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浅析奥迪电动涡轮技术 - 技术解析

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[动力系统] 浅析奥迪电动涡轮技术 [复制链接]

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发表于 2012-10-1 19:07:23 |显示全部楼层

浅析奥迪电动涡轮技术

即便厂家声称它们对于涡轮增压器的把控已经到了炉火纯青的地步,但这仍不能掩盖因涡轮增压系统而生的动力响应迟滞问题,它并没有因为工程师花费大力气研发出来的技术而被磨灭,而是很小心的隐藏在看似线性的动力曲线的背后。目前,在几个汽车厂商公布的未来计划蓝图中,电动涡轮的方案赫然在目,在巴黎车展上,奥迪率先把它们的想法展示了出来。(如果你对发动机的传统增压技术还不是很了解,可以点击《强悍的根源!涡轮增压与机械增压简介》一看究竟)

    电动涡轮这项技术基于一台V6 TDI柴油发动机之上,这是一次新的尝试,它对于电动涡轮技术在汽油发动机的发展具有指导性意义,因此,我们对这台发动机很感兴趣,确切的说是对电动涡轮感兴趣,这可不是网上卖的那种小玩意。


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    一整套增压系统可以被分为两部分,即电动涡轮增压器来为发动机的进气提供增压效果以及由废气驱动的涡轮增压器来为发动机的进气提供增压效果,因此,这也可以理解为针对两种不同的工况,工程师设计了两套方案,显然,区分这两套方案的临界点是废气驱动的涡轮增压器开始发力的一刻。

● 电动涡轮与废气涡轮协同工作,旁通阀负责切换进气管路。

    虽然这一整套增压系统有两种增压方式,但它们相互之间还是存在着紧密的联系,顺着进气的方向来看,中冷器之前的部分为二者共享,也就是说,即便是电动涡轮增压器在发动机的低转速区域工作时,吸入进气管的空气还是会从唯一的一个空气滤清器进入,途经废气驱动的涡轮增压器(在这个阶段,依靠废气驱动的涡轮增压器依旧是运转的状态,只不过,还不具备完全的增压能力而已),在这里,吸入的空气会与炙热的涡轮增压器完成冷热交换,依据空气的物理特性,单位体积内的空气量会随着温度的升高而有所减少,如果将这个状态下的空气送入气缸内,这显然不利于缸内混合气的燃烧。因此,在电动涡轮增压器工作的工况下,中冷器还是会发挥着重要的作用。而进气量则通过位于安装在电动涡轮后方的进气压力传感器实时监测并把信号传递至发动机电脑进行分析计算后得出,随后,发动机电脑再根据具体情况对电动涡轮的转速进行调整以修正增压数值。

    当发动机转速攀升至足以使安装在排气系统上的涡轮增压器发挥作用时,位于中冷器后方的旁通阀就会打开,由废气涡轮增压器增压后的空气顺着较粗壮的进气管路抵达节气门处,这个增压和进气的过程与普通涡轮增压发动机的原理相同。
    该技术的服役还有待时日,据外媒报道,应用这项技术的发动机很可能会率先应用在未来MLB纵置发动机模块化平台的车型上。

『据外媒报道,目前这台使用电动涡轮技术的V6 TDI发动机正在海外A6车型上
进行验证和测试,预期会出现在未来MLB模块化平台的车型上』

● 电动涡轮的加入可以彻底改善涡轮增压发动机的迟滞问题吗?
    从结构上来看,电动涡轮与废气涡轮的协同工作可以进一步改善涡轮增压发动机在低转速下的动力响应,但在废气涡轮介入的瞬间会不会像普通涡轮增压器车有那种突兀感就要看电动涡轮与废气涡轮的衔接是否顺畅了。就像田径比赛中的接力赛一样,准备接棒的运动员会先起速,在接到队友递来的接力棒时他已经开始进入竞技状态,如果这两个人在速度上不能很好的衔接,那么,成绩势必会有所影响。我们把电动涡轮比作已完赛程的队员,此时,他在完成最后的冲刺后已显疲态,而后劲十足的废气驱动的涡轮则是马上接跑的队员。

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发表于 2012-10-1 19:08:50 |显示全部楼层

