(如果你对发动机的传统增压技术还不是很了解

作者:汽车咨询

[汽车 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)

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涡轮增压发动机如今对于国内消费着来说已经不再陌生,凭借着小排量高功率、提速快、扭矩强等特点已经越来越被人们所喜爱。随着时间的推移,涡轮增压发动机的排量还在持续下探,广汽丰田雷凌Turbo所搭载的1.2T D-4T发动机正是这一领域的新产品。作为一位“后来者”,到底哪些亮点可以让它在竞争激烈的市场中夺得一席之地,接下来就由我们一起来看看。

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越来越多的厂家推出自己的涡轮增压发动机,消费者们对这个名词也已经习以为常,但涡轮发动机并不是万能的。虽然它拥有着诸多优势,但低转速的迟滞是不可回避的痛。不过据外媒最近的报道,此前传闻的奥迪电动涡轮增压发动机终于有望迎来量产,而全新Q7有望成为首款搭载电动涡轮增压发动机的车型。全新电动涡轮的概念究竟能否从此告别迟滞呢?

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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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这款1.2T发动机采用阿特金森/奥托双循环、缸内直喷、VVT-iW可变气门正时进气系统、低惯量涡轮增压器、水冷中冷器等技术,最大功率85千瓦/5200-5600转,峰值扭矩185牛米/1500-4000转。

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奥迪下一代Q7将搭载具备电子涡轮的发动机

传统涡轮增压发动机如何工作?

在介绍电动涡轮发动机之前,我们先看看传统涡轮增压器的原理。简单来说涡轮指的是结构部件,其通过燃烧室排出的废气带动涡轮的旋转,而涡轮带动同轴的叶轮旋转。这样旋转的叶轮在进气管内形成压力,从而提高发动机进气量,达到提高性能的目的。但是传统涡轮这样的工作原理存在着一个重大的缺点,那就是只有发动机转速达到一定程度,发动机排出的废气才能带动涡轮达到做正功状态。这样的特性也决定了增压发动机在低转速状态的表现不佳。

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了解了涡轮增压发动机的工作原理以及最大的弊端,为了解决它们,电动涡轮增压器诞生了。有电机控制的电动涡轮增压器不靠废气带动,电机能在极短时间内将小尺寸涡轮带到一个相当高的转速,这同样可以增加压力从而增加进气量,使发动机在低转速状态也能有很好的性能表现。据奥迪方面称,小型化电动涡轮能在极短时间内转速达到70000转。

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工作原理类似于接力棒

奥迪的电动涡轮增压方案设计的并不是取代传统涡轮增压器,而是两者相辅相成,被独立分为两部分。当发动机转速较低时由电动涡轮增压器来为发动机的进气提供增压效果;发动机转速较高时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。两者就像是接力赛队员一样,当发动机转速达到一定程度,电动涡轮将接力棒交给传统的废气涡轮。而这个交棒的时机是当废气涡轮做正功时开始的。

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两者虽然是两种不同增压方式,但实际上两者在中冷器之前的进气部分是共用的。两种不同涡轮工作状态的切换通过旁动阀实现,当发动机转速较低时,旁动阀关闭,空气进入电动涡轮一侧管道。而电动涡轮后方配有空气流速传感器,可以根据空气流速对电动涡轮的转速进行调整。而当传统废气涡轮做正功时,旁动阀会打开,让空气走废气涡轮一端。

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虽然该发动机与对手相比在动力参数上的优势并不明显,但是36.2%的热效率意味着只需要消耗更少的燃油就能取得和竞品相近动力。更值得注意的是,这款发动机在1500转即能达到峰值扭矩,并可一直持续到4000转。反馈到实际体验中的话,代表雷凌Turbo可以获得更好的加速效果。

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。

图片来源于网络

接力式的工作状态会对发动机有何影响?

正如接力队员在接棒时容易失误一样,两种不同增压器之间的衔接也存在问题。在临界点由电动涡轮向废起涡轮介入过程中,进气量的改变造成顿挫几乎板上钉钉,但奥迪方面如何减小甚至让消费者忽略这种突兀感还不得而知。

为什么选择两种增压器协同工作,而不是单枪匹马呢?

既然两种增压器协同需要解决衔接问题,那为什么不只选择电动涡轮作为增压器呢?不仅不再为衔接问题烦恼,何乐而不为呢?这是因为电动涡轮靠电机驱动,而电机很难承受长时间高负荷的工作状态,所以奥迪不得不退而求其次。

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为提升动力响应采取了哪些措施?

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奥迪电动涡轮发动机工作示意

总结:请允许编辑做一回标题党!从目前来看,电动涡轮虽好,但真像标题所说凭借它就能让涡轮增压发动机告别迟滞,未免有些为时尚早。从目前来看,虽然电动涡轮能缓解甚至完全解决低速疲软这一问题,但与传统涡轮的衔接成了新问题,加上对电动涡轮在成本和可靠性上的担忧,它的普及可能还需要时间。但我们也要对电动涡轮给予大大的肯定,解决了低速疲软问题的涡轮增压发动机值得我们期待!

1.低惯量涡轮增压器

● 电动涡轮与废气涡轮协同工作,旁通阀负责切换进气管路。

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丰田1.2T发动机采用的低惯量涡轮通过采用小尺寸轻量化叶片、优化叶片和壳体形状来提升涡轮响应速度和空气压缩效率,从而达到更为理想的燃烧效果。也就是说,这款发动机不但削减了涡轮迟滞现象,还提升了燃油经济性和动力。

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。

2. 电子废气旁通阀

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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。

由于发动机在高转时排气量很大,导致涡轮增压器转速很高,从而产生的进气量会远高于需求量,并且因为进气压力过大会出现气缸压力过高及增压器超速等现象。为了避免这样的结果,通过废气旁通阀将多余的废气送入排气管,以控制增压压力。

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。

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丰田1.2T发动机的电子废气旁通阀可以更加精确的判断压力数值,相比于传统机械阀门大幅缩减内部结构。同时由于电子系统不容易受时间或其它外界因素影响导致性能衰弱,保证了更高的可靠性。

『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』

此外,传统涡轮增压发动机的废气旁通阀无论动力负载高低始终都是关闭状态,导致发动机在低负载时涡轮增压器持续运转带来额外的排气阻力,从而增加油耗。

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