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为什么发动机涡轮增压器一定要用废气驱动,而不是更容易控制的电动驱动?电力驱动涡轮是否会成为发展方向?

 pgl147258 2015-03-30

【苏多的回答(13票)】:

谢邀。我不是增压专业的,但是跟增压专业卡位离得很近...所以我就随便说两句吧。

电动增压优点题主已经说了,容易控制,可以根据需要快速调节增压比。另外一个优点就是不受发动机转速限制,可以在发动机低转速时提高压气机转速,比涡轮增压低速响应更快。

但这两个优势是否突出呢?

电动增压转速可控,但转速范围有限,增压能力有限。传统涡轮增压转速可达十几万转,且功率较高,这对电机将是一个极大的挑战。正是因为这点,单独的电动增压不适用于大排量发动机或小排量发动机高转速工况。另外,机械增压的存在使电动增压低速响应快的优势并没有那么突出。

所以说电动增压优点并不明显。同时相比利用尾气能量的涡轮增压,电动增压消耗的是发动机输出能量,也就是更废油。

看起来电动增压一无是处,但是作为辅助增压它却是可以起到不小的作用。

一些涡轮增压发动机为了改善低速相应问题,会另加一个机械增压。但它需要曲轴驱动(不知道平衡轴能不能驱动),增压器和管路的布置上存在很大困难。电动增压则简单的多,可以根据需要灵活布置,同时它消耗电能,不会直接消耗发动机低速时本就不高的输出扭矩和功率(反正不管有没有电动增压,发电机都在工作)。

综上所述,除极个别小排量发动机,不适合用电动增压作为主增压器。它更适合作为辅助增压用于某些高端发动机上。

【匆匆的回答(25票)】:

第一次受到邀请,谢谢

目前来说最大的原因就是能量的来源。

涡轮增压使用的是废气,这种能量只要车辆在行驶就会产生,而且只要车辆在行驶就不会枯竭,是一种相当可靠的动力来源。

那么电动涡轮呢?车辆行驶本身是不产生电的,车用电来自于蓄电池,蓄电池的电来自车上一个由发动机带动的小发电机。以现有的技术水平,电动涡轮具有以下缺点

1、效率

不管是何种增压,其目的是增加进气量,增压器的转速是以十几万甚至几十万转计的,而电动机要达到如此的转速,耗费的能源远非现有电瓶能够承受;如果加大电瓶,势必增加车重,得不偿失;如果降低转速,那么增压的效果就会非常低。涡轮增压的效果大家都能看到,增压100%都是小意思。现有的大部分车用电动增压器(不是淘宝上卖的那种噱头货哦,而是厂商研发的实用产品)增压幅度也就12%-16%,单独使用远不具有实用价值。

2、电压

其实这算是1的延伸,不过还是单独列出来可能好理解一些,由于1的问题存在,那么如果想要提升电池的性能,那么现在汽车上12V电压是不足以满足电动增压器的需求的。以奥迪目前正在研发的,今后将会搭载在新款A6上的3.0L TDI柴油发动机为例,它搭载了一个涡轮增压器和一个电动增压器,这个电动增压器峰值功率大约为7千瓦,在现有的12V电压的话工作电流将要去到583毫安/秒。奥迪目前是采用了48V高压系统,能够把电子增压器的工作电流降低至145毫安/秒。但是众所周知,人体的安全电压是36V,超过这个电压就必须对车上的电路系统做更充分的绝缘保护,这无疑会增加造车的成本,车辆安全性的风险也会增加。

3、寿命

因为增压器需要长时间工作,势必给电池(组)带来很大压力,寿命会迅速下降。霍尼韦尔增压技术开发公司工程副主席在访谈中提到过,霍尼韦尔对电动增压器的研究已经超过10年,最大的困难就是要在车上搭载一块稳定的合格供电源。可能有人会说,那混动和纯电车也是电池长时间工作,怎么电池没压力?这是错误的。丰田的混动之所以独步天下,就是因为其电力管理系统相当牛逼,丰田和雷克萨斯的各种混动车型,在J.D. Power和Consumer Reports等专业机构的评测,和消费者的实际检验中,就算和传统自然吸气动力车型相比,可靠性也名列前茅,相比之下奔驰的S400 Hybird以电池寿命低著称(我身边就有一例新车就在2个月内换了3套电池组的用户),宝马最近推的Le结尾的这种新车也不断有电池故障消息出现…而丰田敢于为旗下的混动车型提供6年15万公里的超长质保,可见丰田对其混动系统可靠性的强大信心。而纯电方面,特斯拉MODEL S之所以受到追捧,也是因为其独到的电池管理技术,很多人嗤笑特斯拉使用18650电池是大号充电宝,殊不知把这些电池弄到一起工作是很简单,但是让这些电池在一起能稳定可靠地工作却不简单,以前比尔盖茨的座驾Fisker和特斯拉自己的Roadster为什么没有成名?就是因为可靠性低,电池组的故障率高。而Model S非常明显地提升了纯电汽车电池组的可靠性和寿命,才能一炮而红。

