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近幾年，小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機大行其道。有了渦輪增壓的加持，發(fā)動(dòng)機能夠以更低的排量獲得更強勁的動(dòng)力，并且在節能減排方面表現更好。不過(guò)，傳統的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機從誕生以來(lái)發(fā)展了幾十年，即使有很多廠(chǎng)商發(fā)展傳統汽車(chē)渦輪技術(shù)，但渦輪遲滯帶來(lái)的突兀感依舊無(wú)法避免。
為了減少渦輪遲滯，汽車(chē)廠(chǎng)商想出來(lái)機械渦輪增壓和電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)。但是機械增壓最大的問(wèn)題就是它使用發(fā)動(dòng)機自身的動(dòng)力來(lái)帶動(dòng)工作，所以當發(fā)動(dòng)機轉速上升時(shí)，它會(huì )吸走越來(lái)越多的動(dòng)力。正是這個(gè)原因，使得機械增壓發(fā)動(dòng)機的燃油效率往往較低。隨著(zhù)各國排放法規日益嚴格，各個(gè)車(chē)企對于發(fā)動(dòng)機的燃油經(jīng)濟性要求也越來(lái)越高，而燃油效率比較低下的機械增壓將逐漸被淘汰，電動(dòng)渦輪增壓或將成為未來(lái)汽車(chē)技術(shù)主流。
在2019年上海車(chē)展蓋瑞特展臺的會(huì )議室中，僅對部分受約客戶(hù)開(kāi)放展示的一款新型電動(dòng)渦輪增壓器亮相。蓋瑞特全球總裁兼首席執行官芮博廉介紹，這款產(chǎn)品將于2021年量產(chǎn)，其一體化的設計簡(jiǎn)化了封裝難度和空間布置難度，它有助于發(fā)動(dòng)機進(jìn)一步降低燃油消耗、提升燃燒效率。電動(dòng)渦輪增壓器可以幫助車(chē)輛滿(mǎn)足更嚴格循環(huán)工況測試下的油耗和排放要求，理論上可以使發(fā)動(dòng)機達到理想的1∶1的空燃比，另外具備廢熱能量回收的功能，它產(chǎn)生的電能要比消耗的電能多。
電動(dòng)渦輪增壓所為何物
普通渦輪增壓的工作原理很簡(jiǎn)單，發(fā)動(dòng)機排出的廢氣驅動(dòng)排氣端渦輪葉片轉動(dòng)，進(jìn)氣端葉片也跟著(zhù)轉動(dòng)，從而壓縮新鮮空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機。而電動(dòng)渦輪，顧名思義，是靠電力來(lái)驅動(dòng)渦輪旋轉的，這點(diǎn)和普通渦輪有明顯區別。
對于普通廢氣渦輪來(lái)說(shuō)，渦輪遲滯現象是與生俱來(lái)的缺點(diǎn)，但電動(dòng)渦輪在不損耗發(fā)動(dòng)機能耗的前提下，很好地解決了渦輪遲滯現象。在發(fā)動(dòng)機低速運轉時(shí)，排氣流量還帶不動(dòng)渦輪增壓器的葉輪時(shí)，由電機先驅動(dòng)電動(dòng)渦輪介入工作，提供增壓。等到排氣流量變大后，即通過(guò)廢氣帶動(dòng)渦輪增壓器介入工作。在發(fā)動(dòng)機轉速較高時(shí)，發(fā)動(dòng)機排出的廢氣足以驅動(dòng)廢氣渦輪，此時(shí)廢氣渦輪就可單獨工作，電動(dòng)渦輪可停止轉動(dòng)，以節約電能。渦輪遲滯現象的消除給駕駛者帶來(lái)了更強勁的動(dòng)力體驗，可以在更短的時(shí)間內，使扭矩達到最大值。
電動(dòng)渦輪需要48V電氣系統
因為電動(dòng)渦輪的驅動(dòng)力來(lái)自于電機，若是驅動(dòng)電動(dòng)達不到一定的轉速，增壓效果也會(huì )大打折扣，因此電動(dòng)渦輪的出現對電機技術(shù)提出了更高要求。要想電機達到更高轉速，傳統12V電壓肯定不夠，一套電壓更高的車(chē)用電源系統必不可少，因此這就牽涉到了另一項技術(shù)：48V電氣系統。
以奔馳全新S500車(chē)型為例，它采用博格華納提供的eBooster電動(dòng)渦輪，裝在全新的M256直列6缸發(fā)動(dòng)機上。依托于48V電源，該電動(dòng)渦輪額定功率5kW，最高瞬時(shí)功率6.2kW，持續工作功率2kW至3kW，最高轉速高達72000rpm，并且在230毫秒內就能夠實(shí)現90％的最大轉速工作。電動(dòng)渦輪的效果是明顯的，基本消除了渦輪遲滯現象，提供穩定的增壓效果，使發(fā)動(dòng)機動(dòng)力輸出更加平順舒適，更符合S級的產(chǎn)品形象。與之前的8缸發(fā)動(dòng)機相比，其6缸發(fā)動(dòng)機在動(dòng)力參數上絲毫不遜色，并且在油耗和排放方面還有更好的表現。
