独家试驾:最高可节省12%的燃料消耗,V-Charge增压器有效节能解决方案之一
发布时间:2017-02-28   作者:Stuart Birch
  • V-Charge增压器的分解图。我们可以看到,这款增压器采用了环面CVT和现成的标准压缩器。
  • Torotrak公司选择了一款福特福克斯(如图)作为演示平台,展示V-Charge技术的功能。
  • V-Charge增压器的重量约为6kg。
  • 采用V-Charge增压器的1.0L EcoBoost
  • 常规1.5L 4缸Ecoboost
  • 常规1.0L 3缸EcoBoost发动机
  • Richard Dunne表示,V-Charge并不需要求助于48V轻混合动力技术,而是采用了一种相对简单的设计。

作为记者,每当有机会率先试驾一款仍在研发之中,可能世上绝无仅有的技术演示车时,我总是精神高度集中,而如果这一切又发生在英国北部海岸泥泞的乡村道路上,则又会给我的经历平添了更多风味。

 

正是在这样的环境之下,Torotrak公司向《汽车工程》杂志展示了公司旗下新款V-Charge增压器的无穷潜力。具体来说,V-Charge是一款由传统皮带轮驱动的CVT控制机械传动可变压强增压器,其压缩器转速不受发动机转速的限制。此外,这款增压器还经过专门设计,可提供低端扭矩并解决小型汽油发动机存在的涡轮滞后问题。

 

Torotrak公司选择采用一款1.0L福特福克斯(Ford Focus)作为技术演示平台(Torotrak正在与福特合作开展该项目),展示V-Charge增压器的非凡潜力。据了解,目前这款技术演示车正在欧洲各地进行路演。

 

Torotrak集团业务开发经理RichardDunne表示,为了满足欧VII排放标准的要求,多家公司均将目光转向了米勒循环发动机,V-Charge也顺应趋势采用了小型化设计。目前,英国巴斯大学正在进行相关独立测试。

 

Dunne解释说,要“无中生有”一直都是工程师面临的挑战之一。V-Charge增压器并不能减少常规1.0L发动机的燃耗,这并不是我们的首选计划。但相比同样常规的1.5L福特西格玛(Sigma)系统,V-Charge预计最高可节省12%的燃料消耗,并同时降低相当比例的CO2排放。

 

V-Charge增压器并不需要求助于48V轻混合动力技术,而是采用了一款现成的标准压缩器。Dunne表示,与e-boost系统不同,V-Charge系统可以实现持续增压。他说,“这并不复杂;这款可变压缩比牵引驱动器就是一款微缩版的CVT变速器,而我们CVT技术已经得到了大家的认可。”据了解,V-Charge系统的重量约为6公斤(13.2磅)。

 

试驾

 

在本次试驾中,这款手动福克斯演示车由本文作者驾驶控制,而Dunne则使用笔记本控制开关,从而直观地对比发动机在是否使用V-Charge系统时的性能差异。据了解,这款福克斯采用的涡轮增压器比标准EcoBoost单元略大,可提供110kW(147hp)的输出,比后者高18kW(24hp)。

 

经过试驾,V-Charge的性能在以下情况下体现最为明显:首个陡坡、十字路口的起步、三档下发动机转速降至1000转时的90°转弯等。发动机的低转速和高扭矩(相对)配合非常默契,一般不需要换到较低档位。

 

对于一款输出在92kW(123hp)的常规福特3缸发动机,其在1000转时的基线额定扭矩为100Nm(74 lb·ft),1400转时的基线额定扭矩为170Nm(125 lb·ft)。在使用V-Charge之后,以上两个数据可分别提升至145 N·m (106 lb·ft)和240 N·m (177 lb·ft),输出水平与1.5L的4缸发动机相仿。这种增压器最合适重量在1289kg(2841lb)左右的C级或小型车。

 

Dunne解释道,由于V-Charge的变速比为10,因此可将转速在1100转的发动机提升至10,000转到100,000转之间。该系统经过专门设计,可在发动机的较大转速范围(怠速到2500转)内保持最高效率,具体可采用逐渐降低的方式避免过度增压。据了解,V-Charge系统可在400ms内完成增压。