当然,电动增压也并非一无是处,它具有以下优点

1、工况稳定。涡轮增压和机械增压很容易因为汽车或者发动机运行方式的骤然改变而影响其工作效率,电机增压不存在以上问题。

2、废气涡轮需要发动机达到一定转速才能介入,而且停止时存在惯性,这就产生了迟滞。电动涡轮的介入和停止都可以是随时随地的,没有迟滞

3、其原理及构造更加简单,带来的好处就是安装方便、成本降低

因此各大厂商也在电动涡轮上做了一些探索,但进展都比较有限。目前我认为最成功的电动涡轮增压应用来自于沃尔沃——最新的2.0T Drive-e引擎,这个引擎搭载了三个涡轮,其中两个废气涡轮,剩下的一个就是电动涡轮。但是这个电动涡轮生成的高压气体并不是直接导入气缸,而是用于加速两个废气涡轮增压器的运转。发动机处于低转速时,旁通阀将空气拦截而全部进入电动涡轮,此时发动机主要依靠电动涡轮来提供压缩空气;随着转速提升,废气涡轮开始介入工作,经过电动涡轮压缩的空气推动废气涡轮进行二次增压;转速继续升高,前面讲过,电子涡轮由于转速低,这时对于高速气流反而成了累赘,这时旁通阀关闭,气流直接进入废气涡轮,电动增压器就会关闭。

借助这样的设计,沃尔沃的新发动机能够在2.0这样的排量下爆发出至少450匹马力,升功率超过200匹,非常地强大;并且电动涡轮的控制要更精准,动力响应随传随到,非常明显地降低了涡轮迟滞。据说这款发动机目前已经完成,将会搭载在新的XC90上面。上面也讲过,大众(奥迪)其实也是走的这条路,不过目前还没有比较确切的产品信息出来。

最后回到题主的第二个问题上:我个人认为电动涡轮不会成为未来的发展方向。综上所述,在电池技术没有明显突破的情况下,电动涡轮的应用始终是受到非常大的限制,不会成为主流;而如果电池技术取得了明显突破,那为什么不直接做混动汽车甚至纯电汽车呢?因此,电动涡轮在未来会逐渐地铺开应用,但始终只能承担一个补充或者辅助的角色。

以上,谢谢

【大纳言的回答(1票)】:

看了很多回答,觉得多数都没答到点子上。题主问的是电控涡轮,不是机械增压。

其实我之前看到一项技术,叫电控涡轮或者电子涡轮。主要是电机厂家法雷奥和著名汽车品牌奥迪等厂商在研制。主要思路是,在发动机低速情况下,废气涡轮未响应,此时由电为动力,驱动涡轮进行主动增压。

与其他答友看法不同,我对于此项技术极为看好。 原因有几点,第一大家都知道tsi,也就是目前大众的当家小排量技术,在国内被阉割,之前被人喷死。那么这种策略的劣势就在于,要增加机械增压的零部件,增加了整机成本,,这一套东西跟涡轮成本估计也差不多了,同时增加了故障率,因为又多出一套可能会坏的东西,第三是对发动机整机布置也会有影响,这就增加了设计成本,同事你还要考虑标定策略等等的因素。所以这总得来说就是很麻烦。那么如果电控涡轮能够实现,那么将无形中在发动机本体减去一块包袱,以上这些双增压的劣势将被一笔删除。

那么说电控涡轮现在为什么没动静,之前说了只有几个尖端厂商在尝试,还有几种不同的策略。目前我了解到的,一种是全电控,也就是舍弃了废气,这种明显是不明智的。一种是采用两个或多个涡轮,在低转速使用电控涡轮,高转速使用废气,这种对成本也没什么帮助,相比tis换汤不换药。最优的策略,应该说是一个涡轮,集成低速电控,和高速废气两种模式,由外置电机分转速频段响应操作,保证发动机各工况极尽所能,但这种策略到底在实施上还有多少难点,如何攻克就很难说了,希望最终能够成功。

【刘泽然的回答(0票)】:

增压的两大主流SC和T无论怎么看都是用发动机带着增压器工作,所谓单独的电T你还需要再设定一套电机,吃饱了撑的?