國內外技術(shù)差距大
上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院副教授石磊向《中國汽車(chē)報》記者介紹，電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯，能減少渦輪遲滯、增加車(chē)輛低速扭矩、提升燃油經(jīng)濟性。該技術(shù)有三個(gè)應用方向：一是應用在傳統燃油車(chē)上，單純在廢棄渦輪的基礎上，加裝一個(gè)電動(dòng)渦輪；二是在電動(dòng)渦輪和廢氣渦輪之間，加入發(fā)電機，回收廢氣渦輪多余的能量來(lái)發(fā)電；三是集成應用在48V混動(dòng)和氫燃料電池車(chē)型上。
對于記者提出的“為什么氫燃料電池汽車(chē)上要應用電動(dòng)渦輪”的疑問(wèn)，石磊解釋?zhuān)跉淙剂想姵仄?chē)上加裝電動(dòng)渦輪，可以增加進(jìn)氣量，加快氫燃料電池化學(xué)反應速率，從而提高氫燃料電池發(fā)動(dòng)機的能量密度。
石磊介紹，電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)目前掌握在國外幾大零部件企業(yè)手上，并已經(jīng)搭載在市售車(chē)型上，如奔馳、奧迪部分高性能車(chē)型，系統復雜和成本高昂是該技術(shù)還未大面積使用的重要原因。國內一些企業(yè)雖然也在做相關(guān)的研究，但技術(shù)水平和國外相比差距較大，同時(shí)也無(wú)法造出高速高效的電機和滿(mǎn)足要求的軸承。對于國內車(chē)企如何面對電動(dòng)增壓這一技術(shù)趨勢，石磊直言不諱地表示，“可以直接向國外供應商購買(mǎi)。”
混動(dòng)技術(shù)加速布局
隨著(zhù)對燃油效率提升的研發(fā)深入，業(yè)內分析機構普遍認為電動(dòng)化的混合動(dòng)力系統代表了最大的增長(cháng)機會(huì )。行業(yè)分析機構IHS預測，到2025年，全球輕型汽車(chē)產(chǎn)量預計將接近每年1.1億輛。其中混合動(dòng)力汽車(chē)將達到3300萬(wàn)輛，或在全球新車(chē)占比達到30％。為了提升小型化發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力表現，76％的混合動(dòng)力汽車(chē)將使用渦輪增壓技術(shù)。
芮博廉認為，電氣化是2019上海車(chē)展非常明確的展出方向，渦輪增壓器的電氣化也是市場(chǎng)非常歡迎的新技術(shù)，這種技術(shù)在混動(dòng)和氫燃料電池汽車(chē)上的應用比例將超過(guò)傳統內燃機市場(chǎng)。隨著(zhù)混動(dòng)技術(shù)加速布局，電動(dòng)渦輪增壓大有可為。
石磊也表示，電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)不僅能夠實(shí)現更好的燃效和燃油經(jīng)濟性，在排放方面也有可以起到一定改善作用，并且對于駕駛者而言，它還可以實(shí)現更為順滑的動(dòng)力輸出表現。雖然目前搭載電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)的車(chē)型主要還是高性能車(chē)以及一些旗艦豪華車(chē)。這主要是因為電子渦輪結構復雜成本較高，但是隨著(zhù)時(shí)間的推移，電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)的逐漸成熟以及相關(guān)配件的生產(chǎn)成本降低，電子渦輪將在大部分車(chē)型上進(jìn)行裝備。
“在排放法規日趨嚴格的背景下，我非?？春秒妱?dòng)渦輪增壓技術(shù)。”石磊毫不掩飾對電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)的支持。
“行業(yè)分析 | 電動(dòng)渦輪增壓將是重要的技術(shù)發(fā)展趨勢”由中國機電產(chǎn)品交易網(wǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)機交網(wǎng)）小編整理發(fā)布。如需要轉載，請注明文章來(lái)源，更多關(guān)于機電行業(yè)資訊，請點(diǎn)擊關(guān)注：中國機電產(chǎn)品交易網(wǎng) 機電信息
