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渦輪增壓技術(shù)愈發(fā)盛行相關(guān)供應(yīng)商又玩出了哪些新花樣？

2018-10-18 17:18:50

面對(duì)國內(nèi)不斷加嚴(yán)的油耗法規(guī)以及正在實(shí)施的 " 雙積分 " 政策，汽車節(jié)能減排可謂 " 時(shí)間緊、任務(wù)重 "。在這一情況之下，車企不得不做兩手準(zhǔn)備，既要加大新能源汽車的相關(guān)布局，還要大力推動(dòng)燃油車以及混動(dòng)汽車的節(jié)能增效，以應(yīng)對(duì)全面進(jìn)入新能源時(shí)代前的過渡階段。而在這一過程之中，渦輪增壓技術(shù)得到了更多的關(guān)注以及愈加廣泛的應(yīng)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(shí)透露，如今渦輪增壓市場(chǎng)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。據(jù)了解，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時(shí)候相比可以增加 40% 甚至更高。與此同時(shí)，它還擁有更好的油耗表現(xiàn)，能夠減少 10%-20% 的尾氣排放。動(dòng)力更強(qiáng)、油耗及排放更低無疑是渦輪增壓技術(shù)被廣泛使用的重要原因，但是這一技術(shù)顯然有改善優(yōu)化的空間。近些年，相關(guān)供應(yīng)商通過一連串的技術(shù)革新推進(jìn)渦輪增壓技術(shù)的升級(jí)，以使其發(fā)揮更大的作用，作為內(nèi)燃機(jī)、混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車清潔高效驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解決方案全球供應(yīng)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(wù)開始，博格華納進(jìn)入到這一領(lǐng)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(jī) VTG 渦輪增壓器、兩級(jí)渦輪增壓器、三級(jí)渦輪增壓器，以及最新的電子增壓方案，博格華納在這一領(lǐng)域不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，" 這些新技術(shù)歸根結(jié)底都是在幫助渦輪增壓發(fā)揮更大的效率，并應(yīng)用于更多種類的車型之中。"

博格華納首創(chuàng)的汽油機(jī)可變截面渦輪增壓器（VTG）通過改變廢氣渦輪的進(jìn)氣截面，能大大提升渦輪增壓器的響應(yīng)和增壓效率。長期以來，受限于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的超高溫度，VTG 技術(shù)只能用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上。而在 2002 年通過與保時(shí)捷的合作，博格華納對(duì)原用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的 VTG 渦輪增壓器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其能夠應(yīng)對(duì)高達(dá) 1000 ° C 的廢氣溫度，從而適用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。另據(jù)了解，在配備此款汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的保時(shí)捷車型量產(chǎn)后的十年間，博格華納對(duì)汽油機(jī) VTG 渦輪增壓技術(shù)進(jìn)行了持續(xù)的革新，推出面向各類汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的 VTG 渦輪增壓器。

汽油機(jī) VTG 產(chǎn)品圖

具體來看，博格華納對(duì)其 VTG 渦輪增壓器的材料和設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，使其更堅(jiān)固，從而能夠承受汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高熱負(fù)荷，保證在最惡劣的條件下也能可靠運(yùn)行。另外，最新的 VTG 技術(shù)配備了一個(gè)強(qiáng)大的電動(dòng)執(zhí)行器，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用工況需求，快速、精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片，實(shí)現(xiàn)接近瞬時(shí)加速的效果和最優(yōu)化的功率輸出。通過改變渦輪機(jī)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(zhuǎn)速，增加泵氣能力，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)響應(yīng)速度。此外，博格華納的專利 S 形導(dǎo)流葉片充分進(jìn)行了空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化，進(jìn)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(qiáng)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力性。先進(jìn)的汽油 VTG 技術(shù)能帶來出色的油門響應(yīng)和平穩(wěn)的動(dòng)力輸送，同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī) VTG 渦輪增壓器與米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)可組成最佳 " 黃金組合 "，有利于未來搭配電動(dòng)機(jī)組成混合動(dòng)力系統(tǒng)，為混合動(dòng)力汽車大規(guī)模市場(chǎng)化做準(zhǔn)備。據(jù)了解，通過 VTG 渦輪增壓器結(jié)合米勒循環(huán)工作模式，可同時(shí)兼顧低速和高功率兩端的性能要求，通過小開角的導(dǎo)向葉片實(shí)現(xiàn)低速強(qiáng)勁的做功能力，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)高功率高轉(zhuǎn)速工況下?lián)碛休^低的排氣背壓，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下的整體效率。另外在較低發(fā)動(dòng)機(jī)排放溫度下運(yùn)行的米勒循環(huán)使得汽油 VTG 采用更為經(jīng)濟(jì)的核心調(diào)節(jié)系統(tǒng)材料變得更加可能，也進(jìn)一步讓汽油 VTG 技術(shù)從原來高端汽車應(yīng)用變成更具有普適性的技術(shù)。

