【中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng) 技術(shù)前沿】 博格華納新一代汽油機(jī)VTG渦輪增壓器能在保持發(fā)動(dòng)機(jī)卓越性能的同時(shí)提高成本效益。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，作為博格華納最新的創(chuàng)新型電氣化解決方案，eBooster?電子增壓器技術(shù)能夠成為傳統(tǒng)渦輪增壓系統(tǒng)的絕佳補(bǔ)充，大幅提升燃油經(jīng)濟(jì)性并降低排放。

近日，全球領(lǐng)先的動(dòng)力系統(tǒng)供應(yīng)商博格華納在上海成立了其中國(guó)技術(shù)中心渦輪增壓研發(fā)部，該研發(fā)部擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室及工程能力，可滿足客戶及博格華納研發(fā)人員的測(cè)試需求。自此，博格華納在上海、太倉、寧波三地實(shí)現(xiàn)了渦輪增壓業(yè)務(wù)布局，將形成“以點(diǎn)帶面”效應(yīng)，以更快的響應(yīng)速度及更高的本地化研發(fā)能力為廣范的市場(chǎng)提供更為優(yōu)質(zhì)的客戶服務(wù)。值此之際，博格華納同期舉行了2018渦輪增壓系統(tǒng)技術(shù)研討會(huì)。會(huì)上，博格華納技術(shù)專家重點(diǎn)分享了該公司迎戰(zhàn)中國(guó)應(yīng)用需求的新一代增壓技術(shù)以及博格華納增壓器應(yīng)對(duì)電氣化市場(chǎng)的技術(shù)策略。

新一代汽油機(jī)VTG渦輪增壓器滿足節(jié)能減排需求

博格華納首創(chuàng)的汽油機(jī)可變截面渦輪增壓器（VTG）通過改變廢氣渦輪的進(jìn)氣截面，能大大提升渦輪增壓器的響應(yīng)和增壓效率。該技術(shù)始于2002年與保時(shí)捷的合作，博格華納對(duì)原用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的VTG渦輪增壓器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其能夠應(yīng)對(duì)高達(dá)1000°C的廢氣溫度，從而適用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。在配備此款汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的保時(shí)捷車型量產(chǎn)后的十年間，博格華納對(duì)汽油機(jī)VTG渦輪增壓技術(shù)進(jìn)行了持續(xù)的革新，推出面向各類汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的VTG渦輪增壓器。2017年，博格華納成功研發(fā)出了基于第六代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的汽油機(jī)VTG渦輪增壓器，在裝配和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了更新?lián)Q代，進(jìn)一步提高了空氣動(dòng)力學(xué)效率和可靠性，使其與混合動(dòng)力汽車的新型內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)也能完美匹配，勢(shì)將成為未來清潔節(jié)能推進(jìn)系統(tǒng)的核心組件。預(yù)計(jì)，該款VTG渦輪增壓器將于2019年年中廣泛投入市場(chǎng)。

博格華納新一代汽油機(jī)VTG渦輪增壓器能在保持發(fā)動(dòng)機(jī)卓越性能的同時(shí)提高成本效益。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，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用工況需求，快速、精準(zhǔn)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。通過改變渦輪機(jī)葉輪入口處的流入角度和速度，VTG的渦輪可以迅速提升葉輪轉(zhuǎn)速，增加泵氣能力，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)響應(yīng)速度；博格華納的專利S形導(dǎo)流葉片充分進(jìn)行了空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化，進(jìn)一步提升了VTG增壓器渦端效率和做功能力，從而更深度地增強(qiáng)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力性。先進(jìn)的汽油VTG技術(shù)能帶來出色的油門響應(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。

