中國車的心臟病有救了!解析博格華納的發動機技術

[愛卡汽車 科技頻道原創]

在大多數消費者的印象中,中國品牌車企長期患有“心臟病”,發動機技術與世界先進水平有較大的差距。但是在過去一年裏,多家中國車企接連發布性能驚人的新款發動機,比如長城的4N20系列發動機、長安的藍鯨NE系列發動機、東風風神的C15TDR系列發動機、廣汽的新款TGDI和ATK發動機等等。它們要麼熱效率創下新高,要麼升功率/升扭矩超越合資產品。從飽受詬病到參數領跑全球,除了廠商自己的努力和進步之外,也離不開博世、博格華納等供應商的幫助。

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以長城最新的4N20系列發動機為例,這款2.0T發動機的最高熱效率達到了38.3%,最大功率達到了180kW(245馬力),最大扭矩則是385Nm,這些參數已經超越了高爾夫GTI上的那台2.0T發動機。中國品牌廠商的新款發動機沒有歷史負擔,可以採用最優的結構,用上供應商的最新技術。

中國車的心臟病有救了!解析博格華納的發動機技術

博格華納是治好中國品牌“心臟病”的幕後功臣之一,它不像博世、大陸那樣產品線大而全,而是走了一條少而精的路線,專注於動力總成技術。在2019年,博格華納僅靠動力總成產品就實現了超過100億美元的營收。在2020北京車展上,博格華納全面展示了其動力總成產品,覆蓋了傳統內燃機、混合動力、純電動三大領域。

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在博格華納展台的眾多展品當中,最吸引我的當屬VTG可變截面渦輪增壓器。其實可變截面渦輪增壓器很早就應用在了柴油發動機上,但是汽油發動機排氣温度太高,無福享受這項技術。直到2008年博格華納和保時捷終於合作解決了這個難題。憑藉可變截面渦輪增壓器,保時捷911 Turbo以3.6L/3.8L的“小排量”獲得了超跑級別的動力。

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在隨後的十年裏,VTG可變截面渦輪增壓器幾乎是保時捷獨佔的技術。最近兩年,博格華納終於推出了面向大眾市場的汽油機VTG可變截面渦輪增壓器,它能帶來出色的油門響應和平穩的動力輸出,提高燃油效率降低排放。長城已經表示檸檬平台將支持VTG可變截面渦輪增壓器,相信用不了多久將會有越來越多的中國發動機採用這項技術。

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我們都知道,渦輪增壓器能夠提升發動機的動力水平,但是隨之而來的還有渦輪遲滯和動力不夠線性的問題。渦輪是由發動機排出的廢氣驅動的,我們無法主動調節其轉速。於是,家用車使用小尺寸渦輪,以減少渦輪遲滯;運動型車使用大尺寸渦輪,追求更高的增壓值。VTG可變截面渦輪增壓器的出現有效解決了這些問題。

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在博格華納的VTG可變截面渦輪增壓器中,排氣側渦輪的外側有一組S型葉片,它採用了新型材料,可以承受高達950℃的排氣温度,未來還可以支持排氣温度1050℃的高功率密度米勒循環發動機。S型葉片的角度是可以調整的,電機控制調節環轉動,從而帶動S型葉片轉動。

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我們無法控制發動機廢氣的總量,但是可以控制廢氣的流速,從而達到控制渦輪轉速的目的。在發動機轉速較低時(圖右),廢氣的量相對較少,S型葉片閉合只留下較小的間隙,廢氣進入渦輪的入口變小,於是廢氣的流速加快,驅動渦輪加速,儘快建立壓力。在轉速提升後(圖左),S型葉片打開,避免渦輪超速或者產生排氣回壓。

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VTG可變截面渦輪增壓器的思路非常巧妙,但在電氣化的時代,解決渦輪遲滯問題其實還有更加簡單的途徑:電子渦輪增壓器。在2020北京車展上,博格華納展出了eTurbo電子渦輪增壓器,這款產品將在2022年開始量產。

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博格華納的eTurbo電子渦輪增壓器將電機和渦輪增壓器組合為一體,電機直接耦合在渦輪軸上,既可以作為電動機驅動渦輪轉動,也可以作為發電機被渦輪驅動。

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目前F1賽車上搭載的MGU-H裝置實際上就是一種電子渦輪增壓器,充分説明了這種技術的優勢。在發動機轉速較低時,電機驅動渦輪快速轉動(電機的響應速度極快),不用依賴廢氣來建立壓力,減小了渦輪遲滯。在發動機高轉速時,電機不再驅動渦輪(渦輪轉速遠高於電機轉速),可以變身發電機來回收過剩的能量(相當於泄壓閥)。

編輯點評:博格華納在動力總成方面的積累非常深厚,此次還展出了iDM集成式電驅動模塊、48V微混技術、高壓P2插電混動技術等幾乎所有主流的動力總成技術。相信這些技術都會很快出現在中國品牌的量產車型上。

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