其实,电子涡轮增压这样的解决方案并不是奥迪独家的成果,零部件供应商们同样有类似技术,早在奥迪之前,汽车零部件的知名供应商法雷奥(Valeo)就已经对世人展示了他们的Electric Supercharger产品,即电子增压器。它在原理上与奥迪的电动涡轮相同,但是法雷奥设计了一系列的产品,其中既有像奥迪那样用来起辅助作用、减少涡轮迟滞的产品,也有可以独立担当增压器的大功率产品。

    法雷奥的电子增压器也像传统废气涡轮增压器一样,使用了离心式压气机来作为增压的工具,它使用低惯量的磁阻式电机,工作起来不会像废气涡轮增压器那样受发动机转速影响,在响应性上是传统废气涡轮增压器无法比拟的。同时由于不再依赖废气提供能量,它的布置可以更加自由。也就为进气系统提供了可容纳更多先进技术的余地。

    在结构方面,由于不接触废气,因此电子增压器也得以脱离恶劣的高温工作环境,在产品耐用性、寿命、成本以及进气效率等方面均有优势。但是高转速的电机同样会产生一些热量,这些热量通过增压器壳体上的散热片被带走。

    至于具体的节油效果,根据法雷奥提供的资料来看,在目前的12伏特汽车电子系统上,电子增压器对节油的贡献为8%-10%,而与混合动力系统结合时,其省油率可以达到15-20%(欧洲循环工况测试)。
    法雷奥的这套电子增压系统已经在各类型的发动机上做过了测试,在1.0-2.4升排量的自然吸气发动机、以及排量1.0-4.0升的涡轮增压汽油机/柴油机上,这套技术都已通过了验证。目前法雷奥已经为传统的使用12伏特/24伏特电子系统架构的汽车开发了一系列的电子增压器,也针对27V以下使用超级电容的汽车开发了对应产品。目前,他们正在开发适用于60伏特以内(例如48伏特)架构的电子增压器,预计未来的产品在效率和功率方面都会有明显的提升。
厂商宝马
可能运用车型:不详
最快上市时间:不详
    宝马已经要为它们所研发的电动涡轮技术去申请专利了,虽然,现在还没有太多相关资料被报出来,但从我们所掌握的消息来看,宝马奥迪思路相仿,也会将电动涡轮作为整个增压系统中的辅助单元,以弥补传统涡轮增压器在发动机低转速下的不足。
厂商斯巴鲁
可能运用车型:翼豹WRX、BRZ
最快上市时间:2013年

    目前,斯巴鲁也在研制它们的电动涡轮增压技术,与奥迪不同的是,斯巴鲁显然对排量更小的发动机更感兴趣,的确,如果电动涡轮技术真能派上用场,那将会彻底解决此前斯巴鲁2.0T和2.5T发动机(排量稍大些的2.5T就是希望可以用更大的排量来填补发动机低转速下动力响应不足的“缺陷”,但这样的做法依旧不能完全解决问题)的迟滞问题。

    据我们推测,斯巴鲁在电动涡轮方面有别于上面文章中介绍的奥迪技术,斯巴鲁将会放弃依靠废气驱动的涡轮增压器,进而把增压的工作全权交给电动涡轮,因此,斯巴鲁不必像奥迪一样费尽心思的去协调两个涡轮在衔接时的平顺性问题,除了可以自始至终的满足发动机的增压效果外,由于增压器远离了排气系统,这便从根本上改善了原先进气温度高的“缺点”(空气在增压后,温度也会上升,另外,电动涡轮在运转时也会产生热量,这部分热量是如何被散去的,这在日后我们将会为大家介绍),所以,装配电动涡轮的发动机看起来便不再需要中冷器这个“累赘”,这也减轻了发动机的自重,重心也会更低。
编辑总结:
    电动涡轮的意义在于可以淡化甚至完全消除传动涡轮增压器的动力响应迟滞问题,此前,人们愿意使用机械增压器来做这件事,但你也知道,对于小排量车来说,依靠曲轴直接带动的机械增压器会消磨掉一部分动力,这确实是动力稍弱的发动机比较在意的一个问题。而大排量发动机也开始注重燃油经济性,因此,在对机械增压器的使用上变得越来越慎重。这样来看,电动涡轮则是去其糟粕取其精华了。

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