从飞机坦克到汽车 “降耗利器”涡轮增压以何站稳C位?

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2019-01-09 09:38:24 本网综合 评论 字号 繁体中文 关闭 收藏 打印 复制

  国内不断趋严的油耗法规和实施中的“双积分”政策红线,让节能减排成为车企迫在眉睫的头等大事。根据国家燃油消耗法规,到2020年乘用车平均燃料消耗量需降到5L/100KM;到2025年乘用车平均燃料消耗量需降到4L/100KM,涡轮增压技术在满足油耗要求的同时提升汽车驾驶性能,作为经济有效的节能减排技术被众多车企广泛采用。据盖世汽车研究院预测,到2025年,中国汽车市场内燃机汽车涡轮增压器渗透率将达到71%左右。

  涡轮增压的重要意义在于通过提高发动机进气量提高发动机的功率和扭矩,装配涡轮增压器后的发动机最大功率可提升四成,同时提高近20%的燃油效率,减少近两成的尾气排放。而在功率不变的前提下,可降低发动机的整体尺寸,实现降本减重。据盖世汽车研究院分析数据,当前全球增压器市场的主要有博格华纳、三菱重工、IHI、盖瑞特(原霍尼韦尔交通系统)等,占据了中国乘用车市场大约95%市场份额。此外,目前宁波丰沃、奕森科技等国内品牌企业,也正在努力提升自主研发实力,这些供应商不断通过创新持续推进涡轮增压技术的升级。

  涡轮增压效率不断提升

  涡轮增压器位于发动机进排气系统,通过压缩空气来增加进气量。不仅改善发动机排放,还提高车辆燃油的经济性。博格华纳首创的汽油机可变截面涡轮增压器(VTG)通过改变废气涡轮的进气截面,能大幅提升涡轮增压器的响应和增压效率,有效解决涡轮迟滞问题。此前受限于汽油发动机排气的超高温度,VTG技术只能用在柴油发动机上。博格华纳对原用于柴油发动机的VTG涡轮增压器进行重新设计,使其能够应对高达1000°C的废气温度,从而适用于汽油发动机。近年来博格华纳对汽油机VTG涡轮增压技术进行了持续的革新,推出面向各类汽油发动机的VTG涡轮增压器。

2017年博格华纳成功研发出了基于第六代产品设计的汽油机VTG涡轮增压器,在装配和结构上进行了更新换代,进一步提高了空气动力学效率和可靠性,使其与混合动力汽车的新型内燃机系统也能完美匹配。据其预计,该款VTG涡轮增压器将在2019年年中投入市场。博格华纳涡轮增压系统中国区及泰国副总裁兼总经理倪广山表示,“这些新技术都是在帮助涡轮增压发挥更大的效率,并应用于更多种类的车型之中。”

  2017年博格华纳成功研发出了基于第六代产品设计的汽油机VTG涡轮增压器,在装配和结构上进行了更新换代,进一步提高了空气动力学效率和可靠性,使其与混合动力汽车的新型内燃机系统也能完美匹配。据其预计,该款VTG涡轮增压器将在2019年年中投入市场。博格华纳涡轮增压系统中国区及泰国副总裁兼总经理倪广山表示,“这些新技术都是在帮助涡轮增压发挥更大的效率,并应用于更多种类的车型之中。”

从飞机坦克到汽车 “降耗利器”涡轮增压以何站稳C位?

  同样作为涡轮增压技术的创新者与引领者,盖瑞特中国立足本土客户需求和市场特性,为中国客户提供可应用于0.8L至2.0L汽油机的广泛涡轮增压产品矩阵。在今年的北京车展上,盖瑞特的汽油双流道增压技术的首例国产化应用正式亮相。通过优化四缸引擎的排气脉冲,双流道增压技术提升了低转速下的扭矩表现,使其起步有力。该技术的首次应用,协助某国际SUV领导品牌的2.0T车型创下同级别车型中世界领先的最大扭矩400 N m,最大功率195 kW 的新记录。

  吉利汽车在北京车展上展出的1.0TD直列三缸发动机,采用盖瑞特中国团队自主研发,并全球范围内率先在中国市场应用的第三代小型汽油涡轮增压技术,在显著提升动力和燃油经济表现的同时,明显降低机构噪声水平。创新的Z-Ultra 轴承系统,降低了50%的轴承功耗,从而达到更高效率,并大幅提升瞬态响应,助力发动机实现100kW/L的升功率与205N.m/L升扭矩, 与2.0L自然吸气发动机功率及扭矩表现相媲美,达到业内领先水平。

