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电动涡轮增压技术让内燃机再次强大起来|乜都
发布时间:2021-04-02 21:22

  今年10月,全球新能源车累计销量突破了700万大关。从销量占比上看,纯电动车和插电混动车是绝对的主力,累计总量分别达到468万辆以及234万辆,占比达到66.6%和33.2%,

  但从中国市场——全球最大的新能源市场——的情况来看,形势似乎不太乐观。自今年7月份开始,新能源车就开始了连续5个月的下滑。到了今年11月,国内纯电动车销量同比下跌28%,插电混动车更是下跌了64.6%。

  表面看来,政策是新能源车下跌的重要原因,但另一方面,市场需求也是不容忽略的因素。无论是纯电动车还是插电混动车,都不能彻底离开对充电桩的依赖,对于私人用户而言,无疑是购买新能源车一大阻力。

  相比之下,那些能摆脱充电桩依赖,同时又能提供更好驾驶品质和燃油经济性的油电混动车型,受到越来越多消费者的认可。今年1-11月,油电混动车累计销量超过26万辆,月均增速达到了35%!发展势头已远超传统新能源车。

  而除了我们熟悉的HEV(如丰田本田混动车型)、MHEV(48V轻混系统)之外,其实还有更多的混动解决方案。

  就如著名涡轮增压器厂商盖瑞特(Garrett)最近发布的电动涡轮增压技术。这是涡轮增压与电动化技术的一次创新整合,进一步深挖了内燃机的潜能。

  提起“电动涡轮”,你或许会想起某宝几百块钱一个的“电子涡轮增压器”,但盖瑞特的这项新技术与那些“土制”产品有着根本的差别。

  常见的涡轮增压系统,主要由涡轮机和压缩机组成。来自气缸的排出的废气会推动涡轮旋转,与涡轮同轴的叶轮会随之转动,从而将新鲜空气压缩进气缸内,让气缸进气量增加,动力就随之提升。

  与自然吸气发动机相比,能用更小的排量实现更强的动力,这固然是好事,但也存在一定的弊端,涡轮迟滞就是最明显的一点。

  由于涡轮机需要靠废气推动,当发动机转速较低,排气量不高时,由废气推动的涡轮转速不足以提供有效的增压力,与此同时,涡轮叶片也会对发动机进排气形成一定的阻力,在涡轮达到有效工作压力之前,发动机动力响应会比同排量自吸发动机迟缓。

  在实际驾驶过程中,涡轮迟滞会对行驶舒适性造成较大影响,尤其对于一些排量不大,但车重较大的SUV车型,往往会出现“轻踩油门车不走,深踩油门一脚窜”的情况。

  要解决涡轮迟滞的问题,普遍的解决方案有两种。一是增加,在低转速时排除足够多的废气;二是采用轻量化的小尺寸涡轮,以便涡轮叶片更容易被废气推动。

  第二种方法虽然符合发动机小型化的趋势,也被大多数厂家所采用,但同时也产生了另一个问题——涡轮效率高了,但增压承受力下降,最大功率的发挥受限。

  格瑞特的电动涡轮技术,就是为了彻底解决涡轮迟滞问题而生,当然,它的强大之处不仅限于此。

  所谓电动涡轮,其实基本工作原理和普通涡轮增压器类似,同样是拥有涡轮机和压缩机,只是在两者之间加入了一台小型高转速电机。当发动机转速较低不足以推动涡轮时,其电机就会介入工作驱动涡轮,并且可以在怠速状态下就让涡轮建立正压。

  而当足以推动涡轮转动时,电机就会退出工作,让废气涡轮发挥其应有的工作效果,同时避免了电机在高转速时效率下降的问题。

  盖瑞特的电动涡轮技术主要应用于48V轻混车型上。大家都知道,目前主流的48V轻混技术都是将电动机放置于发动机皮带位置,理论上能起到辅助驱动、动能回收、优化行驶品质等作用,但由于电机功率过小,对油耗和动力的实际优化并不明显。

  如果将功率相近的电机用于驱动涡轮叶片上,则显得绰绰有余,甚至能起到四两拨千斤的效果。

  盖瑞特官方的测试给出了有力的证据。他们曾在一台搭载1.6L柴油上换装了自家的电动涡轮增压器,可将最大扭矩转速从原来的接近2000rpm降至1400rpm以下,达扭时间缩短了30%。

  除此之外,由于有了电机的介入,涡轮机可以选用尺寸更大、强度更高的涡轮叶片,有效提升发动机的动力性能。一台搭载盖瑞特电动涡轮的阿尔法··罗密欧的4C跑车,能实现200Kw/L的最大升功率,以该车1.7L的排量折算,最大功率可到340kW!相比之下,阿尔法·罗密欧4C原厂功率也只有174kW,那是接近2倍的差距!

  在节能减排方面,电动涡轮增压器可以在收油时利用废气能量实现动能回收,从而更好地与电动化车型整合。在欧洲WLTC循环排放测试中,搭载电动涡轮增压的车型也可以实现17%的尾气排放。

  也许你会有这样的疑惑,电动化已成为汽车发展的大方向,即便纯电动车短期内难以成为车市主力,但至少也应该力推电动化程度更高的插电混动或油电混动车型,而像电动涡轮这样电机参与程度较低的电动化技术,还会有发展机会吗?

  事实上,插电混动和油电混动车技术是一项门槛较高的电动化技术,并不是每个厂家都能做好。

  油电混动不用多说了,已被两家垄断,而即便是最多厂家涉足的插电混动,真正能做到高效、便捷并且带来比燃油车更好体验的车型还是寥寥无几。不少插混车型在电量充足时确实能做到低油耗,但在匮电时油耗却别同排量的燃油车还高,而且驾驶平顺性还大打折扣。

  电动化虽然是趋势,但能真正做好电动化的车企占比依然不多。既然如此,何不从最基础、最浅层的电动化入手,充分发挥内燃机的实力?

  已成为最主流的动力形式,据统计,在传统内燃机汽车范畴内,涡轮增压技术的渗透率已达到55.7%(据盖世汽车研究院数据)。从涡轮增压技术入手进行电动化,无疑是普及电动化技术的有效途径。

  尽管电动涡轮技术的电动化程度不高,对油耗的优化有限,但胜在结构相对简单,无需复杂的机电耦合结构,对于混动技术储备薄弱的车企而言无疑是一个好选择。更重要的是,在动力性能方面,电动涡轮技术会比目前逐渐普及的48V轻混技术更为显著,这给消费者带来的体验感是最为直观的。

  实际上,除了格瑞特之外,像博格华纳、BMTS(博马科技)等零部件供应商都正在电动涡轮技术上发力,这项技术能否大量普及依然是未知数,但可以肯定的是,在电动化大潮之下,传统内燃机依然大有可为。

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