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国外内燃机
提高功率和降低燃油耗的电辅助增压
【德】J.BeerM.GitzenbergerW.TrillerL.Vornweg
2017年第6期
摘要：目前，电辅助增压已成为改善汽车行驶动力性能的主要方案。Continental公司近期开发
了1种电动压气机，适合于采用48V汽车电路的紧漆型汽车，可有效提高增压器工作效率。
关键词：小型化换气增压电辅助增压节能减排
1转换到无扫气换气增压
增压发动机更高的升功率可补偿排量的减小，
因而借助废气涡轮增压器能使内燃机小型化，当然必须确保采用废气涡轮增压器的汽车即使在低转速时仍能显示出良好的动态加速响应性能。为了确保达到这样的自标，废气涡轮应尽可能小，当然小的废气涡轮在较高的发动机转速时会导致较高的废气背压，从而增大换气损失，并通过燃烧重心位置对废气温度和燃油耗产生不利影响，而低转速扭矩与最大功率之间的增压压力是对增压系统的一个重大挑战。
为获得高的低速扭矩通常采用调整气门重叠角的方式，产生扫气空气来改善废气排出燃烧室的效果，这可增大压气机和废气涡轮的质量流量。这些附加的扫气空气并不参加燃烧，面是增加了废气中的氧含量，并且减少了三元催化转化器中的氮氧化物（NO,)的转化净化。为了更好的适应未来的NO, 排放限值，以及具有更高负荷份额的全球统一的轻型车试验循环（WLTC)，必须将扫气的有效性作为废气涡轮增压器调节策略的一部分予以研究
废气涡轮增压器与电动压气机（Continental公司称之为"eCompressor")的组合提供了改善起步加速性能的可能性，在这种方案中压气机仅是短时间运行。当然，在设计得合适的情况下，它所附加获得的扭矩能改善加速响应性能，并有助于提高内燃机的效率，当然这种方案需要在较长的时间间隔内以低电功率进行电辅助增压，Continental公司新开发
的电动压气机就能达到这样的效果。 2系统环境和设计结构
图1示出了集成电动压气机的系统环境，其中不仅电动压气机的所有组成部分都是以Continental 公司自身技术为基础，除此之外，用于与发动机电子
万方数据
控制系统(EMS)相关的48V系统/汽车电路直至废气涡轮增压器的整个环境的技术都属于Continental 公司，因此这里所介绍的电动压气机是由在系统层面上经过优化的解决方案组成。其中电动增压级由 4个主要部分组成：
(1)采用永磁技术的无剧电动机(PMSM)在小于250ms的时间内使压气机叶轮加速到70000 r/min。具有高铜填充度的非常紧凑的定子，以及转子永磁铁的造型与最小空气间隙相结合使得电动机具有较高的效率，短时间可发出高达5kW功率。由于采取了高效的冷却策略，这种电动机的持续功率高达2.5kW。
(2)电动机无需传感器通过集成在换向器中的失量控制(FOC)功能进行控制。换向器提供环流所必需的三相交流电。与用矩形或正弦整流相比， FOC具有电动机效率较高和辐射噪声较小的优点。除此之外，对汽车电路的稳定性也有好处，具有FOC 功能的PMSM在启动时引起的负荷峰值比采用传统整流方法明显降低。
(3)径流式压气机及其蜗壳的几何形状和尺寸是以废气涡轮增压器批量应用所获得的技术为基础设计的，与废气涡轮增压器一样，压气机级的设计考虑到优化每种使用工况，其中特别考虑到了电动压气机的定位，若集成在废气涡轮增压器上游的话，则所需的压气机特性曲线场要比集成在废气涡轮增压器下游更宽广。
(4)用于电动压气机控制和转速调节的功能软件综合在一个模块(FSM)中。
图2示出了从压气机侧观察的紧凌型电动压气机的内部结构。具有专利的转子支承方式是其设计特点之一，位于压气机叶轮与转子组件之间的无间隙中间滚动轴承具有两个重要优点：
(1)这种结构布置型式保证了2个滚动轴承同