汽車節能、減排升級，渦輪增壓技術大有可為
——博格華納成立中國技術中心渦輪增壓研發部

祝晨彥 拂 曉 文/圖

面對日益嚴峻的環境和資源壓力，國家對汽車節能減排的要求不斷提升。2012年7月國務院發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃 (2012—2020 年 )》提出“到2020年，當年生產的乘用車平均燃料消耗量降至5.0 L/100 km，節能型乘用車燃料消耗量降至4.5 L/100 km以下；商用車新車燃料消耗量接近國際先進水平?！?018年4月《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》(俗稱：“雙積分”政策)正式實施。2018年7月國務院印發的《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》提出“2019年7月1日起，重點區域、珠三角地區、成渝地區提前實施國Ⅵ排放標準。”這一系列政策法規力度空前且時限緊迫，促使更多車企將目光轉向渦輪增壓技術。

2018博格華納渦輪增壓系統技術研討會暨中國技術中心渦輪增壓研發部揭幕典禮現場

作為內燃機、混合動力和電動汽車方面全球領先的清潔高效動力驅動系統解決方案供應商，博格華納認為，在內燃機及混合動力汽車領域，渦輪增壓技術憑借其在節能減排方面的巨大優勢，已經并將繼續迎來極大的市場機遇。

為了助力汽車行業迎接新的挑戰，近日博格華納在上海成立了其中國技術中心渦輪增壓研發部。該研發部擁有先進的實驗室及工程研發能力，可滿足客戶及博格華納研發人員的測試需求。至此，博格華納在上海、太倉、寧波3地實現了渦輪增壓業務布局，將形成“以點帶面”效應，以更快的響應速度和更高的本地化研發能力為廣泛的市場提供更為優質的服務。

同期，博格華納還舉行了2018渦輪增壓系統技術研討會。會上，博格華納技術專家重點分享了該公司應對中國市場需求的新一代增壓技術以及博格華納增壓器應對電氣化市場的技術策略。

第7代汽油機VTG渦輪增壓器：預計2019年廣泛投放市場

博格華納首創的汽油機可變截面渦輪增壓器(VTG)，通過改變廢氣渦輪的進氣截面，大大提升了渦輪增壓器的響應速度和增壓效率。該技術始于2002年與保時捷的合作。博格華納對原用于柴油機的VTG渦輪增壓器進行重新設計，使其能夠應對高達1 000 ℃的廢氣溫度，從而適用于汽油機。在配備此款汽油機的保時捷車型量產后的10年間，博格華納對汽油機VTG渦輪增壓技術進行了持續革新，推出了面向各類汽油機的VTG渦輪增壓器。2017年，博格華納成功研發出了基于第6代產品設計的汽油機VTG渦輪增壓器(可稱為第7代，編者注)，在裝配和結構上進行了更新換代，進一步提高了空氣動力學效率和可靠性，使其與混合動力汽車的新型內燃機系統也能完美匹配，勢將成為未來清潔節能推進系統的核心組件。預計，該款VTG渦輪增壓器于2019年廣泛投入市場。

博格華納的汽油機VTG渦輪增壓技術迎合了全球日益高漲的節能高效發動機的需求，適用于多種類型的汽車，為改善環境質量做出貢獻

1.適用于更多類型的汽油汽車

博格華納新一代汽油機VTG渦輪增壓器能在保持發動機卓越性能的同時提高成本效益。博格華納對其VTG渦輪增壓器的材料和設計進行了優化，使其更堅固，從而能夠承受汽油機的高熱負荷，保證在最惡劣的條件下也能可靠運行。此外，最新的VTG技術配備了一個強大的電動執行器，可根據實際應用工況需求，快速、精準地調節導向葉片，實現接近瞬時加速的效果和最優化的功率輸出。通過改變渦輪機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速，增加泵氣能力，進而提高發動機的瞬時響應速度；博格華納的專利S形導流葉片充分進行了空氣動力學優化，進一步提升了VTG增壓器渦端效率和做功能力，從而更深度地增強整個發動機系統的動力性。先進的汽油VTG技術能帶來出色的油門響應和平穩的動力輸送，同時提高發動機的燃油效率，降低排放，適用于更多類型的汽車。

