2017年第3期零部件
国外内燃机
满足多款小型化汽油机应用的电动机械
增压器性能参数研究
[英】H.H.TranB.RichardK.GrayM.Bassett
43
摘要：发动机极度小型化是现代内燃机满足新排放法规的1种措施。发动机小型化程度越高，产生的CO2也越少。如此，发动机就需要更高的增压水平来达到更高的扭矩性能。对于目前的传统增压系统来说，低转速下实现瞬时负荷下的高增压是1个值得关注的间题。Aeristech公司已经开发出 1款电动机械增压器，与传统涡轮增压器匹配后组成1种新型的两级增压系统，这使得相对简单的小型化汽油发动机可以应用到主流汽车上。整于大多数电动增压装置是提供时输出以减轻涡轮迟滞，电动机械增压器更能在稳态下提供空气。因此，电动机械增压器具有双重功能：减轻涡轮迟滞和弥补涡轮增压器或主要增压装置的压气机性能。电动机械增压器既有传统机械增压器的功能，同时又有传统电动增压装置的功能。同时，电动机械增压器可以替代多级涡轮增压器布置中的第一级涡轮增压器。对1款高级的2.0L增压汽油机应用此电动机械增压器进行了仿真，对1款1.2L板度小型化发动机应用此电动机械增压器进行了试验。目前，主要有2种电动机械增压器设计方案：一种使用单独的电动机和控制器（功率电子元件），另一种是将控制器（功率电子元件）和电动机集成为一体。压气机单独作用时有宽广的性能区间和80%的峰值效率，与电动机和控制器（功率电子元件)结合后可以在0.5s以内达到全负荷运行。方案设计时进行了优化使其单位体积最小化和提高其在汽车机舱内布置的灵活性。另外，电动机械增压器已经在MAHLE3缸直接喷射发动机上进行试验。这款发动机的升功率高达161kW，同时在整个发动机转速区间内担矩曲线大体上都是平坦的。，
关键词：电动机械增压器小型化性能直接喷射
0前言
未来几年汽车的CO；排放急需降低。例如，欧盟2021年的CO排放目标是95g/km，日本2020 年的CO，排放目标是105g/km，中国2020年的 COz排放目标是117g/km。这就意味着届时欧盟的排放要比现在降低27%，日本降低17%，中国降低27%{1-3)。汽油机小型化是目前降低CO，排放的 1种方案，可以凭借先进的增压系统保持和改进相当于大排量自然吸气发动机的性能。CO，排放降低主要来源于小型化发动机的低摩擦、低泵气功（节流损失）和低转速。
新型汽油机采用单级涡轮增压器已经实现了一定程度的小型化。如英国MAHLE动力总成公司实现了2.4L自然吸气到1.2L3缸发动机50%的小型化。1.2L发动机采用单级涡轮增压器达到了 120kW的峰值功率，保持了和2.4L自然吸气发动机相同的性能。相对于自然吸气发动机，1.2L小型化发动机在新欧洲行驶循环（NEDC)工况下的CO
万方数据
排放降低了25%～30%{4。此外，PSA公司研发的 1.2LEBturbopuretech发动机达到了96kW的峰值功率，通过25%的小型化和速比优化，CO，排放降低了17%。这款发动机可以和其公司的1.6L自然吸气发动机相媲美，二者配装了同样的车型"。
汽油机小型化程度越高，越有潜力进一步降低 CO；排放。为了达到更高的增压水平需要采用多级涡轮增压器。发动机小型化达到50%以上的挑战和机遇，曾有文献做了详细的记载。采用两级传统涡轮增压器可以使发动机达到50%以上的小型化，在某些情况下需要使用功率控制技术(CPT)的12V 可变扭矩提升系统（VTES)的电动压气机来提升解时响应。MAHLE动力总成公司的1.2L发动机采用两级传统涡轮增压器达到了280N·m的峰值扭矩和120kW/L的升功率(6)。此发动机目标性能水平的对标机型是2.0L增压直喷发动机，等同于2.8 L自然吸气发动机的性能。
在上述项目中，MAHLE动力总成公司进行了 2.4L涡轮增压发动机小型化到1.2L的探操索性挑