汽車圈有關(guān)節(jié)能減排的討論由來(lái)已久，但這一需求卻從來(lái)沒(méi)有像今天這般迫切。近幾年，我們清楚地看到，基于環(huán)境以及法規(guī)方面的壓力，車企們一面加大改進(jìn)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，一面加大投資做了更多的混合動(dòng)力以及新能源，使得汽車市場(chǎng)開(kāi)始“別有一番景象”。不過(guò)，盡管未來(lái)新能源及混合動(dòng)力的比重必定有所增加，但同樣不可否認(rèn)，以上幾種動(dòng)力類型并行的局面還將保持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
博格華納渦輪增壓系統(tǒng)中國(guó)區(qū)及泰國(guó)區(qū)副總裁兼總經(jīng)理倪廣山近日在接受媒體訪問(wèn)時(shí)就曾提到，整個(gè)市場(chǎng)確實(shí)在走向一個(gè)電氣化的發(fā)展趨勢(shì)，但是這并不意味著傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)就消失殆盡了。實(shí)際上，今天甚至在今后的10年、20年之內(nèi)，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)仍然將占有比較大的份額。其近期的一份報(bào)告更是明確指出，以內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)的車型仍然在繼續(xù)增長(zhǎng)，并且在2027年仍將占據(jù)95%的份額。
既然內(nèi)燃機(jī)還將存在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，那么其節(jié)能增效方面的需求定會(huì)只增不減。如此一來(lái)，作為如今已被各大汽車廠商廣泛使用的渦輪增壓技術(shù)也將有很大的發(fā)展空間。原因很簡(jiǎn)單，渦輪增壓技術(shù)對(duì)于降低尾氣排放、提升性能以及節(jié)省燃油消耗都有一定的貢獻(xiàn)，而這一技術(shù)在混動(dòng)車型中的應(yīng)用，也證明它同樣能夠適用于汽車電氣化的發(fā)展趨勢(shì)。倪廣山預(yù)計(jì)，今年渦輪增壓市場(chǎng)的增長(zhǎng)應(yīng)該會(huì)在15%左右，高于汽車整體市場(chǎng)的增長(zhǎng)，并且未來(lái)3-5年的增長(zhǎng)率還會(huì)保持在這個(gè)水平。
當(dāng)然，在需求增長(zhǎng)的同時(shí)，渦輪增壓技術(shù)必須在當(dāng)前的水平上進(jìn)行升級(jí)，唯有如此才能夠迎合更為嚴(yán)苛的油耗排放法規(guī)，滿足主機(jī)廠更長(zhǎng)時(shí)期的需求。針對(duì)此，汽車廠商以及零部件供應(yīng)商們的開(kāi)發(fā)早已緊鑼密鼓地展開(kāi)，他們給出的方案也可謂精彩紛呈。而以下兩種被稱為“黃金組合”的方案正在為業(yè)界所關(guān)注與嘗試。
米勒循環(huán)＋汽油機(jī)VTG
渦輪增壓雖好，但其也有不可忽視的硬傷——為了滿足高速高負(fù)荷更好的性能更好的增壓效果，采用大渦輪就免不了大的渦輪遲滯，為了減少渦輪遲滯以及滿足發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩的需求，采用小渦輪又會(huì)導(dǎo)致增壓效果弱，似乎總不能兩全。不過(guò)市場(chǎng)中出現(xiàn)的可變截面渦輪增壓技術(shù)（VTG）一定程度解決了這一問(wèn)題。
根據(jù)旁通式增壓器的機(jī)理，它會(huì)在高速的時(shí)候有一定的放氣，放氣會(huì)導(dǎo)致效率上的降低，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)背壓會(huì)有所提升，所以會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的降低。而VTG不存在放氣的問(wèn)題，所有的廢氣都會(huì)進(jìn)行做功，相比旁通式增壓器，能夠既滿足低速扭矩需求，同時(shí)能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)高速高負(fù)荷時(shí)增壓器的整級(jí)效率。同時(shí)VTG技術(shù)通過(guò)導(dǎo)向葉片的角度調(diào)整，能夠改善葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量產(chǎn)生的遲滯。不過(guò)，不可忽視的是，受限于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的超高溫度，這種技術(shù)此前只能用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上。