【李煊的回答(1票)】:

因为废气,是废弃的能量,而且是高能的废弃能量,回收利用再合适不过了。

【wangyang的回答(2票)】:

那你这个为嘛不直接用机械增压?

非要把动能转化为电能再转换回去?

【黄大大的回答(0票)】:

很简单的原因。废气增压不损功率 经济性好。电涡轮还在实验阶段

【知乎用户的回答(1票)】:

电动涡轮的问题在于,不能够达到很高的转速以提供巨大的增压值,废气涡轮工作时的转速可以达到十几万转,这是电动机不容易达到的。

去年,有曝光说沃尔沃正在研制高增压值的2.0T4缸发动机,沃尔沃为了达到高增压和大马力,为这台4缸发动机配备了2个废气涡轮,但是这样做就意味着发动机转速要到比较高的时候才能驱动涡轮进入工作状态,而涡轮工作之前,发动机会一直处于乏力状态。为了解决这个问题,沃尔沃又增加了一个电动涡轮,用来补救废弃涡轮工作前发动机乏力。

【曾翰轩的回答(1票)】:

首先,发动机涡轮增压不仅有废气涡轮增压「tc」还有机械涡轮增压「sc」。

这里顺便说一下tc和sc的区别是什么?tc将尾气能量回收利用,提高升功率同时改善燃油经济性。sc用曲轴带动增压系统,没有涡轮迟滞,但没有节能效益。从而乘用车上几乎看不到sc,它只在赛车跑车上广泛应用。

增压的目的是什么?提高升功率,强化汽车动力性,或者配合downsizing改善燃油经济性。

那么现在看用电动机驱动涡轮。你的目的是什么?节油或者动力。

如果是节油,可以看到现在的增程式的混合动力车,他们是将电动机的动力直接输出,并控制其输出状态保持内燃机的工作在高效工作区以节油(当然还有制动能回收之类的)。所以当你能装一个电动机你为什么要去带动涡轮而不去直接驱动车子呢?

如果是动力(这里指改善其动力输出曲线),那么是通过增加进气量控制其动力输出更方便还是直接作为补偿电机,随时补偿动力输出方便呢。答案显然是后者。

所以这种方案并不可取。

【TopyeahHoward的回答(0票)】:

废气涡轮不会影响输出功率,机械涡轮会影响输出功率,电驱动的涡轮一方面也会占用输出功率,另一方面转速能达到多少,增压值多少未必是很划算的。所以废气涡轮是目前能效利用率最好的办法,相比这几种而言。机械涡轮一般只适合大排量发动机。所以常见的增压车都是涡轮增压的原因

【李吵吵的回答(0票)】:

因为电动涡轮增压也需要电力驱动呀,而且功率还不小,压气机可不是吃素的,电力最终还是来自发动机。废气涡轮从废气中回收的功率是很客观,在这届F1赛车中废气涡轮不仅带动压气机,同时还同轴带动一台电动/发电机,在废气能量过剩时,可以利用它来发电,在废气能量不足时,可以利用它带动压气机,改系统善响应速度,而装载这里的这颗电动机足足有90kW。将废弃能量变废为宝何乐而不为呢。现在奥迪也提出过电涡轮的概念,但不论谁提出使用都是为改善短时的响应问题,而不会让点涡轮长时间输出,长时大功率输出点涡轮会遇到和机械增压一样的问题,就是经济性变差,增压提高的功率又被增压器消耗掉,而废弃能量又拜拜浪费掉。

【半江的回答(0票)】:

谢邀,

随口瞎说。

首先我们要了解,为什么汽车要增压,增压的目的简单说就是提高发动机的进气效率,以此提高发动机的热效率,降低油耗,提高动力性能。

所以涡轮增压的两个目的就出来了,一切研究也是围绕这两个目的进行的,所以发展出了涡轮增压和机械增压,涡轮增压就是利用废气的残余动能推一下涡轮,机械增压则是发动机直接带动涡轮。

所以理论上用电机推动涡轮也是可以的,但为啥不用,原因不外乎如下:用电机的话,属于机械增压的范畴,而外的电机需要一套传动装置,增加设计难度和成本,而本质上还不如直接用发动机的动力。

【岩滨的回答(0票)】:

有机械增压啊

【张天下的回答(0票)】:

以船舶柴油机为例。先简单回答一下。日后详述。 增压主要分为两种形式 脉冲增压 和定压增压。定压增压因为在柴油机低工况下,会扫气压力低,与柴油机配合不合引起喘振等一系列问题。所以,目前解决的办法有 附加辅助扫气泵 机械混合 增压 等等。先睡啦,为考研攒人品。

原文地址:知乎

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