羅杰布什博世馬勒渦輪增壓系統(tǒng)先進(jìn)汽油機(jī)渦輪增壓技術(shù)(中文)

浮動式可變截面渦輪增壓：適用于大規(guī)模量產(chǎn)的先進(jìn)汽油機(jī)渦輪增壓技術(shù)浮動式可變截面渦輪增壓(FNT)

第三屆中國國際汽車動力總成峰會羅杰.布什博士217.06.2016汽車業(yè)關(guān)于實現(xiàn)以下幾個方面的關(guān)鍵技術(shù)之一…

Dr.RogerBusch2-15%…減少燃油消耗…減少二氧化碳排放…提升駕乘樂趣…發(fā)動機(jī)小型化(體積,重量)…相比自然吸氣式發(fā)動機(jī)，更高的低速扭矩（LET），使駕駛性得以提高渦輪增壓式發(fā)動機(jī)自然吸氣式發(fā)動機(jī)介紹潛能設(shè)計總結(jié)

渦輪增壓的優(yōu)勢3201520162017201820192020202220232021未來的法規(guī)提出更高要求基于NEDC測試循環(huán)的百公里二氧化碳排放量【克/百公里】國五第2階段

6.9升/100公里

5升/100公里

下一步?京六第1階段油耗北京17.06.2016220200180160140120100201520102005200020202025京六第1階段下一步?年份國五第1階段國五第2階段國六第1階段

下一步?中國Dr.RogerBusch030252015105車輛總數(shù)*106

(僅汽油車)35%61%8%19%63%68%20%39%20172022201720222017202220172022搭載渦輪增壓器的汽車汽車介紹潛能設(shè)計總結(jié)

法規(guī)與市場中國日本歐洲美國4

NEFZ1.6升渦輪增壓直噴17.06.20162752302352402503003502452502001501005010002000300040005000發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速[每分鐘]扭矩[牛米]發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速[每分鐘-]扭矩[牛米]自然吸氣全負(fù)荷275240245250300發(fā)動機(jī)小型化顯著減少二氧化碳排放300350250200150100503003506000100020003000400050006000渦輪增壓器通過提高進(jìn)氣密度彌補減小的排量3.2L升自然吸氣式發(fā)動機(jī)多點噴射NEFZWLTCNEFZNEFZWLTC小型化Dr.RogerBusch介紹潛能設(shè)計總結(jié)

汽油發(fā)動機(jī)的發(fā)展趨勢發(fā)動機(jī)小型化的優(yōu)點減少發(fā)動機(jī)摩擦損失(尤其當(dāng)汽缸數(shù)減少的時候)將主要運行區(qū)間移至發(fā)動機(jī)高效率區(qū)域改善低速扭矩，從而提高“降速“的潛力汽油機(jī)用廢氣旁通式渦輪增壓器(乘用車)限制數(shù)值限制于渦輪增壓器轉(zhuǎn)速最高每分鐘35萬轉(zhuǎn)渦輪增壓器渦輪機(jī)進(jìn)口溫度最高1050°攝氏度渦輪增壓器渦輪機(jī)出口壓力最高4巴發(fā)動機(jī)介紹潛能設(shè)計總結(jié)

汽油發(fā)動機(jī)用渦輪增壓器5渦殼渦輪中間體轉(zhuǎn)子廢氣旁通閥電子執(zhí)行器壓殼壓輪Dr.RogerBusch17.06.2016廢氣旁通式渦輪增壓器的設(shè)計廢氣旁通式渦輪增壓器示意圖廢氣旁通閥成本高溫魯棒性的解決方案催化劑加熱排放@冷啟動廢氣旁通式渦輪增壓器通常會配備較小的渦輪，來獲得較好的低速扭矩和瞬態(tài)性能。

高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時的高排氣背壓會增加油耗高排氣背壓會限制額定功率（以及米勒循環(huán)的潛能）增壓壓力控制當(dāng)增壓壓力超過期望值，需要限制渦輪功率。當(dāng)廢氣旁通閥打開，部分排氣被旁通導(dǎo)致增壓壓力降低–因此排氣中蘊含的能量“被浪費”。+-介紹潛能設(shè)計總結(jié)