而后，博格華納與保時(shí)捷共同研發(fā)出了能在汽油機(jī)上使用的VTG技術(shù)。如今，博格華納這一技術(shù)經(jīng)過(guò)多年已經(jīng)發(fā)展到第六代，預(yù)計(jì)很快將會(huì)進(jìn)行SOP。據(jù)了解，博格華納對(duì)其VTG渦輪增壓器的材料和設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，使其更堅(jiān)固，從而能夠承受汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高熱負(fù)荷，保證在最惡劣的條件下也能可靠運(yùn)行。此外，最新的VTG技術(shù)配備了一個(gè)強(qiáng)大的電動(dòng)執(zhí)行器，快速、精確地調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片，實(shí)現(xiàn)接近瞬時(shí)加速的效果和最優(yōu)化的功率輸出。通過(guò)改變渦輪機(jī)葉輪入口處的流入角度和速度，博格華納的專利S形導(dǎo)葉片可調(diào)節(jié)VTG渦輪機(jī)的輸出功率，在極低的轉(zhuǎn)速下提高熱動(dòng)力和發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度。先進(jìn)的汽油VTG技術(shù)能帶來(lái)出色的油門響應(yīng)和平穩(wěn)的動(dòng)力輸送，同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率，降低排放，適用于更多類型的汽車。
VTG的市場(chǎng)潛力之所以被看好，還得益于業(yè)界對(duì)于米勒循環(huán)的熱衷，隨著法規(guī)的日益嚴(yán)苛，米勒循環(huán)憑借不錯(cuò)的節(jié)油效果而被很多汽車廠商所看重，相應(yīng)的增壓需求自然也就增長(zhǎng)了起來(lái)。博格華納渦輪增壓系統(tǒng)應(yīng)用工程總監(jiān)Marc Neel表示，博格華納目前在全球有相當(dāng)數(shù)量的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)VTG的項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)和接近SOP的過(guò)程當(dāng)中。而在這些項(xiàng)目之中，有80%是針對(duì)米勒循環(huán)的。
熟悉米勒循環(huán)的人士應(yīng)該知道，與普通的動(dòng)力系統(tǒng)相比，這一模式通過(guò)氣門的晚關(guān)和早開(kāi)，可以使排溫從傳統(tǒng)的1000多度降低到950度甚至更低，而當(dāng)你的排溫有所降低的時(shí)候，系統(tǒng)對(duì)于各方面的材料和耐久的要求就會(huì)降低很多，加快了VTG 在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的使用。Marc Neel透露，目前博格華納的VTG方案還是主要以柴油機(jī)為主，不過(guò)針對(duì)950度汽油機(jī)的VTG方案已經(jīng)在進(jìn)行一些項(xiàng)目的測(cè)試，相關(guān)進(jìn)展正在加快，針對(duì)1000度以上的方案也在持續(xù)開(kāi)發(fā)當(dāng)中。
此外，他還指出，VTG在技術(shù)上的持續(xù)的改進(jìn)，能夠讓它配合現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，達(dá)到更高的要求。與此同時(shí)，如今汽油機(jī)VTG已經(jīng)變得更加平民化，不再是只能用于豪華跑車上的技術(shù)，其價(jià)格已經(jīng)可以和一定的旁通式增壓器的價(jià)格相競(jìng)爭(zhēng)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著市場(chǎng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)效率和排放的要求不斷提高，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)VTG的市場(chǎng)潛力將十分可觀。
48V＋eBooster
混動(dòng)車會(huì)是一個(gè)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，可能是一個(gè)比較主流的技術(shù)。而在整個(gè)混動(dòng)市場(chǎng)中，48V系統(tǒng)也將成為不可忽視的一股力量。
不難看到，隨著國(guó)內(nèi)外油耗和排放法規(guī)日益嚴(yán)苛，各大主機(jī)廠開(kāi)始著力研發(fā)具有超高燃油經(jīng)濟(jì)性的動(dòng)力系統(tǒng)，兼顧油耗排放法規(guī)與成本的48V弱混技術(shù)成為了“新寵”。據(jù)IHS《全球洞察》預(yù)測(cè)，截至到2025年，48V混動(dòng)汽車的市場(chǎng)占有率將占全球輕度混動(dòng)車市場(chǎng)的95%，幾乎將是全球混動(dòng)汽車總量的一半。更重要的是，中國(guó)未來(lái)將成為48V技術(shù)的主要市場(chǎng)，到2025年大約會(huì)有接近800萬(wàn)臺(tái)的48V車型在中國(guó)生產(chǎn)。
