2018年12月7日-8日，以“創(chuàng)新驅(qū)動、技術(shù)引領(lǐng)”為主題的2018第六屆“汽車與環(huán)境”創(chuàng)新論壇在上?！ぐ餐ふ脚e辦。本次論壇完整覆蓋汽車行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的研討，旨在進(jìn)一步促進(jìn)整車企業(yè)與零部件企業(yè)之間對技術(shù)發(fā)展趨勢的探討、加強(qiáng)汽車行業(yè)專家之間的交流互動、增強(qiáng)整車與零部件企業(yè)的交流、搭建合作平臺，通過活動促進(jìn)汽車零部件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型升級、打造更具競爭力的整零協(xié)同創(chuàng)新關(guān)系，助力實(shí)現(xiàn)向汽車強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。以下是奕森科技總裁辛軍在本次論壇上的發(fā)言：

奕森科技總裁 辛軍

汽車與環(huán)境創(chuàng)新論壇的特點(diǎn)是給聽眾帶來既有廣度又有深度的汽車技術(shù)發(fā)展的報告，我們今天的報告準(zhǔn)備花費(fèi)了不少我和我們公司研發(fā)副總裁顧茸蕾博士的時間。我們希望給大家能夠帶來最前沿的技術(shù)分享，我的演講題目是汽車低碳化、電氣化對于增壓系統(tǒng)的要求。汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展取決于我們?nèi)绾谓鉀Q能源、環(huán)境、交通、安全四個方面的問題。就能源問題我稍微展開講一下。

作為能量的儲存系統(tǒng)，上的電池與汽車的油箱相似。講到油箱內(nèi)的汽油，中國消耗石油的60%以上是從國外進(jìn)口的，是一個能源安全問題。當(dāng)前三元電池中的金屬元素鈷，全球儲量低，而且集中在少數(shù)國家。目前，中國的鈷進(jìn)口依賴度高達(dá)90%以上，非洲的剛果就占了全球儲量的50%以上。我們要避免在解決石油對于國外的依賴性同時，卻制造出來另外一個對于國外的依賴性。

解決這四個問題的途徑是什么？汽車不僅有大家講的汽車四化，我認(rèn)為還應(yīng)該再加一個低碳化。低碳化是非常重要的，為什么低碳化非常重要的？我們來看未來十到二十年，汽車動力系統(tǒng)有哪幾種形式構(gòu)成，內(nèi)燃機(jī)起什么作用。我們從有代表性的全球汽車企業(yè)的技術(shù)路線來看，不論是大眾、豐田、本田還是日產(chǎn)，基本上是傳統(tǒng)的燃油車比例逐步下降，混合動力逐步增加，另外還有純電動汽車以及燃料電池車。從動力系統(tǒng)形式來看，從最左邊的傳統(tǒng)燃油車中只有內(nèi)燃機(jī)，到微混、弱混、中混、強(qiáng)混、純電動，內(nèi)燃機(jī)增程電動，直到燃料電池。除了純電動和燃料電池汽車，其他的動力系統(tǒng)都有內(nèi)燃機(jī)。不要一講電氣化，就以為沒有內(nèi)燃機(jī)了。只有中國才有一說，也不要把新能源汽車與汽車電氣化等同。汽車電氣化的范圍比中國講的新能源汽車廣的多。

從各方面的預(yù)測來判斷，2030年中國汽車至少70%還是會有內(nèi)燃機(jī)。但是，在2030年百分之百的車都會有某種形式的電氣化。所以，不斷降低內(nèi)燃機(jī)的油耗或內(nèi)燃機(jī)的低碳化是中長期降低石油消耗的重要路徑。

再說低碳化和電氣化對于增壓系統(tǒng)的要求，我先講低碳化對于汽油機(jī)的要求，汽油機(jī)還是非常大的進(jìn)一步降低油耗潛力。大約三分之一的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，大約三分之一被冷卻介質(zhì)帶走，大約三分之一被廢氣帶走。昨天蘇院士的報告提到熱效率可以從當(dāng)前的40%提高到51%，結(jié)合其他方面的優(yōu)化和發(fā)動機(jī)工作運(yùn)行點(diǎn)的管理，這些都能夠使內(nèi)燃機(jī)作為動力源的整車油耗有大幅降低的空間。