2.與米勒循環發動機“組合”搭配電機組成混動系統

此外，博格華納汽油機VTG渦輪增壓器可與米勒循環發動機組成最佳“黃金組合”，有利于搭配電動機組成混合動力系統，為混合動力汽車大規模市場化做準備。米勒循環發動機通過改變進氣門關閉角度控制發動機負荷，從而減少了發動機高速高負荷下的爆震問題，能夠減少發動機在該條件下為避免爆震而采取的過濃燃燒甚至完全實現燃油和空氣的當量燃燒。發動機的膨脹比大于壓縮比，在膨脹行程中可最大限度地將熱能轉化為機械能，達到改善發動機熱效率、降低燃油消耗的目的。因此，米勒循環發動機的壓縮比要比傳統的奧拓循環發動機更高，但其進排氣方式會導致發動機的容積效率較低，升功率和升轉矩有所犧牲，所以為達到相同的性能目標，采取增壓技術在必行。

通過VTG渦輪增壓器結合米勒循環工作模式，可同時兼顧低速和高功率兩端的性能要求，通過小開角的導向葉片實現低速強勁的做功能力，同時在發動機高功率高轉速工況下擁有較低的排氣背壓，從而提高發動機高轉速下的整體效率。另外在較低發動機排放溫度下運行的米勒循環使得汽油VTG采用更為經濟的核心調節系統材料變得更加可能，也進一步讓汽油VTG技術從原來高端汽車應用變成更具有普適性的技術。

eBooster?電子增壓器：助力汽車動力電氣化

作為博格華納最新的創新型電氣化解決方案，eBooster?電子增壓器技術能夠成為渦輪增壓系統的絕佳補充，可大幅提升燃油經濟性并降低排放。

1.第一代產品需與渦輪增壓器共同工作

eBooster?電子增壓器集成了電子器件，由電機驅動。目前其第一代產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，僅有渦輪增壓器工作，空氣進入渦輪增壓器壓縮后進入發動機；當汽車處于加速、爬坡或其他瞬態發動機增壓工況時，閥門打開，空氣經由渦輪增壓器壓縮，進入eBooster?，最后再進入發動機；當發動機達到穩定的需求狀況時，eBooster?就會停止運轉，全部空氣受渦輪增壓器增壓后即進入發動機。當然，eBooster?的布局方式并不局限于下游布局，根據客戶需求，eBooster?也可被放置在渦輪增壓器之前。

eBooster?產品圖

eBooster?原理結構圖(下游布局)

eBooster?技術配備了無刷直流電機和釤鈷磁體，具有出色的效率，其電機還采用了球軸承技術，不需任何的油路供給，可以自我潤滑。除靈活安裝外，該技術還可減少尾氣中的熱質量，從而加快后處理系統的加熱速度。

2.可使用12 V或48 V兩種電源

eBooster?可使用12 V及48 V兩種電源。但根據市場需求，博格華納將更多地推廣及應用48 V的 eBooster?。

(1)48 V eBooster?適用于3.0 L發動機，其功率為5～6 kW，最大轉速在70 000 r/min，達到90%的最大轉矩歷時270 ms。在很短時間內可達到6.2 kW，在持續工作中可達到2～3 kW。應用eBooster?的48 V系統可使燃油效率提升多達35%。

