[汽车之家技术解读] 一直以来,柴油发动机技术是奥迪公司重点研发的领域,自从25年前生产第一款搭载TDI发动机的车型之后,TDI技术已有了飞跃的发展,而近期奥迪将再一次推广关于TDI的新技术,我有幸在第一时间了解到了其中的重点内容,下面我们就来先睹为快。
首先要介绍的是一个重量级的技术——电动涡轮。其实电动涡轮已经不算是新话题,几年前就已经透露了相关信息,初期是基于3.0 TDI V6发动机研发的。
现阶段的电动涡轮增压还不能完全代替传统涡轮增压,而是与传统涡轮增压相配合,互补工作,也就是在排气压力不足的时候,利用新增加的电动涡轮来补充进气增压,弥补低转速时的动力不足和涡轮迟滞问题。
电动涡轮没有了排气端的涡轮,所以整体体积要比传统涡轮小很多。从结构上来讲,这个装置取消了废气涡轮而用电机代替,只保留了负责进气端叶轮,所以从机械角度叫它电子叶轮更为准确,不过从分类角度来说,我们仍旧是跟随官方把它称为电动涡轮,更通俗易懂。
电动涡轮增压的作用和传统涡轮增压一样,只是驱动涡轮的动力来源由电来代替,所以涡轮的转速不被废气压力所限制,反应速度更快。此电动涡轮可以在1秒将转速提升至7万转/分左右,能够给大家提供最高大于3Bar的压力,反应速度和工作效率要好于传统涡轮。
从工况图来看,把两个同为3.0升排量TDI发动机放在一起比较,配有电动涡轮的发动机在低转速区域的扭矩更大,峰值扭矩出现在1250-2000转/分,这个1250转/分的峰值扭矩起始输出转速只是比怠速状态高了500转/分左右;而传统涡轮增压车型的峰值扭矩则出现在1400-2800转/分,相比能够准确的看出配有电动涡轮增压的车型在低转速区域的动力输出要好于传统涡轮增压,同时上限功率也同样有优势。
可能有人会问:电动涡轮是需要电能支持的,那用于涡轮动力来源的电能消耗是否会抵消它所提升的动力?对这个问题奥迪在研发中也给出了解决方案,除了能用DC-DC转换器将12V的常规蓄电池的电压转换成48V电压使用之外,还融合了刹车动能回收技术,利用这些发动机之外的动力来帮助电动涡轮提供电能。
供电系统使用了48V电压,这相对于传统的12V供电系统来说,可以在电线直径和电机尺寸方面有更好的优化,降低供电损失,而未来48V供电系统也会在汽车领域有更多的应用。
本周我有幸驾驶了搭载配有电动涡轮的3.0 TDI发动机的车辆:奥迪RS 5和奥迪A6,不过这两款车目前还是“概念车”身份,没有量产。
此次体验是在一个小赛道进行的,距离不长但弯道很多,能体验各种速度下的加速。上文中提到电动涡轮主要意义是改善低转速区域的动力输出,在多次尝试了低速区域的加速后,感觉在低转速区域的扭矩输出的确要直接一些,也许是我在体验配有电动涡轮的车型之前,刚刚开过传统涡轮增压的3.0 TDI车型,对比感觉更要明显一些,当然这个区别需要细细体会才能察觉,毕竟传统的涡轮增压的迟滞问题也已经是极度优化状态了。
在出弯加速的过程中,随着脚掌踩下油门的瞬间,动力能及时到位,尤其是在连续深点油门时更明显,踩下去就有爆发力,加上RS系列车型本身就是运动化调校,所以主观感受已经极为接近自然吸气发动机的感觉,当然,此处说的是动力水平相当的发动机,比如奥迪4.2L V8自然吸气发动机。
从效果上来讲,这套新的涡轮组合的确可以弥补传统涡轮在低速时动力不足的问题,由于电控不受发动机转速的物理限制,可以说能满足所有转速区间的动力进气压力需求,不过由于这个新的涡轮组合还没有量产化,所以技术稳定性方面还要看量产以后的表现。
喷油系统也是发动机极为精密的控制管理系统之一,特别是对于没有点火系统的柴油发动机来说,调试和优化喷油系统时需要兼顾比汽油发动机更多的因素。