廢氣旁通式廢氣渦輪增壓器6Dr.RogerBusch17.06.2016可變截面渦輪增壓器的設(shè)計可變截面渦輪增壓器示意圖可變截面渦輪在所有工況下都能利用完整的排氣能量，增壓器效率高增加額定功率，降低油耗高增壓壓力減輕了增壓器遲滯@低排氣能量成本增壓壓力控制當(dāng)增壓壓力超過期望值，需要限制渦輪功率。低負(fù)荷運行時，排氣中蘊含的能量降低，可變截面渦輪導(dǎo)流葉片關(guān)閉，增加氣體流速，提高渦輪功率，從而增加增壓壓力。高負(fù)荷運行時，排氣中蘊含的能量上升，可變截面渦輪導(dǎo)流葉片打開，利用所有的排氣能量，沒有排氣能量被浪費。+-可變截面打開可變截面關(guān)閉介紹潛能設(shè)計總結(jié)

可變截面廢氣渦輪增壓器7Dr.RogerBusch17.06.20168介紹潛能設(shè)計總結(jié)

汽油發(fā)動機(jī)的廢氣渦輪增壓器匹配要求低速扭矩/動態(tài)性能要求

額定功率

高增壓壓力(低速扭矩)

低轉(zhuǎn)動慣量(動態(tài)性能)低排氣背壓121.6L渦輪增壓直噴發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速[每分鐘]100020003000400050006000扭矩

[牛米]20010030012可變截面廢氣渦輪增壓器可以同時改善低速扭矩/動態(tài)性能和額定功率17.06.20161.41.61.82.2Dr.RogerBusch匹配低流量渦輪機(jī)匹配高流量渦輪機(jī)小渦輪低流量輪型小流道大渦輪高流量輪型大流道廢氣旁通式渦輪增壓器匹配流量特性由幾何尺寸確定:必須在低速扭矩/動態(tài)性能和額定功率中的取得折衷

小渦輪可以獲得好的瞬態(tài)特性

優(yōu)化流道尺寸來滿足排氣背壓限值可變截面廢氣渦輪增壓器匹配流量特性由可變截面渦輪確定:

大流道和高流量渦輪來減少額定功率點的排氣背壓小渦輪可以獲得好的瞬態(tài)特性低速扭矩由最小流量設(shè)定值和渦輪機(jī)效率決定

發(fā)動機(jī)爆震

發(fā)動機(jī)加濃保護(hù)

油耗

顆粒物濃度9

NEFZ123對增壓系統(tǒng)提出更多要求417.06.2016Dr.RogerBusch可能的系統(tǒng)解決方案1.6L渦輪增壓直噴275240245250Knockinglimit1234300WLTC轉(zhuǎn)速[每分鐘]100020003000400050006000扭矩[牛米]25020015010030035050汽油機(jī)可變截面增壓器米勒循環(huán)冷卻EGR顆粒捕捉器對增壓系統(tǒng)提出了非常高的要求自然吸氣全負(fù)荷介紹潛能設(shè)計總結(jié)

渦輪增壓汽油發(fā)動機(jī)的挑戰(zhàn)比油耗排氣溫度排氣背壓廢氣旁通式基準(zhǔn)可變截面最多-4%-20°C-0.95bar可變截面+米勒循環(huán)最多

-6%-25°C-0.35bar10可變截面廢氣渦輪增壓器配合米勒循環(huán)可以顯著降低油耗廢氣旁通式可變截面可變截面+米勒循環(huán)

17.06.2016980°C20003000400050006000發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速[每分鐘]20003000400050006000發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速[每分鐘]扭矩[牛米]3.02.52.01.53.54.01.0比油耗[克/千瓦每小時]280260240300220排氣溫度[攝氏度]10009509001050850排氣背壓[巴]3.02.52.03.51.51000效率優(yōu)先策略GT-Power仿真邊界條件:100千瓦/升;空燃比=1;壓縮比=10Dr.RogerBusch介紹潛能設(shè)計總結(jié)

