提升內(nèi)燃機(jī)效率，輝門動(dòng)力總成以電氣化解決方案制勝未來(lái)

本刊記者 王作函 文/圖

At the event of IAA 2018, Federal-Mogul Power-train disclosed for the first time the company's new electrification strategy for mid and heavy-duty vehicles. This new strategy was developed and planned by the Team of Energy Application Technology, focusing on optimizing unique requirement of practical application of each segment of commercial vehicles market. This series of technology is can be specifically produced and assembled alone, so that it can meet individual and particular requirement from different engine manufactures,which can likely realize their emission and efficiency standards with economic cost.

近幾年，隨著排放法規(guī)的不斷加嚴(yán)和能耗要求的不斷提高，如何使發(fā)動(dòng)機(jī)更清潔、更高效成為整車、發(fā)動(dòng)機(jī)以及相關(guān)零部件行業(yè)面臨的重要課題。作為全球領(lǐng)先的主機(jī)動(dòng)力總成部件和系統(tǒng)保護(hù)產(chǎn)品供應(yīng)商，輝門動(dòng)力總成在過(guò)去幾年針對(duì)電氣化方面，開(kāi)展了一系列前瞻性的研究和技術(shù)儲(chǔ)備，如在IAA 2018上首次展出的中重型車輛電氣化戰(zhàn)略等創(chuàng)新技術(shù)，就是其助力汽車電動(dòng)化的最新研發(fā)成果。

IAA 2018上的輝門展臺(tái)

輝門動(dòng)力總成旗下Federal-Mogul Controlled Power Ltd.總經(jīng)理Nick Pascoe

2018年10月1日，天納克完成了對(duì)輝門的收購(gòu)，后者是國(guó)際領(lǐng)先的供應(yīng)商，服務(wù)于主機(jī)設(shè)備制造商和汽車售后市場(chǎng)，在全球擁有近5.5萬(wàn)名員工，2017年收入78億美元。此外，公司還計(jì)劃在2019年底分拆業(yè)務(wù)，成立兩家獨(dú)立的新公司，分別為汽車零部件和駕乘性能公司，以及一家新的動(dòng)力總成技術(shù)公司。

分拆后，動(dòng)力總成技術(shù)公司將成為全球最大的純動(dòng)力總成公司之一，服務(wù)全球主機(jī)配套市場(chǎng)，其工程解決方案專注于解決燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力輸出以及滿足汽油、柴油和動(dòng)力總成電氣化的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。動(dòng)力總成技術(shù)公司 2017年的合并營(yíng)業(yè)收入為 107 億美元，服務(wù)于輕型汽車、商用卡車、非公路用車和工業(yè)用車市場(chǎng)。

在IAA 2018上，輝門動(dòng)力總成首次展出的全新中重型車輛電氣化戰(zhàn)略，由能源利用技術(shù)產(chǎn)品組開(kāi)發(fā)，可針對(duì)每個(gè)商用車細(xì)分市場(chǎng)和應(yīng)用的獨(dú)特需求進(jìn)行優(yōu)化。該技術(shù)系列可以單獨(dú)定制和集成，能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的特定需求，并以經(jīng)濟(jì)的成本實(shí)現(xiàn)其排放和效率目標(biāo)。

在輝門動(dòng)力總成展臺(tái)接受采訪時(shí)，其旗下Federal-Mogul Controlled Power Ltd.總經(jīng)理Nick Pascoe告訴《商用汽車》雜志記者：傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)要進(jìn)一步降低排放，滿足越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，只有通過(guò)提升內(nèi)燃機(jī)效率，包括降低內(nèi)部摩擦和先進(jìn)燃燒方案，以及動(dòng)力總成的進(jìn)一步電氣化來(lái)實(shí)現(xiàn)。“盡管內(nèi)燃機(jī)將在未來(lái)很多年里繼續(xù)扮演至關(guān)重要的角色，但動(dòng)力系統(tǒng)的混合動(dòng)力化和電氣化會(huì)成為汽車制造商實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一個(gè)關(guān)鍵性因素?！?/p>

據(jù)Nick Pascoe介紹，目前柴油機(jī)的熱效率大概在40%，從40%提高到50%是非常大的一個(gè)挑戰(zhàn)，雖然通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化相關(guān)零部件來(lái)可以進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)本體，但熱效率最終也很難超過(guò)55%。要進(jìn)一步提高熱效率，必須增加電氣化來(lái)提供額外的能量利用率?！安裼蜋C(jī)在穩(wěn)定工況下極為高效，但瞬態(tài)工況下(轉(zhuǎn)矩輸出變化時(shí))效率則低很多。輝門工程師并未嘗試用牽引電機(jī)替換或協(xié)助內(nèi)燃機(jī)，而是在穩(wěn)態(tài)工況以及特別是在苛刻的瞬態(tài)工況下，通過(guò)電氣化來(lái)進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)的效率以改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排放。”

據(jù)介紹，在輝門動(dòng)力總成新的電氣化戰(zhàn)略中，以 Nick Pascoe為中心的工程團(tuán)隊(duì)用嚴(yán)格控制的廢氣驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能，補(bǔ)充通過(guò)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)系統(tǒng)上的發(fā)電機(jī)回收的動(dòng)能。然后，能量通過(guò)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)/傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)或通過(guò)電動(dòng)增壓回收。

