在起跑線上開掛 奧迪電子渦輪技術(shù)解析

　　【太平洋汽車網(wǎng) 新車頻道】前段時(shí)間，奧迪發(fā)布了一款TT clubsport turbo概念車，該車將作為新一代TT RS的設(shè)計(jì)雛形，全身的大包圍、各種兇悍的空氣動(dòng)力學(xué)套件看起來(lái)確實(shí)狂拽炫酷。除此之外，2.5TFSI直列五缸發(fā)動(dòng)機(jī)能爆發(fā)出441kW(600PS)/650Nm的動(dòng)力也實(shí)在堪稱恐怖，升功率竟高達(dá)176.5kW(240PS)。這樣一對(duì)比，升功率132.5kW(180PS)，號(hào)稱民用最強(qiáng)升功率的AMG 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)基本可以被羞辱到該投胎再造了。（Author：Yang Li）

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　　不過在最大動(dòng)力輸出的光環(huán)之下，新車的最大亮點(diǎn)卻聚焦在一臺(tái)小小的電子渦輪上。這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)真正技術(shù)上的創(chuàng)新在于比普通渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)增加了一臺(tái)電子渦輪增壓器。與傳統(tǒng)渦輪增壓不同的是，這顆電子渦輪在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的一剎那就開始工作，和傳統(tǒng)渦輪要到一定轉(zhuǎn)速才開始介入相比，這分明就是在起跑線上開掛。

● 為什么主角光環(huán)要給這臺(tái)電子渦輪增壓器？

　　誠(chéng)然，這臺(tái)2.5TFI發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率和最大扭矩已經(jīng)足夠驚艷，但它不具有普遍性，也就是說別人很難復(fù)制。但是增加電子渦輪增壓器這項(xiàng)新技術(shù)就可以在很多發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)施，這或許能引領(lǐng)一場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)革命。

　　既然都能扯上革命了，那么革命的本錢在哪里，必須要拿出漂亮的數(shù)據(jù)才能說服人吧。好，那就展示下。

　　除此之外，在這臺(tái)2.5TFI發(fā)動(dòng)機(jī)上，電子渦輪在低轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)甚至還能多提供200Nm的扭矩，這點(diǎn)也是電子渦輪能給出的巨大優(yōu)勢(shì)。

● 電子渦輪增壓器是如何做到這樣的成績(jī)的？

　　要回答這個(gè)問題，就得把普通渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和增加了電子渦輪增壓器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理弄清楚。

　　▲ 首先看下普通渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理：

　　但這樣就帶來(lái)了一個(gè)問題：即發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)間排出的廢氣推動(dòng)力不夠的時(shí)候，廢氣壓力不足以帶動(dòng)渦輪的運(yùn)轉(zhuǎn)。只有發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，廢氣壓力才足以將渦輪帶動(dòng)，此時(shí)渦輪增壓器才開始發(fā)揮功效。

　　▲ 增加了電子渦輪增壓器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理：

　　正是因?yàn)閭鹘y(tǒng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有渦輪遲滯這樣的特性，才引來(lái)了本文主角的登場(chǎng)。電子渦輪增壓器就是在發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)間廢氣壓力不足時(shí)，通過電能驅(qū)動(dòng)電子渦輪頁(yè)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)，補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)傳統(tǒng)渦輪壓力介入慢的缺點(diǎn)。

　　而這就是最根本的改變，新的電子渦輪的響應(yīng)速度奇快，僅需0.25秒就能把渦輪的轉(zhuǎn)速?gòu)牧慵拥?萬(wàn)轉(zhuǎn)，基本上一起步這臺(tái)電子渦輪就能全力工作了，繼而發(fā)動(dòng)機(jī)可以在整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間都處于雞血狀態(tài)。

　　▲ 電子渦輪結(jié)構(gòu)及配套設(shè)備

　　這是一臺(tái)電子渦輪增壓器的截面圖，可以看出右側(cè)依然是傳統(tǒng)的壓氣端葉片，而革命性的是在左側(cè)原本的廢氣端出現(xiàn)了一個(gè)高感線圈纏繞的電動(dòng)機(jī)，它取代了傳統(tǒng)渦輪的廢氣端葉片。就是這個(gè)小電機(jī)，能夠在一眨眼的功夫，從零加速到9萬(wàn)轉(zhuǎn)。

　　在如此短的時(shí)間內(nèi)要加速至9萬(wàn)轉(zhuǎn)，普通車輛的12V電源肯定辦不到。奧迪的解決辦法是通過一個(gè)繼電器控制的變壓器將12V電壓升至48V直流電，來(lái)直接驅(qū)動(dòng)電子渦輪。

