電動渦輪增壓技術,讓內燃機再次強大起來|乜都知

今年10月,全球新能源車累計銷量突破了700萬大關。從銷量佔比上看,純電動車和插電混動車是絕對的主力,累計總量分別達到468萬輛以及234萬輛,佔比達到66.6%和33.2%,

但從中國市場——全球最大的新能源市場——的情況來看,形勢似乎不太樂觀。自今年7月份開始,新能源車就開始了連續5個月的下滑。到了今年11月,國內純電動車銷量同比下跌28%,插電混動車更是下跌了64.6%。

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表面看來,政策是新能源車下跌的重要原因,但另一方面,市場需求也是不容忽略的因素。無論是純電動車還是插電混動車,都不能徹底離開對充電樁的依賴,對於私人用戶而言,無疑是購買新能源車一大阻力。

相比之下,那些能擺脫充電樁依賴,同時又能提供更好駕駛品質和燃油經濟性的油電混動車型,受到越來越多消費者的認可。今年1-11月,油電混動車累計銷量超過26萬輛,月均增速達到了35%!發展勢頭已遠超傳統新能源車。

而除了我們熟悉的HEV(如豐田、本田混動車型)、MHEV(48V輕混系統)之外,其實還有更多的混動解決方案。

就如著名渦輪增壓器廠商蓋瑞特(Garrett)最近發佈的電動渦輪增壓技術。這是渦輪增壓與電動化技術的一次創新整合,進一步深挖了內燃機的潛能。

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在今年的法蘭克福車展上,蓋瑞特發佈了最新的電動渦輪增壓技術

消除渦輪遲滯,至今沒有最佳方案

提起“電動渦輪”,你或許會想起某寶幾百塊錢一個的“電子渦輪增壓器”,但蓋瑞特的這項新技術與那些“土製”產品有著根本的差別。

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為了更清楚地介紹這項技術,有必要再次重溫渦輪增壓的技術原理。

常見的渦輪增壓系統,主要由渦輪機和壓縮機組成。來自氣缸的排出的廢氣會推動渦輪旋轉,與渦輪同軸的葉輪會隨之轉動,從而將新鮮空氣壓縮進氣缸內,讓氣缸進氣量增加,動力就隨之提升。

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與自然吸氣發動機相比,渦輪增壓發動機能用更小的排量實現更強的動力,這固然是好事,但也存在一定的弊端,渦輪遲滯就是最明顯的一點。

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渦輪響應速度與發動機排氣量以及渦輪自身重量密切相關。

由於渦輪機需要靠廢氣推動,當發動機轉速較低,排氣量不高時,由廢氣推動的渦輪轉速不足以提供有效的增壓力,與此同時,渦輪葉片也會對發動機進排氣形成一定的阻力,在渦輪達到有效工作壓力之前,發動機動力響應會比同排量自吸發動機遲緩。

在實際駕駛過程中,渦輪遲滯會對行駛舒適性造成較大影響,尤其對於一些排量不大,但車重較大的SUV車型,往往會出現“輕踩油門車不走,深踩油門一腳竄”的情況。

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渦輪小型化雖然能在一定程度上解決渦輪遲滯,但在動力提升方面存在瓶頸。

要解決渦輪遲滯的問題,普遍的解決方案有兩種。一是增加發動機排量,在低轉速時排除足夠多的廢氣;二是採用輕量化的小尺寸渦輪,以便渦輪葉片更容易被廢氣推動。

第二種方法雖然符合發動機小型化的趨勢,也被大多數廠家所採用,但同時也產生了另一個問題——渦輪效率高了,但增壓承受力下降,最大功率的發揮受限。

峰值扭矩轉速降低30%,升功率高達200kW/L!

格瑞特的電動渦輪技術,就是為了徹底解決渦輪遲滯問題而生,當然,它的強大之處不僅限於此。

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臺小型高轉速電機。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。

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電動渦輪增壓技術結構並不複雜。

而當發動機排氣量足以推動渦輪轉動時,電機就會退出工作,讓廢氣渦輪發揮其應有的工作效果,同時避免了電機在高轉速時效率下降的問題。

蓋瑞特的電動渦輪技術主要應用於48V輕混車型上。大家都知道,目前主流的48V輕混技術都是將電動機放置於發動機皮帶位置,理論上能起到輔助驅動、動能回收、優化行駛品質等作用,但由於電機功率過小,對油耗和動力的實際優化並不明顯。


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48V輕混系統的實際作用十分有限。

如果將功率相近的電機用於驅動渦輪葉片上,則顯得綽綽有餘,甚至能起到四兩撥千斤的效果。

蓋瑞特官方的測試給出了有力的證據。他們曾在一臺搭載1.6L柴油渦輪增壓發動機的本田思域上換裝了自家的電動渦輪增壓器,可將最大扭矩轉速從原來的接近2000rpm降至1400rpm以下,達扭時間縮短了30%。

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由電機直接驅動渦輪,能讓發動機更早到達峰值扭矩。

除此之外,由於有了電機的介入,渦輪機可以選用尺寸更大、強度更高的渦輪葉片,有效提升發動機的動力性能。一臺搭載蓋瑞特電動渦輪的阿爾法··羅密歐的4C跑車,能實現200Kw/L的最大升功率,以該車1.7L的排量折算,最大功率可到340kW!相比之下,阿爾法·羅密歐4C原廠功率也只有174kW,那是接近2倍的差距!

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在節能減排方面,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,從而更好地與電動化車型整合。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。

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電動渦輪技術,將再次釋放內燃機生命力

也許你會有這樣的疑惑,電動化已成為汽車發展的大方向,即便純電動車短期內難以成為車市主力,但至少也應該力推電動化程度更高的插電混動或油電混動車型,而像電動渦輪這樣電機參與程度較低的電動化技術,還會有發展機會嗎?

事實上,插電混動和油電混動車技術是一項門檻較高的電動化技術,並不是每個廠家都能做好。

油電混動不用多說了,已被豐田本田兩家壟斷,而即便是最多廠家涉足的插電混動,真正能做到高效、便捷並且帶來比燃油車更好體驗的車型還是寥寥無幾。不少插混車型在電量充足時確實能做到低油耗,但在匱電時油耗卻別同排量的燃油車還高,而且駕駛平順性還大打折扣。

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能真正把插電混動技術做好的車企其實並不多。

電動化雖然是趨勢,但能真正做好電動化的車企佔比依然不多。既然如此,何不從最基礎、最淺層的電動化入手,充分發揮內燃機的實力?

渦輪增壓發動機已成為最主流的動力形式,據統計,在傳統內燃機汽車範疇內,渦輪增壓技術的滲透率已達到55.7%(據蓋世汽車研究院數據)。從渦輪增壓技術入手進行電動化,無疑是普及電動化技術的有效途徑。

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儘管電動渦輪技術的電動化程度不高,對油耗的優化有限,但勝在結構相對簡單,無需複雜的機電耦合結構,對於混動技術儲備薄弱的車企而言無疑是一個好選擇。更重要的是,在動力性能方面,電動渦輪技術會比目前逐漸普及的48V輕混技術更為顯著,這給消費者帶來的體驗感是最為直觀的。

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首款搭載蓋瑞特電動渦輪增壓技術的乘用車將於2021年面世。

實際上,除了格瑞特之外,像博格華納、BMTS(博馬科技)等零部件供應商都正在電動渦輪技術上發力,這項技術能否大量普及依然是未知數,但可以肯定的是,在電動化大潮之下,傳統內燃機依然大有可為。



文 | 超人


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