沃尔沃Drive-E 2.0T发动机三涡轮增压技术解析

芜湖市职业技能鉴定中心 颜宏滨

沃尔沃Drive-E 2.0T发动机三涡轮增压技术解析

芜湖市职业技能鉴定中心 颜宏滨

沃尔沃Drive-E 2.0T发动机装备了3个涡轮增压器，其最大功率可达335 kW，其动力输出超越了搭载3.0T双涡轮增压发动机的宝马M3车。沃尔沃Drive-E 2.0T三涡轮增压发动机属于沃尔沃的Drive-E系列，E的含义是高效、环保、电驱，要实现这些目标，小排量增压技术是比较适合的方法，值得关注的是，这台发动机采用了电动涡轮增压技术，这也是沃尔沃首次对外界公开展示其搭载电动涡轮的机型。

1 沃尔沃Drive-E 2.0T发动机三涡轮增压器的整体布局

图1 位于排气侧的双废气涡轮增压器

图2 位于进气侧的电动增压器

图3 电动增压器

沃尔沃Drive-E 2.0T三涡轮增压发动机由2个废气涡轮增压器与1个电动涡轮增压器组成。传统的废气涡轮增压器由废气驱动，因此会存在一个因废气量不足以推动涡轮进入工作转速区间，从而导致废气涡轮增压器失效的状态，这就是涡轮迟滞，而即使是采用大小涡轮设计，也不能完全消除迟滞现象。如图1所示，该款发动机的传统废气涡轮增压部分，是在发动机的排气侧布置了上下2个并联的废气涡轮增压器，这无疑会加重废气涡轮的迟滞。为此，如图2所示，该款发动机在进气一侧安装了第3个增压器，这就是由电动机驱动的电动涡轮增压器（图3）。对比废气涡轮和机械增压技术，电动涡轮增压器由电动机驱动，在极低的转速就开始为发动机提供增压能力，刚好弥补了废气涡轮增压器因转动惯量较大引起的涡轮迟滞，到了高转速，电动机停转，再交由大废气涡轮增压器负责增压，这样便完全消除了废气涡轮增压普遍存在的涡轮迟滞现象，从而让小排量涡轮增压发动机获得像大排量自然吸气发动机一样的顺畅加速感。正因为是电动涡轮增压器，便无需在排气侧设置涡轮，直接在进气侧布置压气机即可。沃尔沃Drive-E 2.0T三涡轮增压发动机电动涡轮增压器位于进气歧管一侧，从Suction Pipe（连接空气滤清器与涡轮本体之间的管路）外接一段管路经过电动涡轮增压器，空气经增压后回到Suction Pipe，随后Suction Pipe在岔口处一分为二，将新鲜空气送入反面排气侧的2个并联的废气涡轮增压器中，经二次增压后分别进入各缸，其中，一个涡轮由1、4缸驱动，而另一个涡轮由2、3缸驱动。

2 三涡轮增压系统工作原理

三涡轮增压系统的工作原理是将2个相同的废气涡轮增压器与发动机的进气系统相连接，并由一个电动涡轮增压器辅助其工作（提供动力），电动涡轮增压器生成的压缩空气并不是直接导入气缸，而是用于迅速带动2个废气涡轮增压器的转动，在进一步提升发动机功率输出的同时，也解决了当排气停止时废气涡轮增压器也会停止工作的问题。由此可见，电动涡轮增压机与2个废气涡轮增压器是串联+并联的连接方式，电动涡轮增压器只是一个辅助废气涡轮增压器的增压装置，目的是为了在发动机低转速时为废气涡轮增压器提供足够的转速，弥补低速时涡轮不介入的硬伤。实际上，电动涡轮增压器并不能独立工作，加速时电动增压器“瞬间”提高转速，但是废气涡轮还是会慢半拍，废气涡轮增压器的迟滞现象多少还是会有一点的。

如图4a所示，在发动机处于低转速时，旁通阀将空气拦截而全部进入电动涡轮增压，此时发动机主要依靠电动涡轮增压器来提供压缩空气；随着发动机转速的提升，废气涡轮增压器开始介入工作，经过电动涡轮器增压后的压缩空气进入废气涡轮增压器进行二次增压；随着发动机转速的继续升高，电动涡轮增压器对于高速气流而言反而成了累赘，如图4b所示，气流被旁通阀阻隔在电动涡轮增压器之外，而沿着Suction Pipe流向已经进入状态的废气涡轮器。这一套系统通过引入电动涡轮增压器，解决大尺寸废气涡轮低速介入性不良的问题，而且在松油再加速时，电动涡轮增压器又能快速启动以弥补废气涡轮增压器的涡轮迟滞。

值得一提的是，三涡轮增压技术并非沃尔沃的创意，宝马早在2012年就已推出一款类似的三涡轮增压发动机，是一款3.0 L的6缸柴油发动机（图5），型号为M550d，拥有最大280 kW的动力输出。

在发动机上采用自然吸气或增压这个问题上，汽车生产厂商都坚持着自己的意见，但随着排放标准的逾加严格，小排量增压将是不可阻挡的趋势。三涡轮增压技术，或多或少对于制造成本，使用及养护成本有一定的影响，但对于动力的提升、排放的控制却有明显的帮助。

图4 三涡轮增压系统的工作原理

图5 宝马3.0 L的6缸柴油发动机的三涡轮增压系统

2017-03-12）