2016年,Audi公司成為了第一家使用電動(dòng)化空氣壓縮機(jī)的汽車制造商,其應(yīng)用讓Audi公司旗下的一款量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出得到很大提升。Audi公司推出的高性能SUV SQ7搭載的3.956 L排量的柴油機(jī),由一對(duì)渦輪機(jī)及一個(gè)法雷奧的電動(dòng)機(jī)械增壓器增強(qiáng)其進(jìn)氣性能。Audi的汽油機(jī)也緊跟其技術(shù)趨勢(shì),于2017年日內(nèi)瓦車展展出了Audi Q8 3.0 L V6發(fā)動(dòng)機(jī),由雙渦輪增壓機(jī)及1個(gè)電動(dòng)增壓器進(jìn)行增壓。在這兩例應(yīng)用中,電動(dòng)增壓器改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)性,在非常短的時(shí)間內(nèi)提供的壓縮力增加。SQ7的增壓器由1臺(tái)強(qiáng)勁頭動(dòng)力的電機(jī)驅(qū)動(dòng),在僅有的220 ms內(nèi)就能達(dá)到70 000 r/min。結(jié)果,搭載SQ7的V8發(fā)動(dòng)機(jī)在0.25 s內(nèi)就能夠達(dá)到最大扭矩,僅需渦輪增壓器的時(shí)間不到0.07 s。電動(dòng)增壓器與渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力靈敏性和發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)上有很大的差異,因此對(duì)于真實(shí)環(huán)境下的工作情況差異明顯。
這一技術(shù)也讓在4.0 L V8系列發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中小排量化成為了可能。當(dāng)用1臺(tái)V6發(fā)動(dòng)機(jī)替代V8發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),即可稱為小型化。對(duì)于1臺(tái)SQ7或者其兄弟車型賓利Bentayga(添越)而言,1臺(tái)電動(dòng)增壓的V8與1臺(tái)V12發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力響應(yīng)性一致,電動(dòng)增壓器的快速響應(yīng)特性能夠幫助在低轉(zhuǎn)速時(shí)增大扭矩。但是一旦提高轉(zhuǎn)速,廢氣渦輪機(jī)因?yàn)閺呐艢庵蝎@得動(dòng)力就變得十分高效。
2馬勒電動(dòng)增壓器
供應(yīng)商馬勒使電動(dòng)增壓器已經(jīng)在1臺(tái)技術(shù)樣機(jī)上裝備了電動(dòng)增壓器技術(shù),這臺(tái)1.2 L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的最大功率為193 kW。馬勒動(dòng)力總成首席研發(fā)工程師Mike Bassett指出,壓縮大量空氣所需的能量很大,因此,在高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),馬勒使用的是傳統(tǒng)耐用的渦輪增壓器,其機(jī)械軸傳遞動(dòng)力的方式不僅有很高的經(jīng)濟(jì)性并且工作效率良好,渦輪機(jī)傳遞到主壓縮機(jī)的動(dòng)力,對(duì)這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)而言可以達(dá)到超過20 kW的功率,因此沒有必要使用電動(dòng)增壓器。
馬勒使用的48 V Aeristech電動(dòng)增壓器峰值功率為9 kW。其與集成起動(dòng)發(fā)電一體機(jī)(ISG)形成了微混動(dòng)力裝置的一部分,回收的能量足夠充分地滿足電動(dòng)增壓器的能量需求。如果駕駛員使用9 kW全功率加快增壓速度,ISG能夠確保有充足的電能儲(chǔ)備。
3法雷奧電動(dòng)增壓器
