在汽車市場上,各家廠商都因為排放法規的收緊,陸陸續續走上了增壓的道路,目前的主流廠商採用的增壓技術主要是渦輪增壓以及少量的機械增壓。
為此就會有些比較標新立異,角度新奇的消費者提出了問題,以當前汽車工業技術,渦輪增壓會有辭職,機械增壓排量要求大造價貴,除了這兩種主流的增壓方式之外,還有其他方法能夠驅動渦輪轉動嗎?
實際上是有的!
比如電子渦輪。
在當前的汽車發展趨勢是電氣化、輕量化、智能化、自動化的四化要求,在發動機的渦輪增壓中少見的電子增壓系統,相比起渦輪增壓和機械增壓實際上是有着非常不錯的優點的,例如電子增壓不存在渦輪增壓系統的遲滯性,也不想機械增壓系統一樣對發動機的排量有着較高的要求,同時也不會損耗發動機的功率,但是這種有着如此優點的技術為什麼不被廠商所青睞,沒有在市場上大面積普及開來呢?
電子渦輪,相比比較廣為人知的廢氣渦輪增壓和機械增壓,由於該驅動方式有別於渦輪增壓的廢氣增壓和機械增壓的機械能驅動增壓,而電子增壓在驅動方式上並不依賴發動機本身的動能和熱能來驅動,而是另外採用了一個單獨的電機帶動渦扇提升發動機的進氣效率。
發動機上配備的進氣增壓系統,不管是以何種手段達成的,其最終目的都是為了通過提升發動機氣缸的進氣效率,以此提升發動機的功率輸出。電子渦輪相比起依賴發動機本身熱能和動能驅動的渦輪增壓系統和機械增壓系統而言,電子渦輪採用的是電動增壓,因此電動渦輪在發動機附帶的各種伺服機構中被劃分到了電氣化系統中去了。
單一採用電子渦輪技術在汽車發動機領域上的應用是比較少見的,雖然電子渦輪能夠做到在250毫秒之內的時間快速起壓,不存在廢氣渦輪增壓系統先天性的渦輪遲滯和渦輪介入問題,在驅動上也不需要像機械增壓方案一般損耗發動機自身的功率,並且在增壓的上限過程中電子渦輪也能夠輕易將進氣增壓係數提升到很高的程度。
不過在電子渦輪的驅動方式的佈局上,廠商在考慮成本之餘,還需要考慮技術上的難度,比如電子渦輪的電路佈局以及電子渦輪的電機重量和電機的散熱問題,在此前提之下,就極為容易使得發動機變得更加複雜,在後期維護難度提升,這並非是廠商願意看到的一點。
在當前的增壓時代中,汽車廠商在開發發動機的時候,在當前的大潮流之下,基本上都是優先考慮採用渦輪增壓方案,一方面是渦輪增壓技術比較成熟,另一方面渦輪增壓對於排放控制上表現得更加優異,次之則是選擇機械增壓方案。
相比之下雖然電子渦輪有着非常不錯的優勢,但是隻需要給發動機多添置一套增壓電機的供電系統和控制系統,因此在技術和成本上相對而言優勢並不明顯,更何況在當前各家廠商都已經有了自己的混動技術,在很多人看來,發動機配備了電動增壓系統遠不如採用輕混模式來得實在。
不過由於電子渦輪系統的優點近年來已經慢慢被各大廠商所重視,一來是不需要考慮發動機的轉速,只要啓動就能夠進入工作狀態,這一點相對於發動機的冷機啓動和發動機低速工況非常有好處,能顧大大降低渦輪介入的頓挫和優化低速(怠速)的排放。
於是電子渦輪憑藉着這些優點,在近年來慢慢出現在消費者的眼前,博格華納、格瑞特等老牌技術廠商通過廢氣渦輪搭配上電動渦輪,開發出了電動渦輪技術,使得兩者間相互彌補,相輔相成。
所謂電動渦輪,其實基本工作原理和普通渦輪增壓器類似,同樣是擁有渦輪機和壓縮機,只是在兩者之間加入了一台小型高轉速電機。當發動機轉速較低不足以推動渦輪時,其電機就會介入工作驅動渦輪,並且可以在怠速狀態下就讓渦輪建立正壓;當發動機的排氣量足以推動渦輪的時候,電動機則是停止工作,讓渦輪系統發揮其應有的效果,同時避免在增壓過程中,排氣歧管內因出現氣流紊亂的現象以及避免了電機在高轉速時效率下降的問題。
在某種意義上看來,電動渦輪技術也算是渦輪增壓技術中的一種"混動"方式,在發動機的低速和怠速的時候採用電子渦輪推動渦輪增壓葉片,能夠在一定程度上消滅渦輪遲滯的問題。
對於在傳統渦輪增壓系統中,加入電機使得傳統的廢氣渦輪系統變成了電動渦輪系統,其最大的優勢就是在於能夠將發動機的最大扭矩輸出轉速大大降低,同時也將峯值扭矩的輸出區間延長。
根據蓋瑞特官方給出的測試結果來看,在一台本田1.6L柴油渦輪增壓發動機上配備了電動渦輪增壓器,可將原本在最大扭矩輸出轉速為2000rpm,在採用了電動渦輪增壓器後,能夠下降到1400轉,最大扭矩的輸出轉速下降了30%,這也就意味着對於一般小排量車輛,能夠在經濟性上大大提升。
當渦輪系統有了電機的介入之後,工程師在選擇渦輪的時候,對於發動機渦輪增壓器的選擇空間更加大,渦輪尺寸也可以匹配上更大的,強度更高的渦輪葉片,以此提升發動機的性能上限。
在博世和蓋瑞特這種老牌的技術廠商中,除了看中電動渦輪帶來的各項性能之外,電動渦輪系統在節能減排上也有着非常強的優勢,電動渦輪增壓器可以在收油時利用廢氣能量實現動能回收,這一點的可行性在保時捷919EVO身上就得到了驗證,而在歐洲WLTC循環排放測試中,搭載電動渦輪增壓的車型也可以實現17%的尾氣排放。
渦輪開始電動化,儘管在電動化的程度上並不算太高,但是相對而言結構上並不算複雜,且對於內燃機的性能提升有着非常不錯的幫助,不過也由於其供電系統需要瞬時提供巨大的電能,傳統12V電壓車用電源的供電指定是不夠的,這會兒就必須使用到48V電源系統,這一種48V電源系統相對目前一些採用輕混的技術而言,不失給一個不錯的研究方向。
目前在電動化渦輪上,在汽車領域上可能還沒有出現大規模的應用,但是在格瑞特、博格華納、BMTS等零部件廠商都開始在這一領域上發力,未來的內燃機技術是否依舊還能大有可為。