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技术详解:涡轮增压器、机械增压器和电动涡轮增压器进化史

技术详解:涡轮增压器、机械增压器和电动涡轮增压器进化史
2020-10-15 09:57:04 新浪汽车-编译

公路街车上,为了让发动机迸发出更大的输出功率,最常见的方法便是增加机械增压器或涡轮增压器,两者的目的相同,但功能性却各异。

  随着排放法规的不断升级,排量更小功率更高的发动机成为未来技术发展的方向,也促使汽车制动商重新考量传统涡轮增压器的功效。公路街车上,为了让发动机迸发出更大的输出功率,最常见的方法便是增加机械增压器或涡轮增压器,两者的目的相同,但功能性却各异。

Garrett盖瑞特涡轮增压器Garrett盖瑞特涡轮增压器

  机械增压器通常由发动机曲轴驱动,而涡轮增压器则由发动机废气驱动,两种增压装置优缺点都比较明显。机械增压器输出更强劲,可以在猛踩油门踏板时会立即产生响应,但传统上却需要发动机提供更大的动力。反观涡轮增压器效率更高,对发动机动力要求也少得多,但踩下油门踏板与废气产生并施加涡轮增压压力之间存在延迟。这种现象称为涡轮迟滞,涡轮越大,迟滞时间就越长。

技术详解:涡轮增压器、机械增压器和电动涡轮增压器进化史

  Borgwarner博格华纳可变截面涡轮增压器

  尽管可以通过再增加一个小涡轮来减少迟滞,但是此举也会损及高转速输出功率。当然,还有其他减少迟滞的折衷方法,比如使用可变截面涡轮增压器或使用多个涡轮增压器,但是所有这些方案又都会增加发动机的复杂性和成本。双涡轮增压是一种有效且巧妙的解决方案,但从逻辑上来看,两个涡轮增压肯定会比一个体积更大、重量更重成本也更高,还不能提供任何能量回收功能。

梅赛德斯-AMG电动废气涡轮增压器梅赛德斯-AMG电动废气涡轮增压器

  多年以来,许多一级方程式赛车率先投入应用的先进技术已经让公路街车受益,比如序列式变速箱。未来同样如此,这些创新技术中即将应用于公路街车的便是电动助力涡轮增压器(或简称E-Turbo电动涡轮增压器)。一级方程式赛车所使用的DOHC双顶置凸轮轴1.6升V6 F1 MGU-H动力总成是世界上最高效的汽油赛车发动机,由于应用了电动涡轮增压技术,原本850 hp输出的一级方程式赛车发动机可以把输出功率再提高150-200 hp。

梅赛德斯-AMG电动废气涡轮增压器工作原理梅赛德斯-AMG电动废气涡轮增压器工作原理

  E-Turbo可以认为是混动涡轮增压器,工作原理是将一台尺寸小巧但输出强劲的电动机连接到涡轮增压器的涡轮部分,取代使用辅助设备。最终可以实现无迟滞,再次踩下油门踏板还能产生增压压力。电动机及其控制单元可以调节传动轴转速并减少对传统废气阀的需求,从而精确地控制增压压力水平。当涡轮盘达到最大转速或节气门关闭时,E-Turbo可以用作发电机,利用废气热量并将其转化为电能再送回电动机,调节涡轮或为电池充电。

梅赛德斯-AMG车队瓦尔特利·博塔斯(Valtteri Bottas)与梅赛德斯-AMG Project One梅赛德斯-AMG车队瓦尔特利·博塔斯(Valtteri Bottas)与梅赛德斯-AMG Project One

  E-Turbo现在之所以有应用价值,是因为无刷电动机技术得到了巨大的改进,同时越来越多的公路街车使用了混合动力电气系统,可以提高增压效率,最终只使用小排量发动机不需频繁加油或充电的情况下可以长时间提供强劲的功率输出。除此之外,E-Turbo涡轮增压技术还可以让高性能车发生质变。梅赛德斯-AMG分部已经转向电动,与Garret Motion合作研发了一款称为电动废气涡轮增压器的新产品,并应用于梅赛德斯-AMG Project One(千匹马力超跑),目前已经生产并销售了275台。

为庆祝AMG成立50周年推出的梅赛德斯-AMG Project One为庆祝AMG成立50周年推出的梅赛德斯-AMG Project One

  与梅赛德斯-AMG一样,随着技术的进步和成本的降低,其他几家汽车制造商也在开发电动涡轮增压器。如今,汽车行业迫切希望提高有辅助设备的发动机输出动力,E-Turbo业已成为最新技术发展的成果,反观传统的自然吸气发动机似乎已经走到了穷途末路。涡轮增压技术的更多消息,敬请关注后续报道。(来源:Autoevolution 编译:黄永芬)

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