在汽油機(jī) 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(bǔ)充，大幅提升燃油經(jīng)濟(jì)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(jī)驅(qū)動(dòng)，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(jìn)行工作，空氣進(jìn)入渦輪增壓器壓縮后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)汽車處于加速、爬坡或其他瞬態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓工況時(shí)，閥門打開，空氣經(jīng)由渦輪增壓器壓縮，進(jìn)入 eBooster ®，最后再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)達(dá)到穩(wěn)定的需求狀況時(shí)，eBooster ® 就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，全部空氣受到渦輪增壓器增壓后即進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。

當(dāng)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(shù)配備了無刷直流電機(jī)和釤鈷磁體，具有出色的效率，其電機(jī)還采用了球軸承技術(shù)，不需任何的油路供給，可以自我進(jìn)行潤滑。除靈活安裝外，該技術(shù)還可減少尾氣中的熱質(zhì)量，從而加快后處理系統(tǒng)的加熱速度。

eBooster ® 原理結(jié)構(gòu)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(dòng)機(jī)，其功率為 5kW 到 6kW，最大轉(zhuǎn)速在 70,000 轉(zhuǎn)，達(dá)到 90% 的最大扭矩需 270 毫秒。在很短的時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到 6.2kW，在持續(xù)工作中，可達(dá)到 2-3kW。應(yīng)用 eBooster ® 的 48V 系統(tǒng)可使燃油效率提升多達(dá) 35%。此外，博格華納也提供適用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的 12V eBooster ®，其功率為 1.7kW，在很短的時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到 2.4kW，持續(xù)工作時(shí)，功率會(huì)保持在 1.0kW。而根據(jù)市場(chǎng)的需求，博格華納將更多地推廣及應(yīng)用 48V 的 eBooster ®。

此外，如人們所知，傳統(tǒng)渦輪增壓動(dòng)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(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)按需提供增壓，在排氣流量還帶不動(dòng)渦輪增壓器的葉輪時(shí)，由電機(jī)先驅(qū)動(dòng) 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(dòng)渦輪增壓器介入工作。因 eBooster ® 由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，230 毫秒就可以達(dá)到電子渦輪增壓器的最大轉(zhuǎn)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(qiáng)勁的動(dòng)力體驗(yàn)。開發(fā)中的第二代 eBooster ® 有望實(shí)現(xiàn)持續(xù)性工作，從而為小型發(fā)動(dòng)機(jī)提供更好的低速扭矩且不會(huì)產(chǎn)生可察覺的渦輪遲滯現(xiàn)象。

發(fā)動(dòng)機(jī)的低速化和小型化是汽車提升燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放的重要技術(shù)路線。eBooster ® 使得汽車在加速、爬坡時(shí)，不需降檔，直接在高擋位低轉(zhuǎn)速的時(shí)候提供較大扭矩，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速化。而在小型化方面，以博格華納 eBooster ® 量產(chǎn)的首個(gè)項(xiàng)目戴姆勒 S Class 為例，eBooster ® 使其配備的發(fā)動(dòng)機(jī)在功率不變的情況下由原來的 4.8L，V8 發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)?3.0L，I6 發(fā)動(dòng)機(jī)。

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(dú)立應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)以及向燃料電池提供空氣供給。博格華納 eBooster ® 210ms 的瞬時(shí)響應(yīng)性，有效支持了中國城市路況中的頻繁起停，進(jìn)一步提升新能源發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)一步降低油耗；同時(shí)博格華納即將推出高壓電子增壓器，以滿足未來 P2&P3 混動(dòng)的更高要求。

與汽車行業(yè)整體趨勢(shì)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(shù)正由 eBooster ® 向 eTurbo ® 邁進(jìn)。eTurbo ® 是博格華納正研發(fā)的一款由電能輔助的集成電機(jī)式渦輪增壓器。這一產(chǎn)品最大的挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)軸承概念和集成電機(jī)，并將很重的集成電機(jī)在渦輪增壓器高轉(zhuǎn)速下同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。目前博格華納已經(jīng)生產(chǎn)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并且很多歐美 OEM 都已經(jīng)拿到了樣機(jī)開展實(shí)驗(yàn)。

顯然，關(guān)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(shù)還大有可為。也正是基于這一點(diǎn)，博格華納對(duì)于其渦輪增壓業(yè)務(wù)的發(fā)展有較高的預(yù)期，" 在渦輪增壓領(lǐng)域，博格華納目前的市場(chǎng)份額幾乎已經(jīng)是半壁江山，未來預(yù)計(jì)會(huì)擴(kuò)大市場(chǎng)覆蓋率。" 倪廣山如此表示。

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