低碳化對于汽油機(jī)的要求來講，希望低速扭矩越來越高，最大扭矩越來越高，另外最大功率要求也越來越高，動態(tài)響應(yīng)要快，另外也不能通過混合氣加濃的辦法來降低排溫。這樣的汽油機(jī)特性對增壓器會有怎樣的要求？希望渦輪增壓器空氣流量范圍寬、高壓比、低背壓、低慣量、低摩擦損失、能用低黏度機(jī)油、能承受更高的機(jī)油溫度、低機(jī)油泄漏量，另外希望能夠承受更高排氣溫度，另外渦輪增壓器能夠耐egr腐蝕等。下面我針對低碳汽油機(jī)對增壓器的要求逐一展開，介紹奕森科技產(chǎn)品如何滿足這方面的市場需求。

首先，針對空氣流量范圍寬、高壓比、低背壓，希望渦輪增壓器的總量從原來粉紅的線變成棕色的線，希望渦輪增壓器的運(yùn)行范圍更加寬廣，只有這樣才能確保在低速的時候有足夠的喘振余量。同時在最大功率的時候，也有足夠的空氣流量。這樣從上一代的map的范圍，到新一代的市場需要，這需要做很多空氣動力學(xué)方面的計算，在此基礎(chǔ)上我們建立各種壓氣機(jī)特點(diǎn)的氣動方案可以供客戶選用。

另外峰值扭矩和最大功率這也是一個蹺蹺板，兩頭兼顧是比較難的。這個圖是說明我們?nèi)绾渭骖櫡逯蹬ぞ睾妥畲蠊β省Ｐ詢r比較高的方案，就是采用雙流道渦殼。另外vgt技術(shù)可以最好地平衡滿足峰值低速扭矩和最大功率。vgt是可變截面增壓器，其特點(diǎn)就在于其可變的流道面積和氣流方向，這類似于可變氣門正時vvt。有vvt技術(shù)之前，發(fā)動機(jī)工程師很難兼顧發(fā)動機(jī)的低速扭矩和額定功率。也可以從這樣的角度理解可變截面增壓器，vgt的葉片可以通過隨發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。使得不管是發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速的時候，還是發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速的時候，永遠(yuǎn)能夠做到最佳的空氣動力學(xué)特性，同時保持最低的排氣背壓。從而vgt獲得比雙流道渦殼更好的發(fā)動機(jī)性能。

大家可能也聽說過vgt和米勒循環(huán)搭配，提高發(fā)動機(jī)的熱效率。vgt用于汽油機(jī)面臨幾個關(guān)鍵問題，最關(guān)鍵的問題就是汽油發(fā)動機(jī)的排溫很高，如何能夠在高達(dá)一千度的排溫環(huán)境下，vgt還能正常工作，不卡滯，低排溫時又不能有太大的間隙，同時材料價格不能高，這是一個挑戰(zhàn)。

我們認(rèn)為要滿足中國汽車市場未來的要求，vgt是客戶所必須采用的技術(shù)。我們奕森科技vgt承受排氣溫度能夠到950度。另外vgt最擔(dān)心的一點(diǎn)，就是葉片被卡滯，我們在設(shè)計的時候有一些細(xì)節(jié)方面考慮，能夠兼顧它的效率、盡可能減少漏氣量的同時，又能降低葉片卡滯的風(fēng)險。另外我們也在vgt機(jī)構(gòu)和零件數(shù)量上做足功課，控制成本增加。那么我們奕森科技vgt技術(shù)方案，如何在結(jié)構(gòu)上面設(shè)計锝更加優(yōu)異？這是一個示意圖，左邊這個圖是市場上競爭對手的vgt方案，比如有三個滾輪、兩個銷，我們vgt把滾輪和銷的功能，集成到在奕森科技vgt本身所需要的其他零件，從而把這幾個零件取消了，讓我們的結(jié)構(gòu)更加簡化。

