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电动机械增压器如何满足小型发动机需求

2017-10-05 14:24:34

随着“世界上功率密度最大的变速机电”问世，英国Aeristech公司相信它能解决目前用小型发动机来下降CO2排放的巨大挑战。

Aeristech公司CEO布莱恩·理查兹说: “对极真个小型化发动机,多级的或是机械增压都不是解决办法，由于如果用这些方法，发动机在低速的时候会动力不足。为了能够满足下1代小型发动机的要求，需要引入电动机械增压器来满足低转速时所提供足够的动力，并结合足够有效的冷却效力使之能延续运转。

因此，开发Aerischtech 电动机械增压器目的在于满足客户期望的低速扭矩和即时油门响应，但这对同时满足涡轮增压器和发动机小型化可能会是个挑战。

理查兹解释道，多级涡轮增压匹配不同大小的涡轮，可使小型发动机在很大的速度范围表现良好，但也引入了其他问题，如价格，复杂性，热管理和催化剂的功效。他指明，由于尾气排放将进1步被限制，后者将会更加有发展意义。他解释道：“双级涡轮增压器的热质量位于发动机和催化剂之间，这使得在低负载和低转速的情况下延续点火更加困难”。

不言而喻的替换方案是用1个机械增压器，但传统的机械涡轮增压器不能在低转速下提供足够动力。理查兹相信，电子驱动单元“到目前为止只能提供瞬时的增压效果”

他认为要让电动机械增压器提供足够的功率，满足所有低速增压的需求，48V供电系统是1个解决方法。

他告知汽车工业，“良好的冷却能力是实现延续运转所必须的”，他指出Aeristech专利下的机电技术能在1秒以内提供发动机满负荷下的进气需求，并且不会有任何冷却问题。

新的发动机控制策略

在轻度混合动力的48V系统构架下可为电动机械增压器提供足够的能量，使之能够在小型发动机低转速范围下提供足够的增压水平。用这类设计，可以对机械增压只在高转速工况下进行优化，在高转速下提供足够的功率和更少的尾气排放量。

理查兹解释道为了实现用48V电压系统提供电动增压，Aeristech使用永磁技术，它可以快速反应同时对可替换开关磁阻（SR）机电的散热不造成任何影响。他相信开关磁阻机电是Aeristech专利技术的唯1选择，他希望在量产时，两个系统的造假相差无几。

“我们的机电控制策略把整流和能量控制分开，这就意味着电子转换频率需要高于转速。”他说道。基于这个方案，可以极大的下降很多开关部件的本钱同时保证精确的转速控制。

该策略使得永磁技术具有经济效益，他宣称，“这意味着初次生产的电动机械增压器可以延续工作在2.5bar以上的增压水平。”

该技术可以应用在柴油和汽油发动机上。 “在面对快速增长的排放限制上，柴油机1直依托过滤系统除去尾气中的微粒，但同时增加了回压。” 理查兹还提到“把微粒中的能量转换到燃烧气缸中比把它们从尾气中过滤出去更成心义。在发动机低转速下利用电动机械增压器瞬时匹配适合的空燃比可以同时解决尾气排放问题和提高燃油经济性。”
显著提高平均有效压力

Aeristech宣称行业领先的功率密度和电动增压器中机电的低惯性，使得从怠速转速到15000转/分钟只用不到0.4s。公司已成功将该技术在不同的公司（里卡多和英国马勒）做了评估。

理查兹说里卡多公司已具有非常细致的 221千瓦 2.0升汽油机模型，可用里卡多公司的WAVE摹拟软件对其进行摹拟。增加1个48V的Aeristech 电动机械增压器能使涡轮的体积增加80%，“这提升了各方面表现，如制动燃油消耗率BSFC，扭矩和在所有发动机转速范围内的瞬时反应速度。”他如是说道。

理查兹总结说，不使用电动机械增压器，如果只依赖传统的单级涡轮增机器，只有1个巨大的发动机可以满足这样的需求。马勒展现了将48V 电动机械增压器安装在1个配有小型1.2升3缸汽油发动机 D级测试车辆上。最初该车配备两级涡轮增加时，该发动性能到达144千瓦（193马力），平均有效压强到达30bar。

理查兹报导说，“当这个小的涡轮增压器被电动机械增压器取代以后，大的涡轮能被再优化，发动机最高能输出功率193千瓦并在2000转时到达平均有效压强峰值33bar。”他说扭矩在全部转速范围都有了提升，最高值到达313Nm(231 lb·ft)；平均有效压强在1200转/分钟时从20bar提升到将近29bar。

他说：“英国马勒公司已表明它所到达的单个气缸扭矩比任何量产发动机都要高。”电动机械增压器直接影响了高扭矩输出，同时间接影响了整体的功率输出。用电动机械增压器代替两级涡轮增压器以后，马勒的工程师能够增加主涡轮的体积，以满足驾驶操纵性和瞬时反应速度。

未来C级车的尾气排放目标是95 g/km，理查兹预测发动机将会进1步小型化。1个配备了电动机械增压器的800 cm3发动机可以产生犹如2.2升自然吸气发动机所提供的功率和扭矩，“它能在提供满意的油门反应速度的同时节省更多的油耗。”