  秉承技术创新的理念,BMTS在前期技术基础上,自主创新研发出第二代VTG——FNT(浮动式可变截面涡轮增压器),其在第一代VTG基础上做了相当大的改善,可满足“国六”排放的严苛要求,让内燃机在降低燃油消耗、减少废气污染物排放的同时提高其能量转换效率。据BMTS研发副总裁、首席技术官Jörg Jennes介绍,与传统的涡轮增压器相比,FNT能够减小导流叶片间隙,使得增压器拥有更高的效率,同时提升了寿命并能有效缓解增压器迟滞的问题。对于驾驶者来说,FNT增压器技术能显著降低油耗,提高驾驶乐趣。

  除了上述外资品牌,宁波丰沃作为自主品牌的代表,已建立多个汽油机涡轮增压技术平台,在现有产品系列的基础上持续优化升级,在有关涡轮增压技术的研发方面不断取得突破性进展。自搭载丰沃增压器的海马汽车(000572,股吧)发动机项目按计划成功批产后,宁波丰沃国内自主品牌在汽油涡轮增压技术领域里的首次突破,成为国内第一家与OEM配套的自主品牌。近年来,为缓解涡轮迟滞,一些外资零部件企业已推出汽油机可变截面涡轮增压器,同时可降低排放的电动涡轮增压器同样深受业内广泛关注。宁波丰沃紧随技术前沿,与国外同步开启了汽油机可变截面增压器及电动增压器的开发,后续将实现这两大技术的成功导入。

2017年博格华纳成功研发出了基于第六代产品设计的汽油机VTG涡轮增压器,在装配和结构上进行了更新换代,进一步提高了空气动力学效率和可靠性,使其与混合动力汽车的新型内燃机系统也能完美匹配。据其预计,该款VTG涡轮增压器将在2019年年中投入市场。博格华纳涡轮增压系统中国区及泰国副总裁兼总经理倪广山表示,“这些新技术都是在帮助涡轮增压发挥更大的效率,并应用于更多种类的车型之中。”

  在众多自主零部件企业中,同样值得关注的还有奕森科技。对于当前油电混动的快速增长的趋势下,奕森科技开发出了一种全新的技术,有望在这个细分市场和自然吸气发动机、废气旁通阀涡轮增压发动机、可变截面涡轮增压发动机等展开竞争。据了解,奕森科技的工程师正在全力以赴验证这个新概念,并且准备提出16个新的专利来加以保护。如果这个新概念在未来得到验证,将对国内外汽车产业产生重要影响,而奕森科技的业绩也有可能在原来规划的基础上得到更大的发展。

  材料和工艺更新迭代加速

  由于涡轮转速高且工作温度高,因此对于轴承要求很高,用滚珠轴承代替浮动轴承,增压器总效率可以提高5%-7%。严苛的工作环境对涡轮增压器的材料和制造工艺也提出了很高的要求,盖世汽车研究院分析师表示,涡轮增压器新材料主要是钛合金和陶瓷材料,它们具有良好的耐热性,能够显著提升发动机的性能。

  具体来看,博格华纳对其VTG涡轮增压器的材料和设计进行了优化,使其更坚固,从而能够承受汽油发动机的高热负荷,保证在最恶劣的条件下也能可靠运行。最新的VTG技术配备了一个强大的电动执行器,可根据实际应用工况需求,快速、精准地调节导向叶片,实现接近瞬时加速的效果和最优化的功率输出。

  通过改变涡轮机叶轮入口处的流入角度和速度,VTG的涡轮可以迅速提升叶轮转速,增加泵气能力,进而提高发动机的瞬时响应速度。博格华纳的专利S形导流叶片充分进行了空气动力学优化,进一步提升了VTG增压器涡端效率和做功能力,从而更深度地增强整个发动机系统的动力性。先进的汽油VTG技术能带来出色的油门响应和平稳的动力输送,同时提高发动机的燃油效率,降低排放,适用于更多类型的汽车。

2017年博格华纳成功研发出了基于第六代产品设计的汽油机VTG涡轮增压器,在装配和结构上进行了更新换代,进一步提高了空气动力学效率和可靠性,使其与混合动力汽车的新型内燃机系统也能完美匹配。据其预计,该款VTG涡轮增压器将在2019年年中投入市场。博格华纳涡轮增压系统中国区及泰国副总裁兼总经理倪广山表示,“这些新技术都是在帮助涡轮增压发挥更大的效率,并应用于更多种类的车型之中。”