有關(guān)響應(yīng)性和最大功率，如何保證發(fā)動機(jī)性能的同時，又可以滿足對于響應(yīng)時間的要求，采用大流量混流渦輪是解決方案之一。影響渦輪增壓器轉(zhuǎn)動慣量的幾個零件，諸如渦輪、壓葉、軸等零件，渦輪的影響最大。因為渦輪材料的比重是壓輪材料的三倍左右，所以如何把渦輪的重量降低這是非常重要的。采用混流渦輪設(shè)計，能夠使增壓器的相應(yīng)時間變得短。

下面來介紹渦輪增壓器如何降低摩擦損失，如何能使用低黏度機(jī)油，如何渦輪增壓器能夠做到在更高的機(jī)油溫度正常工作，如何降低機(jī)油泄漏量、降低漏氣量。通過介紹奕森科技新一代渦輪增壓器的設(shè)計特點(diǎn)和試驗結(jié)果，來闡述這方面的技術(shù)。奕森科技新一代渦輪增壓器，軸徑是五毫米，另外我們設(shè)計用機(jī)油是低黏度機(jī)油0w20，設(shè)計機(jī)油溫度是150度。具體設(shè)計方案，比如非對稱承載面的設(shè)計、兩側(cè)雙pr密封，另外我們奕森科技獨(dú)特的單體spacer設(shè)計，獨(dú)特的壓端密封設(shè)計，高軸向承載能力等等，這是我們渦輪增壓器的設(shè)計特點(diǎn)。

大家知道，機(jī)油粘度隨油溫升高而降低。而機(jī)油粘度對軸系轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性是有利的，當(dāng)然不利于效率和響應(yīng)。用低粘度機(jī)油在更高的機(jī)油溫度條件下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，是對軸系設(shè)計的巨大挑戰(zhàn)。由于我們在設(shè)計和工藝上對相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和工差作了全面的考慮和優(yōu)化，取得了非常優(yōu)異的結(jié)果。新一代的渦輪增壓器比對標(biāo)渦輪增壓器穩(wěn)定性提高50%。另外次同步振動振幅降低了70%。這個圖可以看清楚，采用5毫米的軸，效率提高了2-3個百分點(diǎn)。

另外壓端密封結(jié)構(gòu)，使它的油封能力提升2倍。我們在油路和氣路設(shè)計時，盡可能使兩者分離，在新一代的渦輪增壓器總成結(jié)構(gòu)，油和氣路基本上分開，這就解釋了為什么我們在新一代的渦輪增壓器能夠把機(jī)油的泄漏量降到很低。這是兩個視頻，對標(biāo)渦輪增壓器這里可以看到很多機(jī)油在這里堆積，有些堆積的機(jī)油有被從軸向帶出來的風(fēng)險，新一代的渦輪增壓器這個部位基本上看不見機(jī)油。

為什么降低機(jī)油泄漏這么重要？發(fā)動機(jī)尤其是低速扭矩提上去以后，最難解決的問題就是超級爆震。產(chǎn)生超級爆震有兩個機(jī)理，一個是燃燒室表面有熱點(diǎn)，另外一個機(jī)理是機(jī)油液滴的形成。那么機(jī)油液滴可能有哪幾個途徑可以進(jìn)去？一是內(nèi)部形成，另外一個途徑有可能從進(jìn)氣吸入。而進(jìn)氣吸入的機(jī)油有可能來自增壓器或者曲軸箱通風(fēng)。當(dāng)高扭矩密度直噴增壓汽油機(jī)運(yùn)行在低速高負(fù)荷工況時，如果有機(jī)油進(jìn)入燃燒室，很容易引發(fā)超級爆震，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞。

