新一代領(lǐng)軍之將 ——解讀奧迪電動(dòng)渦輪技術(shù)

一直以來(lái)，柴油發(fā)動(dòng)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(dòng)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(gè)重量級(jí)的技術(shù)——電動(dòng)渦輪。

電動(dòng)渦輪

現(xiàn)階段的電動(dòng)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(shí)候，利用新增加的電動(dòng)渦輪來(lái)補(bǔ)充進(jìn)氣增壓，彌補(bǔ)低轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)力不足和渦輪遲滯問題。

電動(dòng)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(lái)講，這個(gè)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(lái)說，我們還是跟隨官方把它稱為電動(dòng)渦輪，更通俗易懂。

電動(dòng)渦輪增壓的作用和傳統(tǒng)渦輪增壓一樣，只是驅(qū)動(dòng)渦輪的動(dòng)力來(lái)源由電來(lái)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(dòng)渦輪可以在1秒將轉(zhuǎn)速提升至7萬(wàn)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(lái)看，把兩個(gè)同為3.0升排量TDI發(fā)動(dòng)機(jī)放在一起比較，配有電動(dòng)渦輪的發(fā)動(dòng)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(gè)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(dòng)渦輪增壓的車型在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的動(dòng)力輸出要好于傳統(tǒng)渦輪增壓，同時(shí)大功率也同樣有優(yōu)勢(shì)。

電動(dòng)渦輪使用48V電壓

可能有人會(huì)問：電動(dòng)渦輪是需要電能支持的，那用于渦輪動(dòng)力來(lái)源的電能消耗是否會(huì)抵消它所提升的動(dòng)力？對(duì)于這個(gè)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(dòng)能回收技術(shù)，利用這些發(fā)動(dòng)機(jī)之外的動(dòng)力來(lái)幫助電動(dòng)渦輪提供電能。

供電系統(tǒng)使用了48V電壓，這相對(duì)于傳統(tǒng)的12V供電系統(tǒng)來(lái)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(lái)48V供電系統(tǒng)也會(huì)在汽車領(lǐng)域有更多的應(yīng)用。

從效果上來(lái)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(shí)動(dòng)力不足的問題，由于電控不受發(fā)動(dòng)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(dòng)力進(jìn)氣壓力需求，不過由于這個(gè)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(dòng)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(dòng)渦輪增壓器來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣提供增壓效果以及由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣提供增壓效果，因此，這也可以理解為針對(duì)兩種不同的工況，工程師設(shè)計(jì)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(dòng)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(lái)看，中冷器之前的部分為二者共享，也就是說，即便是電動(dòng)渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速區(qū)域工作時(shí)，吸入進(jìn)氣管的空氣還是會(huì)從唯一的一個(gè)空氣濾清器進(jìn)入，途經(jīng)廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器（在這個(gè)階段，依靠廢氣驅(qū)動(dòng)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(huì)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(huì)隨著溫度的升高而有所減少。如果將這個(gè)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(dòng)渦輪增壓器工作的工況下，中冷器還是會(huì)發(fā)揮著重要的作用。而進(jìn)氣量則通過位于安裝在電動(dòng)渦輪后方的進(jìn)氣壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并把信號(hào)傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)電腦進(jìn)行分析計(jì)算后得出。隨后，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦再根據(jù)具體情況對(duì)電動(dòng)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(dòng)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(shí)，位于中冷器后方的旁通閥就會(huì)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(gè)增壓和進(jìn)氣的過程與普通渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的原理相同。

電動(dòng)渦輪的加入可以徹底改善渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的遲滯問題嗎？

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，電動(dòng)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(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力響應(yīng)，但在廢氣渦輪介入的瞬間會(huì)不會(huì)像普通渦輪增壓器車有那種突兀感就要看電動(dòng)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(dòng)員會(huì)先起速，在接到隊(duì)友遞來(lái)的接力棒時(shí)他已經(jīng)開始進(jìn)入競(jìng)技狀態(tài)。如果這兩個(gè)人在速度上不能很好的銜接，那么，成績(jī)勢(shì)必會(huì)有所影響。我們把電動(dòng)渦輪比作已完賽程的隊(duì)員，此時(shí)，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(dòng)的渦輪則是馬上接跑的隊(duì)員。

總結(jié)：

電動(dòng)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(dòng)機(jī)動(dòng)力的輸出，更讓遲滯這個(gè)“去不了根兒”的毛病看到了希望。