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涡轮增压技术愈发盛行 相关供应商又玩出了哪些新花样?

日期:2018年10月12日 标签:[行业新闻] 来源:盖世汽车 访问统计:1271
      面对国内不断加严的油耗法规以及正在实施的 " 双积分 " 政策,汽车节能减排可谓 " 时间紧、任务重 "。在 这一情况之下,车 企 不得不做两手准备,既要加大新能源汽车 的 相关布局,还要大力推动燃油车以及混动汽车的节能增效,以应对全面进入新能源时代前的过渡阶段。而在这一过程之中,涡轮增压技术得到了更多的关注以及 愈加广泛的应用。近日,博格华纳涡轮 增压系统中国区及泰国副总 裁兼总经理倪广山在接受盖世汽车记者采访时透露,如今涡轮增 压市场的年增长率已基本处于 10%-15% 之间。

 

      涡轮增压的主要作用 是提高发动机进气量,从而提高发动机的功率和扭矩。据了解,一台发动机装上涡轮增压器后,其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加 40% 甚至更高。与此同时,它还拥有更好的油耗表现,能够减少 10%-20% 的尾气排放。动力更强、油耗及排放更低无疑是涡轮增压技术被 广泛使用的重要原因,但是这一技 术显然有改善优化的 空间。近些年,相关供应商通过一连 串的技术革新推进涡轮增压技术的升级,以使其发挥更 大的作用,作为内燃机、混合动力和电动汽车 清洁高 效驱动系统解决方案全球供应商,博格华纳就玩出了不少 " 花样 "。

 

    据倪广山透露,自 1999 年收购德国 3K 和美国 Schwitzer 涡轮增压器业务开始,博格华纳进入到这一领域,之后从 普通旁通阀式涡轮增压器到 双流道涡轮增压器,再到汽油机 VTG 涡轮增压器、两级涡轮增压器、三级涡轮增压器,以及最新的电子增 压方案,博格华纳在这一领域 不断进 行技术创新," 这些新技术归根结底都是在帮助涡轮增压发挥更大的效率,并应用于更多种类的车型 之中。"

 

    博格华纳首创的汽油机可变 截 面 涡轮增压器(VTG)通过改变废气涡轮的进气截面,能大 大提升涡轮增压器的响应和增压效率。长期以来,受 限于汽油 发动机排气的超高温度,VTG 技术只能用在柴油发动机 上。而在 2002 年通过与保时捷的 合作,博格华纳对原用于柴油发动机的 VTG 涡轮增压器进行重新设计,使其能够应对高达 1000 ° C 的废气温度,从而适用于汽油发动机。另据了解,在 配备此款汽油发动机的保时捷车型 量产后的十年 间,博格华纳对汽油机 VTG 涡轮增压 技术进行 了持续的革新,推出面向各类汽油发动机的 VTG 涡轮增压器。

 
 


 

 

 

汽油机 VTG 产品图

 

    具体来看,博格华纳对其 VTG 涡轮增压器 的材料和设计 进行了优化,使其更坚固,从而能够承受汽油发 动机的高热负荷,保证在最恶劣的条件下也能可靠运行。另外,最新的 VTG 技术配备了一个强大的电动执行器,可根据实际应用工况需求,快速、精准地调节导向叶片,实现接近 瞬时加速的效果和 最优化的功率输出。通过改变涡 轮机叶 轮入口处的流入角度和速度,VTG 的涡轮可以迅速提升叶轮转速,增加泵气能力,进而提高发动机的瞬时响应速度。此外,博格华纳的专利 S 形 导流叶片充分进行了空气动力学优化,进一步提升了 VTG 增压器涡端效 率和做功能力,从而更深度地增强 整个发动机系统的动力性。先进的汽油 VTG 技术能带来出色 的油门响 应和平稳的动力输送,同时提高发动机的燃油效率,降低排放,适用于更多 类型的汽车。

 

    博格华纳汽油机 VTG 涡轮增压器与米勒循环发动机可 组成最佳 " 黄金组合 ",有利于未来搭配电动机组成混合动力系 统,为混合动力汽车大规模 市场化做准备。据了解,通过 VTG 涡轮增压器 结合米勒循环工作模式,可同时兼顾低速和高功率两端的性能要求,通过小开 角的导向叶片实现低速强 劲的 做 功能力,同时在发动机高功率高 转速工况下拥有较低 的 排气背压,从而提高发动机高转速下的整体效率。另外在较低发动机排放温度下运行的米勒循环使得汽油 VTG 采用更为经济的核心调节系 统材料变得更加可能,也进一步让汽油 VTG 技术从原来高端汽车应 用变成更具有普适性的技术。

 

    在汽油机 VTG 之外,作为博格华纳最新的创 新型电气化解决 方案,eBooster ® 电子增压器能够成为传统涡 轮增压系 统的绝佳补充,大幅提升燃油经济性并降低排放。

