汽车节能减排与电气化转型，涡轮增压技术大有可为

面对日益严峻的环境和资源压力，国家对于汽车节能减排的要求不断提升。今年4月，备受关注的《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》（即：“双积分”政策）正式实施，燃油排放控制与新能源领域成为车企关注的重中之重。此前国家已对我国乘用车平均燃料消耗量水平做出了在2020年下降至5L/100km的要求，近日，国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》更是提出多个重点区域将于2019年7月1日起提前实施国六排放标准。这一系列规范时限紧迫、力度空前，使得更多车企将目光转向涡轮增压技术，以提升燃油经济性与推动电气化双管齐下，应对全面进入新能源时代前的过渡阶段。


2018博格华纳涡轮增压系统技术研讨会暨中国技术中心涡轮增压研发部揭幕典礼现场

在内燃机及混动汽车领域，发动机排量小型化的趋势愈加明显，涡轮增压技术凭借其在降低油耗及节能减排方面的巨大优势，迎来了极大的市场机遇。近日，内燃机、混合动力和电动汽车清洁高效驱动系统解决方案的全球领先供应商博格华纳在上海成立了其中国技术中心涡轮增压研发部，该研发部拥有先进的实验室及工程能力，可满足客户及博格华纳研发人员的测试需求。自此，博格华纳在上海、太仓、宁波三地实现了涡轮增压业务布局，将形成“以点带面”效应，以更快的响应速度及更高的本地化研发能力为广范的市场提供更为优质的客户服务。

值此之际，博格华纳同期举行了2018涡轮增压系统技术研讨会。会上，博格华纳技术专家重点分享了该公司迎战中国应用需求的新一代增压技术以及博格华纳增压器应对电气化市场的技术策略。

博格华纳首创的汽油机可变截面涡轮增压器（VTG）通过改变废气涡轮的进气截面，能大大提升涡轮增压器的响应和增压效率。该技术始于2002年与保时捷的合作，博格华纳对原用于柴油发动机的VTG涡轮增压器进行重新设计，使其能够应对高达1000°C的废气温度，从而适用于汽油发动机。在配备此款汽油发动机的保时捷车型量产后的十年间，博格华纳对汽油机VTG涡轮增压技术进行了持续的革新，推出面向各类汽油发动机的VTG涡轮增压器。2017年，博格华纳成功研发出了基于第六代产品设计的汽油机VTG涡轮增压器，在装配和结构上进行了更新换代，进一步提高了空气动力学效率和可靠性，使其与混合动力汽车的新型内燃机系统也能完美匹配，势将成为未来清洁节能推进系统的核心组件。预计，该款VTG涡轮增压器将于2019年年中广泛投入市场。

博格华纳新一代汽油机VTG涡轮增压器能在保持发动机卓越性能的同时提高成本效益。博格华纳对其VTG涡轮增压器的材料和设计进行了优化，使其更坚固，从而能够承受汽油发动机的高热负荷，保证在最恶劣的条件下也能可靠运行。此外，最新的VTG技术配备了一个强大的电动执行器，可根据实际应用工况需求，快速、精准地调节导向叶片，实现接近瞬时加速的效果和最优化的功率输出。通过改变涡轮机叶轮入口处的流入角度和速度，VTG的涡轮可以迅速提升叶轮转速，增加泵气能力，进而提高发动机的瞬时响应速度；博格华纳的专利S形导流叶片充分进行了空气动力学优化，进一步提升了VTG增压器涡端效率和做功能力，从而更深度地增强整个发动机系统的动力性。先进的汽油VTG技术能带来出色的油门响应和平稳的动力输送，同时提高发动机的燃油效率，降低排放，适用于更多类型的汽车。

博格华纳的汽油机VTG涡轮增压技术迎合了全球日益高涨的节能高效发动机的需求，适用于多种类型的汽车，为改善环境质量做出贡献

此外，博格华纳汽油机VTG涡轮增压器与米勒循环发动机可组成最佳“黄金组合”，有利于未来搭配电动机组成混合动力系统，为混合动力汽车大规模市场化做准备。米勒循环发动机通过改变进气门关闭角度控制发动机负荷，从而减少了发动机高速高负荷下的爆震问题，能够减少发动机在该条件下为避免爆震而采取的过浓燃烧甚至完全实现燃油和空气的当量燃烧。发动机的膨胀比大于压缩比，在膨胀行程中可最大限度的将热能转化为机械能，达到改善发动机热效率、降低燃油消耗的目的。因此米勒循环发动机的压缩比要比传统的奥拓循环发动机更高，同时这种进排气方式会导致发动机的容积效率较低，升功率和升扭矩有所牺牲。

为达到相同的性能目标，增压发动机势在必行。通过VTG涡轮增压器结合米勒循环工作模式，可同时兼顾低速和高功率两端的性能要求，通过小开角的导向叶片实现低速强劲的做功能力，同时在发动机高功率高转速工况下拥有较低的排气背压，从而提高发动机高转速下的整体效率。另外在较低发动机排放温度下运行的米勒循环使得汽油VTG采用更为经济的核心调节系统材料变得更加可能，也进一步让汽油VTG技术从原来高端汽车应用变成更具有普适性的技术。

