罗杰布什博世马勒涡轮增压系统先进汽油机涡轮增压技术(中文)

浮动式可变截面涡轮增压：适用于大规模量产的先进汽油机涡轮增压技术浮动式可变截面涡轮增压(FNT)

第三届中国国际汽车动力总成峰会罗杰.布什博士217.06.2016汽车业关于实现以下几个方面的关键技术之一…

Dr.RogerBusch2-15%…减少燃油消耗…减少二氧化碳排放…提升驾乘乐趣…发动机小型化(体积,重量)…相比自然吸气式发动机，更高的低速扭矩（LET），使驾驶性得以提高涡轮增压式发动机自然吸气式发动机介绍潜能设计总结

涡轮增压的优势3201520162017201820192020202220232021未来的法规提出更高要求基于NEDC测试循环的百公里二氧化碳排放量【克/百公里】国五第2阶段

6.9升/100公里

5升/100公里

下一步?京六第1阶段油耗北京17.06.2016220200180160140120100201520102005200020202025京六第1阶段下一步?年份国五第1阶段国五第2阶段国六第1阶段

下一步?中国Dr.RogerBusch030252015105车辆总数*106

(仅汽油车)35%61%8%19%63%68%20%39%20172022201720222017202220172022搭载涡轮增压器的汽车汽车介绍潜能设计总结

法规与市场中国日本欧洲美国4

NEFZ1.6升涡轮增压直喷17.06.20162752302352402503003502452502001501005010002000300040005000发动机转速[每分钟]扭矩[牛米]发动机转速[每分钟-]扭矩[牛米]自然吸气全负荷275240245250300发动机小型化显著减少二氧化碳排放300350250200150100503003506000100020003000400050006000涡轮增压器通过提高进气密度弥补减小的排量3.2L升自然吸气式发动机多点喷射NEFZWLTCNEFZNEFZWLTC小型化Dr.RogerBusch介绍潜能设计总结

汽油发动机的发展趋势发动机小型化的优点减少发动机摩擦损失(尤其当汽缸数减少的时候)将主要运行区间移至发动机高效率区域改善低速扭矩，从而提高“降速“的潜力汽油机用废气旁通式涡轮增压器(乘用车)限制数值限制于涡轮增压器转速最高每分钟35万转涡轮增压器涡轮机进口温度最高1050°摄氏度涡轮增压器涡轮机出口压力最高4巴发动机介绍潜能设计总结

汽油发动机用涡轮增压器5涡壳涡轮中间体转子废气旁通阀电子执行器压壳压轮Dr.RogerBusch17.06.2016废气旁通式涡轮增压器的设计废气旁通式涡轮增压器示意图废气旁通阀成本高温鲁棒性的解决方案催化剂加热排放@冷启动废气旁通式涡轮增压器通常会配备较小的涡轮，来获得较好的低速扭矩和瞬态性能。

高负荷运转时的高排气背压会增加油耗高排气背压会限制额定功率（以及米勒循环的潜能）增压压力控制当增压压力超过期望值，需要限制涡轮功率。当废气旁通阀打开，部分排气被旁通导致增压压力降低–因此排气中蕴含的能量“被浪费”。+-介绍潜能设计总结

废气旁通式废气涡轮增压器6Dr.RogerBusch17.06.2016可变截面涡轮增压器的设计可变截面涡轮增压器示意图可变截面涡轮在所有工况下都能利用完整的排气能量，增压器效率高增加额定功率，降低油耗高增压压力减轻了增压器迟滞@低排气能量成本增压压力控制当增压压力超过期望值，需要限制涡轮功率。低负荷运行时，排气中蕴含的能量降低，可变截面涡轮导流叶片关闭，增加气体流速，提高涡轮功率，从而增加增压压力。高负荷运行时，排气中蕴含的能量上升，可变截面涡轮导流叶片打开，利用所有的排气能量，没有排气能量被浪费。+-可变截面打开可变截面关闭介绍潜能设计总结

可变截面废气涡轮增压器7Dr.RogerBusch17.06.20168介绍潜能设计总结

汽油发动机的废气涡轮增压器匹配要求低速扭矩/动态性能要求

额定功率

高增压压力(低速扭矩)

低转动惯量(动态性能)低排气背压121.6L涡轮增压直喷发动机转速[每分钟]100020003000400050006000扭矩

[牛米]20010030012可变截面废气涡轮增压器可以同时改善低速扭矩/动态性能和额定功率17.06.20161.41.61.82.2Dr.RogerBusch匹配低流量涡轮机匹配高流量涡轮机小涡轮低流量轮型小流道大涡轮高流量轮型大流道废气旁通式涡轮增压器匹配流量特性由几何尺寸确定:必须在低速扭矩/动态性能和额定功率中的取得折衷

