電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機上的匹配應(yīng)用及性能研究

刁一峰 鄭玨 何榮譽 鄭春初 左萃

摘要：電子增壓器就是利用電機代替排氣推動渦輪旋轉(zhuǎn)，緩解傳統(tǒng)增壓器響應(yīng)遲滯現(xiàn)象，以此提高電機控制的精度，提升汽車動力。本文立足于對電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機應(yīng)用的優(yōu)勢，闡述電子增壓器與發(fā)動機匹配的應(yīng)用策略，并且通過相關(guān)試驗檢測電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機應(yīng)用的性能。

關(guān)鍵詞：電子增壓器;自然吸氣;發(fā)動機;匹配

0? 引言

電子增壓器是一種能夠善汽車發(fā)動機點火及燃燒狀況的電子匹配產(chǎn)品，其可以提高瞬間爆發(fā)力，穩(wěn)定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，具有環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)勢。隨著我國環(huán)境資源保護力度的提升以及人們對汽車性能要求的不斷提高，如何利用電子增壓器的優(yōu)勢解決汽車發(fā)動機能耗問題、提升動力成為會未來汽車發(fā)展所必需要面臨的問題之一。

1? 電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機應(yīng)用的優(yōu)勢

1.1 電子增壓器的工作原理

電子增壓器與渦輪增壓基本相同，但是其采取的是利用電機控制方式對空氣進行壓縮，實現(xiàn)快速增壓的效果。通過對電子增壓器結(jié)構(gòu)分析其主要包括：①高速電機，高速電機主要分為永磁同步電機（具有效率高、體積小的特點，但是存在渦流損耗）、開關(guān)磁阻電機（響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單，但是需要位置傳感器）、以及交流異步電機（結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，但是調(diào)速性能差）等。②離心壓縮機、電控單元。基于電子增壓器的工作原理，需要優(yōu)化電子增壓器信號處理電路設(shè)計，保證信號處理系統(tǒng)能夠適應(yīng)-40℃～125℃大范圍工作溫度變化。

1.2 電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機應(yīng)用的優(yōu)勢

電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機中的應(yīng)用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下方面：一是可以有效解決機械增壓缺陷，提升低速扭矩，補償因掃氣效率降低而導(dǎo)致的扭矩損失問題;二是有效的降低了汽車積炭的發(fā)生。在現(xiàn)代汽車行駛的過程中，由于交通擁堵、汽車駕駛?cè)肆?xí)慣等諸多方面的限制導(dǎo)致企業(yè)沒有發(fā)揮出最佳性能，例如在城市道路行駛的過程中往往是汽車發(fā)動機沒有達到最佳匹配下就強行供油，導(dǎo)致汽車供油過量，積炭問題嚴重。而電子增壓器的應(yīng)用則可以降低排氣的壓力，減少缸內(nèi)殘余廢氣，改善燃效效率，降低積炭的發(fā)生;三是提高了瞬間加速的響應(yīng)，提高了汽車行駛的舒適度與安全性。通過電子增壓器可以減低發(fā)動機響應(yīng)的時間，從而有效的提升汽車的動能。

1.3 電子增壓器安裝布置

由于電子增壓器主要是促進發(fā)動機響應(yīng)時間，提高其瞬間速度的，因此在安裝電子增壓器時必須要滿足以下要求：電子增壓器必須要保證長期的可靠性與穩(wěn)定性，因此在自然吸氣機動車安裝的時候必須要考慮到冷凝因素對電子增壓器的影響，因此在具體安裝時一方面要保證電子軸向應(yīng)傾斜一定的角度，這樣可以避免冷凝凝再循環(huán)廢氣在定子殼體處聚集;冷卻液管路應(yīng)位于最高位置，以排出冷卻液內(nèi)的空氣;發(fā)動機停機后，仍需保持水泵電機運行，使冷卻液繼對電子增壓器進行降溫保護，保證電子增壓器的殼體溫度低于安全值。

2? 電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機匹配應(yīng)用

2.1 電子增壓器的控制模式

電子增壓器的控制模式主要是通過控制系統(tǒng)對進氣等進行控制，也就是在小負荷工況下，主要是通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門的方式控制進氣量，在低速大負荷或者急加速工況的時候利用電子增壓器的快速響應(yīng)實現(xiàn)增壓壓力的簡歷，以此解決傳統(tǒng)發(fā)動機響應(yīng)遲緩的問題，提升低速的最大扭矩。當(dāng)汽車處于高速運轉(zhuǎn)的時候電子增壓器增壓效果不明顯。

2.2 電子增壓器與發(fā)動機的匹配

電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機中的應(yīng)用不僅是按照相關(guān)的工藝要求安裝就可以，還必須要與機動車性能進行優(yōu)化匹配：