 

此外,这款增压器的工作过程非常安静。Dunne表示,V-Charge的工作噪音比与同级别的罗茨式增压器小97%,因此可以轻松安装在发动机后方,无需专门采取降噪措施。

 

V-Charge增压器通过一款电动促动器调整增压比,而非液压控制,因此可以在最大程度上减少寄生损失。CVT系统选用了性能有保证的牵引液,不存在金属部件直接接触的情况。V-Charge的增压比范围为0.28至2.82:1。当没有增压需求时,车辆可将V-Charge的增压比可降至最低水平,并不需要断开离合器。

 

这款V-Charge采用了一款非标准涡轮,以提升发动机的最大功率输出,但Dunne并未透露涡轮供应商的名称。通过试驾我们可以感受到,如果不使用V-Charge,福克斯演示车在较高档位,发动机转速较低时明显动力较弱。

 

V-Charge增压器经过专门设计,可提供高达17kW(23hp)的持续功率容量。

 

据称,由于系统本身会增加发动机的负载(约100W),因此当采用V-Charge系统时,1.0L发动机的燃耗和排放均比采用V-Charge之前高2-5%,但1.5L发动机的燃耗和排放数据均降低12%左右。

 

成本与VGT可变截面涡轮增压器相仿

 

由于Torotrak公司本身并不是制造商,因此可能会将V-Charge技术出售或许可给一级供应商使用。公司首席技术官Doug Cross表示,V-Charge的成本与VGT相仿。

 

“在确定成本效益比时,我们必须把所有成本都考虑在内。”Cross告诉《汽车工程》,“当你把一项技术卖给厂商时,消费者最终需要买单的价格很可能比你当初的技术转让价格高一倍。”但由于V-Charge可以提高发动机性能,因此一些厂商可以选择用成本更低的3缸发动机替代4缸发动机,从而在不牺牲性能的情况下节约一些成本。

 

Cross认为,考虑到这些因素,事实上应用V-Charge增压器可能仅会少量增加成本,甚至还有可能为厂商节约成本。

 

Cross曾效力于雷诺和丰田的F1车队担任发动机设计经理,也是KERS开发供应专家公司Flybrid(目前为Torotrak的一部分)的联合创始人。

 

最近,福特宣布,公司计划在2018年为旗下1.0L 3缸发动机配备气缸钝化功能。Cross认为,V-Charge可为气缸钝化技术提供有力补充。

 

可兼容米勒循环发动机

 

过去,只要提到CVT技术,人们总是会担心系统中的牵引液在极端低温下的表现。Cross解释说,“我们已经通过大量研发工作,成功开发出了一种在零下30ºC时仍能保证泵送性能的牵引液产品。”

 

Cross表示,考虑到很多开发商都在进行米勒循环发动机(或类似产品)的研发,因此V-Charge一定要能够与这种技术兼容。

 

虽然过去V-Charge的“用武之地”主要是汽油发动机,但事实上这种增压器也同样适用于涡轮增压的柴油发动机,可在油门踩到底时克服瞬时载荷步带来的负面影响。

 

为了满足驾驶员的需求,厂商一般会减少对EGR(尾气循环系统)的使用,从而导致车辆的NOx排放激增,或者通过额外给油推动涡轮的旋转,从而造成燃料燃烧不充分而带来的尾气排放。

 

“因此,这就是在颗粒物和氮氧化物的排放之间进行权衡,”Cross表示,“对于柴油发动机来说,车辆大约40%的NOx排放均源自瞬间给油活动。但如果采用持续运行的V-Charge增压器,系统可通过调整增压比,轻松提供额外的增压。这并不会影响对EGR系统的应用,而且无需增加燃料用量。”

 

截至目前,Torotrak尚未完成V-Charge系统在柴油发动机中的测试。但Cross相信,V-Charge一定可以有效解决柴油发动机的NOx排放激增问题。

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