(2)博格華納也提供適用于小型發動機的12 V eBooster?，其功率為1.7 kW，在很短時間內可達到2.4 kW，持續工作時功率會保持在1.0 kW。

3.很好地解決渦輪遲滯現象

如人們所知，傳統渦輪增壓動力系統帶給駕駛者的最大困擾是渦輪遲滯，而eBooster?可在發動機低轉速時按需提供“增壓”，在排氣流量還帶不動渦輪增壓器的葉輪時，由電機先驅動eBooster?介入工作，很好地解決了渦輪遲滯現象；待排氣流量變大后，通過廢氣帶動渦輪增壓器介入工作。因eBooster?由電機驅動，230 ms電子渦輪增壓器就可以達到最大轉速，使車輛的加速性能、動力性能和操控感得到顯著提升。開發中的第二代eBooster?有望實現持續性工作，從而為小型發動機提供更好的低速轉矩且不會產生可察覺的渦輪遲滯現象。

4.使發動機低速化、小型化成為現實

發動機的低速化和小型化是汽車提升燃油經濟性、降低排放的重要技術路線。eBooster?使得汽車在加速、爬坡時不需降檔，直接在高擋位、低轉速時即提供較大轉矩，從而實現了發動機的低轉速化；而在小型化方面，以博格華納eBooster?量產的首個應用項目戴姆勒S Class為例，eBooster?使其配備的發動機在功率不變的情況下由原來的4.8 L-V8發動機變為3.0 L-I6發動機。

裝備eBooster?電子增壓器與否的測試效果對比

5.相當于“兩級增壓”，分別“照顧”低轉速和中高轉速

eBooster?能夠很好地與和渦輪增壓器匹配，從而大幅提升燃油經濟性。它們的配合相當于兩級渦輪增壓器；在這個過程中，eBooster?在發動機高轉速時保持以2～3 kW持續增壓。在與發動機匹配過程中，由于eBooster?在發動機低轉速時具有很好的效果，渦輪增壓器便可在和發動機匹配時更專注于發動機中高轉速階段，提供更好的增壓效果。

此外，eBooster?本身非常小且輕便，并有良好的NVH效果，其電機效率為94%。通過eBooster?技術和渦輪增壓器的完美匹配，整個增壓系統可根據客戶的特定需求進行優化。

6.不僅混合形成二次增壓，也可單獨使用

博格華納eBooster?不僅可與渦輪增壓器配合使用形成二次增壓，也能獨立應用于內燃機以及向燃料電池供氣。

博格華納eBooster?210 ms的瞬時響應性，有效支持了中國城市路況的頻繁起停，進一步提升了發動機節能減排的效果。博格華納目前48 V eBooster?產品與P0的輕混框架相得益彰，更進一步降低油耗；同時博格華納即將推出高壓電子增壓器，以滿足未來P2&P3混動的更高要求。

博格華納渦輪增壓技術不斷升級：助力內燃機應對新挑戰

博格華納在汽車行業有著超過130年的經驗，作為前瞻性驅動系統解決方案的世界領先者，致力于幫助汽車制造商和消費者實現更加潔凈、節能的世界，并以高度創新的技術應對未來挑戰。近幾十年來渦輪增壓器歷經爆發式增長，源于市場對節能減排的迫切需求，也源于發動機小型化的發展趨勢。自1999年收購德國3K和美國Schwitzer渦輪增壓器業務開始進入這一領域，博格華納也為此不斷進行技術創新：從普通旁通閥式渦輪增壓器到雙流道渦輪增壓器、汽油機VTG渦輪增壓器、兩級渦輪增壓器、三級渦輪增壓器，再到博格華納最新的eBooster?電子增壓器技術。

與汽車行業整體趨勢相合，目前渦輪增壓器正朝著電氣化方向發展。博格華納的渦輪增壓技術正由eBooster?向eTurbo?邁進。eTurbo?是博格華納正在研發的一款由電能輔助的集成電機式渦輪增壓器。這一產品面臨的最大挑戰是如何實現軸承概念和集成電機，并使很重的集成電機在渦輪增壓器高轉速下同時實現高速運轉。目前博格華納已經生產了一個實驗樣機，且很多歐美OEM都已經拿到了樣機展開試驗。這些面向未來的解決方案，不僅可以用于傳統的內燃機車輛，還適用于混合動力及燃料電池車，推動汽車市場在節能減排與電氣化之路大步邁進。