新一代領(lǐng)軍之將 ——解讀奧迪電動渦輪技術(shù)

一直以來，柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)是奧迪公司重點(diǎn)研發(fā)的領(lǐng)域，自從25年前生產(chǎn)第一款搭載TDI發(fā)動機(jī)的車型之后，TDI技術(shù)已經(jīng)有了飛躍的發(fā)展，而近期奧迪將再一次推廣關(guān)于TDI的新技術(shù)。本次解讀的是一個重量級的技術(shù)——電動渦輪。

電動渦輪

現(xiàn)階段的電動渦輪增壓還不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)渦輪增壓，而是與傳統(tǒng)渦輪增壓相配合，互補(bǔ)工作，也就是在排氣壓力不足的時候，利用新增加的電動渦輪來補(bǔ)充進(jìn)氣增壓，彌補(bǔ)低轉(zhuǎn)速時的動力不足和渦輪遲滯問題。

電動渦輪沒有了排氣端的渦輪，所以整體體積要比傳統(tǒng)渦輪小很多。從結(jié)構(gòu)上來講，這個裝置取消了廢氣渦輪而用電機(jī)代替，只保留了負(fù)責(zé)進(jìn)氣端葉輪，所以從機(jī)械角度叫它電子葉輪更為準(zhǔn)確，不過從分類角度來說，我們還是跟隨官方把它稱為電動渦輪，更通俗易懂。

電動渦輪增壓的作用和傳統(tǒng)渦輪增壓一樣，只是驅(qū)動渦輪的動力來源由電來代替，所以渦輪的轉(zhuǎn)速不被廢氣壓力所限制，反應(yīng)速度更快。此電動渦輪可以在1秒將轉(zhuǎn)速提升至7萬轉(zhuǎn)/分左右，可以提供高大于3Bar的壓力，反應(yīng)速度和工作效率要好于傳統(tǒng)渦輪。

從工況圖來看，把兩個同為3.0升排量TDI發(fā)動機(jī)放在一起比較，配有電動渦輪的發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的扭矩更大，峰值扭矩出現(xiàn)在1250-2000轉(zhuǎn)/分，這個1250轉(zhuǎn)/分的峰值扭矩起始輸出轉(zhuǎn)速只是比怠速狀態(tài)高了500轉(zhuǎn)/分左右；而傳統(tǒng)渦輪增壓車型的峰值扭矩則出現(xiàn)在1400-2800轉(zhuǎn)/分，相比可以看出配有電動渦輪增壓的車型在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的動力輸出要好于傳統(tǒng)渦輪增壓，同時大功率也同樣有優(yōu)勢。

電動渦輪使用48V電壓

可能有人會問：電動渦輪是需要電能支持的，那用于渦輪動力來源的電能消耗是否會抵消它所提升的動力？對于這個問題奧迪在研發(fā)中也給出了解決方案，除了可以用DC-DC轉(zhuǎn)換器將12V的常規(guī)蓄電池的電壓轉(zhuǎn)換成48V電壓使用之外，還融合了剎車動能回收技術(shù)，利用這些發(fā)動機(jī)之外的動力來幫助電動渦輪提供電能。

供電系統(tǒng)使用了48V電壓，這相對于傳統(tǒng)的12V供電系統(tǒng)來說，可以在電線直徑和電機(jī)尺寸方面有更好的優(yōu)化，降低供電損失，而未來48V供電系統(tǒng)也會在汽車領(lǐng)域有更多的應(yīng)用。

從效果上來講，這套新的渦輪組合的確可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)渦輪在低速時動力不足的問題，由于電控不受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的物理限制，可以說能滿足所有轉(zhuǎn)速區(qū)間的動力進(jìn)氣壓力需求，不過由于這個新的渦輪組合還沒有量產(chǎn)化，所以技術(shù)穩(wěn)定性方面還要看量產(chǎn)以后的表現(xiàn)。

電動渦輪與廢氣渦輪協(xié)同工作，旁通閥負(fù)責(zé)切換進(jìn)氣管路

一整套增壓系統(tǒng)可以被分為兩部分，即電動渦輪增壓器來為發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣提供增壓效果以及由廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器來為發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣提供增壓效果，因此，這也可以理解為針對兩種不同的工況，工程師設(shè)計了兩套方案，顯然，區(qū)分這兩套方案的臨界點(diǎn)是廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器開始發(fā)力的一刻。

雖然這一整套增壓系統(tǒng)有兩種增壓方式，但它們相互之間還是存在著緊密的聯(lián)系。順著進(jìn)氣的方向來看，中冷器之前的部分為二者共享，也就是說，即便是電動渦輪增壓器在發(fā)動機(jī)的低轉(zhuǎn)速區(qū)域工作時，吸入進(jìn)氣管的空氣還是會從唯一的一個空氣濾清器進(jìn)入，途經(jīng)廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器（在這個階段，依靠廢氣驅(qū)動的渦輪增壓器依舊是運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，只不過，還不具備完全的增壓能力而已）。在這里，吸入的空氣會與炙熱的渦輪增壓器完成冷熱交換。依據(jù)空氣的物理特性，單位體積內(nèi)的空氣量會隨著溫度的升高而有所減少。如果將這個狀態(tài)下的空氣送入氣缸內(nèi)，這顯然不利于缸內(nèi)混合氣的燃燒。因此，在電動渦輪增壓器工作的工況下，中冷器還是會發(fā)揮著重要的作用。而進(jìn)氣量則通過位于安裝在電動渦輪后方的進(jìn)氣壓力傳感器實(shí)時監(jiān)測并把信號傳遞至發(fā)動機(jī)電腦進(jìn)行分析計算后得出。隨后，發(fā)動機(jī)電腦再根據(jù)具體情況對電動渦輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整以修正增壓數(shù)值。

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速攀升至足以使安裝在排氣系統(tǒng)上的渦輪增壓器發(fā)揮作用時，位于中冷器后方的旁通閥就會打開，由廢氣渦輪增壓器增壓后的空氣順著較粗壯的進(jìn)氣管路抵達(dá)節(jié)氣門處，這個增壓和進(jìn)氣的過程與普通渦輪增壓發(fā)動機(jī)的原理相同。

電動渦輪的加入可以徹底改善渦輪增壓發(fā)動機(jī)的遲滯問題嗎？

從結(jié)構(gòu)上來看，電動渦輪與廢氣渦輪的協(xié)同工作可以進(jìn)一步改善渦輪增壓發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的動力響應(yīng)，但在廢氣渦輪介入的瞬間會不會像普通渦輪增壓器車有那種突兀感就要看電動渦輪與廢氣渦輪的銜接是否順暢了。就像田徑比賽中的接力賽一樣，準(zhǔn)備接棒的運(yùn)動員會先起速，在接到隊友遞來的接力棒時他已經(jīng)開始進(jìn)入競技狀態(tài)。如果這兩個人在速度上不能很好的銜接，那么，成績勢必會有所影響。我們把電動渦輪比作已完賽程的隊員，此時，他在完成后的沖刺后已顯疲態(tài)，而后勁十足的廢氣驅(qū)動的渦輪則是馬上接跑的隊員。

總結(jié)：

電動渦輪概念的誕生再一次將面臨瓶頸的渦輪增壓技術(shù)又打開了一扇小窗戶，不僅進(jìn)一步增強(qiáng)了發(fā)動機(jī)動力的輸出，更讓遲滯這個“去不了根兒”的毛病看到了希望。