前面已講到，電氣化動力系統(tǒng)的形式范圍非常廣。其中的許多電氣化動力系統(tǒng)，還是需要內(nèi)燃機(jī)的?；旌蟿恿ο到y(tǒng)里面發(fā)動機(jī)對于渦輪增壓器的匹配要求與傳統(tǒng)燃油車中發(fā)動機(jī)對于渦輪增壓器的匹配要求是不一樣的。傳統(tǒng)的燃油車的發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況非常寬廣，這樣在不同的工況里，渦輪增壓器都需要有比較好的表現(xiàn)。但是如果在混合動力，發(fā)動機(jī)的運(yùn)行就固定在比較小的區(qū)域里面。因為這樣一個特殊的用途，我們在渦輪增壓器設(shè)計的時候，可以更加關(guān)注于渦輪增壓器的效率和成本，使產(chǎn)品組合能夠達(dá)到最好的表現(xiàn)。

無論是出于降低汽油機(jī)泵氣損失，還是出于在高負(fù)荷降低燃燒溫度和排氣溫度的考慮，廢氣再循環(huán)技術(shù)在下一代發(fā)動機(jī)產(chǎn)品會得到更加普遍的應(yīng)用。egr對增壓器的影響主要表現(xiàn)在壓氣機(jī)葉輪，壓葉輪有可能受到以下幾點(diǎn)影響。一個是顆粒沖擊損傷葉輪，另外一個廢氣里面有酸性氣體，酸性物質(zhì)也會腐蝕葉輪，還有如果egr用時間長了以后，都會在管子里面和表面會形成一層油泥，沉積起來也會影響葉輪性能。我們對壓葉輪表面進(jìn)行涂層保護(hù)，可以看到有表面涂層保護(hù)和沒有涂層保護(hù)的壓葉輪，經(jīng)過100小時耐久實(shí)驗以后，沒有涂層保護(hù)的葉輪在葉片的邊緣就出現(xiàn)了鋸齒形狀的損壞。但是有涂層的的壓葉輪，葉輪在葉片的邊緣還是非常光滑的，沒有出現(xiàn)了鋸齒形狀的損壞。

下面講一下電氣化對于增壓器的要求。昨天下午余卓平教授的報告闡述了氫氣在未來中國能源組成中的作用，以及因此而帶來的燃料電池技術(shù)的普及。這份2017年發(fā)布的氫氣委員會報告也認(rèn)為燃料電池首先會在城市公交車、長途汽車、貨車等方面被普及采用。從這里的橫坐標(biāo)來看，2025年在市場上應(yīng)該能夠看到燃料電池的增長態(tài)勢。隨著燃料電池的裝機(jī)量的增加，燃料電池的成本將大幅度下降，用戶的使用成本比汽油還低。氫氣也許是汽車能源的終極來源。

燃料電池有一個特點(diǎn)和發(fā)動機(jī)是一樣的，你進(jìn)去的空氣壓力越高，產(chǎn)生同樣功率的燃料電池的尺寸可以做的越小，對于燃料電池來說它也是需要空氣壓縮機(jī)。基于燃料電池的特點(diǎn)，它對增壓器有什么要求呢？首先是無油，因為機(jī)油會使燃料電池中毒。另外低流量、高壓比，還有高效率，效率很重要，空氣壓縮機(jī)的能耗在燃料電池的輸出功率中占有相當(dāng)大的比例。當(dāng)然在汽車應(yīng)用，重量、體積和nvh是永恒的話題，都希望體積小、重量輕、nvh低。

燃料電池用的增壓器，其實(shí)市場上主要就是有兩種方案，一種方案就是蝸桿式的，另外一個就是離心式的。我們認(rèn)為離心式的增壓器，能更加容易滿足前面的要求。我們針對燃料電池空壓機(jī)的要求，我們團(tuán)隊經(jīng)過多輪設(shè)計，最后產(chǎn)生右下角這個圖的氣動方案。同時從總體結(jié)構(gòu)來說，我們采用兩級增壓，也就是空氣進(jìn)來先通過左邊壓氣機(jī)先壓到1.8，然后再通到第二個壓氣機(jī)。這樣做的目的，主要也是考慮將燃料電池空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在合理范圍。高速電機(jī)的軸承采用動壓式空氣軸承。我們奕森科技的目標(biāo)，就是在2020年跟我們客戶一起把燃料電池空氣壓縮機(jī)投放市場，這也是我們奕森科技利用在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的競爭優(yōu)勢，在離心增壓器這個領(lǐng)域一個橫向的拓展。

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