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媒體觀察｜瞄準(zhǔn)電氣化與新能源，渦輪增壓器技術(shù)發(fā)展選定新方向

2021-07-30 15:24:28

蓋瑞特將于今年與某歐洲豪華汽車(chē)品牌共同推出業(yè)內(nèi)首款量產(chǎn)48V電動(dòng)渦輪增壓器。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，動(dòng)力強(qiáng)勁且油耗較低的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)受到汽車(chē)企業(yè)的青睞。近幾年來(lái)，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)型占比迅速提升。同時(shí)，隨著新能源汽車(chē)發(fā)展越來(lái)越快，渦輪增壓器迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。
根據(jù)咨詢(xún)機(jī)構(gòu)IHS的預(yù)測(cè)，到2030年，全球范圍內(nèi)依然有超過(guò)80％的車(chē)輛使用內(nèi)燃機(jī)和混合動(dòng)力系統(tǒng)，增壓器的配裝比例將比2019年再提升10個(gè)百分點(diǎn)，超過(guò)60％。
同時(shí)，為應(yīng)對(duì)第五階段乘用車(chē)油耗標(biāo)準(zhǔn)（百公里4.6L），整車(chē)企業(yè)開(kāi)發(fā)將以熱效率40％以上的混動(dòng)專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要技術(shù)路線。2020年10月發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)線路圖2.0》提出，到2035年，混合動(dòng)力汽車(chē)將占汽車(chē)總銷(xiāo)量的50％。作為未來(lái)節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)之一，混合動(dòng)力技術(shù)迅速成為整車(chē)企業(yè)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。
另外，對(duì)于行業(yè)越來(lái)越追求40％以上甚至更高的熱效率來(lái)說(shuō)，可變截面配合米勒循環(huán)技術(shù)將是提高熱效率最直接的方式。近期，越來(lái)越多的國(guó)際和國(guó)內(nèi)知名企業(yè)都會(huì)推出采用可變截面技術(shù)的渦輪增壓器。

△蓋瑞特可變截面（VNT）

近兩年來(lái)，渦輪增壓器企業(yè)除了對(duì)傳統(tǒng)渦輪增壓器進(jìn)行升級(jí)改造之外，還將渦輪增壓器核心技術(shù)應(yīng)用在燃料電池汽車(chē)的空壓機(jī)上。

△蓋瑞特氫燃料電池電動(dòng)空壓機(jī)

電動(dòng)空壓機(jī)是氫燃料電池汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)，如同燃料電池堆的“肺”。先進(jìn)的電動(dòng)空壓機(jī)技術(shù)可以更好地幫助燃料電池堆調(diào)節(jié)空氣壓力和流量，顯著提升燃料電池堆的功率密度和效率，并有效幫助動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)約能耗。但是，當(dāng)前常規(guī)的燃料電池汽車(chē)空壓機(jī)使用的空氣軸承有緊湊的公差帶，大批量生產(chǎn)有挑戰(zhàn)性，且成本也相對(duì)昂貴。
蓋瑞特的燃料電池汽車(chē)空壓機(jī)已配裝本田Clarity轎車(chē)并量產(chǎn)。蓋瑞特研發(fā)的新一代電動(dòng)空壓機(jī)在多方面有所提升：一是體積減小30％，更容易布置；二是成本有所下降，新一代電動(dòng)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)?0萬(wàn)轉(zhuǎn)提升至15萬(wàn)轉(zhuǎn)，所需要的貴金屬原材料有所減少；三是電機(jī)轉(zhuǎn)速提升以后，消耗功率會(huì)下降，第一代的電機(jī)是20kW，消耗功率下降了25％。
電機(jī)消耗的功率降低，意味著初始成本降低。蓋瑞特中國(guó)區(qū)乘用車(chē)業(yè)務(wù)總經(jīng)理王成龍表示，“當(dāng)前1kW電堆成本約為5000元至8000元，降低5kW就意味著節(jié)約幾萬(wàn)元初始成本。同時(shí)，新一代的產(chǎn)品還可以選擇有能量回收功能的膨脹端設(shè)計(jì)，可利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的高溫廢氣轉(zhuǎn)化成電能，實(shí)現(xiàn)能量回收，再降低三成能耗，進(jìn)一步節(jié)約使用成本。”
“空壓機(jī)與渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)很類(lèi)似，而空壓機(jī)是燃料電池汽車(chē)的必備品，未來(lái)市場(chǎng)空間很大，這也是企業(yè)紛紛研發(fā)空壓機(jī)產(chǎn)品的原因。”天津大學(xué)教授、內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室原副主任姚春德說(shuō)。
在本次上海車(chē)展中亮相的蓋瑞特全球首款電動(dòng)渦輪增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和節(jié)油效果有明顯提升，可以幫助混動(dòng)系統(tǒng)節(jié)油1％至3％；發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升也很明顯，在首款量產(chǎn)車(chē)上可以用2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)替代以前的V8發(fā)動(dòng)機(jī)。王成龍說(shuō)：“車(chē)輛在高速巡航時(shí)，可以將多余的廢氣能量轉(zhuǎn)換成電能回收，補(bǔ)償電池或電驅(qū)系統(tǒng)。該技術(shù)還具備能量回收功能，從而進(jìn)一步降低油耗。”

△蓋瑞特電動(dòng)渦輪增壓器

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媒體觀察｜瞄準(zhǔn)電氣化與新能源，渦輪增壓器技術(shù)發(fā)展選定新方向