沃爾沃Drive-E 2.0T發動機三渦輪增壓技術解析

蕪湖市職業技能鑒定中心 顏宏濱

沃爾沃Drive-E 2.0T發動機三渦輪增壓技術解析

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沃爾沃Drive-E 2.0T發動機裝備了3個渦輪增壓器，其最大功率可達335 kW，其動力輸出超越了搭載3.0T雙渦輪增壓發動機的寶馬M3車。沃爾沃Drive-E 2.0T三渦輪增壓發動機屬于沃爾沃的Drive-E系列，E的含義是高效、環保、電驅，要實現這些目標，小排量增壓技術是比較適合的方法，值得關注的是，這臺發動機采用了電動渦輪增壓技術，這也是沃爾沃首次對外界公開展示其搭載電動渦輪的機型。

1 沃爾沃Drive-E 2.0T發動機三渦輪增壓器的整體布局

圖1 位于排氣側的雙廢氣渦輪增壓器

圖2 位于進氣側的電動增壓器

圖3 電動增壓器

沃爾沃Drive-E 2.0T三渦輪增壓發動機由2個廢氣渦輪增壓器與1個電動渦輪增壓器組成。傳統的廢氣渦輪增壓器由廢氣驅動，因此會存在一個因廢氣量不足以推動渦輪進入工作轉速區間，從而導致廢氣渦輪增壓器失效的狀態，這就是渦輪遲滯，而即使是采用大小渦輪設計，也不能完全消除遲滯現象。如圖1所示，該款發動機的傳統廢氣渦輪增壓部分，是在發動機的排氣側布置了上下2個并聯的廢氣渦輪增壓器，這無疑會加重廢氣渦輪的遲滯。為此，如圖2所示，該款發動機在進氣一側安裝了第3個增壓器，這就是由電動機驅動的電動渦輪增壓器（圖3）。對比廢氣渦輪和機械增壓技術，電動渦輪增壓器由電動機驅動，在極低的轉速就開始為發動機提供增壓能力，剛好彌補了廢氣渦輪增壓器因轉動慣量較大引起的渦輪遲滯，到了高轉速，電動機停轉，再交由大廢氣渦輪增壓器負責增壓，這樣便完全消除了廢氣渦輪增壓普遍存在的渦輪遲滯現象，從而讓小排量渦輪增壓發動機獲得像大排量自然吸氣發動機一樣的順暢加速感。正因為是電動渦輪增壓器，便無需在排氣側設置渦輪，直接在進氣側布置壓氣機即可。沃爾沃Drive-E 2.0T三渦輪增壓發動機電動渦輪增壓器位于進氣歧管一側，從Suction Pipe（連接空氣濾清器與渦輪本體之間的管路）外接一段管路經過電動渦輪增壓器，空氣經增壓后回到Suction Pipe，隨后Suction Pipe在岔口處一分為二，將新鮮空氣送入反面排氣側的2個并聯的廢氣渦輪增壓器中，經二次增壓后分別進入各缸，其中，一個渦輪由1、4缸驅動，而另一個渦輪由2、3缸驅動。

2 三渦輪增壓系統工作原理

三渦輪增壓系統的工作原理是將2個相同的廢氣渦輪增壓器與發動機的進氣系統相連接，并由一個電動渦輪增壓器輔助其工作（提供動力），電動渦輪增壓器生成的壓縮空氣并不是直接導入氣缸，而是用于迅速帶動2個廢氣渦輪增壓器的轉動，在進一步提升發動機功率輸出的同時，也解決了當排氣停止時廢氣渦輪增壓器也會停止工作的問題。由此可見，電動渦輪增壓機與2個廢氣渦輪增壓器是串聯+并聯的連接方式，電動渦輪增壓器只是一個輔助廢氣渦輪增壓器的增壓裝置，目的是為了在發動機低轉速時為廢氣渦輪增壓器提供足夠的轉速，彌補低速時渦輪不介入的硬傷。實際上，電動渦輪增壓器并不能獨立工作，加速時電動增壓器“瞬間”提高轉速，但是廢氣渦輪還是會慢半拍，廢氣渦輪增壓器的遲滯現象多少還是會有一點的。

如圖4a所示，在發動機處于低轉速時，旁通閥將空氣攔截而全部進入電動渦輪增壓，此時發動機主要依靠電動渦輪增壓器來提供壓縮空氣；隨著發動機轉速的提升，廢氣渦輪增壓器開始介入工作，經過電動渦輪器增壓后的壓縮空氣進入廢氣渦輪增壓器進行二次增壓；隨著發動機轉速的繼續升高，電動渦輪增壓器對于高速氣流而言反而成了累贅，如圖4b所示，氣流被旁通閥阻隔在電動渦輪增壓器之外，而沿著Suction Pipe流向已經進入狀態的廢氣渦輪器。這一套系統通過引入電動渦輪增壓器，解決大尺寸廢氣渦輪低速介入性不良的問題，而且在松油再加速時，電動渦輪增壓器又能快速啟動以彌補廢氣渦輪增壓器的渦輪遲滯。

值得一提的是，三渦輪增壓技術并非沃爾沃的創意，寶馬早在2012年就已推出一款類似的三渦輪增壓發動機，是一款3.0 L的6缸柴油發動機（圖5），型號為M550d，擁有最大280 kW的動力輸出。

在發動機上采用自然吸氣或增壓這個問題上，汽車生產廠商都堅持著自己的意見，但隨著排放標準的逾加嚴格，小排量增壓將是不可阻擋的趨勢。三渦輪增壓技術，或多或少對于制造成本，使用及養護成本有一定的影響，但對于動力的提升、排放的控制卻有明顯的幫助。

圖4 三渦輪增壓系統的工作原理

圖5 寶馬3.0 L的6缸柴油發動機的三渦輪增壓系統

2017-03-12）