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渦輪增壓技術愈發(fā)盛行相關供應商又玩出了哪些新花樣？

2018-10-18 17:18:50

面對國內不斷加嚴的油耗法規(guī)以及正在實施的 " 雙積分 " 政策，汽車節(jié)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(jié)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(tǒng)中國區(qū)及泰國副總裁兼總經(jīng)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(fā)動機進氣量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩。據(jù)了解，一臺發(fā)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(xiàn)，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(yōu)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(fā)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(tǒng)解決方案全球供應商，博格華納就玩出了不少 " 花樣 "。

據(jù)倪廣山透露，自 1999 年收購德國 3K 和美國 Schwitzer 渦輪增壓器業(yè)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(chuàng)新，" 這些新技術歸根結底都是在幫助渦輪增壓發(fā)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(chuàng)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(fā)動機排氣的超高溫度，VTG 技術只能用在柴油發(fā)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(fā)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(fā)動機。另據(jù)了解，在配備此款汽油發(fā)動機的保時捷車型量產(chǎn)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(xù)的革新，推出面向各類汽油發(fā)動機的 VTG 渦輪增壓器。

汽油機 VTG 產(chǎn)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(yōu)化，使其更堅固，從而能夠承受汽油發(fā)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(zhí)行器，可根據(jù)實際應用工況需求，快速、精準地調節(jié)導向葉片，實現(xiàn)接近瞬時加速的效果和最優(yōu)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(fā)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(yōu)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(fā)動機系統(tǒng)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(wěn)的動力輸送，同時提高發(fā)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(huán)發(fā)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(tǒng)，為混合動力汽車大規(guī)模市場化做準備。據(jù)了解，通過 VTG 渦輪增壓器結合米勒循環(huán)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(xiàn)低速強勁的做功能力，同時在發(fā)動機高功率高轉速工況下?lián)碛休^低的排氣背壓，從而提高發(fā)動機高轉速下的整體效率。另外在較低發(fā)動機排放溫度下運行的米勒循環(huán)使得汽油 VTG 采用更為經(jīng)濟的核心調節(jié)系統(tǒng)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(chuàng)新型電氣化解決方案，eBooster ® 電子增壓器能夠成為傳統(tǒng)渦輪增壓系統(tǒng)的絕佳補充，大幅提升燃油經(jīng)濟性并降低排放。

eBooster ® 產(chǎn)品圖

據(jù)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(chǎn)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(fā)動機。當汽車處于加速、爬坡或其他瞬態(tài)發(fā)動機增壓工況時，閥門打開，空氣經(jīng)由渦輪增壓器壓縮，進入 eBooster ®，最后再進入發(fā)動機。當發(fā)動機表現(xiàn)達到穩(wěn)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(fā)動機。

當然，eBooster ® 的布局方式并不局限于下游布局，根據(jù)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(tǒng)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(fā)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(xù)工作中，可達到 2-3kW。應用 eBooster ® 的 48V 系統(tǒng)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(fā)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(xù)工作時，功率會保持在 1.0kW。而根據(jù)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(tǒng)渦輪增壓動力系統(tǒng)帶給駕駛者最大的困擾是渦輪遲滯，而 eBooster ® 可在發(fā)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(xiàn)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(fā)中的第二代 eBooster ® 有望實現(xiàn)持續(xù)性工作，從而為小型發(fā)動機提供更好的低速扭矩且不會產(chǎn)生可察覺的渦輪遲滯現(xiàn)象。

發(fā)動機的低速化和小型化是汽車提升燃油經(jīng)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(xiàn)了發(fā)動機的低轉速化。而在小型化方面，以博格華納 eBooster ® 量產(chǎn)的首個項目戴姆勒 S Class 為例，eBooster ® 使其配備的發(fā)動機在功率不變的情況下由原來的 4.8L，V8 發(fā)動機變?yōu)?3.0L，I6 發(fā)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(fā)動機節(jié)能、清潔排放的效果。博格華納目前 48v eBooster ® 產(chǎn)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(yè)整體趨勢相合，目前渦輪增壓器正朝著電氣化方向發(fā)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(fā)的一款由電能輔助的集成電機式渦輪增壓器。這一產(chǎn)品最大的挑戰(zhàn)是實現(xiàn)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(xiàn)高速運轉。目前博格華納已經(jīng)生產(chǎn)了一個實驗樣機，并且很多歐美 OEM 都已經(jīng)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(jié)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(yè)務的發(fā)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(jīng)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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