如果涡轮增压器是大的，它提供更高的扭矩在高柴油机速度，给予良好的峰值功率性能。然而，它可能不会在低速度下提供那么多的动力。另一方面，一个更小的涡轮增压器可以更好地在低速度下提供动力，但可能难以提供足够的动力在高速度峰值功率。
一个两级涡轮增压器使用小型和大型涡轮。小型涡轮快速旋转，以提供一个瞬间的提升，提高扭矩和响应在低速度或高海拔条件下。较大的涡轮然后开始提供平稳，一致的动力在更高的速度。这个设置允许更好的性能跨越一系列的条件，而不只是在低或高的速度。
在两个阶段的系统中，废气由称为"废物处理"的旁路系统管理。这些废物根据柴油机转速进行调整，以优化涡轮增压器的性能。随着燃料价格的上涨和排放标准的提高，柴油机需要更加高效。两级涡轮充电器提供了一个强大的解决方案，平衡低端扭矩和峰值功率，提供更好的性能在更高的高度，并提高整体燃料效率。
两级涡轮充电系统如何工作?
一个两级涡轮增压器系统使用两个涡轮增压器定位在排气路径。离柴油机更近的是高压涡轮，更远的是低压涡轮。每个涡轮增压器有一个压缩机和一个涡轮。
该系统的效率和性能来自于热废气和新鲜空气通过HP和LP涡轮充电器的平衡。
柴油机的热废气首先进入HP涡轮，在那里从高温气体中提取能量，导致涡轮叶片旋转。涡轮叶片的旋转为HP压缩机提供动力，该压缩机进一步压缩了已经被LP压缩机加压的空气。这种压缩空气使柴油机燃烧室的压力比更高，空气也更多。废气中的剩余能量驱动液化石油发电机，这反过来又使液化石油压缩机为HP级增加空气压力。
旁路阀调节废气。在低速度下，阀门保持关闭，以将更多的能量导向HP涡轮。随着速度的增加，一些废气绕过高压涡轮机，将更多的能量转向液化石油发电机。
两级涡轮充电器提供更好的"涡轮匹配"，这提高了瞬态响应，峰值扭矩和峰值功率，使他们在柴油机的扭矩曲线高效。这使它们成为高功率柴油机、高空气需求柴油机(例如：氢内燃机)和在高空运行的应用。
两级涡轮增压器系统的类型
在康明斯，随着柴油机性能的创新，我们的涡轮技术也取得了进步。例如，固定几何式涡轮充电器将所有废气通过涡轮外壳中的一个气室输送到涡轮轮，从而提高了基于气室设计和涡轮尺寸的性能。随着时间的推移，我们引入了废物和可变几何涡轮增压器。
废物涡轮充电器包括一个阀门(废物)，允许一些废气绕过涡轮轮，降低排气歧管的速度和压力，并改进气流控制。变几何涡轮充电器调整涡轮轮前的排气道，以优化压力和气体速度，从而提高性能。
两级涡轮充电器可用于不同的配置，包括顺序，复合，平行和可变几何双涡轮充电。
顺序涡轮充电：在顺序涡轮充电器配置中，较小的涡轮处理较低的柴油机速度，以减少涡轮滞后，较大的涡轮启动在较高的速度，以提供额外的推动。
复合涡轮充电：这种配置，用于重型柴油柴油机，如卡车，船只和工业，有两个涡轮系列。废气通过高压和更大的涡轮，允许高升压和提高效率。
平行涡轮充电：在V8或V12柴油机、平行涡轮充电中，两个相同的涡轮充电器从不同的气瓶组中接收废气，向进气系统提供压缩空气，以平衡功率输出并改善响应时间。
两级系统中的可变几何涡轮增压器：有些系统使用固定涡轮增压器和可变几何涡轮增压器的组合，在这种情况下，可变几何涡轮增压器改变角度比和优化跨广泛的柴油机转速的能力是特别有用的。
两级涡轮增压器系统的优点：
两级涡轮增压器系统通常是优化成本和性能的最佳选择。例如，当单级系统不能有效地实现高压缩比时，两级涡轮增压器可以提供必要的性能提升。
两级涡轮充电器也是理想的轻型柴油机，具有广泛的速度范围或当较低的火箭筒需要更高的扭矩。他们擅长在低冲击周期提供快速响应的扭矩。
两阶段配置可以与废物或VGE涡轮组合。一个两级设置的VGE提供了更大的流量范围，在低流量和低惯性效率，这是有益的瞬态响应。另外，电动废物处理器(EWG)也可以是一种很好的选择，在这种情况下，废物处理是电子控制的，类似于一个虚拟发电机。
两级涡轮增压器系统的挑战：
两级涡轮充电器在现代柴油机设计中提出了若干工程挑战。一个常见的问题是包装限制，这可能使这些系统难以整合到不同的柴油机配置中，从而限制了它们在各种车辆平台上的使用。另一个关键挑战是热机械疲劳。双涡轮增压器需要强大的支撑结构和互联，以处理显著的温度变化和机械应力。为了解决这一问题，卡明斯利用多年的经验，从分析和经验上进行了广泛的TMF验证，以缓解这些担忧。
包括废物绕行功能增加了两级涡轮增压系统的复杂性。高压(HP)汽轮机需要更大的废物端口来管理增加的排气流量，使废物阀门在开放位置比单级系统运行得更频繁。此外，顺序涡轮充电系统需要额外的压缩机旁路机构，增加了系统的复杂性和控制挑战。康明斯通过验证特定的客户责任周期，以及根据燃料类型--无论是柴油、天然气还是H2冰--仔细选择材料来解决这些问题。
康明斯公司长期以来一直领导着先进的涡轮充电技术，利用我们的工程专业知识来克服两级系统的挑战。我们的团队一直在推动设计的局限性，解决包装的限制，减少热机械疲劳，优化浪费功能。
通过严格的测试和改进，康明斯公司成功地在各个柴油机平台上实施了两级涡轮充电，提高了性能、燃料效率和排放合规性。我们先进的材料，精密的制造和精密的控制，确保我们最大限度地利用这一技术的好处。
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展望未来
■ 三款大马力柴油机平台将导入中国本地化生产
■ 计划新建大马力制造基地和研发中心
■ 大力进军柴油发电机组租赁领域
■ 引进先进的50-72升排量全电控柴油机平台
■ 进一步提升康明斯在中国的产能与实力
质量方针
■ 以最低的成本及时向用户提供产品和服务
■ 始终如一地满足或超出客户提出的标准和要求
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