汽油機(jī)可變截面渦輪增壓器（VTG）

此外，博格華納汽油機(jī)VTG渦輪增壓器與米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)可組成最佳“黃金組合”，有利于未來搭配電動(dòng)機(jī)組成混合動(dòng)力系統(tǒng)，為混合動(dòng)力汽車大規(guī)模市場(chǎng)化做準(zhǔn)備。米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)通過改變進(jìn)氣門關(guān)閉角度控制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，從而減少了發(fā)動(dòng)機(jī)高速高負(fù)荷下的爆震問題，能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)在該條件下為避免爆震而采取的過濃燃燒甚至完全實(shí)現(xiàn)燃油和空氣的當(dāng)量燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹比大于壓縮比，在膨脹行程中可最大限度的將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，達(dá)到改善發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、降低燃油消耗的目的。因此米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比要比傳統(tǒng)的奧拓循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)更高，同時(shí)這種進(jìn)排氣方式會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率較低，升功率和升扭矩有所犧牲。為達(dá)到相同的性能目標(biāo)，因此增壓發(fā)動(dòng)機(jī)勢(shì)在必行。通過VTG渦輪增壓器結(jié)合米勒循環(huán)工作模式，可同時(shí)兼顧低速和高功率兩端的性能要求，通過小開角的導(dǎo)向葉片實(shí)現(xiàn)低速強(qiáng)勁的做功能力，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)高功率高轉(zhuǎn)速工況下?lián)碛休^低的排氣背壓，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速下的整體效率。另外在較低發(fā)動(dòng)機(jī)排放溫度下運(yùn)行的米勒循環(huán)使得汽油VTG采用更為經(jīng)濟(jì)的核心調(diào)節(jié)系統(tǒng)材料變得更加可能，也進(jìn)一步讓汽油VTG技術(shù)從原來高端汽車應(yīng)用變成更具有普適性的技術(shù)。

eBooster?電子增壓器推進(jìn)汽車動(dòng)力電氣化

作為博格華納最新的創(chuàng)新型電氣化解決方案，eBooster?電子增壓器技術(shù)能夠成為傳統(tǒng)渦輪增壓系統(tǒng)的絕佳補(bǔ)充，大幅提升燃油經(jīng)濟(jì)性并降低排放。

eBooster?電子增壓器

eBooster?電子增壓器集成了電子器件，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，目前其第一代產(chǎn)品需與渦輪增壓器共同工作。以下游布局eBooster?為例，在最初的怠速階段，僅有渦輪增壓器進(jìn)行工作，空氣進(jìn)入渦輪增壓器壓縮后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)汽車處于加速、爬坡或其他瞬態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓工況時(shí)，閥門打開，空氣經(jīng)由渦輪增壓器壓縮，進(jìn)入eBooster?，最后再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)達(dá)到穩(wěn)定的需求狀況時(shí)，eBooster?就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，全部空氣受到渦輪增壓器增壓后即進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)然，eBooster?的布局方式并不局限于下游布局，根據(jù)客戶需求，eBooster?也可被放置在渦輪增壓器之前。eBooster?技術(shù)配備了無刷直流電機(jī)和釤鈷磁體，具有出色的效率，其電機(jī)還采用了球軸承技術(shù)，不需任何的油路供給，可以自我進(jìn)行潤(rùn)滑。除靈活安裝外，該技術(shù)還可減少尾氣中的熱質(zhì)量，從而加快后處理系統(tǒng)的加熱速度。

eBooster?原理結(jié)構(gòu)圖（下游布局）

eBooster?可使用12V及48V兩種電源。48VeBooster?適用于3.0發(fā)動(dòng)機(jī)，其功率為5kW到6kW，最大轉(zhuǎn)速在70,000轉(zhuǎn)，達(dá)到90%的最大扭矩所需270毫秒。在很短的時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到6.2kW，在持續(xù)工作中，可達(dá)到2-3kW。應(yīng)用eBooster?的48V系統(tǒng)可使燃油效率提升多達(dá)35%。此外，博格華納也提供適用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的12VeBooster?，其功率為1.7kW，在很短的時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到2.4kW，持續(xù)工作時(shí)，功率會(huì)保持在1.0kW。而根據(jù)市場(chǎng)的需求，博格華納將更多地推廣及應(yīng)用48V的eBooster?。