　　此外，如此強(qiáng)大的能量全靠蓄電池也肯定不可行，所以?shī)W迪還在車內(nèi)增加了一套動(dòng)能回收裝置，在車輛減速時(shí)積蓄電能，電流被臨時(shí)儲(chǔ)存到一個(gè)安置在車后的超級(jí)電容里面。

　　▲ 電子渦輪和普通渦輪如何協(xié)同工作

　　實(shí)際上，在到達(dá)一定轉(zhuǎn)速之后，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和一臺(tái)普通的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)完全一樣。此時(shí)，電子渦輪已經(jīng)徹底不工作了。

● 為何不讓它們同時(shí)工作？

● 為降低最大輸出的轉(zhuǎn)速區(qū)間，有哪些方案，利弊如何？

　　在解決渦輪的遲滯性上，奧迪這次拿出了電子渦輪+普通我渦輪的雙渦輪方案，那么除此之外，其它廠家都有些什么措施，下面就簡(jiǎn)單介紹下：

　　▲ 單渦輪雙渦管增壓

　　暫時(shí)使用單渦輪雙渦管增壓技術(shù)的主要為4缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)，以寶馬N20發(fā)動(dòng)機(jī)為例。

　　采用了單渦輪雙渦管增壓技術(shù)的這臺(tái)N20發(fā)動(dòng)機(jī)，在1250的低轉(zhuǎn)速時(shí)就能達(dá)到350Nm的峰值扭矩（高功率版），并能一直持續(xù)到4800轉(zhuǎn)，幾乎涵蓋了日常行車所要用到的轉(zhuǎn)速范圍。

　　▲ 雙渦輪增壓

　　雙渦輪增壓一般用于6缸以上發(fā)動(dòng)機(jī)，奔馳、寶馬、奧迪均推出了雙渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　本質(zhì)上來(lái)講，能提高它響應(yīng)速度的還是雙渦管分組的排氣結(jié)構(gòu)，加多一個(gè)渦輪提升的是它的最大功率而非低轉(zhuǎn)速動(dòng)力響應(yīng)。

　　▲ 機(jī)械+渦輪雙增壓

　　這個(gè)工作原理其實(shí)與電子渦輪+普通渦輪類似，只不過低轉(zhuǎn)速時(shí)工作的換成了機(jī)械增壓器。以大眾1.4TSI雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)為例：

　　1.在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由于廢氣渦輪的遲滯效應(yīng)，大部分的增壓壓力都由機(jī)械增壓器產(chǎn)生。發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)響應(yīng)性更好，廢氣渦輪增壓器的啟動(dòng)更加平順。

　　2.當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500rpm時(shí)，兩個(gè)增壓器同時(shí)產(chǎn)生作用，總增壓值達(dá)到2.5bar。隨著轉(zhuǎn)速提高，廢氣渦輪增壓器使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得更大的動(dòng)力，而機(jī)械增壓器由于摩擦的增大，增壓效果逐漸降低。

　　 3.當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3500rpm時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制電磁離合器分離，使得機(jī)械增壓器退出工作，減少摩擦損耗。此時(shí)，廢氣渦輪增壓器完全提供發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓壓力。

● 四大增壓方式對(duì)比總結(jié)：

　　這四大增壓方式都對(duì)傳統(tǒng)的增壓方式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，都能提高車子在低速狀態(tài)下的動(dòng)力表現(xiàn)，但四個(gè)也都各有特點(diǎn)。首現(xiàn)雙渦輪增壓畢竟有兩個(gè)渦輪，能壓榨出的動(dòng)力最高；而雙渦管單渦輪則勝在一個(gè)精巧，在結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單的情況下提高渦輪介入速度；渦輪+機(jī)械雙增壓的目的在于平順，最大功率提升不明顯；電子渦輪+普通渦輪的響應(yīng)速度最快，0.25s就能全力工作。此外，以這臺(tái)2.5TFSI發(fā)動(dòng)機(jī)為例，超低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下能增加200Nm的扭矩，能頂上一臺(tái)電動(dòng)機(jī)了。

● 渦輪增壓的另一個(gè)問題——介入突兀

● 這么強(qiáng)，將來(lái)這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)到底給誰(shuí)用？

　　這個(gè)問題想必才是大家最關(guān)心的，到暫時(shí)為止，奧迪把電子渦輪技術(shù)分別用在了一臺(tái)柴油車（RS 5 TDI概念車）和汽油車（TT clubsport turbo概念車）上，但兩臺(tái)均為概念車。誰(shuí)能成為量產(chǎn)車中第一個(gè)吃螃蟹的，我們暫時(shí)也捕獲到了一點(diǎn)風(fēng)聲。