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媒體觀察｜瞄準電氣化與新能源，渦輪增壓器技術(shù)發(fā)展選定新方向

2021-07-30 15:24:28

蓋瑞特將于今年與某歐洲豪華汽車品牌共同推出業(yè)內(nèi)首款量產(chǎn)48V電動渦輪增壓器。隨著排放標準越來越嚴格，動力強勁且油耗較低的渦輪增壓發(fā)動機受到汽車企業(yè)的青睞。近幾年來，渦輪增壓發(fā)動機車型占比迅速提升。同時，隨著新能源汽車發(fā)展越來越快，渦輪增壓器迎來了新的發(fā)展機遇。
根據(jù)咨詢機構(gòu)IHS的預(yù)測，到2030年，全球范圍內(nèi)依然有超過80％的車輛使用內(nèi)燃機和混合動力系統(tǒng)，增壓器的配裝比例將比2019年再提升10個百分點，超過60％。
同時，為應(yīng)對第五階段乘用車油耗標準（百公里4.6L），整車企業(yè)開發(fā)將以熱效率40％以上的混動專用發(fā)動機作為主要技術(shù)路線。2020年10月發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)線路圖2.0》提出，到2035年，混合動力汽車將占汽車總銷量的50％。作為未來節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)之一，混合動力技術(shù)迅速成為整車企業(yè)先進動力技術(shù)研發(fā)的熱點和重點。
另外，對于行業(yè)越來越追求40％以上甚至更高的熱效率來說，可變截面配合米勒循環(huán)技術(shù)將是提高熱效率最直接的方式。近期，越來越多的國際和國內(nèi)知名企業(yè)都會推出采用可變截面技術(shù)的渦輪增壓器。

△蓋瑞特可變截面（VNT）

近兩年來，渦輪增壓器企業(yè)除了對傳統(tǒng)渦輪增壓器進行升級改造之外，還將渦輪增壓器核心技術(shù)應(yīng)用在燃料電池汽車的空壓機上。

△蓋瑞特氫燃料電池電動空壓機

電動空壓機是氫燃料電池汽車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)，如同燃料電池堆的“肺”。先進的電動空壓機技術(shù)可以更好地幫助燃料電池堆調(diào)節(jié)空氣壓力和流量，顯著提升燃料電池堆的功率密度和效率，并有效幫助動力系統(tǒng)節(jié)約能耗。但是，當前常規(guī)的燃料電池汽車空壓機使用的空氣軸承有緊湊的公差帶，大批量生產(chǎn)有挑戰(zhàn)性，且成本也相對昂貴。
蓋瑞特的燃料電池汽車空壓機已配裝本田Clarity轎車并量產(chǎn)。蓋瑞特研發(fā)的新一代電動空壓機在多方面有所提升：一是體積減小30％，更容易布置；二是成本有所下降，新一代電動空壓機的轉(zhuǎn)速從10萬轉(zhuǎn)提升至15萬轉(zhuǎn)，所需要的貴金屬原材料有所減少；三是電機轉(zhuǎn)速提升以后，消耗功率會下降，第一代的電機是20kW，消耗功率下降了25％。
電機消耗的功率降低，意味著初始成本降低。蓋瑞特中國區(qū)乘用車業(yè)務(wù)總經(jīng)理王成龍表示，“當前1kW電堆成本約為5000元至8000元，降低5kW就意味著節(jié)約幾萬元初始成本。同時，新一代的產(chǎn)品還可以選擇有能量回收功能的膨脹端設(shè)計，可利用電化學反應(yīng)產(chǎn)生的高溫廢氣轉(zhuǎn)化成電能，實現(xiàn)能量回收，再降低三成能耗，進一步節(jié)約使用成本。”
“空壓機與渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)很類似，而空壓機是燃料電池汽車的必備品，未來市場空間很大，這也是企業(yè)紛紛研發(fā)空壓機產(chǎn)品的原因。”天津大學教授、內(nèi)燃機燃燒學國家重點實驗室原副主任姚春德說。
在本次上海車展中亮相的蓋瑞特全球首款電動渦輪增壓器對發(fā)動機的性能和節(jié)油效果有明顯提升，可以幫助混動系統(tǒng)節(jié)油1％至3％；發(fā)動機性能提升也很明顯，在首款量產(chǎn)車上可以用2.0T發(fā)動機替代以前的V8發(fā)動機。王成龍說：“車輛在高速巡航時，可以將多余的廢氣能量轉(zhuǎn)換成電能回收，補償電池或電驅(qū)系統(tǒng)。該技術(shù)還具備能量回收功能，從而進一步降低油耗。”

△蓋瑞特電動渦輪增壓器

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