Garrett打造电动涡轮增压器:更强劲动力、更高效率和更短滞后

2019年10月21日 16:35 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,虽然纯电动汽车正在不断崛起,但现实情况是内燃机引擎仍将会继续存在一段时间...并且还会有许多提升的空间。实际上,电动也是这一等式中的一部分--即电气化涡轮增压器,它将有望在效率和电力输送方面向前迈出一大步。

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近年来,涡轮增压器已经迅速成为汽车领域的主流趋势,随着发动机变得越来越小、对效率的追求也越来越高,功率输出和燃油经济性得到了改善。如今, 作为一流部件制造商和在涡轮增压技术领域拥有领先地位的公司,Garrett Motion宣布将在2021年推出电动涡轮增压器(e-turbos),其中将特别关注混合动力引擎。

E-turbo显然是现代发动机涡轮增压的下一步。通过对涡轮增压器假脱机的更多控制,电力即效率将获得提高。为了明白它是如何运转的,了解涡轮增压器如何影响燃烧来提高发动机的功率输出和效率则是非常重要的。

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涡轮增压快速入门

内燃机在燃烧室(汽缸)中点燃燃料并和空气混合以产生运动。获得燃料:正确的空气混合物对于用最少燃料获得最大能源至关重要。跟人们所想的相反的是,电力输送同样也是效率的重要组成部分。如果可以用更少的燃料来补充更多的动力,那么发动机的效率显然会更高。那些参加过赛车运动的人知道,有效的动力创造要比倾倒燃料更好。前者能够产生更好、更可用的动力并减轻重量、允许车辆走得更快并保持更高的速度更长时间。

涡轮增压器有助于改善燃料效率:通过压力推动更多空气进入燃烧室从而使进入燃烧室的空气量可以得到更精确的控制。非涡轮增压(又名“自然吸气”)发动机则通过后退的活塞和打开的进气阀产生的部分真空将空气吸入燃烧室。增压发动机使用了一种类似于涡轮增压器的强制空气方式,但它由发动机本身驱动,因此需要从发动机获得动力才能运行。虽然传统上来说,增压器比涡轮增压器更容易控制,但成本更高且对小排量发动机来说也不总是那么得好用。

传统涡轮增压器由发动机排出的废气提供动力,另外它对发动机的动力输出不产生任何阻力。排气使涡轮旋转,涡轮吸入空气、压缩空气然后将其推入气缸的进气口。涡轮增压器的缺点是发动机在从低压(低转速)增至高压(高转速)时会出现延迟。

在一个典型的应用中,涡轮增压器的大小以平衡其涡轮动力交付时间跟发动机的需求而定。涡轮压缩机越大,其在提供更多动力之前的滞后时间也就越长。通常这种妥协意味着如果涡轮太小的话则无法在很高的转速下有效运行。如果是在高转速下,这些涡轮经常会关闭、更多的燃料会被泵入发动机以此来补偿并让涡轮冷却下来。

大众汽车、梅赛德斯-奔驰等公司已经开发出了双级涡轮增压器,这种增压器通过电动马达旋转涡轮压缩机一直到废气能够赶上并以更高的速度占据压缩机。然而这些双级涡轮会受到一定的物理限制,因为一个小电机只能转动一个给定尺寸的压缩机。因此,上面提到的尺寸大小和热量平衡问题仍旧存在。

Garrett E-Turbo系统

Garrett计划将涡轮增压器提升到全电动的水平。这家公司内部的E-Turbo设计将很快就会加入到三菱、BorgWarner等其他涡轮制造商的竞争中。E-Turbo的压缩机并不是部分由较小的发动机驱动而是通过较大的电动机在较低速度下驱动较大的压缩机,最终随着发动机转速的增加,废气可以实现部分或全部驱动压缩机。

从本质上来说,这样的涡轮增压器可以造得更大进而扩大它的用途--既提高了功率和效率又几乎消除了涡轮滞后性。更重要的是,涡轮上的发动机还可以反向工作。

当涡轮不再需要的时候,例如减速或当司机开始以滑行的速度行驶时,旋转的涡轮的惯性可以被捕获并被传输给车辆的电池。Garrett特别设计了它的E-Turbo以此来配合目前许多生产车辆上使用的48V系统。其方案不仅可以捕获原本只会从排气管中释放出来的能量从而进一步提高效率,而且更重要的是,获得的能量可以在踩下油门的时候用来再次旋转涡轮时。Garrett表示,这些效率的提高意味着车辆燃油效率提高了10%。大多数情况下,燃油效率提高范围都将在2- 5%之间,具体多少则取决于如何使用E-Turbo系统以及采用哪种行驶。此外,E-Turbo还可用于柴油发动机,在这种情况下它最多可减少20%的氮氧化物,而这则是另一个巨大的好处。

现在的汽车虽然引擎在不断缩小但其动力输出却没有因此减少,对此,Garrett相信E-Turbo也能做到这点。由于E-Turbo可以使用更大的涡轮,所以它可以在运行过程中保持较低的温度而不需要倾倒燃料。

Garrett表示,他们将在未来将这一计划带入到量产汽车中,至于会跟哪家公司合作并没透露。鉴于其以往的技术合作历史,捷豹路虎很有可能会是那家公司。

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