小涡轮可以获得好的瞬态特性

优化流道尺寸来满足排气背压限值可变截面废气涡轮增压器匹配流量特性由可变截面涡轮确定:

大流道和高流量涡轮来减少额定功率点的排气背压小涡轮可以获得好的瞬态特性低速扭矩由最小流量设定值和涡轮机效率决定

发动机爆震

发动机加浓保护

油耗

颗粒物浓度9

NEFZ123对增压系统提出更多要求417.06.2016Dr.RogerBusch可能的系统解决方案1.6L涡轮增压直喷275240245250Knockinglimit1234300WLTC转速[每分钟]100020003000400050006000扭矩[牛米]25020015010030035050汽油机可变截面增压器米勒循环冷却EGR颗粒捕捉器对增压系统提出了非常高的要求自然吸气全负荷介绍潜能设计总结

涡轮增压汽油发动机的挑战比油耗排气温度排气背压废气旁通式基准可变截面最多-4%-20°C-0.95bar可变截面+米勒循环最多

-6%-25°C-0.35bar10可变截面废气涡轮增压器配合米勒循环可以显著降低油耗废气旁通式可变截面可变截面+米勒循环

17.06.2016980°C20003000400050006000发动机转速[每分钟]20003000400050006000发动机转速[每分钟]扭矩[牛米]3.02.52.01.53.54.01.0比油耗[克/千瓦每小时]280260240300220排气温度[摄氏度]10009509001050850排气背压[巴]3.02.52.03.51.51000效率优先策略GT-Power仿真边界条件:100千瓦/升;空燃比=1;压缩比=10Dr.RogerBusch介绍潜能设计总结

系统策略–效率优先11可变截面废气涡轮增压器可以显著提高驾驶性低速扭矩GT-Power仿真边界条件:4-缸发动机

功率80千瓦/升

米勒循环-策略

压缩比=12介绍潜能设计总结

系统策略–GPF的影响17.06.2016动态特性GT-Power仿真边界条件:1500转每分钟

平均有效压力=2巴

全负荷未配备GPF时间[秒]2.52.11.91.71.52.3配备GPF涡轮直径41mm涡轮直径40mm涡轮直径44mmMTM+70%涡轮直径40mm-30%Dr.RogerBusch未配备GPF平均有效压力@转速1250转每分钟[巴]22.521.020.519.519.022.0配备GPF+16%21.520.0浮动式可变截面涡轮摇臂第一代可变截面涡轮蜗壳顶盖12紧凑，简洁的设计优秀的热稳定性来自于“浮动式设计”，已获得专利。效率增加控制特性改善摇臂导向叶隔离罩新设计显著降低了相同叶片间隙下的卡滞趋势力传递/支点卡滞限值17.06.2016Dr.RogerBusch介绍潜能设计总结

博世马勒新技术—浮动式可变截面涡轮13IntroductionPotentialDesignSummary

BMTSFNT:DesignandFunction17.06.2016Dr.RogerBusch涡轮壳型线导流叶片(粉末冶金制)盖板定距套导流叶片载体导流叶片控制杆调节环浮动式设计定距套，盖板和涡壳适压配合滑动轴承调整环隔热罩作为盘式弹簧来轴向固定浮动式可变截面涡轮到涡壳上

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未配备GPF+配备GPFΔbeffΔpmeΔt90ΔbeffΔpmeΔt90Δ(FNT–WG)-6%0%-3%-6%+16%-30%汽油机-浮动式可变截面涡轮@1250rpmmax总结GPF会显著增加排气背压汽油机浮动式可变截面涡轮增压器(FNT)与废气旁通式涡轮增压器相比，在以下几个方面有显著优势:油耗瞬态性能

低速扭矩系统解决方案“汽油机FNT配合米勒循环”提供额外潜力。基于博世马勒汽油机FNT的高鲁棒性和紧凑的设计，博世马勒可以为不同的发动机概念提供汽油机FNT大规模量产方案。介绍潜能设计总结

总结17.06.2016@1250rpmDr.RogerBusch

15科技成就生活之美追求卓越介绍潜能设计总结

17.06.2016Dr.RogerBusch16感谢您的聆听!17.06.2016Dr.RogerBusch介绍潜能设计总结

1717.06.2016Dr.RogerBusch浮动式涡轮增压第一代可变截面涡轮可靠耐久的设计成功应用于众多柴油项目紧凑，简介的设计优秀的热稳定性来自于“浮动式设计”效率提升可控性提升弹性形变弹性变形力传递点位置1位置1位置2力传递点位置2介绍潜能设计总结

博世马勒新技术—浮动式可变截面涡轮温度摄氏度温度摄氏度时间