一劳永逸解决迟滞 电子涡轮增压器能普及吗?

中国汽车消费网 2017-12-01 责任编辑:孙永乐 向编辑提问

  虽然现在小排量的涡轮增压发动机车型越来越多,包括日系车企在内,基本所有品牌都开始开发这种相比自吸更能压榨性能、节省油耗的发动机。但站在消费者的角度,现役的涡轮增压发动机一直没能给迟滞的问题一个有效的解决方案,这也是自吸发动机至今仍能一席之地的重要原因。

  从早期F1上的高转速涡轮增压器,到现在的低惯量小排量涡轮增压器,发动机通过废气涡轮提高进气效率这种方式已经得到全面普及,涡轮迟滞现象虽然在电控排气泄压阀、多涡管增压、集成式排气等等新技术的加持下已经得到有效缓解,但受限于空气的可压缩性质,迟滞现象始终没有一种一劳永逸的解决方案。

  保时捷采用的是可变截面涡轮增压技术,通过改变废气涡轮端口的进气截面大小,实现涡轮叶扇在发动机低转速下的快速响应与高效增压,让增压器可以在“小涡轮”、“大涡轮”之间自由切换,但只要是废气涡轮就一定会有迟滞,轻质的小涡轮只能缓解这种现象,却不能根治;凯迪拉克、路虎捷豹则直接使用机械增压器,虽然没有迟滞,但增压器吸收了发动机的一部分功率,限制了发动机的潜力,同时油耗也偏高;沃尔沃采用的是涡轮+机械增压技术,低转速下直接用机械增压器,弥补废气涡轮低转速的迟滞现象,但机械增压的弊病同样没有解决,低转速的爆发力始终不如废气涡轮。

  电子涡轮增压的恐怖之处

  在欧洲上市的新一代SQ7柴油版上,奥迪对解决涡轮迟滞现象向我们展示了一种全新思路。全新SQ7搭载一台4.0L V8双涡轮增压柴油发动机,其最大功率435马力,峰值扭矩900牛˙米,0-100公里/加速时间4.8秒,极速250公里/小时。从账面数据来看,435马力的最大功率对一台双涡轮增压引擎来说不算惊人,但900牛˙米的峰值扭矩对一台4.0L排量的引擎来说各种意义上都是非常恐怖的数据,能让一台天性爆发力不如汽油发动机的柴油发动机达到4.8秒的百公里加速成绩,光凭双涡轮增压器还远远不够,其最核心的技术在于第三个增压器——电子涡轮增压器。

  在低转速情况下,由于涡轮由废气驱动,而废气是可压缩的,不达到一定的流速无法形成高强度的正压,也就没法驱动涡轮叶扇快速旋转。这个过程需要等待,也就是我们说的涡轮迟滞。电子涡轮增压器相比废气涡轮最大的特点就是用一台能够快速响应,且转速极限很高的高功率电动机取代增压器的废气涡轮叶扇,从而直接驱动进气端的增压叶扇。说白了就是,增压器转速多少,要提供多大的增压效果,已经不由废气流速决定,而是直接由驱动电机决定。

  由于电机能够直接驱动涡轮实现增压,只要踩下油门,电机立刻拉高转速,发动机从怠速开始就可以实现3000转以上的高强度增压效果,在QS7上的这台4.0T发动机,其在1000转时就能带来900牛米的超大扭矩输出,其根本原因就是进气压力的大小已经完全不受发动机转速的限制,这也就能解释为什么重达2.3t的SQ7能够做到4.8秒破百了。

  电子涡轮增压存在的几个问题

  电子涡轮增压技术的核心在于两个方面,其一是这台高功率、高转速、高响应速度的驱动电机,其二是这台电机的调速系统。

  传统的废气涡轮增压器,其在发动机三四千转速左右时就能达到10万转速以上,这样的数据显然不是普通的电机能够达到的,即使达到这样的转速,其承受负载的能力也会变得很差。所以就需要一台在高转速下依旧能提供稳定扭矩输出的高功率电机。同时电机还得承受高温、高强度的工作环境,这对废气涡轮这种简单的结构来说没什么大不了(不泄压依旧会爆),但对内部全是绕组线圈的电机来说就非常让人头疼。

  另外,电子涡轮增压器并不与发动机动力挂钩,其功率受汽车配电系统影响非常大,现在主流汽车的车载配电电压也就十几伏特,想要电机达到大功率输出,在电压偏低的情况下,其高负载时的电流必然很大,这在电气学上是最低效的处理方案,大电流会将电机的热效应放大,导致大量能量都浪费在发热与散热上。现在各大车企都在竭力开发与推广48V电气系统,目的就是为高功率电机提供一个合理且稳定的工作电压。大胆猜测,未来的48V轻混系统,其电机不仅能够协助发动机直接参与驱动,同时也为电子涡轮增压器的推广铺平了道路。

  至于调速系统,电子涡轮增压器与电控泄压阀一样,是由行车电脑控制的,并不直接受发动机转速、排气压力的影响,电脑能否做到结合车速、转速以及车主的意图,准确快速调整增压/泄压的过程,非常考验工程师的调校功底。就像现在的各种自动变速箱一样,同样是6速自动挡,不同的结构、不同的调校,给人的驾驶感受却有着云泥之别,电控涡轮增压也是一样。


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全部评论(2)

  • 315车友11天前

    什么 永磁、交流和 最新锐的 SR电动机 都有;逆变器 SiC/GaN 等都有。

  • 315车友11天前

    造耐操耐折腾的车用电动机,要向 东边邻居 的 各大 重电和电子 公司学习才行,它们才是这方面的行家里手!