作为博格华纳最新的创新型电气化解决方案，eBooster®电子增压器技术能够成为传统涡轮增压系统的绝佳补充，大幅提升燃油经济性并降低排放。eBooster®电子增压器集成了电子器件，由电机驱动，目前其第一代产品需与涡轮增压器共同工作。以下游布局eBooster®为例，在最初的怠速阶段，仅有涡轮增压器进行工作，空气进入涡轮增压器压缩后进入发动机。当汽车处于加速、爬坡或其他瞬态发动机增压工况时，阀门打开，空气经由涡轮增压器压缩，进入eBooster®，最后再进入发动机。当发动机表现达到稳定的需求状况时，eBooster®就会停止运转，全部空气受到涡轮增压器增压后即进入发动机。当然，eBooster®的布局方式并不局限于下游布局，根据客户需求，eBooster®也可被放置在涡轮增压器之前。eBooster®技术配备了无刷直流电机和钐钴磁体，具有出色的效率，其电机还采用了球轴承技术，不需任何的油路供给，可以自我进行润滑。除灵活安装外，该技术还可减少尾气中的热质量，从而加快后处理系统的加热速度。


eBooster®产品图

eBooster®可使用12V及48V两种电源。48V eBooster®适用于3.0发动机，其功率为5kW到6kW，最大转速在70,000转，达到90%的最大扭矩所需270毫秒。在很短的时间内可以达到6.2kW，在持续工作中，可达到2-3kW。应用eBooster®的48V系统可使燃油效率提升多达35%。此外，博格华纳也提供适用于小型发动机的12V eBooster®，其功率为1.7kW，在很短的时间内可以达到2.4kW，持续工作时，功率会保持在1.0kW。而根据市场的需求，博格华纳将更多地推广及应用48V的eBooster®。

 eBooster®原理结构图（下游布局）

如人们所知，传统涡轮增压动力系统带给驾驶者最大的困扰是涡轮迟滞，而eBooster®可在发动机低转速时按需提供增压，在排气流量还带不动涡轮增压器的叶轮时，由电机先驱动eBooster®介入工作，很好地解决涡轮迟滞现象；待排气流量变大后，通过废气带动涡轮增压器介入工作。因eBooster®由电机驱动，230毫秒就可以达到电子涡轮增压器的最大转速，车辆的加速性能和操控感得到显著提升，为驾驶者带来更强劲的动力体验。开发中的第二代eBooster®有望实现持续性工作，从而为小型发动机提供更好的低速扭矩且不会产生可察觉的涡轮迟滞现象。


数据来源: 福特野马2.3L EcoBoost测试车，并且我们匹配了另外一个涡轮增压器使用数据时请换算数据至Nm(1ft-lbs=1.3558Nm)

发动机的低速化和小型化是汽车提升燃油经济性、降低排放的重要技术路线。eBooster®使得汽车在加速、爬坡时，不需降档，直接在高挡位低转速的时候提供较大扭矩，从而实现了发动机的低转速化。而在小型化方面，以博格华纳eBooster®量产的首个项目戴姆勒S Class为例，eBooster®使其配备的发动机在功率不变的情况下由原来的4.8L，V8发动机变为3.0L，I6发动机。

eBooster®能够很好地与和涡轮增压器相匹配，从而大幅提升燃油经济性。它们的配合相当于两级涡轮增压器，在这个过程中，eBooster® 在发动机高转速运转时保持2-3kW持续增压。在与发动机匹配过程中，由于eBooster® 在发动机低转速时具有很好的效果，涡轮增压器便可在和发动机匹配时更专注于发动机中高转速阶段，提供更好的增压效果。eBooster®本身非常小且轻便，并有良好的NVH效果，其电机效率为94%，通过eBooster®技术和涡轮增压器的完美匹配，整个增压系统可根据客户的特定需求进行优化。

博格华纳eBooster®不仅可与涡轮增压器配合使用形成二次增压，也能够独立应用于内燃机以及向燃料电池提供空气供给。博格华纳eBooster® 210ms的瞬时响应性，有效支持了中国城市路况中的频繁起停，进一步提升新能源发动机节能，清洁排放的效果。博格华纳目前48v eBooster®产品与P0的轻混框架，相得益彰，更进一步降低油耗；同时博格华纳即将推出高压电子增压器，以满足未来P2&P3混动的更高要求。



博格华纳在汽车行业有着超过130年的经验，作为前瞻性驱动系统解决方案的世界领先者，致力于帮助汽车制造商和消费者实现更洁净、更节能的世界并以高度创新的技术应对未来挑战。涡轮增压器在近几十年历经的爆发式增长，源于市场对节能减排的迫切需求，也源于发动机小型化的发展趋势。自1999年收购德国3K和美国Schwitzer涡轮增压器业务开始进入这一领域，博格华纳也为此不断进行技术创新：从普通旁通阀式涡轮增压器到双流道涡轮增压器，汽油机VTG涡轮增压器，两级涡轮增压器，三级涡轮增压器，再到博格华纳最新的eBooster®电子增压器技术。

与汽车行业整体趋势相合，目前涡轮增压器正朝着电气化方向发展。博格华纳的涡轮增压技术正由eBooster® 向eTurbo®迈进。eTurbo®是博格华纳正研发的一款由电能辅助的集成电机式涡轮增压器。这一产品最大的挑战是实现轴承概念和集成电机，并将很重的集成电机在涡轮增压器高转速下同时实现高速运转。目前博格华纳已经生产了一个实验样机，并且很多欧美OEM都已经拿到了样机开展实验。这些面向未来的解决方案，不仅可以应用于传统的内燃机车辆，还适用于混合动力及燃料电池车，推动汽车市场在节能减排与电气化之路大步迈进。