系統(tǒng)策略–效率優(yōu)先11可變截面廢氣渦輪增壓器可以顯著提高駕駛性低速扭矩GT-Power仿真邊界條件:4-缸發(fā)動機(jī)

功率80千瓦/升

米勒循環(huán)-策略

壓縮比=12介紹潛能設(shè)計總結(jié)

系統(tǒng)策略–GPF的影響17.06.2016動態(tài)特性GT-Power仿真邊界條件:1500轉(zhuǎn)每分鐘

平均有效壓力=2巴

全負(fù)荷未配備GPF時間[秒]2.52.11.91.71.52.3配備GPF渦輪直徑41mm渦輪直徑40mm渦輪直徑44mmMTM+70%渦輪直徑40mm-30%Dr.RogerBusch未配備GPF平均有效壓力@轉(zhuǎn)速1250轉(zhuǎn)每分鐘[巴]22.521.020.519.519.022.0配備GPF+16%21.520.0浮動式可變截面渦輪搖臂第一代可變截面渦輪蝸殼頂蓋12緊湊，簡潔的設(shè)計優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性來自于“浮動式設(shè)計”，已獲得專利。效率增加控制特性改善搖臂導(dǎo)向葉隔離罩新設(shè)計顯著降低了相同葉片間隙下的卡滯趨勢力傳遞/支點卡滯限值17.06.2016Dr.RogerBusch介紹潛能設(shè)計總結(jié)

博世馬勒新技術(shù)—浮動式可變截面渦輪13IntroductionPotentialDesignSummary

BMTSFNT:DesignandFunction17.06.2016Dr.RogerBusch渦輪殼型線導(dǎo)流葉片(粉末冶金制)蓋板定距套導(dǎo)流葉片載體導(dǎo)流葉片控制桿調(diào)節(jié)環(huán)浮動式設(shè)計定距套，蓋板和渦殼適壓配合滑動軸承調(diào)整環(huán)隔熱罩作為盤式彈簧來軸向固定浮動式可變截面渦輪到渦殼上

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未配備GPF+配備GPFΔbeffΔpmeΔt90ΔbeffΔpmeΔt90Δ(FNT–WG)-6%0%-3%-6%+16%-30%汽油機(jī)-浮動式可變截面渦輪@1250rpmmax總結(jié)GPF會顯著增加排氣背壓汽油機(jī)浮動式可變截面渦輪增壓器(FNT)與廢氣旁通式渦輪增壓器相比，在以下幾個方面有顯著優(yōu)勢:油耗瞬態(tài)性能

低速扭矩系統(tǒng)解決方案“汽油機(jī)FNT配合米勒循環(huán)”提供額外潛力。基于博世馬勒汽油機(jī)FNT的高魯棒性和緊湊的設(shè)計，博世馬勒可以為不同的發(fā)動機(jī)概念提供汽油機(jī)FNT大規(guī)模量產(chǎn)方案。介紹潛能設(shè)計總結(jié)

總結(jié)17.06.2016@1250rpmDr.RogerBusch

15科技成就生活之美追求卓越介紹潛能設(shè)計總結(jié)

17.06.2016Dr.RogerBusch16感謝您的聆聽!17.06.2016Dr.RogerBusch介紹潛能設(shè)計總結(jié)

1717.06.2016Dr.RogerBusch浮動式渦輪增壓第一代可變截面渦輪可靠耐久的設(shè)計成功應(yīng)用于眾多柴油項目緊湊，簡介的設(shè)計優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性來自于“浮動式設(shè)計”效率提升可控性提升彈性形變彈性變形力傳遞點位置1位置1位置2力傳遞點位置2介紹潛能設(shè)計總結(jié)

博世馬勒新技術(shù)—浮動式可變截面渦輪溫度攝氏度溫度攝氏度時間