混合动力双涡轮增压器具有无人预见的优势,保时捷一直是设计的前沿

保时捷是涡轮增压领域无可争议的王者。纵观汽车发展历史,保时捷一直处于涡轮增压器设计的前沿,推出了第一辆量产涡轮增压汽车(911 Turbo)、第一辆系列双涡轮增压汽车(959),以及最新一代 911 GTS 中世界上第一款真正的混合涡轮增压汽车。但如果你认为魏斯阿赫的疯狂科学家们已经完成了这些工作,那么你还有更多事情要做。CarBuzz发现了保时捷向德国专利商标局(DPMA)提交的一项新专利申请,详细介绍了新款 911 Turbo S 中混合双涡轮增压系统的进一步改进。

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改善双涡轮发动机的效率

虽然该专利详细描述了双排六缸发动机,即V6或水平对置六缸发动机,但它也允许将系统放大或缩小,以适应任何配备两个并联涡轮增压器、两个气缸组和一个共用进气室的发动机。保时捷指出,在大多数带有共用进气室的双涡轮增压发动机中,空气压力主要由进气室上的空气质量流量 (MAF) 传感器决定,该传感器测量进入发动机的空气总质量。但在双涡轮增压装置中,这会造成盲点,因为发动机管理系统会根据最终数值进行操作,而无法感知每个涡轮增压器产生的空气量。

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理论上,每个涡轮增压器的进气量应该相同——尤其是在并联运行的相同双涡轮增压器的情况下。但实际上,进气门的脉冲,加上不同的温度和运行状态,可能会造成所谓的“气流失速”——即气流被与预期方向相反的脉冲所干扰。气流失速可能导致热空气错误地进入一个或两个涡轮增压器,从而造成严重损坏。这种风险,无论在现代应用中多么小,对保时捷来说都太大了。

使用 T-Hybrid 方法解决问题

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为了解决这个问题,保时捷发现了其创新型 T-Hybrid 系统的另一个优势,该系统在涡轮增压器内部装有电动机,使其比单纯依靠废气驱动时加速更快。其原理是,当进气压力低于基于发动机转速和油门控制生成的模拟值时,进气歧管上的 MAF 传感器能够检测到气流失速的发生。当 MAF 读取到该压力下降时,它会根据两个涡轮增压器上的速度传感器进行自我检查。如果一个或两个涡轮增压器都发生了气流失速,它们的转速(由于反向压力)将降至预设的转速范围以下。

但由于保时捷的 T-Hybrid 涡轮增压器配备了电动机,因此能够解决这个问题。电动机几乎可以瞬间将涡轮增压器加速到正确的工作转速,恢复正确的气流并保持正确的进气压力。如此一来,保时捷便能确保在任何情况下都能提供稳定的扭矩输出。

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由于每个涡轮增压器都配有独立的电动机,因此每个涡轮增压器都独立运行。这意味着,如果一个涡轮增压器发生气流失速,而另一个涡轮增压器没有发生失速,则只有受影响的涡轮增压器会进一步加速运转以进行补偿。

传统涡轮增压装置无法实现

然而,保时捷的天才之处还不止于此。冗余是汽车工程的重要组成部分,它不仅用于应对单个传感器故障,还能用来检查和平衡发动机管理系统的所有输入,从而提前预测问题。

这里的冗余并非来自另一个MAF传感器,而是来自两个电动涡轮增压器共享的电气网络。由于这两个涡轮增压器相互连接,保时捷可以确保涡轮增压器电动机释放或回收的电量始终相等。这种平衡放电/充电的方式确保它们始终以相同的速度运行,从而创造了另一种确保进气流动不受干扰的方式。

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这一进展进一步证明,保时捷的 T-Hybrid 涡轮增压动力系统是涡轮增压技术的巨大飞跃,因为传统的双涡轮增压动力系统根本无法实现专利中所描述的效果。由于传统的涡轮增压器完全依靠废气来加速,为了加速压缩机,你需要增加通过涡轮的废气流量。而这只能通过提高发动机转速来实现,这意味着你不得不一直“追着尾巴跑”来弥补。

基本上,你永远追不上,而且在涡轮增压发动机流量重置之前,扭矩曲线上会有一个明显的空洞。但由于涡轮和压缩机之间有电动机,保时捷可以独立加速压缩机,而无需增加通过排气涡轮的废气流量。这不仅意味着涡轮增压器更健康,损坏风险更低,而且无论如何都能保持稳定的性能和动力输出。保时捷,干得好!

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