梅赛德斯-奔驰创造了电动“页面”,它是汽油车辆的新救世主,让他们的生命得以延续?

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电气化是汽油车的死敌?事实上,他们正在秘密地搞婚外情。

专注于高性能汽车的梅赛德斯-奔驰的子品牌AMG宣布将在配备2.0T四缸机的下一代C63上应用一种全新的黑色技术部件——电子涡轮增压器。这可能是汽油时代结束时电力的另一个高峰。

什么是涡轮增压?以前各种机会都说过几次(请参考“涡轮增压喘不过气来”?”和“汽油车努力工作,电动爸爸没有错”)。坦率地说,每个人都知道“什么是页面”中的鼓风机是什么样的,当它安装在汽车上时,它可以将空的气体压入发动机气缸。如果这个“车载页面”的驱动力是发动机排出的废气的机械能,这就是涡轮增压。废气排放越多,Paige工作越努力,仅此而已。

所以涡轮迟滞也是众所周知的。如果“页面”想要工作,引擎必须自己努力工作。这种时间差和糟糕的过程导致“页面”总是在稍后拍摄,这被称为涡轮滞后。

为什么我们必须使用涡轮机并给它们增压?直到上世纪末,在汽油汽车的世界里,没有任何增压的所谓自然吸气发动机是主流,涡轮增压只是另一种选择。然而,自然吸气发动机已经发展了一个世纪,只有两种方法来继续提高功率:提高速度或增加排量。前者会牺牲日常工作条件,而后者不利于能源消耗和排放。我该怎么办?增加一个涡轮,减少排量。这样,功率的“上限”提高了,低负载时的日能耗降低了,答对了!

有好处就有代价,第一点是涡轮迟滞。由于滞后现象的客观存在,涡轮增压的发展有其局限性。十多年后的今天,涡轮机变得流行起来。涡轮增压发动机需要继续提高它们的功率,除了切换到更大的涡轮和增加它们的涡轮增压值。然而,更大的涡轮机有更多的惯性,这意味着更严重的延迟:你必须等待更长的时间才能让大页面工作。因此,提升值不能无限增加,否则峰值功率会上升,每天驾驶会不舒服。

为了在不加剧滞后的情况下尽可能提高功率,人们也尝试了许多方法:双涡轮,用两个小涡轮代替一个大涡轮;双涡卷,更科学地利用排气脉冲;可变截面涡轮使同一涡轮的“灵敏度”可变……然而,这些措施的效果毕竟有限,减少滞后的机械手段的潜力已经用尽。

如今,电气化的浪潮正在到来。从表面上看,汽油汽车似乎与新的电动汽车格格不入,但私下里,它们早已投身于电气化。祖国从小就教导我们,分离和对立是没有出路的,融合和交流是正道之光。

随着48V电气系统的逐渐普及,由于有电,由废气驱动的涡轮增压器将总是慢一拍,那么为什么不用电机直接驱动涡轮呢?

这是一个好主意,工程师们也尝试过,但是直到梅赛德斯-奔驰与涡轮供应商加勒特合作研发出这种涡轮,这种涡轮将用于下一代AMG C63,它才被视为真正意义上的电动涡轮。

以前,只有梅赛德斯-奔驰和奥迪在批量生产的车辆的电动涡轮增压。2016年,奥迪率先在新款TDI柴油发动机中使用了电动涡轮发动机,随后又将其扩展至新款S6/S7中使用的2.9T汽油发动机。到目前为止,它还没有出现在中国市场。2017年,梅赛德斯-奔驰推出的直列式六缸发动机M256成为第二个应用电动涡轮机的案例。现在S450和GLE450正在使用中。

然而,这些涡轮机电气化方案并不彻底。

奥迪的提议是在传统的排气涡轮和发动机之间安装一个小型电动涡轮,奥迪称之为电动压缩机。当排气涡轮/主涡轮的压力太晚而无法快速建立时,在1/4秒的电力驱动下,总压力可达到70,000转/分,压力几乎瞬间上升,从而消除了涡轮(主涡轮)的滞后。

(奥迪3.0迪)

梅赛德斯-奔驰此前的计划相似,但略有不同。同样,梅赛德斯M256也采用了主排气涡轮和辅助电动涡轮的组合。不同之处在于,梅赛德斯将电动涡轮机放在主涡轮机旁边,而奥迪的电动涡轮机离主涡轮机有几英尺远。与奥迪的方案相比,梅赛德斯-奔驰的废气+电动双涡轮发动机更加紧凑和集中,并且更容易移植到其他发动机。

(博格华纳为梅赛德斯-奔驰M256提供电动涡轮技术)

两者的总体思想都不是放弃或改造原来的废气驱动的涡轮机,而是在进气管道上为电动涡轮机建立另一条“道路”:当主涡轮机出现迟滞时,通过打开和关闭阀门将空气体引向电动涡轮机的道路,以便电动涡轮机能够首先帮助抬起头部,然后在主涡轮机被加压后将其抬起。这种思维方式简单且易于实现,但毕竟增加了许多新组件,这将不可避免地导致成本和效率的损失。

当谈到本文的真正主角时,梅赛德斯-奔驰AMG和加勒特开发的新的电力涡轮机技术、排气涡轮机和主涡轮机最终被结合成一个。一个只有40毫米厚的微型马达被塞进传统排气涡轮增压器的中心轴,在排气涡轮侧和进气压缩机之间。

(AMG和加勒特的新电力涡轮机)

在传统的汽轮机中,电机很难在空之间集成,工作环境太恶劣。我们应该知道,涡轮增压器,尤其是其排气涡轮侧,是整个汽车环境中最困难的“站”。发动机高负荷运行时排放的废气会使排气侧涡轮的温度升高到600~1000摄氏度;虽然新鲜气体从另一边进入,但压缩气体也会变热;涡轮和压缩机的叶轮,每一个转速都是数万转,而高转速会带来巨大的热量。此外,当电机本身运行时,它会产生大量的热量。如果电机布置在如此狭窄的空房间内,可以想象很难满足其散热要求并使其正常工作。

目前,众所周知,梅赛德斯-奔驰直接引入发动机的冷却水路径来消散涡轮发动机的热量。这可以解释为什么这种电动涡轮系统首先被梅赛德斯-奔驰旗下的高性能品牌AMG使用:对于这些终极驱动机器来说,更小更紧凑是非常有价值的,强大的冷却系统是必要的。

(道路测试中的下一代C63)

电机驱动意味着涡轮迟滞可以完全消除。只是一点点滞后?别忘了,迟滞是使用大型涡轮机的障碍。消除迟滞意味着可以使用更大的涡轮增压器,这意味着更高的功率限制。根据C63车型的发展趋势,装有电动涡轮的AMG 2.0T发动机将保守地输出不低于450马力(M139现在有421马力)。更不用说,这种功率以零滞后线性输出。

电气化的确是拓宽汽车未来发展的利器——无论是电动汽车还是汽油汽车,最终的方向都是更快、更强、更经济。

面对未来,将马达放入涡轮中也会导致未来的遐想。实际上,在目前的F1赛车中,涡轮增压器还与一个电机同轴连接,在F1中称为MGU-H热回收电机。由于电机通常可以实现反向发电,这意味着电动涡轮增压器在理论上可以消除减压阀(用于释放多余的排气压力),并将多余的压力施加到电机上用于发电,这对于混合动力电动涡轮车辆来说是一种有价值的资源。目前,F1动力系统的热效率高达50%,其中MGU-H电机是必不可少的。

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