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渦輪增壓技術愈發盛行 相關供應商又玩出了哪些新花樣?

日期:2018年10月12日 標簽:[行業新聞] 來源:蓋世汽車 訪問統計:1369
      面對國內不斷加嚴的油耗法規以及正在實施的 " 雙積分 " 政策,汽車節能減排可謂 " 時間緊、任務重 "。在這一情況之下,車企不得不做兩手準備,既要加大新能源汽車的相關布局,還要大力推動燃油車以及混動汽車的節能增效,以應對全面進入新能源時代前的過渡階段。而在這一過程之中,渦輪增壓技術得到了更多的關注以及愈加廣泛的應用。近日,博格華納渦輪增壓系統中國區及泰國副總裁兼總經理倪廣山在接受蓋世汽車記者采訪時透露,如今渦輪增壓市場的年增長率已基本處于 10%-15% 之間。

 

      渦輪增壓的主要作用是提高發動機進氣量,從而提高發動機的功率和扭矩。據了解,一臺發動機裝上渦輪增壓器后,其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加 40% 甚至更高。與此同時,它還擁有更好的油耗表現,能夠減少 10%-20% 的尾氣排放。動力更強、油耗及排放更低無疑是渦輪增壓技術被廣泛使用的重要原因,但是這一技術顯然有改善優化的空間。近些年,相關供應商通過一連串的技術革新推進渦輪增壓技術的升級,以使其發揮更大的作用,作為內燃機、混合動力和電動汽車清潔高效驅動系統解決方案全球供應商,博格華納就玩出了不少 " 花樣 "。

 

    據倪廣山透露,自 1999 年收購德國 3K 和美國 Schwitzer 渦輪增壓器業務開始,博格華納進入到這一領域,之后從普通旁通閥式渦輪增壓器到雙流道渦輪增壓器,再到汽油機 VTG 渦輪增壓器、兩級渦輪增壓器、三級渦輪增壓器,以及最新的電子增壓方案,博格華納在這一領域不斷進行技術創新," 這些新技術歸根結底都是在幫助渦輪增壓發揮更大的效率,并應用于更多種類的車型之中。"

 

    博格華納首創的汽油機可變截面渦輪增壓器(VTG)通過改變廢氣渦輪的進氣截面,能大大提升渦輪增壓器的響應和增壓效率。長期以來,受限于汽油發動機排氣的超高溫度,VTG 技術只能用在柴油發動機上。而在 2002 年通過與保時捷的合作,博格華納對原用于柴油發動機的 VTG 渦輪增壓器進行重新設計,使其能夠應對高達 1000 ° C 的廢氣溫度,從而適用于汽油發動機。另據了解,在配備此款汽油發動機的保時捷車型量產后的十年間,博格華納對汽油機 VTG 渦輪增壓技術進行了持續的革新,推出面向各類汽油發動機的 VTG 渦輪增壓器。

 
 


 

 

 

汽油機 VTG 產品圖

 

    具體來看,博格華納對其 VTG 渦輪增壓器的材料和設計進行了優化,使其更堅固,從而能夠承受汽油發動機的高熱負荷,保證在最惡劣的條件下也能可靠運行。另外,最新的 VTG 技術配備了一個強大的電動執行器,可根據實際應用工況需求,快速、精準地調節導向葉片,實現接近瞬時加速的效果和最優化的功率輸出。通過改變渦輪機葉輪入口處的流入角度和速度,VTG 的渦輪可以迅速提升葉輪轉速,增加泵氣能力,進而提高發動機的瞬時響應速度。此外,博格華納的專利 S 形導流葉片充分進行了空氣動力學優化,進一步提升了 VTG 增壓器渦端效率和做功能力,從而更深度地增強整個發動機系統的動力性。先進的汽油 VTG 技術能帶來出色的油門響應和平穩的動力輸送,同時提高發動機的燃油效率,降低排放,適用于更多類型的汽車。

 

    博格華納汽油機 VTG 渦輪增壓器與米勒循環發動機可組成最佳 " 黃金組合 ",有利于未來搭配電動機組成混合動力系統,為混合動力汽車大規模市場化做準備。據了解,通過 VTG 渦輪增壓器結合米勒循環工作模式,可同時兼顧低速和高功率兩端的性能要求,通過小開角的導向葉片實現低速強勁的做功能力,同時在發動機高功率高轉速工況下擁有較低的排氣背壓,從而提高發動機高轉速下的整體效率。另外在較低發動機排放溫度下運行的米勒循環使得汽油 VTG 采用更為經濟的核心調節系統材料變得更加可能,也進一步讓汽油 VTG 技術從原來高端汽車應用變成更具有普適性的技術。

 

    在汽油機 VTG 之外,作為博格華納最新的創新型電氣化解決方案,eBooster ® 電子增壓器能夠成為傳統渦輪增壓系統的絕佳補充,大幅提升燃油經濟性并降低排放。