①進氣系統(tǒng)。根據(jù)電子增壓器在機動車中的安裝位置，需要對發(fā)動機的進氣系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，具體就是在進氣系統(tǒng)增加旁通管路，這樣可以優(yōu)化電子增壓器對進氣流通性的控制;

②系統(tǒng)冷卻能力，雖然電子增壓器提高了發(fā)動機的瞬間爆發(fā)力，提高了機動車的功率速度，但是電子增壓器需要對高速電機進行專項冷卻，只有這樣才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，但是電子增壓器的應(yīng)用必然會因為增加壓力的提升而帶來新增進氣冷卻需求的問題，例如發(fā)動機的提升使得燃燒熱負荷增加、排氣溫度對排氣歧管的熱交換量增加等，因此需要對冷卻能力提出更高要求;

③曲柄連桿機構(gòu)發(fā)動機性能的提升，燃燒特性的變化，導(dǎo)致爆發(fā)壓力提高，曲柄連桿機構(gòu)的強度需要重新校核或加強。此外活塞燃燒室形狀、壓縮比和潤滑系統(tǒng)也需要重新分析或改進。

3? 電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機應(yīng)用的試驗

本次試驗以一款1.5L排量的自然吸氣汽油機作為試驗樣機，采取博格華納廠家生產(chǎn)的48V第2代電子增壓器，為了保證試驗結(jié)果的準確性，在試驗前對發(fā)動機的燃燒室和氣道均進行了調(diào)整，其目的就是增加電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機應(yīng)用的效果檢驗。本次試驗裝置主要是： AVL-PUMA臺架電力測功機，包括發(fā)動機冷卻恒溫裝置、燃油恒溫系統(tǒng)、機油外循環(huán)冷卻系統(tǒng)、軸流風(fēng)機等輔助設(shè)備;AVL燃燒分析儀;集成式缸內(nèi)壓力傳感器，空燃比監(jiān)測儀，專門為電子增壓器準備的60V-160A規(guī)格穩(wěn)壓電源，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，以及發(fā)動機運行需要監(jiān)測的各個溫度和壓力傳感器。

試驗結(jié)果：電子增壓器對發(fā)動機低速扭矩的影響。實驗數(shù)據(jù)表明：發(fā)動機1000r/min時低端扭矩由165N·m提升到206N·m，電子增壓器工作時可以有效提升1000～2400r/min最大扭矩，改善發(fā)動機低速區(qū)域的扭矩，見圖3。

電子增壓器壓比對發(fā)動機燃燒特性的影響。通過試驗可以獲悉隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的不斷增加，電子增壓器達到額定壓比1.5所需要的轉(zhuǎn)速和功率將增加，隨著電子增壓器壓比增加，發(fā)動機燃燒并未產(chǎn)生明顯變化。

4? 結(jié)論

①電子增壓器在自然吸氣發(fā)動機中的應(yīng)用有效的提升了發(fā)動機的低速扭矩，尤其是對低排量發(fā)動機起到了瞬間提速的效果，例如通過運用電子增壓器當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500r/min時的轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)響應(yīng)時間縮短了58%，但是其在中高轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)τ谔嵘l(fā)動機性能并沒有明顯的效果。②由于電子增壓器的應(yīng)用改變了機動車發(fā)動機原有的性能，因此需要對發(fā)發(fā)動機的供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、實時監(jiān)測轉(zhuǎn)速等特性參數(shù)進行優(yōu)化，滿足電子增壓器的工作要求。③應(yīng)用電子增壓器后，發(fā)動機低速增壓壓力充足，需優(yōu)化ECU 控制參數(shù)，以提升燃燒效率，降低油耗。

當(dāng)然目前電子增壓器還面臨一些需要解決的課題，電子增壓器主要難點在于雙增壓器邏輯控制，需要不斷優(yōu)化和完善控制邏輯。各增壓器供應(yīng)商加速電子增壓器研發(fā)速度和市場推廣力度，并都有明確的量產(chǎn)計劃。

參考文獻：

[1]劉青林，顏丙輝.電子增壓器對增壓小型化發(fā)動機性能改善研究[J].內(nèi)燃機，2017（08）.

[2]楊金鵬，杜田田，王巖，梁濤，信松嶺.電子增壓器在渦輪增壓發(fā)動機上的匹配應(yīng)用及性能研究[J].柴油機設(shè)計與制造，2018（12）.

[3]鄭天威.基于ASCET的汽油機渦輪增壓控制策略研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2014.

[4]楊金鵬，杜田田，王巖，梁濤，信松嶺.電子增壓器可改善渦輪增壓發(fā)動機低速性能[J].柴油機設(shè)計與制造，2019（03）.