為了更好的了解可變截面渦輪的優(yōu)勢，先讓我們分析一下普通渦輪增壓發(fā)動機的缺點。
普通渦輪增壓發(fā)動機在全負荷狀態(tài)下時排氣能量非常可觀，但當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，排氣能量卻小的可憐，此時渦輪增壓器就會由于驅(qū)動力不足而無法達到工作轉(zhuǎn)速，這樣造成的結(jié)果就是，在低轉(zhuǎn)速時，渦輪增壓器并不能發(fā)揮作用，這時候渦輪增壓發(fā)動機的動力表現(xiàn)甚至?xí)∮谝慌_同排量的自然吸氣發(fā)動機，這就是我們經(jīng)常說的“渦輪遲滯”現(xiàn)象。
對于傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動機來說，解決渦輪遲滯現(xiàn)象的一個方法就是使用小尺寸的輕質(zhì)渦輪，首先，小渦輪會擁有較小的轉(zhuǎn)動慣量，因此在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時，在發(fā)動機較低轉(zhuǎn)速下渦輪就能達到好的工作轉(zhuǎn)速，從而有效改善渦輪遲滯的現(xiàn)象。不過，使用小渦輪也有它的缺點：當(dāng)發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時，小渦輪由于排氣截面較小，會使排氣阻力增加（產(chǎn)生排氣回壓），因此渦輪增壓器執(zhí)行器價格發(fā)動機功率和扭矩會受到一定的影響。而對于產(chǎn)生回壓較小的大渦輪來說，雖然高轉(zhuǎn)速下可以擁有出色增壓效果，發(fā)動機也會擁有更強的動力表現(xiàn)，但是低速下渦輪更難以被驅(qū)動，因此渦輪遲滯也會更明顯。
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)動機在高低轉(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)運而生。在柴油發(fā)動機領(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)動機的排氣溫度要遠遠高于柴油發(fā)動機，達到1000°C左右（柴油發(fā)動機為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，因此這項技術(shù)也遲遲未能在汽油機上應(yīng)用。近年來，博格華納與保時捷聯(lián)手克服了這個難題，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)動機，保時捷則將這項技術(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)流葉片的相對位置是固定的，但是葉片角度可以調(diào)整，在系統(tǒng)工作時，廢氣會順著導(dǎo)流葉片送至渦輪葉片上，通過調(diào)整葉片角度，控制流過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)動機低轉(zhuǎn)速排氣壓力較低的時候，導(dǎo)流葉片打開的角度較小。根據(jù)流體力學(xué)原理，此時導(dǎo)入渦輪處的空氣流速就會加快，增大渦輪處的壓強，從而可以更容易推動渦輪轉(zhuǎn)動，從而有效減輕渦輪遲滯的現(xiàn)象，也改善了發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時的響應(yīng)時間和加速能力。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)速進行有效控制，這也就實現(xiàn)對渦輪的過載保護，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更加直觀。
『也有的廠商將這項技術(shù)稱為VNT，比如沃爾沃和奧迪，它們在本質(zhì)上是一樣的』
A/R值是渦輪增壓器的一項重要指標(biāo)，用以表達渦輪的特性，在改裝市場的渦輪增壓器銷售冊上也常有標(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到渦輪本體中心點的距離，而兩者的比例就是A/R值。相對而言，壓氣端葉輪受A/R值的影響并不大，不過A/R值卻對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)速時開度?。ㄗ髨D），提高空氣流速，高轉(zhuǎn)速時開度大（右圖），減小排氣負壓
當(dāng)A/R值越小時，表示廢氣通過渦輪的流速較高，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)動機高轉(zhuǎn)速時則會產(chǎn)生較大的排氣背壓，使高轉(zhuǎn)速時功率受到限制。反之，當(dāng)A/R值越大時，渦輪的響應(yīng)速度就越慢，低轉(zhuǎn)速時渦輪遲滯明顯，不過在高轉(zhuǎn)速時，擁有較小的排氣背壓，且能夠更好的利用排氣能量，從而獲得更強的動力表現(xiàn)。
而VGT技術(shù)所實現(xiàn)的截面可變就是指改變A值。當(dāng)葉片角度較小時，排氣入口的橫切面積便會相應(yīng)減小，因此A值會隨之變化，從而擁有小渦輪響應(yīng)快的特點。而當(dāng)葉片角度增大時，A值隨之增大，這時A/R值增大，從而在高轉(zhuǎn)速下獲得更強的動力輸出。總而言之，透過變更葉片的角度，VTG系統(tǒng)可隨時改變排氣渦輪的A/R值，從而兼顧大/小渦輪的優(yōu)勢特性。
盡管結(jié)構(gòu)和原理都很簡單，但VGT可變截面渦輪技術(shù)對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)動機上，這項技術(shù)已經(jīng)得到了非常普遍的應(yīng)用。不過，由于硬件材質(zhì)的限制，這項技術(shù)在排氣溫度較高的汽油發(fā)動機上才剛剛起步，保時捷和博格華納的合作可以說開創(chuàng)了先河。不過，隨著材料科技的進步，這項技術(shù)在未來的汽油發(fā)動機上必將會得到更廣泛的應(yīng)用。