如人們所知，傳統(tǒng)渦輪增壓動(dòng)力系統(tǒng)帶給駕駛者最大的困擾是渦輪遲滯，而eBooster?可在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)按需提供增壓，在排氣流量還帶不動(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，很好地解決渦輪遲滯現(xiàn)象；待排氣流量變大后，通過廢氣帶動(dòng)渦輪增壓器介入工作。因eBooster?由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，230毫秒就可以達(dá)到電子渦輪增壓器的最大轉(zhuǎn)速，車輛的加速性能和操控感得到顯著提升，為駕駛者帶來更強(qiáng)勁的動(dòng)力體驗(yàn)。開發(fā)中的第二代eBooster?有望實(shí)現(xiàn)持續(xù)性工作，從而為小型發(fā)動(dòng)機(jī)提供更好的低速扭矩且不會(huì)產(chǎn)生可察覺的渦輪遲滯現(xiàn)象。

發(fā)動(dòng)機(jī)的低速化和小型化是汽車提升燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放的重要技術(shù)路線。eBooster?使得汽車在加速、爬坡時(shí)，不需降檔，直接在高擋位低轉(zhuǎn)速的時(shí)候提供較大扭矩，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速化。而在小型化方面，以博格華納eBooster?量產(chǎn)的首個(gè)項(xiàng)目戴姆勒SClass為例，eBooster?使其配備的發(fā)動(dòng)機(jī)在功率不變的情況下由原來的4.8L，V8發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)?.0L，L6發(fā)動(dòng)機(jī)。

eBooster?能夠很好地與和渦輪增壓器相匹配，從而大幅提升燃油經(jīng)濟(jì)性。它們的配合相當(dāng)于兩級(jí)渦輪增壓器，在這個(gè)過程中，eBooster?在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持2-3kW持續(xù)增壓。在與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配過程中，由于eBooster?在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)具有很好的效果，渦輪增壓器便可在和發(fā)動(dòng)機(jī)匹配時(shí)更專注于發(fā)動(dòng)機(jī)中高轉(zhuǎn)速階段，提供更好的增壓效果。eBooster?本身非常小且輕便，并有良好的NVH效果，其電機(jī)效率為94%，通過eBooster?技術(shù)和渦輪增壓器的完美匹配，整個(gè)增壓系統(tǒng)可根據(jù)客戶的特定需求進(jìn)行優(yōu)化。

博格華納eBooster?不僅可與渦輪增壓器配合使用形成二次增壓，也能夠獨(dú)立應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)以及向燃料電池提供空氣供給。博格華納eBooster?210ms的瞬時(shí)響應(yīng)性，有效支持了中國(guó)城市路況中的頻繁起停，進(jìn)一步提升新能源發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能，清潔排放的效果。博格華納目前48veBooster?產(chǎn)品與P0的輕混框架，相得益彰，更進(jìn)一步降低油耗；同時(shí)博格華納即將推出高壓電子增壓器，以滿足未來P2&P3混動(dòng)的更高要求。

結(jié)語

博格華納在汽車行業(yè)有著超過130年的經(jīng)驗(yàn)，作為前瞻性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解決方案的世界領(lǐng)先者，致力于幫助汽車制造商和消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)更潔凈、更節(jié)能的世界并以高度創(chuàng)新的技術(shù)應(yīng)對(duì)未來挑戰(zhàn)。渦輪增壓器在近幾十年歷經(jīng)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，源于市場(chǎng)對(duì)節(jié)能減排的迫切需求，也源于發(fā)動(dòng)機(jī)小型化的發(fā)展趨勢(shì)。自1999年收購德國(guó)3K和美國(guó)Schwitzer渦輪增壓器業(yè)務(wù)開始進(jìn)入這一領(lǐng)域，博格華納也為此不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新：從普通旁通閥式渦輪增壓器到雙流道渦輪增壓器，汽油機(jī)VTG渦輪增壓器，兩級(jí)渦輪增壓器，三級(jí)渦輪增壓器，再到博格華納最新的eBooster?電子增壓器技術(shù)。