揭秘:奥迪为何推出电子涡轮增压发动机

今年,奥迪SQ7上搭载的电子涡轮增压火了。以往我们常听涡轮增压、机械增压或者双增压,前两年马自达搞的一个气波增压,那这个电子涡轮增压是个什么鬼?今天予墨就来聊聊这个「新鲜」的电子涡轮增压。

之所以要在「新鲜」两个字上打个问号,是因为电子涡轮增压的概念并不是最近才出现的全新发明。实际上,包括马自达的气波增压,在2000年以前的《内燃机构造》教科书上也能找到。

何为电子涡轮增压?

那么,这个电子涡轮增压到底是个什么结构呢?它的概念为何早就被人提出,但一直未成为主流技术,而今被奥迪拿出来,当先进技术宣传呢?

从「电子涡轮增压」的名字上,我们就能知道它的基本原理。与我们常见的废气涡轮增压相比,它的涡轮驱动力并非来自于发动机的废气排放,而是来自于一个电机。这是它们之间的根本区别。

原理说起来很简单,那么它的先进性在哪里?

我们都说,汽车未来的发展趋势是四化:智能化、电气化、轻量化以及自动化。电子涡轮增压,就是汽车发展电气化的一种。相比于机械结构的废气涡轮增压,电子涡轮增压的最核心优势,是它的控制能变得更加自由:废气涡轮增压只能在一定转速下才能实现增压,而电子涡轮增压由电机驱动,不受废气量与速度的限制,所以可以在各种转速下实现我们想要的进气增压。

但俗话说「越简单越难」。电子涡轮增压虽然从原理上来讲更加先进,但它之所以一直未投入量产,就是因为实现起来难度很高。

首先,涡轮电机需要很强的可靠性。常规涡轮增压的涡轮转速能够达到30万转每分钟,如此高的转速,对电机是一个极大的考验。虽然奥迪已经量产电子涡轮增压,但它的最高转速只能到9万转,而且还不能长时间高速运转。其根本原因就是电机的可靠性不能像涡轮增压那样一直干活。

其次,电子涡轮增压的控制也更加复杂。汽车的大脑ECU需要根据车辆的各种工况,去判断如何增压、增多少压。与之相应的,何时打开进气排气门,何时喷油、怎么喷、喷多少,等等这一系列的问题,都需要大量的时间和重复的工作去匹配和调整。

正是因为以上两点,奥迪上搭载的电子涡轮增压也并非我们想象中那么强大。受最高转速的限制,奥迪在发动机上装备了电子涡轮增压和废气涡轮增压两种增压器。电子涡轮增压负责解决低速时的动力问题,涡轮增压负责中高转速时的动力问题。

这两种方案带来的后果是成本的上升,但它相比单涡轮增压,也有更加节能的好处。当然,更重要的是,电子涡轮增压的使用范围缩小了,无论是对其可靠性、耐久性,还是匹配难易度,都是一个保险。

电子涡轮增压为何突然火了?

以上说到,电子涡轮增压技术并非什么新玩意儿,那它为何现在火了?除了它能弥补涡轮增压低速动力不佳的优势,还有其他原因吗?有的。

电子涡轮增压能进一步改善油耗与排放。

新能源汽车今天之所以被公认为未来趋势,这主要是迫于环保压力。今天全球油价只有50美元每桶,但新能源的热度并未降低。这是因为无论是欧洲、美国还是中国,未来的平均油耗和排放水平要求,都非常高。仅凭传统内燃机技术,很难达到要求。

所以,能够有效改善排放问题的技术,都会被考虑塞进车里。电子涡轮增压技术就是其中之一。

相比于其他厂商,大众和奥迪在排放方面的提升需求更加迫切,谁让它被逮着了呢!所以,电子涡轮增压的概念奥迪几年前就推出了概念版,但最终率先量产的,是SQ7上搭载的柴油发动机。

电子涡轮增压的背后,是欧系厂商的48V升级大局。

很多人忽略了一个数据,电子涡轮增压的电机供电,是48V电压而并非是我们常规的12V电压。为什么这个「48V」很重要,因为它背后代表的是欧系新能源发展战略的根本。

2011年,奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷和大众五大品牌联合发布了48V电压规范,开始研发车载电压提升至48V的汽车电气化。随后,很多欧洲车企都先后进行了新标准的开发。

为什么要将整车电压提升48V?欧洲厂商给出的理由是节能,以及安全方面的考虑。不过在予墨看来,这背后更为重要的原因,是为了抗衡日系的混合动力技术。

说到混合动力,懂车的人肯定会想到丰田,想到日系汽车品牌。丰田普锐斯现在是全球销量最大的混合动力车型,其他还有凯美瑞混动、本田雅阁混动等等车型,也是市场最受欢迎的混动车。

德美系厂商在混动方面,技术并不见得比日系落后,但日系已经占据市场和口碑的先机,德美系要想超越难度很大。于是,48V新电压标准被提了出来。

日系混合动力车型,驱动电机供电电压基本都是在100V以上,它能带来的好处,就是电机的功率大、性能强,可以单独驱动车辆前进,但它在安全上确实有一定的隐患,必须做到万无一失的防漏电措施,同时也无法与车载其他电器共用。

而48V电压是安全电压的最高限值,但它如果给混合动力电机使用,就只能作为发动机的辅助动力,单独驱动车辆就有些力不从心。而它的好处就是能够与车载其他电器共用,同时因为电机只是辅助,电池的体积和重量都不大,整车重量就更容易控制。另外,48V电源带来的成本上升,也要比日系混合动力技术要低不少。

欧洲厂商寄希望于用48V的这些优势,结合其自身在传统内燃机上的技术储备,从而实现动力与节油上的双重提升,与日系的混合动力技术抗衡。并最终实现向纯电动化的过渡。

目前在奥迪的车上,电子涡轮增压的供电与车载其他电器的供电还是分开的,但不久的将来,供电上的合二为一在我看来将是必然趋势。

实际上,欧洲五大厂商提出48V电压标准之后,包括法雷奥、博世、德尔福、大陆等一票国际零部件供应商,就开始了紧锣密鼓的相关配件的开发,电子涡轮增压就是其中之一。随后跟上的,还会有电子空调——不启动发动机就能开启空调、电驱动VVT——不依靠凸轮轴推动进排气门可变等一系列电气化的新技术普及。

欧洲厂商的举动,其实很值得中国车企思考:未来我们的新能源战略路径该如何选择?在纯电动化到来之前,若传统内燃机满足不了油耗和排放要求,我们采用怎样的过渡技术?是否等到国际供应商技术成熟之后再去跟随?

这些问题的答案,将决定了未来五到十年,中国车企的动力技术是否能比肩国外厂商。我们拭目以待。

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