獨(dú)立試驗(yàn)表明，應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)系統(tǒng)的 12 kW小型高響應(yīng)輝門電動(dòng)發(fā)電機(jī)可在車輛減速時(shí)回收能量，并在加速時(shí)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，在大型巴士上可節(jié)省高達(dá)8%的燃油。這款電動(dòng)發(fā)電機(jī)具有緊湊的尺寸、完全集成的電子設(shè)備和高效的熱管理，結(jié)合日益標(biāo)準(zhǔn)化的控制協(xié)議及多種設(shè)計(jì)和仿真工具，使得電動(dòng)發(fā)電機(jī)的集成快速高效，即使在現(xiàn)有的動(dòng)力總成設(shè)計(jì)上也是如此。

輝門動(dòng)力總成中重型車輛電氣化戰(zhàn)略

此外，通過(guò)空氣回路系統(tǒng)的電氣化，輝門工程師正在發(fā)現(xiàn)更多的浪費(fèi)能量的回收機(jī)會(huì)。對(duì)于以廢氣形式離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的能量，雖然渦輪增壓能夠回收約20%～30%，但是還有更多的能量可以被捕獲和回收?！昂?jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的廢氣能量回收需要一個(gè)控制系統(tǒng)，避免在能量回收過(guò)程中損害發(fā)動(dòng)機(jī)的性能或損壞發(fā)電機(jī)本身或后處理系統(tǒng)?！盤ascoe 補(bǔ)充道。

Nick Pascoe進(jìn)一步表示，理想狀況下，從車輛動(dòng)能或廢氣中回收的車載電能可用于電動(dòng)增壓來(lái)改善氣流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通過(guò)減少泵氣損失以及改進(jìn)加油和重新優(yōu)化換擋策略，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)小型化、改善排放并提高多達(dá) 5%的燃油經(jīng)濟(jì)性。

“在瞬態(tài)工況的前幾十秒內(nèi)，燃燒系統(tǒng)受到的挑戰(zhàn)最為嚴(yán)峻，產(chǎn)生的NOx和顆粒物等有毒排放物也最為嚴(yán)重?！盤ascoe 解釋說(shuō)，“最新的燃油系統(tǒng)響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于氣流，因此，通過(guò)實(shí)施我們的戰(zhàn)略，這些高性能車輛技術(shù)的現(xiàn)有投資將能夠獲得更多收益。通過(guò)加快空氣供應(yīng)以匹配燃油系統(tǒng)的響應(yīng)，我們可以更好地控制空燃比，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能?！?/p>

Nick Pascoe告訴記者，在輝門新的戰(zhàn)略中，空氣回路電氣化方法的關(guān)鍵要素是渦輪發(fā)電機(jī)集成氣體能量回收系統(tǒng)TIGERS?和用于快速響應(yīng)應(yīng)用的受控增壓器COBRA。TIGERS?結(jié)合廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪和液冷式開(kāi)關(guān)磁阻 (SR)發(fā)電機(jī)，開(kāi)發(fā)出了可靠且技術(shù)成熟的系統(tǒng)，可將廢氣能量無(wú)縫轉(zhuǎn)換為電能。COBRA 液冷式電動(dòng)增壓器為發(fā)動(dòng)機(jī)“按需”供氣，由于其低轉(zhuǎn)子慣量和出色的熱管理，能夠適應(yīng)最苛刻的驅(qū)動(dòng)和運(yùn)行周期。當(dāng)這2個(gè)部件與 CPT SpeedTorq?高響應(yīng)電動(dòng)輔助電機(jī)/發(fā)電機(jī)技術(shù)相結(jié)合時(shí)，可以提供模塊化的方法，適用于不同重量級(jí)的商用車車型。

Pascoe 同時(shí)指出，快速捕獲大量能量，然后快速將其返回到傳動(dòng)系統(tǒng)，而不進(jìn)行能量的長(zhǎng)期存儲(chǔ)來(lái)用于車輛行駛，這意味著更小、更實(shí)惠的能量?jī)?chǔ)存解決方案（包括輕量型超級(jí)電容器）非常適合輝門戰(zhàn)略。CPT SpeedTorq、TIGERS?和COBRA 均可采用 12 V、24 V或48 V，因此，電氣系統(tǒng)比高壓混動(dòng)更小、更輕、更實(shí)惠。同時(shí)，新方法具有模塊化特性，提供優(yōu)化解決方案所需的靈活性。

“雖然未來(lái)的電氣化發(fā)展仍然存在不確定性，但許多汽車制造商，特別是中重型汽車制造商，正在尋找延長(zhǎng)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的方法，以滿足下一代市場(chǎng)和監(jiān)管要求?！?Nick Pascoe 表示，“能效、環(huán)境和快速發(fā)展的混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車標(biāo)志著汽車工業(yè)開(kāi)始邁入一個(gè)新時(shí)代。輝門將憑借前瞻性的技術(shù)支持這一發(fā)展。通過(guò)與客戶并肩協(xié)作，輝門的工程團(tuán)隊(duì)能夠輕松地將該技術(shù)集成到現(xiàn)有的動(dòng)力系統(tǒng)中，從而提高燃油效率、減少排放。由于這些技術(shù)采用模塊化可擴(kuò)展設(shè)計(jì)，也可以針對(duì)不同尺寸、不同終端用途的車輛量身定制經(jīng)濟(jì)有效的解決方案?！?/p>