關(guān)于電動增壓器瞬態(tài)快速響應(yīng)的分析介紹

2016年，Audi公司成為了第一家使用電動化空氣壓縮機的汽車制造商，其應(yīng)用讓Audi公司旗下的一款量產(chǎn)發(fā)動機的動力輸出得到很大提升。Audi公司推出的高性能SUV SQ7搭載的3.956 L排量的柴油機，由一對渦輪機及一個法雷奧的電動機械增壓器增強其進氣性能。Audi的汽油機也緊跟其技術(shù)趨勢，于2017年日內(nèi)瓦車展展出了Audi Q8 3.0 L V6發(fā)動機，由雙渦輪增壓機及1個電動增壓器進行增壓。在這兩例應(yīng)用中，電動增壓器改善了發(fā)動機的瞬態(tài)響應(yīng)性，在非常短的時間內(nèi)提供的壓縮力增加。SQ7的增壓器由1臺強勁頭動力的電機驅(qū)動，在僅有的220 ms內(nèi)就能達到70 000 r/min。結(jié)果，搭載SQ7的V8發(fā)動機在0.25 s內(nèi)就能夠達到最大扭矩，僅需渦輪增壓器的時間不到0.07 s。電動增壓器與渦輪增壓器在發(fā)動機動力靈敏性和發(fā)動機響應(yīng)上有很大的差異，因此對于真實環(huán)境下的工作情況差異明顯。

這一技術(shù)也讓在4.0 L V8系列發(fā)動機領(lǐng)域中小排量化成為了可能。當用1臺V6發(fā)動機替代V8發(fā)動機時，即可稱為小型化。對于1臺SQ7或者其兄弟車型賓利Bentayga（添越）而言，1臺電動增壓的V8與1臺V12發(fā)動機提供的動力響應(yīng)性一致，電動增壓器的快速響應(yīng)特性能夠幫助在低轉(zhuǎn)速時增大扭矩。但是一旦提高轉(zhuǎn)速，廢氣渦輪機因為從排氣中獲得動力就變得十分高效。

2馬勒電動增壓器

供應(yīng)商馬勒使電動增壓器已經(jīng)在1臺技術(shù)樣機上裝備了電動增壓器技術(shù)，這臺1.2 L汽油發(fā)動機產(chǎn)生的最大功率為193 kW。馬勒動力總成首席研發(fā)工程師Mike Bassett指出，壓縮大量空氣所需的能量很大，因此，在高轉(zhuǎn)速運行時，馬勒使用的是傳統(tǒng)耐用的渦輪增壓器，其機械軸傳遞動力的方式不僅有很高的經(jīng)濟性并且工作效率良好，渦輪機傳遞到主壓縮機的動力，對這臺發(fā)動機而言可以達到超過20 kW的功率，因此沒有必要使用電動增壓器。

馬勒使用的48 V Aeristech電動增壓器峰值功率為9 kW。其與集成起動發(fā)電一體機（ISG）形成了微混動力裝置的一部分，回收的能量足夠充分地滿足電動增壓器的能量需求。如果駕駛員使用9 kW全功率加快增壓速度，ISG能夠確保有充足的電能儲備。

3法雷奧電動增壓器

法雷奧動力總成部全球副總裁 Michel Forissier同樣認為1臺電動增壓器加上大型渦輪增壓器的兩種工況方案可以提供最佳性能。同時采用1臺簡單的電動壓縮機和1臺簡單的渦輪增壓器的技術(shù)方案后，沒必要使用高成本的可變截面或者可變噴嘴技術(shù)的渦輪增壓機。雙渦輪機價格昂貴，而且也很難布置。對于單渦輪的合理布置則較簡單，機械增壓器能夠布置在發(fā)動機進氣側(cè)而不是布置在后側(cè)并需要布置復(fù)雜的冷卻管路。并且遠離排氣側(cè)布置能夠降低電動增壓器自身冷卻需求。

法雷奧電動增壓器的核心技術(shù)源于Controlled Power Technologies（CPT）公司開發(fā)，其在2011年把針對3 500 kg整備質(zhì)量的車型所使用的專利轉(zhuǎn)讓給法雷奧。然而法雷奧已經(jīng)重新定義了轎車技術(shù)，CPT已經(jīng)開發(fā)出了商務(wù)車的電動增壓器。CPT創(chuàng)造了一種快速響應(yīng)的可控增壓應(yīng)用（COBRA）的重型電動增壓器技術(shù)，未來即將應(yīng)用到各汽車制造商或者供應(yīng)商的開發(fā)過程中去。

在低轉(zhuǎn)速，1臺電動增壓器能夠提供與發(fā)動機輸送燃油量相匹配的進氣量，避免運轉(zhuǎn)時有加濃趨勢。因為在每次踩油門時，發(fā)動機已經(jīng)獲得了有用空氣，但這只是一個純?nèi)紵碚?。許多重型車輛或公共汽車，在路邊加速行駛時冒煙，因為其達到了瞬態(tài)扭矩限制。電子控制單元（ECU）設(shè)定發(fā)動機輸出定量的扭矩，但是加速時沒有充足的空氣，此刻增壓器緩慢運轉(zhuǎn)，由于遲滯響應(yīng)，發(fā)動機突然獲得大量空氣，噴油量增加，從而產(chǎn)生大量黑煙。通過改善排氣廢氣再循環(huán)（EGR），電動增壓器也能促進減少NOx排放。當發(fā)動機在高負荷、高溫，及過量的空氣下加速時，會產(chǎn)生大量NOx。使用機械增壓器，能加強EGR的流動，在加速階段增加惰性氣體進入燃燒室。當駕駛員猛踩油門時，此時可以有一個特別的彌補過量空氣的EGR流，從而能能夠在源頭抑制NOx的產(chǎn)生。

4節(jié)能汽車的應(yīng)用

許多發(fā)動機制造商采用米勒循環(huán)（在部分壓縮行程進氣門打開）以改善燃油效率。結(jié)果是回流到進氣歧管內(nèi)的氣體，需1臺壓縮機推動氣體回到氣缸中。電動增壓器能夠精確控制氣體，基于此種應(yīng)用，法雷奧期望在2021年銷售一百萬臺電動增壓器——是去年5萬臺銷量的一個大跳躍。大型V6或者V8發(fā)動機應(yīng)用很好，但是不能形成很大的商業(yè)實例。任何時候，1臺12 V或者48 V微混汽車，很容易引入機械增壓器的優(yōu)勢，因為其使用同樣的電器系統(tǒng)。1臺運行不順暢的發(fā)動機可能會有噪聲，在一眨眼間，電動增壓器可從發(fā)動機轉(zhuǎn)速0~70 000 r/min加速時產(chǎn)生嘯叫聲，因此法雷奧正在努力消除噪聲，并計劃將改善后的電動增壓器安裝在沒有NVH問題的賓利車中。