 

 


 

 

 

eBooster ® 产品图
 
      据了解,eBooster ® 电子增压器集成了电子器件,由电机驱动,目前其第一代 产品需与涡轮增压器共同工作。以下游布局 eBooster ® 为例,在最初的怠速阶段,仅有涡轮增压器进行工作,空气进入涡轮增压器压缩后进入发动机。当汽车处于加速、爬坡或其他瞬态发 动机增压工况时,阀门打开,空气经由涡轮增压器压缩,进入 eBooster ®,最后再进入发动机。当发动机表现达到稳定的需求状况时,eBooster ® 就会停止运转,全部空气受到涡轮增压器增压 后即 进入发动机。

 

    当然,eBooster ® 的 布 局方 式并不局限于下游布局,根据客户需求,eBooster ® 也可被放置在涡轮增 压器之前。eBooster ®  技 术配备了无刷直流电机和钐 钴磁体,具有出色的效率,其电机还采用了球轴承 技 术,不需任何的油路供给,可以自我进行润滑。除灵活安装外,该技术还可减少尾气中的热质量,从而加快后处理系统的加热速度。

 

 

 


 

 

 

eBooster ® 原理结构图(下游布局)

 

      另值得注意的是,eBooster ® 可使用 12V 及 48V 两种电源。48V eBooster ® 适用于 3.0 发动机,其功率为 5kW 到 6kW,最大转速在 70,000 转,达到 90% 的最大扭矩需 270 毫秒。在很短的时间内可以达到 6.2kW,在持续工作中,可达到 2-3kW。应用 eBooster ® 的 48V 系统可使燃油效率提升多达 35%。此外,博格华纳 也提供适用于小型发动机的 12V eBooster ®,其功率为 1.7kW,在很短的时间内可以达到 2.4kW,持续工作时,功率会保持在 1.0kW。而根据市场的需求,博格 华纳将更多地 推广及应用 48V 的 eBooster ®。

 

    此外,如人们所知,传统涡轮增压动 力系统带给驾驶者最大的困扰是 涡轮迟滞,而 eBooster ® 可在发动机低转速时按需提供增 压,在排气流 量还带不动涡 轮增压器的叶轮时,由电机先驱动 eBooster ® 介入工作,很好地解决涡轮 迟滞现象;待排气流量变大后,通过废气带动涡轮增压器介入工作。因 eBooster ® 由电机驱动,230 毫秒就可以达到电子涡轮增压器的最大转速,车辆的加速性能和操控感得到显著提升,为驾驶者带来更 强劲的动力体验。 开发中的第二代 eBooster ® 有望实现 持续性工作,从而为小 型发动机提供更好的低速扭矩且不会产生可察觉的涡轮迟滞现象。

 

    发动机的低速化和小  型化是汽车提升燃油经济 性、降低排放的重要技术路线。eBooster ® 使得汽车在加 速、爬坡时,不需降档,直接在高挡位 低转速的时候提供较大扭矩,从而 实现了发动机的低转速化。 而在小型化方面,以博格华纳 eBooster ® 量产的首个项目戴姆勒 S Class 为例,eBooster ® 使其配备的 发动机在功率不变的情况下 由原来 的 4.8L,V8 发动机变为 3.0L,I6 发动机。

 

    值得注意的是,博格华纳 eBooster ® 不仅可与涡轮增压器配合使用 形成二次增压,也能够独立应用于内燃 机以及向燃料电 池提供空 气供给。博格华纳 eBooster ® 210ms 的瞬时响应性,有效支持了中国 城市路 况中 的频繁起停,进一 步提 升新能源发动机节能、清洁排放的效果。博格华纳目前 48v eBooster ® 产品与 P0 的轻混框架,相得益彰,更进一步降低油耗;同时博格华纳即将 推出高压 电子增压器,以满足未来 P2&P3 混动的更高要求。

 

      与汽车行业整体趋势相合,目前涡轮增压器正朝着电气化方向发展。博格华纳的涡轮增压技术正由 eBooster ® 向 eTurbo ® 迈进。eTurbo ® 是博格华纳正 研发的一款由电能辅 助的集成电机式涡轮增压器。这一产品最大的挑战 是实现轴承概 念和集成电机,并将很重的集成电机在涡轮增压器高转 速下同时实现高速运转。目前博格华纳已经生产了一个实验样机,并且很多欧美 OEM 都已经拿到了样机开 展实验。

 

    显然,关于涡轮增压,博格 华 纳所能玩出的 " 花样 " 并不局限于以上方面,但这足以证明,在汽车节能减排与电气化的过程中,涡轮增压技术还大有可 为。 也正是基于这一点,博 格华纳对于其涡轮 增压 业务的发展有较高 的预期," 在涡轮增 压领域,博格华纳目 前的市场份额几乎 已经是半 壁江山,未来预计会扩大市场覆盖率。" 倪广山 如此表示。