即便涡轮增压器已经在高、中、低端车型中随处可见的当下,提及涡轮增压,仍有人质疑其存在迟滞效应、动力输出不够线性及维修成本高等瑕疵。在9月9日博格华纳(BorgWarner)于其太仓工厂举办的“涡轮增压系统技术研讨会(以下简称“研讨会”)”上,记者获悉,得益于电子技术、电气化(电机驱动)及新材料的应用,如今的涡轮增压器不论是性能还是可靠性都已日臻完美,似乎正千方百计地助力发动机榨干每滴油。
同时,涡轮增压器市场也迎来了突飞猛进的增长。据专家预测,中国新销售乘用车的涡轮增压占比将从2015的22%增长至2020年的44%。换言之,只需5年左右时间,近一半乘用车都将是涡轮增压车型。
电子化,实现智能控制
事实上,涡轮增压在攻城略地的同时,其技术也在不断升级换代。例如,现在很多涡轮增压器都已经采用了电子控制技术,并增加了电控冷却系统,其智能化和可靠性都得以大幅提升。博格华纳专家表示,随着排放标准的升级,尤其是达到国Ⅵ排放标准之后,涡轮增压器原先采用的气动执行器(机械式)就力不从心了,必须采用电子控制,即电子执行器。
如何最大限度地消除涡轮增压器在发动机低转速区的增压迟滞效应是其技术升级的一大主攻方向。为此,博格华纳研发了R2S两级可调涡轮增压系统(Regulated 2-Stage)。简言之,R2S是将1个响应更快的“小涡轮”和1个“大涡轮”组合在一起,在弥补增压迟滞的同时,亦不损失发动机高转速时增压器的“火力全开”。2014年,博格华纳R2S两级可调涡轮增压系统已率先在中国批量应用。
从理论上说,如果为涡轮增压系统增加调节的级数(类似变速器的挡位数),势必能更流畅、更充分地利用废气能量,这便是可变截面涡轮增压器(VTG)的核心优势。博格华纳专家表示,由于可变截面调节机构复杂且精密,难以承受高温,所以原先VTG增压器主要用于柴油机。但随着VTG技术不断改进,未来必将更加广泛地用于汽油发动机。
电驱动,弥补低速迟滞
研讨会上,博格华纳专家重点介绍了两款电驱动增压器e-Turbo和e-Booster。其中,e-Turbo是在两个涡轮之间的轴上安装一个高速电机,通过电机将两个涡轮耦合在一起,相当于二级涡轮增压系统,电机用于提高低速响应;当发动机进入高速区后,则主要由涡轮增压器发力,实现了电机和涡轮增压的优势互补。经试验验证,e-Turbo可明显提升涡轮增压器的响应效率,将涡轮增压的滞后从原先的4-5秒缩短至2秒左右。
相比需要48V或更高电压系统驱动的e-Turbo,博格华纳专家认为,e-Booster更具成本优势。在欧洲,今年年底就会有一个项目进入SOP(批量投产)。未来,e-Booster可能更适合国内市场所需。结构紧凑的e-Booster更像一个电动鼓风机,相当于给车辆的涡轮增压系统再鼓一股气,进而提升其低速扭矩和响应速度。同时,在无需e-Booster增压时,e-Booster还可以反向充电。博格华纳e-Booster拥有12V和48V两种解决方案。虽然12V的e-Booster功率不及48V,但其无需水冷,成本优势明显。因此,国内汽车企业都非常偏好12V的e-Booster。
新材料,固本增效
对于需要承受近1000℃高温,以及转速最高可达15万转/分的涡轮增压器而言,除了要在电子化、电动化等方面推陈出新外,如果自身没有良好的机体也是无法确保其长期高负荷运转的。研讨会上,博格华纳介绍了几项在新材料、新工艺及新结构上的创新应用。比如,博格华纳最新开发的钛铝合金涡轮就能减小30%的转动惯量(与镍合金材料相比),极大地改善了增压器的低速响应能力。
同时,在工艺上的创新也可为涡轮增压器降本增效。与传统的铸钢机壳相比,博格华纳通过法兰或焊接制造的钣金蜗壳(又称不锈钢焊接蜗壳)不仅可减轻重量、降低成本,而且在能效比和输出功率方面也不相上下,并且热容性较低,因此在冷启动阶段能更快触发催化转换器。(杰克)