现代涡轮增压器将变得更加强大
早在1980年代,涡轮增压器就因两件事而享有盛誉。首先,如果您拥有一辆带有涡轮增压器的汽车,那您可能真是有点发疯了。
涡轮增压通常作为响亮,快速且不完全微妙的事物的代名词。如果您拥有涡轮增压汽车,那么绝对每个人都会对此有所了解。
其次,它们具有易于失效的倾向,可能会突然喷出一阵极端且令人陶醉的力量,炸毁并摧毁脆弱的发动机,从而导致费时且昂贵的维修工作。
如今,涡轮增压器比以往任何时候都更为普遍,从最低的预算掀背车到百万美元以上的超级跑车,到引擎盖下都隐藏着某种形式的鼓风机,这一切应运而生。根据RnR Market Research的统计,到2019年,全球涡轮增压器产业的价值将达到181亿美元左右。
在梅赛德斯AMG V8,宝马直列六缸,以及最近的保时捷六缸六缸发动机上,甚至有史以来最富有传奇色彩的自然吸气发动机在涡轮增压驱动的力量面前跪下。
据世界著名的涡轮发动机制造商霍尼韦尔(Honeywell)称,在五年内,它估计将有近一半的世界轻型汽车(包括绝大多数乘用车)将被涡轮增压。
像公路车上可用的许多新技术一样,涡轮增压器的成功很大程度上归功于赛车。尽管一些一级方程式赛车迷喜欢为目前的F1赛车所使用的涡轮增压混合动力V6动力总成感到烦恼,但他们在未来几年的驾驶方式并不太相似。
很快,诸如电动涡轮增压器之类的现代技术的发展将更普遍地渗透到汽车中,并以此消除其他以前的抱怨,例如许多老式涡轮增压器所经历的滞后。安装在连接涡轮和压缩机的轴上的直流电动机可以使阀芯旋转至全速,而无需使用废气,从而完全消除了滞后。
电动涡轮增压器不仅可以让多余的废气在高负载下绕过涡轮,还可以利用能量发电。多余的电能会被传递回涡轮,汽车或可再生混合动力装置。
电动增压器已经在福特和奥迪汽车的原型机中使用,它们的工作方式相同,但与排气流没有任何联系。他们虽然没有问题就来了。除了未经证实的可靠性外,电动涡轮增压器还面临着许多直流供电的增压器相同的问题,因为它们只会消耗过多的电力。
在峰值负载下,电动涡轮需要一个48伏的电网,但是汽车制造商对重新设计当前的标准12伏系统没有表现出太大的兴趣。
然而,通过将电动涡轮机连接到常规混合动力汽车中使用的高压电池上,它们本身变得越来越普遍,这可以潜在地解决此类问题。
霍尼韦尔声称,到2020年,所有新混合动力汽车中将有四分之一安装电动涡轮增压器,该公司的估计表明,他们预测全球的普及率将达到7%。
不仅改变了它们的动力,而且改变了涡轮增压器本身的质量,并且使它们本身的质量成倍增加,并且能够应对更大的增压压力。
当节气门放下时,典型的普通涡轮增压器可以以高达300,000rpm的速度旋转,其速度足以以接近1马赫的速度推动空气通过进气口。在未来十年内,制造商将期望他们的产品达到31至36 psi的压力,约为当今高性能涡轮增压器平均压力的两倍。
自从涡轮增压器问世以来一直困扰着它的问题是,当阀芯没有聚集足够的速度以迫使最佳量的空气进入发动机时,如何消除低转速下的滞后。当前的解决方案包括双涡轮增压设置,通常使用较小的涡轮增压器降低转速,使用较大的涡轮增压器以获得最大功率。
霍尼韦尔认为,可变叶片涡轮增压器可以解决此问题,该可变叶片涡轮增压器可以自动打开和关闭涡轮机壳体中的叶片,以便在转速较低时旋转得更快。目前,可变叶片涡轮增压器仅在少数几款跑车(如911 Turbo)中可用,但与所有技术一样,从高端开始的最终将逐渐渗入到日常工作中。
充足的冷却解决方案也给工程师带来了问题,涡轮增压器的温度通常达到1050摄氏度,接近铝熔点的两倍。空气对空气和空气对液体中间冷却器用于冷却进气,但对于某些汽车,注水可能看起来是更好的选择。
注水是将水喷入燃油-空气混合物中或直接喷入气缸中以冷却发动机零件的地方。某些二战飞机先前已将其用作保护引擎的手段。
除了防止损坏外,注水系统还使重载的战斗机能够从较短的跑道起飞,更快地升空并在交战期间助长短发。
最近,宝马为其M4 GTS赛车手使用注水技术。细水雾从行李箱中的水箱泵入发动机,以降低温度并提高压缩比,从而获得更大的动力。
但是问题仍然存在,制造商目前面临的最大挑战之一是提高燃油经济性。尽管较小的涡轮增压发动机仅凭其尺寸即可实现更好的燃油经济性,但汽车制造商一直很难在较大的动力装置上复制相同的效果。
例如,虽然福特1.0升的丁基EcoBoost发动机可以返回65.7mpg,但更大的2.7升和3.5升EcoBoosts的续航里程与雪佛兰的6.2升V8相当。
霍尼韦尔认为,汽车行业面临的挑战是生产出一种在道路上和在测试台上都能正常工作的产品。强制归纳尚未得到很好的实施和优化。
仍然,就像每一个里程碑式的汽车成就一样,复杂性,可靠性和成本因素都是重大障碍。但是,鉴于现代涡轮增压器在性能和经济性方面的潜力,从长远来看,这将是值得的。