奥迪新款的TDI发动机在喷油孔和多次喷油方面也有相应的优化,新款发动机采用的是6孔可变喷油嘴,喷油更加均匀,并能调整喷油嘴中的针阀,来适应不一样转速需要的喷油量。
对于柴油机来说,多次喷油能改善噪音和有害于人体健康的物质的排放。在主喷射之前有两次预喷射,这能够更好的降低气缸内的温度来减少氮氧化物的排放,同时也能减小柴油发动机在工作时的“哒哒”声,而在主喷射之后还会有几次连续的小喷射,这能够大大减少废气中颗粒物的排放,同时这项技术能针对每个气缸的情况单独计算出每次的喷油量及精确的喷油时间,提高燃油经济性。
由于柴油发动机的物理特性,在燃烧后的废气中会产生碳颗粒,相信我们大家还记得一些被称为“墨斗鱼”老旧卡车,那些冒出来的黑烟就是这种颗粒,非常污染自然环境,对此传统的三元催化器是无法完美解决的,所以当今的柴油车都配有单独的颗粒过滤器。但随着环保标准的要求慢慢的升高,各大厂商对于柴油车的排放一直在不断地优化。
奥迪新款TDI发动机在排放方面的优化是:将之前安置与底盘部分的过滤系统改在靠近发动机的位置,这套过滤系统包含了三元催化剂、尿素(AdBlue)喷射系统和颗粒过滤器,可通过前段排气的高温来提高颗粒燃烧分解的速度,提高了废气催化和过滤的效率。
奥迪在柴油发动机领域的研发,除了机械本身,在燃料方面也有所进展,目前已经研发出了一种用可再次生产的能源+水+二氧化碳合成的新燃料(e-fuels),此燃料不会破坏传统能源、生物能源,也不会干扰食品生产,并能与现有的材料混合使用。
生产这种合成燃料的基料是一种特殊的藻类微生物,利用自然或者工业产生的沼气作为介质,加入盐水或者是带有盐分的工业废水为介质进一步生产。除了生产燃料过程中减少对于环境的破坏,在产能方面相对于现有的生物柴油来说也有很大提升。
电动涡轮概念的诞生再一次将面临瓶颈的涡轮增压技术又打开了一扇小窗户,不仅逐渐增强了发动机动力的输出,更让迟滞这个“去不了根儿”的毛病看到了希望。此外,回看上文介绍的几项关于柴油发动机的技术点,除了在动力方面的诉求,还有一个共同的设计初衷,就是节能和减排,这是也在越来越严格的排放政策要求下的必然趋势。我们大家都认为,在电动车时代到来之前,传统的内燃机技术还是有空间可以挖掘的,包括文章最后介绍的可再生环保燃料概念,都是事半功倍的技术,希望这些技术能够尽早地得到应用。(图/文 汽车之家 汪淼)
外观和内饰运动感极强,发动机和排气的声音非常悦耳,大幅度增加了驾驶的乐趣。
RS 5给我的感觉就是它可以给你所有想要的东西,安静舒适、躁动激情可以随意切换,但它却少了人车的交流感,你的一切似乎都在它的掌握之中。
最令我印象非常深刻的或许就是它的加速表现了,四驱+450马力+600牛米的硬实力让这台猛兽的0-100km/h的加速时间控制在3.76秒。
RS 5很强大,这点毋庸置疑,而且它的上手难度最低,只要你会开车基本就能轻松的开着它玩耍。当然它做不出漂亮的漂移动作,也不能让后轮散发出滚滚浓烟来吸引眼球,装酷耍帅不是它的强项,如果你是本着这个目的线了,它只适合那些真正喜欢开车的人。
不用怀疑RS 5的能力,它已经用测试数据证明了自己。quattro四驱系统的存在更让RS 5轻轻松松就能开的飞快,极限很高但是过于稳定。你不用多担心什么,所有的事情交给它就行了。
4.2升自然吸气发动机搭配quattro全时四驱系统能发挥如此强大的实力实在出人意料,它仿佛专门为测试加速刹车而生,而且舒适性也无可挑剔,唯一不满的是四驱系统过于智能化,虽然过弯很快,但缺少了一点挑性。
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