法雷奧動(dòng)力總成部全球副總裁 Michel Forissier同樣認(rèn)為1臺(tái)電動(dòng)增壓器加上大型渦輪增壓器的兩種工況方案可以提供最佳性能。同時(shí)采用1臺(tái)簡單的電動(dòng)壓縮機(jī)和1臺(tái)簡單的渦輪增壓器的技術(shù)方案后,沒必要使用高成本的可變截面或者可變噴嘴技術(shù)的渦輪增壓機(jī)。雙渦輪機(jī)價(jià)格昂貴,而且也很難布置。對(duì)于單渦輪的合理布置則較簡單,機(jī)械增壓器能夠布置在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣側(cè)而不是布置在后側(cè)并需要布置復(fù)雜的冷卻管路。并且遠(yuǎn)離排氣側(cè)布置能夠降低電動(dòng)增壓器自身冷卻需求。
法雷奧電動(dòng)增壓器的核心技術(shù)源于Controlled Power Technologies(CPT)公司開發(fā),其在2011年把針對(duì)3 500 kg整備質(zhì)量的車型所使用的專利轉(zhuǎn)讓給法雷奧。然而法雷奧已經(jīng)重新定義了轎車技術(shù),CPT已經(jīng)開發(fā)出了商務(wù)車的電動(dòng)增壓器。CPT創(chuàng)造了一種快速響應(yīng)的可控增壓應(yīng)用(COBRA)的重型電動(dòng)增壓器技術(shù),未來即將應(yīng)用到各汽車制造商或者供應(yīng)商的開發(fā)過程中去。
在低轉(zhuǎn)速,1臺(tái)電動(dòng)增壓器能夠提供與發(fā)動(dòng)機(jī)輸送燃油量相匹配的進(jìn)氣量,避免運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有加濃趨勢(shì)。因?yàn)樵诿看尾扔烷T時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)獲得了有用空氣,但這只是一個(gè)純?nèi)紵碚摗TS多重型車輛或公共汽車,在路邊加速行駛時(shí)冒煙,因?yàn)槠溥_(dá)到了瞬態(tài)扭矩限制。電子控制單元(ECU)設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)輸出定量的扭矩,但是加速時(shí)沒有充足的空氣,此刻增壓器緩慢運(yùn)轉(zhuǎn),由于遲滯響應(yīng),發(fā)動(dòng)機(jī)突然獲得大量空氣,噴油量增加,從而產(chǎn)生大量黑煙。通過改善排氣廢氣再循環(huán)(EGR),電動(dòng)增壓器也能促進(jìn)減少NOx排放。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷、高溫,及過量的空氣下加速時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量NOx。使用機(jī)械增壓器,能加強(qiáng)EGR的流動(dòng),在加速階段增加惰性氣體進(jìn)入燃燒室。當(dāng)駕駛員猛踩油門時(shí),此時(shí)可以有一個(gè)特別的彌補(bǔ)過量空氣的EGR流,從而能能夠在源頭抑制NOx的產(chǎn)生。
4節(jié)能汽車的應(yīng)用
許多發(fā)動(dòng)機(jī)制造商采用米勒循環(huán)(在部分壓縮行程進(jìn)氣門打開)以改善燃油效率。結(jié)果是回流到進(jìn)氣歧管內(nèi)的氣體,需1臺(tái)壓縮機(jī)推動(dòng)氣體回到氣缸中。電動(dòng)增壓器能夠精確控制氣體,基于此種應(yīng)用,法雷奧期望在2021年銷售一百萬臺(tái)電動(dòng)增壓器——是去年5萬臺(tái)銷量的一個(gè)大跳躍。大型V6或者V8發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用很好,但是不能形成很大的商業(yè)實(shí)例。任何時(shí)候,1臺(tái)12 V或者48 V微混汽車,很容易引入機(jī)械增壓器的優(yōu)勢(shì),因?yàn)槠涫褂猛瑯拥碾娖飨到y(tǒng)。1臺(tái)運(yùn)行不順暢的發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)有噪聲,在一眨眼間,電動(dòng)增壓器可從發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速0~70 000 r/min加速時(shí)產(chǎn)生嘯叫聲,因此法雷奧正在努力消除噪聲,并計(jì)劃將改善后的電動(dòng)增壓器安裝在沒有NVH問題的賓利車中。
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