渦輪增壓相信很多人都知道,但是具體渦輪增壓是怎么玩的呢?低慣量渦輪和電子渦輪又分別是什么呢?這我們需要先了解渦輪增壓的玩法。
簡單解析一下,一個渦輪增壓器由兩個渦輪風葉組成,他們兩個是同軸連動的,像海爾兄弟一樣。一個位于發動機的廢氣排氣管,我們把它稱為廢氣風葉,由發動機產生的廢氣推動(簡單點說是用廢氣來吹動的,發動機轉速越高,產生的廢氣吹動力越大,這邊的廢氣渦輪風葉轉速越快)。
由廢氣風葉同軸連動的是進氣風葉,它位于進氣管部分,隨廢氣風葉,以相同的轉速轉動,其目的是吹動更多的空氣進入發動機燃燒室,配合行車電腦程序,在更多空氣進入燃燒室同時,噴油量對應增多,提供更好的燃燒效率,可以迅速把發動機轉速提高,達到提高汽車的動力輸出的目的。
如果忽略發動機的耐用性,以純理論來說,渦輪增壓是可以一個無限循環的增壓過程,只要發動機承受得住高溫高壓,這一邊發動機排出廢氣推動渦輪風葉高速轉動,那一邊廢氣風葉帶動進氣風葉高速運轉,給發動機推進更多空氣,更高效率燃燒意味著更大量廢氣排出,加劇推動廢氣風葉,帶動進氣風葉更大量的空氣進入。
如此循環下去,理論上說發動機輸出馬力可以無限大,前提是發動機扛得住。這是為什么三菱的拉力神車 Evolution 改裝車隨便就可以壓榨出超過 600-700 匹的馬力,而豐田的牛魔王 Supera 渦輪增壓改裝車可以隨便秒殺像法拉利,蘭博堅尼的這些原廠超跑。
能裝上渦輪的汽車,一定是追求更強大的動力。所以早期的渦輪增壓幾乎都使用高慣量的渦輪。高慣量渦輪的特點有幾個,渦輪尺寸較大,渦輪風葉重量大,同時渦輪啟動的所需轉速較高(一般 3000 轉以上才啟動,粗暴點說是需要較大量的廢氣才能吹動重量較大的渦輪風葉)。
因為這些特點,在發動機高轉速下的啟動渦輪增壓,帶來的進氣效果就尤其凌厲,可以不客氣地說是發了瘋一般推著汽車往前走。
但是缺點也很明顯,第一,尺寸大,重量大的渦輪風葉需要在發動機高轉速下,產生量足夠多的廢氣才能推動,換句話說就是費油。
第二,由于帶來進氣效果好,渦輪一旦啟動的瞬間,汽車動力輸出瞬間也上了一個檔次,頓挫感十分強勁,駕駛體驗突兀。
隨著環保法規不斷嚴格,很多廠商都推出了渦輪尺寸較小,渦輪風葉重量輕,比較容易在低轉速就能吹動的渦輪,這就是低慣量渦輪增壓。
低慣量渦輪沒有高慣量渦輪帶來的動力提升來的強勁。它在發動機轉速1000左右啟動,意在輔助汽車中低速起步的動力需求,在較低的轉速提供滿意的動力。
其優點剛剛好就是比較省油和很小的渦輪啟動頓挫感。目前多裝備在主流家庭用車上,低慣量渦輪可以顧及到燃油經濟性,相對夠用的動力表現,行駛的順暢感和主要是保證發動機的耐用程度。
電子渦輪增壓和廢氣驅動的渦輪增壓原理相同,只是驅動的方式改為電力驅動。而驅動電子渦輪的電力則需要汽車蓄電池和發動機負載。
電子渦輪具有以下優點:1、廢氣渦輪需要發動機達到一定轉速才能介入,而且停止時存在慣性,這就產生了遲滯。電動渦輪的介入和停止都可以是隨時隨地的,沒有遲滯。2、其原理及構造更加簡單,帶來的好處就是安裝方便、成本降低。
當然它的缺點也十分明顯,目前市面上的汽車都是裝備 12V 電源,電子渦輪的轉動也是靠這塊 12V 的電源提供動力。然而這塊 12V 的電源電壓有限,在給電子渦輪提供驅動力的同時,其實發動機在不斷地給電源充電,換言之,電子渦輪增加發動機的負擔,影響發動機工作效率。
而且,假如電子渦輪長時間工作,勢必給蓄電池帶來很大壓力,壽命會迅速下降。
另外,相比廢氣驅動渦輪轉速非常高,達到幾萬到十幾萬轉每分鐘,這 12V 的電源提供的驅動力只能夠驅使電子渦輪大部分工況下,只能達到一萬多的轉速,增壓的效果比較低,遠沒有廢氣渦輪增壓大。
正因為工作效率低,增加發動機額外負載這些因素,導致電子渦輪并沒有被主流車廠使用。
不過事情在今年出現了轉機,隨著奔馳和奧迪發布他們使用 48V 電源的車型,電子渦輪重新回到了主流車廠的視野中。
我們以歐洲新發布的 2018 奔馳 S 500 轎車為例,它裝備了一套 48V 輕混動,雙渦輪增壓(廢氣渦輪和電子渦輪)的動力系統。可以說這套 48V 輕混動系統為奔馳整一套動力體系提供強而有力的堅強后盾。
48V 的電源系統好處是,可以直接帶動空調,剎車真空助力汞,最重要的是能夠提供起步時所需要的驅動力以及為電動渦輪提供足夠的驅動力。 這些功能在常規 12V 電源的汽車上,是需要發動機能量去負載。
比較新鮮的是電子渦輪增壓這個東西,奔馳采用的是博格華納的 eBooster 電動增壓器技術。它采用直流無刷電機,由 48V 電壓驅動,響應的速度非常快,資料顯示在 0.3 秒內可以加速至 7000 轉。
eBooster 電動增壓器接在渦輪增壓器的后端,相比渦輪增壓器來說,它能夠主動控制增壓器轉速。在發動機低轉速工況,渦輪增壓器還沒發揮最大增壓效能的時候,它能輔助增加向氣缸內導入的空氣,因此渦輪遲滯現象便能夠很好的解決。
電子渦輪增壓器在增壓系統里只是一個輔助角色,它是渦輪增壓器的一位給力隊友,但它并不是一直處于工作狀態的,在較高的發動機轉速下,渦輪增壓能夠自身獲得足夠推動力時,電動增壓器便會停止轉動,以節約電能。
未來,相信越來越多車廠會選擇 48V 輕混動動力系統,意味著追求動力和環保的同時,更多車型將會同時裝備上廢氣渦輪和電子渦輪增壓。
在新能源汽車還沒有能夠大行其道之前,這種 48V 輕混動動力系統必然成為通往新能源過渡期最好的形式。