刁一峰 鄭玨 何榮譽(yù) 鄭春初 左萃

摘要：電子增壓器就是利用電機(jī)代替排氣推動(dòng)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(jī)控制的精度，提升汽車動(dòng)力。本文立足于對(duì)電子增壓器在自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，闡述電子增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的應(yīng)用策略，并且通過相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)電子增壓器在自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的性能。

關(guān)鍵詞：電子增壓器;自然吸氣;發(fā)動(dòng)機(jī);匹配

0? 引言

電子增壓器是一種能夠善汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，具有環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。隨著我國(guó)環(huán)境資源保護(hù)力度的提升以及人們對(duì)汽車性能要求的不斷提高，如何利用電子增壓器的優(yōu)勢(shì)解決汽車發(fā)動(dòng)機(jī)能耗問題、提升動(dòng)力成為會(huì)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(dòng)機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

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(jī)控制方式對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，實(shí)現(xiàn)快速增壓的效果。通過對(duì)電子增壓器結(jié)構(gòu)分析其主要包括：①高速電機(jī)，高速電機(jī)主要分為永磁同步電機(jī)（具有效率高、體積小的特點(diǎn)，但是存在渦流損耗）、開關(guān)磁阻電機(jī)（響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是需要位置傳感器）、以及交流異步電機(jī)（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，但是調(diào)速性能差）等。②離心壓縮機(jī)、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(hào)處理電路設(shè)計(jì)，保證信號(hào)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(dòng)機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

電子增壓器在自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下方面：一是可以有效解決機(jī)械增壓缺陷，提升低速扭矩，補(bǔ)償因掃氣效率降低而導(dǎo)致的扭矩?fù)p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(dòng)機(jī)沒有達(dá)到最佳匹配下就強(qiáng)行供油，導(dǎo)致汽車供油過量，積炭問題嚴(yán)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(dòng)機(jī)響應(yīng)的時(shí)間，從而有效的提升汽車的動(dòng)能。

1.3 電子增壓器安裝布置

由于電子增壓器主要是促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)時(shí)間，提高其瞬間速度的，因此在安裝電子增壓器時(shí)必須要滿足以下要求：電子增壓器必須要保證長(zhǎng)期的可靠性與穩(wěn)定性，因此在自然吸氣機(jī)動(dòng)車安裝的時(shí)候必須要考慮到冷凝因素對(duì)電子增壓器的影響，因此在具體安裝時(shí)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(dòng)機(jī)停機(jī)后，仍需保持水泵電機(jī)運(yùn)行，使冷卻液繼對(duì)電子增壓器進(jìn)行降溫保護(hù)，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(dòng)機(jī)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(duì)進(jìn)氣等進(jìn)行控制，也就是在小負(fù)荷工況下，主要是通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門的方式控制進(jìn)氣量，在低速大負(fù)荷或者急加速工況的時(shí)候利用電子增壓器的快速響應(yīng)實(shí)現(xiàn)增壓壓力的簡(jiǎn)歷，以此解決傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候電子增壓器增壓效果不明顯。

2.2 電子增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配

電子增壓器在自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)動(dòng)車性能進(jìn)行優(yōu)化匹配：

①進(jìn)氣系統(tǒng)。根據(jù)電子增壓器在機(jī)動(dòng)車中的安裝位置，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體就是在進(jìn)氣系統(tǒng)增加旁通管路，這樣可以優(yōu)化電子增壓器對(duì)進(jìn)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(dòng)機(jī)的瞬間爆發(fā)力，提高了機(jī)動(dòng)車的功率速度，但是電子增壓器需要對(duì)高速電機(jī)進(jìn)行專項(xiàng)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(huì)因?yàn)樵黾訅毫Φ奶嵘鴰硇略鲞M(jìn)氣冷卻需求的問題，例如發(fā)動(dòng)機(jī)的提升使得燃燒熱負(fù)荷增加、排氣溫度對(duì)排氣歧管的熱交換量增加等，因此需要對(duì)冷卻能力提出更高要求;

③曲柄連桿機(jī)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu)的強(qiáng)度需要重新校核或加強(qiáng)。此外活塞燃燒室形狀、壓縮比和潤(rùn)滑系統(tǒng)也需要重新分析或改進(jìn)。

3? 電子增壓器在自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的試驗(yàn)

本次試驗(yàn)以一款1.5L排量的自然吸氣汽油機(jī)作為試驗(yàn)樣機(jī)，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(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室和氣道均進(jìn)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(dòng)機(jī)應(yīng)用的效果檢驗(yàn)。本次試驗(yàn)裝置主要是： AVL-PUMA臺(tái)架電力測(cè)功機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻恒溫裝置、燃油恒溫系統(tǒng)、機(jī)油外循環(huán)冷卻系統(tǒng)、軸流風(fēng)機(jī)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(cè)儀，專門為電子增壓器準(zhǔn)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(dòng)機(jī)運(yùn)行需要監(jiān)測(cè)的各個(gè)溫度和壓力傳感器。

試驗(yàn)結(jié)果：電子增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：發(fā)動(dòng)機(jī)1000r/min時(shí)低端扭矩由165N·m提升到206N·m，電子增壓器工作時(shí)可以有效提升1000～2400r/min最大扭矩，改善發(fā)動(dòng)機(jī)低速區(qū)域的扭矩，見圖3。

電子增壓器壓比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性的影響。通過試驗(yàn)可以獲悉隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷增加，電子增壓器達(dá)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)中的應(yīng)用有效的提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩，尤其是對(duì)低排量發(fā)動(dòng)機(jī)起到了瞬間提速的效果，例如通過運(yùn)用電子增壓器當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)的轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間縮短了58%，但是其在中高轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)τ谔嵘l(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)原有的性能，因此需要對(duì)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)的供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速等特性參數(shù)進(jìn)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(dòng)機(jī)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(diǎn)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(chǎng)推廣力度，并都有明確的量產(chǎn)計(jì)劃。

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