 

 


 

 

 

eBooster ® 產品圖
 
      據了解,eBooster ® 電子增壓器集成了電子器件,由電機驅動,目前其第一代產品需與渦輪增壓器共同工作。以下游布局 eBooster ® 為例,在最初的怠速階段,僅有渦輪增壓器進行工作,空氣進入渦輪增壓器壓縮后進入發動機。當汽車處于加速、爬坡或其他瞬態發動機增壓工況時,閥門打開,空氣經由渦輪增壓器壓縮,進入 eBooster ®,最后再進入發動機。當發動機表現達到穩定的需求狀況時,eBooster ® 就會停止運轉,全部空氣受到渦輪增壓器增壓后即進入發動機。

 

    當然,eBooster ® 的布局方式并不局限于下游布局,根據客戶需求,eBooster ® 也可被放置在渦輪增壓器之前。eBooster ® 技術配備了無刷直流電機和釤鈷磁體,具有出色的效率,其電機還采用了球軸承技術,不需任何的油路供給,可以自我進行潤滑。除靈活安裝外,該技術還可減少尾氣中的熱質量,從而加快后處理系統的加熱速度。

 

 

 


 

 

 

eBooster ® 原理結構圖(下游布局)

 

      另值得注意的是,eBooster ® 可使用 12V 及 48V 兩種電源。48V eBooster ® 適用于 3.0 發動機,其功率為 5kW 到 6kW,最大轉速在 70,000 轉,達到 90% 的最大扭矩需 270 毫秒。在很短的時間內可以達到 6.2kW,在持續工作中,可達到 2-3kW。應用 eBooster ® 的 48V 系統可使燃油效率提升多達 35%。此外,博格華納也提供適用于小型發動機的 12V eBooster ®,其功率為 1.7kW,在很短的時間內可以達到 2.4kW,持續工作時,功率會保持在 1.0kW。而根據市場的需求,博格華納將更多地推廣及應用 48V 的 eBooster ®。

 

    此外,如人們所知,傳統渦輪增壓動力系統帶給駕駛者最大的困擾是渦輪遲滯,而 eBooster ® 可在發動機低轉速時按需提供增壓,在排氣流量還帶不動渦輪增壓器的葉輪時,由電機先驅動 eBooster ® 介入工作,很好地解決渦輪遲滯現象;待排氣流量變大后,通過廢氣帶動渦輪增壓器介入工作。因 eBooster ® 由電機驅動,230 毫秒就可以達到電子渦輪增壓器的最大轉速,車輛的加速性能和操控感得到顯著提升,為駕駛者帶來更強勁的動力體驗。開發中的第二代 eBooster ® 有望實現持續性工作,從而為小型發動機提供更好的低速扭矩且不會產生可察覺的渦輪遲滯現象。

 

    發動機的低速化和小型化是汽車提升燃油經濟性、降低排放的重要技術路線。eBooster ® 使得汽車在加速、爬坡時,不需降檔,直接在高擋位低轉速的時候提供較大扭矩,從而實現了發動機的低轉速化。而在小型化方面,以博格華納 eBooster ® 量產的首個項目戴姆勒 S Class 為例,eBooster ® 使其配備的發動機在功率不變的情況下由原來的 4.8L,V8 發動機變為 3.0L,I6 發動機。

 

    值得注意的是,博格華納 eBooster ® 不僅可與渦輪增壓器配合使用形成二次增壓,也能夠獨立應用于內燃機以及向燃料電池提供空氣供給。博格華納 eBooster ® 210ms 的瞬時響應性,有效支持了中國城市路況中的頻繁起停,進一步提升新能源發動機節能、清潔排放的效果。博格華納目前 48v eBooster ® 產品與 P0 的輕混框架,相得益彰,更進一步降低油耗;同時博格華納即將推出高壓電子增壓器,以滿足未來 P2&P3 混動的更高要求。

 

      與汽車行業整體趨勢相合,目前渦輪增壓器正朝著電氣化方向發展。博格華納的渦輪增壓技術正由 eBooster ® 向 eTurbo ® 邁進。eTurbo ® 是博格華納正研發的一款由電能輔助的集成電機式渦輪增壓器。這一產品最大的挑戰是實現軸承概念和集成電機,并將很重的集成電機在渦輪增壓器高轉速下同時實現高速運轉。目前博格華納已經生產了一個實驗樣機,并且很多歐美 OEM 都已經拿到了樣機開展實驗。

 

    顯然,關于渦輪增壓,博格華納所能玩出的 " 花樣 " 并不局限于以上方面,但這足以證明,在汽車節能減排與電氣化的過程中,渦輪增壓技術還大有可為。也正是基于這一點,博格華納對于其渦輪增壓業務的發展有較高的預期," 在渦輪增壓領域,博格華納目前的市場份額幾乎已經是半壁江山,未來預計會擴大市場覆蓋率。" 倪廣山如此表示。
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