電動(dòng)渦輪增壓將是重要的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　近幾年，小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)大行其道。有了渦輪增壓的加持，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以更低的排量獲得更強(qiáng)勁的動(dòng)力，并且在節(jié)能減排方面表現(xiàn)更好。不過(guò)，傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)從誕生以來(lái)發(fā)展了幾十年，即使有很多廠商發(fā)展傳統(tǒng)汽車渦輪技術(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，汽車廠商想出來(lái)機(jī)械渦輪增壓和電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)。但是機(jī)械增壓最大的問(wèn)題就是它使用發(fā)動(dòng)機(jī)自身的動(dòng)力來(lái)帶動(dòng)工作，所以當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率往往較低。隨著各國(guó)排放法規(guī)日益嚴(yán)格，各個(gè)車企對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性要求也越來(lái)越高，而燃油效率比較低下的機(jī)械增壓將逐漸被淘汰，電動(dòng)渦輪增壓或?qū)⒊蔀槲磥?lái)汽車技術(shù)主流。

　　在2019年上海車展蓋瑞特展臺(tái)的會(huì)議室中，僅對(duì)部分受約客戶開(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(zhí)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了封裝難度和空間布置難度，它有助于發(fā)動(dòng)機(jī)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輛滿足更嚴(yán)格循環(huán)工況測(cè)試下的油耗和排放要求，理論上可以使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)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(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)排氣端渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)氣端葉片也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，從而壓縮新鮮空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。而電動(dòng)渦輪，顧名思義，是靠電力來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)的，這點(diǎn)和普通渦輪有明顯區(qū)別。

　　對(duì)于普通廢氣渦輪來(lái)說(shuō)，渦輪遲滯現(xiàn)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(jī)能耗的前提下，很好地解決了渦輪遲滯現(xiàn)象。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣流量還帶不動(dòng)渦輪增壓器的葉輪時(shí)，由電機(jī)先驅(qū)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(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣足以驅(qū)動(dòng)廢氣渦輪，此時(shí)廢氣渦輪就可單獨(dú)工作，電動(dòng)渦輪可停止轉(zhuǎn)動(dòng)，以節(jié)約電能。渦輪遲滯現(xiàn)象的消除給駕駛者帶來(lái)了更強(qiáng)勁的動(dòng)力體驗(yàn)，可以在更短的時(shí)間內(nèi)，使扭矩達(dá)到最大值。

　　■電動(dòng)渦輪需要48V電氣系統(tǒng)

　　因?yàn)殡妱?dòng)渦輪的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于電機(jī)，若是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)達(dá)不到一定的轉(zhuǎn)速，增壓效果也會(huì)大打折扣，因此電動(dòng)渦輪的出現(xiàn)對(duì)電機(jī)技術(shù)提出了更高要求。要想電機(jī)達(dá)到更高轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)12V電壓肯定不夠，一套電壓更高的車用電源系統(tǒng)必不可少，因此這就牽涉到了另一項(xiàng)技術(shù)：48V電氣系統(tǒng)。

　　以奔馳全新S500車型為例，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(jī)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(xù)工作功率2kW至3kW，最高轉(zhuǎn)速高達(dá)72000rpm，并且在230毫秒內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)90％的最大轉(zhuǎn)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(xiàn)象，提供穩(wěn)定的增壓效果，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出更加平順舒適，更符合S級(jí)的產(chǎn)品形象。與之前的8缸發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其6缸發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力參數(shù)上絲毫不遜色，并且在油耗和排放方面還有更好的表現(xiàn)。

　　■國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距大

　　上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院副教授石磊向《中國(guó)汽車報(bào)》記者介紹，電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，能減少渦輪遲滯、增加車輛低速扭矩、提升燃油經(jīng)濟(jì)性。該技術(shù)有三個(gè)應(yīng)用方向：一是應(yīng)用在傳統(tǒng)燃油車上，單純?cè)趶U棄渦輪的基礎(chǔ)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(jī)，回收廢氣渦輪多余的能量來(lái)發(fā)電；三是集成應(yīng)用在48V混動(dòng)和氫燃料電池車型上。

　　對(duì)于記者提出的“為什么氫燃料電池汽車上要應(yīng)用電動(dòng)渦輪”的疑問(wèn)，石磊解釋，在氫燃料電池汽車上加裝電動(dòng)渦輪，可以增加進(jìn)氣量，加快氫燃料電池化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)外幾大零部件企業(yè)手上，并已經(jīng)搭載在市售車型上，如奔馳、奧迪部分高性能車型，系統(tǒng)復(fù)雜和成本高昂是該技術(shù)還未大面積使用的重要原因。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)雖然也在做相關(guān)的研究，但技術(shù)水平和國(guó)外相比差距較大，同時(shí)也無(wú)法造出高速高效的電機(jī)和滿足要求的軸承。對(duì)于國(guó)內(nèi)車企如何面對(duì)電動(dòng)增壓這一技術(shù)趨勢(shì)，石磊直言不諱地表示，“可以直接向國(guó)外供應(yīng)商購(gòu)買。”

　　■混動(dòng)技術(shù)加速布局

　　隨著對(duì)燃油效率提升的研發(fā)深入，業(yè)內(nèi)分析機(jī)構(gòu)普遍認(rèn)為電動(dòng)化的混合動(dòng)力系統(tǒng)代表了最大的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。行業(yè)分析機(jī)構(gòu)IHS預(yù)測(cè)，到2025年，全球輕型汽車產(chǎn)量預(yù)計(jì)將接近每年1.1億輛。其中混合動(dòng)力汽車將達(dá)到3300萬(wàn)輛，或在全球新車占比達(dá)到30％。為了提升小型化發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力表現(xiàn)，76％的混合動(dòng)力汽車將使用渦輪增壓技術(shù)。

　　芮博廉認(rèn)為，電氣化是2019上海車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)和氫燃料電池汽車上的應(yīng)用比例將超過(guò)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)市場(chǎng)。隨著混動(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?qū)崿F(xiàn)更好的燃效和燃油經(jīng)濟(jì)性，在排放方面也有可以起到一定改善作用，并且對(duì)于駕駛者而言，它還可以實(shí)現(xiàn)更為順滑的動(dòng)力輸出表現(xiàn)。雖然目前搭載電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)的車型主要還是高性能車以及一些旗艦豪華車。這主要是因?yàn)殡娮訙u輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高，但是隨著時(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型上進(jìn)行裝備。

　　“在排放法規(guī)日趨嚴(yán)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(duì)電動(dòng)渦輪增壓技術(shù)的支持。（記者 張玉）

　　轉(zhuǎn)自：中國(guó)汽車報(bào)
 

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