  盖瑞特推出面向中国汽车后市场的新产品Redboost系列涡轮增压器,Redboost秉承了霍尼韦尔盖瑞特严格的品控体系和质量标准,在性价比、动力和耐久性等方面都有卓越的表现。其核心部件使用航空级耐高温材料,通过500次深度热冲击试验,耐久性比普通增压器翻倍。针对国内商用车客户对长期行驶状态下的动力要求,Redboost在发动机长期运行区域做出了特别调教,实现油耗水平平均降低5%,扭矩最高可提升20%。

  此外,盖瑞特还推出行业最高性能最小尺寸的应用于改装车的霍尼韦尔盖瑞特G系列高性能改装涡轮增压器,该系列产品性能有多方提升,可支持高达485千瓦(660马力)的动力输出。产品具有多方位的壳体定位和四个可选排/出水口,实现小体积发动机舱内的安装,使其连接更便捷。锻造的全机加工压气机叶轮是盖瑞特G系列产品的核心所在。当与较大压气机壳体组合时,全新的叶轮与空气动力学特性能够提升额定功率,提高反应能力与效率。全新的Mar-M合金涡轮机叶轮也进行了空气动力学改进,耐热性高达1050° C(1922° F)。

  电子增压技术是未来趋势

  盖世汽车研究院分析师指出,涡轮增压器未来的发展趋势是电子增压技术,电子增压是用电机代替排气来推动涡轮旋转,可以消除涡轮增压普遍存在的涡轮迟滞现象,因为电机的控制更精准。

2017年博格华纳成功研发出了基于第六代产品设计的汽油机VTG涡轮增压器,在装配和结构上进行了更新换代,进一步提高了空气动力学效率和可靠性,使其与混合动力汽车的新型内燃机系统也能完美匹配。据其预计,该款VTG涡轮增压器将在2019年年中投入市场。博格华纳涡轮增压系统中国区及泰国副总裁兼总经理倪广山表示,“这些新技术都是在帮助涡轮增压发挥更大的效率,并应用于更多种类的车型之中。”

  eBooster?电子增压器作为博格华纳最新的创新型电气化解决方案,成为传统涡轮增压系统的绝佳补充,大幅提升燃油经济性并降低排放。eBooster?电子增压器集成了电子器件,由电机驱动,目前其第一代产品需与涡轮增压器共同工作。eBooster?技术配备了无刷直流电机和钐钴磁体,具有出色的效率,其电机还采用了球轴承技术,不需任何的油路供给,可以自我进行润滑。除灵活安装外,该技术还可减少尾气中的热质量,从而加快后处理系统的加热速度。

  电子增压技术也可以让48V中混的发动机有更好的性能,可满足更严苛的排放和油耗水平, 广泛应用于混动车辆。据盖瑞特高级创新技术总监Robert Cadle透露,目前,盖瑞特已经开发了第二代空气压缩机,该产品具有低惯性空气动力学和连续运行特点,能够以更高的输出功率实现电动增压。第二代电动压缩机仅需250毫秒即可达到最高转速的90%,极大提高低速扭矩,改善整车提速性能,提升驾驶乐趣,并可减少二氧化碳排放量。据了解,盖瑞特48V电动压缩机可帮助传统的涡轮增压发动机缩短实现目标扭矩的响应时间10-15%,加速更快,并帮助整车燃油经济性提升10-15%。

  在电动压缩机的基础上,盖瑞特推出了电动涡轮增压器。电动涡轮可以在发动机低转速时就启动,为发动机提供充足的进气量,解决传统涡轮增压在低转速情况下所带来的迟滞现象。相比机械增压与涡轮增压的组合,电动涡轮增压器通过废气旁通涡轮增压器和高速电机的集成,拥有成本低、体积小的优势。对此,Robert Cadle指出:“电动压缩机是和我们传统的涡轮增压器配套使用的,而电动涡轮增压器可独立使用。电动压缩机可应用于48V电机驱动混动汽车,电动涡轮增压器是的集成性更好,其将电机、压缩机和驱动系统融为一体,不仅布局更容易也更有成本优势。”

  盖世小结:

  自上世纪初年瑞士工程师比希发明涡轮增压以来,涡轮增压技术从最初应用于飞机和坦克发动机,到上世纪60年代美国通用将涡轮增压技术引入汽车,再到70年代装备涡轮增压的保时捷911的诞生,国外零部件企业对涡轮增压器的开发比国内要早很多,技术上也更成熟。而据了解,国内涡轮增压应用领域,除了上汽和奇瑞起步较早,大多数自主品牌在2011年后才启动汽油涡轮增压发动机开发项目。而在当前涡轮增压技术应用的基础上,如何准确把握未来涡轮增压发展趋势,通过材料和工艺的创新紧跟市场发展的步伐,缩小和国外领先技术的差距,值得自主零部件供应商们深思。

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