電子增壓器在自然吸氣發動機上的匹配應用及性能研究

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，緩解傳統增壓器響應遲滯現象，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動機應用的優勢，闡述電子增壓器與發動機匹配的應用策略，并且通過相關試驗檢測電子增壓器在自然吸氣發動機應用的性能。

關鍵詞：電子增壓器;自然吸氣;發動機;匹配

0? 引言

電子增壓器是一種能夠善汽車發動機點火及燃燒狀況的電子匹配產品，其可以提高瞬間爆發力，穩定發動機的轉速，具有環保、節能的優勢。隨著我國環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勢解決汽車發動機能耗問題、提升動力成為會未來汽車發展所必需要面臨的問題之一。

1? 電子增壓器在自然吸氣發動機應用的優勢

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，實現快速增壓的效果。通過對電子增壓器結構分析其主要包括：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）、開關磁阻電機（響應速度快、結構簡單，但是需要位置傳感器）、以及交流異步電機（結構簡單、可靠性高，但是調速性能差）等。②離心壓縮機、電控單元。基于電子增壓器的工作原理，需要優化電子增壓器信號處理電路設計，保證信號處理系統能夠適應-40℃～125℃大范圍工作溫度變化。

1.2 電子增壓器在自然吸氣發動機應用的優勢

電子增壓器在自然吸氣發動機中的應用優勢主要表現在以下方面：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致的扭矩損失問題;二是有效的降低了汽車積炭的發生。在現代汽車行駛的過程中，由于交通擁堵、汽車駕駛人習慣等諸多方面的限制導致企業沒有發揮出最佳性能，例如在城市道路行駛的過程中往往是汽車發動機沒有達到最佳匹配下就強行供油，導致汽車供油過量，積炭問題嚴重。而電子增壓器的應用則可以降低排氣的壓力，減少缸內殘余廢氣，改善燃效效率，降低積炭的發生;三是提高了瞬間加速的響應，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動機響應的時間，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動機響應時間，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傾斜一定的角度，這樣可以避免冷凝凝再循環廢氣在定子殼體處聚集;冷卻液管路應位于最高位置，以排出冷卻液內的空氣;發動機停機后，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動機匹配應用

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對進氣等進行控制，也就是在小負荷工況下，主要是通過調節節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實現增壓壓力的簡歷，以此解決傳統發動機響應遲緩的問題，提升低速的最大扭矩。當汽車處于高速運轉的時候電子增壓器增壓效果不明顯。

2.2 電子增壓器與發動機的匹配

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

①進氣系統。根據電子增壓器在機動車中的安裝位置，需要對發動機的進氣系統進行優化設計，具體就是在進氣系統增加旁通管路，這樣可以優化電子增壓器對進氣流通性的控制;

②系統冷卻能力，雖然電子增壓器提高了發動機的瞬間爆發力，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的穩定，但是電子增壓器的應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曲柄連桿機構發動機性能的提升，燃燒特性的變化，導致爆發壓力提高，曲柄連桿機構的強度需要重新校核或加強。此外活塞燃燒室形狀、壓縮比和潤滑系統也需要重新分析或改進。

3? 電子增壓器在自然吸氣發動機應用的試驗

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的48V第2代電子增壓器，為了保證試驗結果的準確性，在試驗前對發動機的燃燒室和氣道均進行了調整，其目的就是增加電子增壓器在自然吸氣發動機應用的效果檢驗。本次試驗裝置主要是： AVL-PUMA臺架電力測功機，包括發動機冷卻恒溫裝置、燃油恒溫系統、機油外循環冷卻系統、軸流風機等輔助設備;AVL燃燒分析儀;集成式缸內壓力傳感器，空燃比監測儀，專門為電子增壓器準備的60V-160A規格穩壓電源，冷卻水循環系統，以及發動機運行需要監測的各個溫度和壓力傳感器。

試驗結果：電子增壓器對發動機低速扭矩的影響。實驗數據表明：發動機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，改善發動機低速區域的扭矩，見圖3。

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

4? 結論

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

當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，需要不斷優化和完善控制邏輯。各增壓器供應商加速電子增壓器研發速度和市場推廣力度，并都有明確的量產計劃。

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