伊顿TVS2机械系增压器
目前,市场上使用最多的、技术最成熟的发动机增压技术有两种:机械增压和涡轮增压。与涡轮增压利用废气驱动不同,机械增压是通过皮带由曲轴带轮驱动进行空气压缩。由于涡轮增压是靠排气所含的能量来产生压力,转子本身的转动惯量加之低速时排气能量较低,所以发动机在低转速时经常会有“涡轮迟滞”现象。而机械增压一般和发动机转速有一个固定的传动比,带来的最大的好处就是在任何工况下都能提供即时的增压响应,不依赖排气量和压力,这使得机械增压发动机具有对加速踏板的极佳瞬态响应,提升车辆的性能。
机械增压器的技术特性
1.瞬态响应
从瞬态响应上来比较,机械增压具有涡轮增压无可比拟的优势。机械增压具有更加良好的瞬态响应性能,有利于带来更好的整车驾驶感,也能带来更低的瞬态油耗和循环油耗。试验已经证明,在高瞬态工况下机械增压车辆的循环油耗低于同级别涡轮增压车辆。
2.油耗表现
机械增压系统的一个相对不利因素是不能利用回收排气中的部分能量。但是需要看到的是,涡轮增压器利用废气能量并非“免费的午餐”。涡轮排气能量主要来源于排气背压的升高。排气背压的升高也会使发动机泵气损失增大,从而消耗部分发动机功率。而机械增压系统不提高排气阻力,在全部转速范围的外特性工况进气压力大于排气压力,这个压力差对活塞做正功。
3.可靠性和耐久性
机械增压器是自润滑的机械装置,无需与发动机的油路进行连接;润滑油采用接触密封,减少了泄露的可能;机械增压器也不工作在极端的高温下,不需与发动机冷却系统连接提供额外冷却。因此,机械增压器比涡轮增压器有先天的可靠性和耐久性优势。在整车应用中也已证明了机械增压器和发动机具有同寿命的耐久性,与此同时,机械增压器系统,周边零件少,成本更低。
4.其他方面的优势
机械增压系统不从排气汲取能量,使发动机冷起动工况三元催化器很快达到起燃温度。同时得益于更好的燃烧室扫气,使发动机可以适当提高压缩比或增大点火提前角。另外,由于不依赖排气能量,使得机械增压器在米勒循环或阿特金森循环发动机上也会更为适用。
为中国市场量身打造增压器系列产品
伊顿是目前世界上最大的机械增压器生产商,从1988年开始为福特超级雷鸟批量供货以来,已经为70个整机客户生产了累计超过400万台机械增压器。目前主要的OEM客户有日产、大众、奔驰、奥迪、保时捷、捷豹路虎、凯迪拉克以及通用等。伊顿可以为从排量小于1 L的小型汽油发动机到排量超过8 L的大排量汽油发动机和柴油发动机匹配机械增压器。
目前,伊顿为中国市场量身打造了一系列的增压器产品,其中最为令人瞩目的,是其最新产品TVS2机械增压器。
TVS2机械增压器基于伊顿增压产品系列的丰富经验,实现了前所未有的效率改进和性能提升。新产品通过转子设计改进了增压器内部空气动力性能,实现了效率的提升。这项新技术的主要设计要素包括:改变转子型线,以缩小转子间空隙,减少内部泄漏;改进转子扭转角度,使峰值效率移动至低速位置,以改进发动机整体燃油效率;改变出口形状,以避免不必要的空气压缩。综合这些技术,TVS2在发动机运行区域的最高等熵效率与TVSTM R410产品相比提高10%~16%。效率改进减少了驱动增压器需要的动力,从而进一步提高燃油效率。
机械增压器转子
TVS2的低速空气流量提高超过30%,增加了发动机低速状态下的转矩。这一改进与增压器标志性的瞬态相应相结合,使加速更顺畅、更轻松。如果将TVS2与机涡轮增压器相结合应用于汽油发动机,可产生240 Nm/L以上的比转矩输出,比功率输出超过142 kW/L,同时保持与自然吸气发动机一致的瞬态响应能力。例如,一部2.0 L发动机如果配备包括TVS2增压器在内的组合增压系统,可以产生480 Nm以上的转矩和283 kW的功率。得益于TVS2出色的瞬态响应和极大的空气流量,这样的发动机可完全适用于大型车辆。
随着增压系统变得愈加复杂,减轻重量是TVS2的重要研发目标之一。与上一代产品相比,TVS2综合采用了多种轻型部件和新的接口位置,使整体重量减轻25%以上,同时显著减少了整体体积。TVS2产品的重要应用目标为Turbo-Super(涡轮—机械串联增压)系统,该系统要求机械增压器在涡轮增压器离心压缩机下游的高压环境下工作。TVS2采用高压密封技术,可经受高压环境考验,同时提升的空气流量能力可优化增压系统的效率,使整个系统受益。为实现更高的空气流量,TVS2全部采用球轴承,使短时速度达到30 000 r/min,比当前产品提升了25%。
更高的速度与增压压力会带来噪音、振动与声振粗糙度(NVH)问题。为此,TVS2在设计中加入了回流腔,在降噪的同时不影响空气流量或效率。同时,微穿孔板可消减特定频域的噪声,使低速噪音下降高达8 dB。
除了TVS2增压器,伊顿作为一家资深的机械增压器生产商,在中国市场还有一系列丰富的产品:
离合式增压器 随着高 BMEP(平均有效制动压力)复合增压发动机使用的增加,离合式增压器的高燃油经济性可带来相对较低的成本,因而其应用会越来越普及。
EAVS增压器 伊顿的电动辅助增压器将增压、混合动力和发动机起动/停止功能结合在一起,具有卓越的性能和燃油经济性。
TVS增压器 自1985年著名的M系列增压器推出以来,伊顿增压器一直致力于改善发动机性能。经过五代之后,TVS(双漩涡系列)成功问世,该款增压器采用创新设计,效率提高12%。产品的最高转速也由18 000 r/min提升至现在的24 000 r/min,产生的转范围也更为广泛。
如今,伊顿的TVS机械增压器提供两种不同的规格:带有四个叶片的R系列,该系列针对峰值功率应用进行了优化;以及带有三个叶片的V列,该系列针对低流量效率进行了优化,非常适合两级增压系统。
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