毫無(wú)疑問(wèn)，48V的發(fā)展推動(dòng)了一系列相關(guān)產(chǎn)品的需求，eBooster?也是其一。倪廣山表示，如果真正48伏推廣起來(lái)的話，eBooster?的優(yōu)勢(shì)將會(huì)非常明顯。
今年5月份，博格華納48伏eBooster?電子渦輪增壓器日前成功應(yīng)用于戴姆勒最新的3.0升汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中。該發(fā)動(dòng)機(jī)將結(jié)合eBooster?電子渦輪增壓技術(shù)與博格華納的渦輪增壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)化的低速扭矩輸出，同時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行增壓，可避免明顯的渦輪遲滯現(xiàn)象。值得一提的是，應(yīng)用eBooster?的48V系統(tǒng)可使燃油效率提升多達(dá)35%，能顯著降低排放。
那么，eBooster?是如何具體實(shí)現(xiàn)這些效果的？筆者將其簡(jiǎn)單總結(jié)為以下幾點(diǎn)：
首先，eBooster? 電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)與渦輪增壓器協(xié)同工作：發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣流量還帶不動(dòng)渦輪增壓器的葉輪時(shí)，由電機(jī)先驅(qū)動(dòng)eBooster?介入工作，提供增壓。等到排氣流量變大后，通過(guò)廢氣帶動(dòng)另一個(gè)渦輪增壓器介入工作。渦輪遲滯現(xiàn)象的消除給駕駛者帶來(lái)了更強(qiáng)勁的動(dòng)力體驗(yàn)，可以在更短的時(shí)間內(nèi)，扭矩達(dá)到最大值。因eBooster?由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，230毫秒就可以達(dá)到電子增壓器的最大轉(zhuǎn)速。車輛的加速性能和操控感得到顯著提升。
其次，配備了eBooster?之后，可將變速箱和差速器等一系列傳動(dòng)裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)在既定的高速路工況下以每分鐘較低的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。例如：汽車加速、爬坡的時(shí)候，駕駛員一般換到低檔位，降檔升轉(zhuǎn)速，然后踩油門加速，由此一來(lái)，扭矩會(huì)比較大。而使用了eBooster?之后，不需要降檔，可直接在高擋位低轉(zhuǎn)速時(shí)提供較大扭矩，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速化，以降低油耗和排放。
此外，通過(guò)縮小發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，eBooster?技術(shù)可使燃油和混合動(dòng)力汽車的燃油效率提升5%到10%。
當(dāng)然，eBooster?并不是渦輪增壓的電氣化的唯一方案。博格華納還正在開(kāi)發(fā)eTurbo?的技術(shù)。博格華納的eTurbo?是由電能輔助的集成電機(jī)式渦輪增壓器。這一產(chǎn)品所面臨的最大挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)軸承概念和集成電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)和渦輪增壓概念的集成必然對(duì)軸系高轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定性和耐久性提出更高的要求。這個(gè)技術(shù)的亮點(diǎn)還包括高效的電能搜集功能，是一個(gè)更為節(jié)能高效的增壓系統(tǒng)。據(jù)了解，目前博格華納已經(jīng)生產(chǎn)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并且很多歐美OEM都已經(jīng)拿到了樣機(jī)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。
蓋世小結(jié)：總而言之，在傳統(tǒng)節(jié)能減排與動(dòng)力電氣化需求并行的情況之下，各類方案的接連出現(xiàn)將給汽車廠商帶來(lái)更多的選擇，而以上所提到的兩大“黃金組合”也必定會(huì)俘獲不少汽車廠商。當(dāng)然，正如博格華納渦輪增壓系統(tǒng)工程研發(fā)總監(jiān)彩霞博士在接受采訪時(shí)所說(shuō)，汽車整體性能或是燃油效果的提升并非依靠某一款產(chǎn)品或是某一部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，還需要相關(guān)材料、部件或是主機(jī)廠相關(guān)系統(tǒng)的“完美契合”，如此才能夠更好體現(xiàn)它的價(jià)值。