随着全球排放标准日趋严格,即便在过去能够很好解决排放要求与动力需求之间矛盾的涡轮增压器,也不得不通过升级来应对了!几乎可以直接与“涡轮增压”四个字划上等号的品牌——盖瑞特,最近宣布:首款面向大众乘用车市场的电动涡轮增压器将于2021年推出!下面咱们就针对涡轮增压技术、电动涡轮增压技术、机械增压技术、双增压技术进行原理详解。

随着全球排放标准日趋严格,即便在过去能够很好解决排放要求与动力需求之间矛盾的涡轮增压器,也不得不通过升级来应对了!

几乎可以直接与“涡轮增压”四个字划上等号的品牌——盖瑞特,最近宣布:首款面向大众乘用车市场的电动涡轮增压器将于2021年推出!

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这一举动意义重大,盖瑞特预测,到2025年,全球将有超过3000万辆混合动力车上路,用于混合动力系统的电动涡轮增压器,在纯电动汽车尚未全面普及之际,将肩负起减排的重任。

涡轮增压技术,简单来说就是,在相同单位时间里能把更多空气及燃油混合气强制挤入汽缸进行压缩燃烧,在相同转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出,引擎配合这个强制进气的动作,能提升30%-40%的额外动力。

如此惊人的效能正是涡轮增压技术让人爱不释手的原因,从而让汽车制造商可以将更小巧、更高效的发动机塞进车身,来满足日趋严格的排放标准!

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下面咱们就针对涡轮增压技术、电动涡轮增压技术、机械增压技术、双增压技术进行原理详解。



01涡轮增压技术原理
涡轮增压器构造图:

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涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机两部分组成,通过一根传动轴连接。涡轮的进气口与发动机排气歧管相连,排气口与排气管相连;压缩机的进气口与进气管相连,排气口则接在进气歧管上。通过发动机排出的废气冲击涡轮高速运转,从而带动同轴的压缩机高速转动,强制地将增压后的空气压送到气缸中。

涡轮增压发动机构造图:

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涡轮增压空气流动示意图:

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涡轮增压主要是利用发动机废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压,整个过程中基本不会消耗发动机的动力,拥有良好的加速持续性,但是在低速时涡轮不能及时介入,有一定滞后性。



02电动涡轮增压技术原理

微信图片_20191011164711.jpg电动涡轮增压器同样遵循普通涡轮增压器的基本功能与原理,只是在涡轮机和压气机之间增加了一台小型电机。电机可在怠速状态下立即驱动涡轮机,彻底消除涡轮迟滞,极大改善响应速度。

另外额外的电力可以补偿低流量区间的动力不足问题,电驱动涡轮使得增压器设计摆脱了在低转速下对涡轮效率优先的限制,从而可以改用较大的涡轮尺寸,对发动机在低油耗区域做出更多改善,提供更理想适配。

搭载电动涡轮增压器的发动机额定功率增加16%,扭矩增加10.5%,测试车辆60-100km/h的加速时间从11秒改进为8.8秒(缩短25%)。

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但这导致了另外一个问题,因为电动涡轮的驱动力来自于电机,若是驱动电动达不到一定转速,增压效果会大打折扣,因此电动涡轮的出现对电机技术提出了更高要求。

要想电机达到更高转速,传统12V电压肯定不够,一套电压更高的车用电源系统必不可少,这就牵涉到了另一项技术:48V车用电源系统。

看似只是提高电压,好像并不复杂,其实背后的工作量是巨大的,首先48V已超出了安全电压范围,因此整个电路的防护工作要更加严格,其次目前绝大多数车用电器还处于12V阶段,完全改成适配48V工程量太大。关于48V轻混技术,大家另开篇幅详解。



03机械增压技术原理
机械增压器构造图:

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机械增压主要是通过曲轴的动力带动一个机械式的空气压缩机旋转来压缩空气的。

由于机械增压器是直接由曲轴带动的,发动机运转时增压器开始工作,在低转速时,发动机的扭矩输出表现十分出色,但在发动机高速运转时,机械增压器对发动机动力的损耗很大的,动力提升不太明显。

机械增压发动机构造图:

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机械增压发动机进气示意图:

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04双增压技术原理
双增压发动机,是指一台发动机上装有两个增压器。比如一台发动机上采用两个涡轮增压器,就是双涡轮增压发动机。

针对废气涡轮增压的迟滞现象,排气管上并联两只同样的涡轮,在发动机低转速的时候,较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力,减小涡轮迟滞效应。

双涡轮增压发动机构造图:

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涡轮增压器在低转速时有迟滞现象,但高速时增压值大,发动机动力提升明显,而且基本不消耗发动机的动力;而机械增压器,是发动机运转直接驱动涡轮,没有涡轮增压的迟滞,但是损耗部分动力、增压值较低,把它们结合一起就可以优势互补了。

双增压(涡轮+机械)构造图:

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目前全球涡轮增压器市场,主要由盖瑞特、博格华纳、三菱重工、石川岛播磨和博世马勒五大寡头垄断,共占据市场90%份额,其中盖瑞特涡轮增压器出货量占据全球约28%的市场份额,是全球第一大涡轮增压器制造商。

中国乘用车涡轮增压器主要被盖瑞特、博格华纳、三菱重工、石川岛播磨垄断,这四大巨头占据了中国96%的市场份额,所以对盖瑞特等品牌电动涡轮增压器的了解非常有必要!

 

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