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国五落地国六将至48V弱混技术渐成,分析电增压技术发展

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—-博格华纳eBooster®电子增压器依托48V弱混技术研发面向未来的高效发动机

作为汽车电动系统领域的技术领导者(全球每3辆汽车中就有1辆安装了法雷奥发电机或起发电一体机),法雷奥技术先驱的形象已深入人心。法雷奥在本届法兰克福汽车展上将全面展示全系列产品矩阵,以助力二氧化碳减排革命。作为四步走战略的一部分,法雷奥不仅研发出能够减少传统内燃机废气排放的产品;而且还设计出具有价格优势的混合动力解决方案,使其适用范围最大化,为包括混合动力、插电式混合动力和纯电动汽车在内的所有类型的电动汽车配备电气化动力总成系统。此外,为提高车辆能效,法雷奥还研发出了匹配的热管理系统和新型材料。

7月28日晚,盖世微课堂邀请捷豹路虎动力总成开发工程师唐华寅博士以”48V混合动力系统—从应用角度分析电增压技术的发展和前景“为主题,针对市场概况、技术路线、应用分析、对动力总成的影响、发展展望等话题进行分享和交流。以下是盖世汽车·新能源整理出的重点内容。

导语:随着国内外油耗和排放法规日益严苛,各大主机厂开始着力研发具有超高燃油经济性的动力系统,兼顾油耗排放法规与成本的48V弱混技术成为了“新宠”。据IHS《全球洞察》预测,截至到2025年,48V混动汽车的市场占有率将占全球轻度混动车市场的95%,几乎将是全球混动汽车总量的一半。更重要的是,中国未来将成为48V技术的主要市场,到2025年大约会有接近800万台的48V车型在中国生产。

全系列混合动力技术

唐华寅博士:

48V弱混面向未来蓄势待发

法雷奥的电气化技术之所以紧扣市场需求,是因为其能够与所有汽车类型兼容。法雷奥为城市及多功能车辆配备了12V和48V轻度混合动力系统;法雷奥西门子新能源汽车合资公司则为轿车、高级轿车和SUV研发高压混合动力、插入式混合动力和纯电动的解决方案。

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凭借着优化燃油经济性、降低排放的强大优势,48V车强势来袭。原先汽车搭载的12V电源电压,由于12V电源蓄电池的电量不足,无法长时间为全车用电器提供电源,因此在使用自动启停功能时,发动机经常会重新点火,并且能量回收不充分,节油不彻底。然而搭载48V电源系统将拥有更高的蓄电池容量和更高的电压,可以更加游刃有余地为全车用电器提供能源。同时高电压设计能够支持功率更大的起动机,自动启停功能的反应速度将进一步得到提升。起步时用电机起步、滑行时用电机回收能量、全油门时电机还能协助输出动力。而且空调也能使用电机,熄火后不会停止工作。此外,48V
弱混系统除了优化当前的自动启停功能,还具有发动机停机滑行、航行与制动能量回收、加速助力和电巡航功能。

更低热量、更轻量化、更高能效

首先感谢盖世汽车搭建了一个平台供给我们交流。

作为博格华纳最新的创新解决方案——集成了电子器件的eBooster®电子增压器技术作为传统涡轮增压系统的重要补充而受到全球各大汽车制造商的广泛关注。近几年,各大车厂欣喜地发现全球领先的技术创新先驱博格华纳研发的eBooster®技术,可充分利用48伏电源根据需求提供高效的增压解决方案,实现完美的低速扭矩,为它们研发面向未来的发动机打下坚实基础。

法雷奥采取全面的措施,以降低温室气体排放。在第67届法兰克福车展上,法雷奥将展出一系列技术成果,以应对温室气体排放挑战,其中包括起发电一体机、增压器、电池冷却系统、热泵设备,以及能够为车身减重的新型有机材料等。

群里各位都是经验丰富的专家,今天与其说是讲座不如说是交流。以48V混合动力系统讲起,抛砖引玉,后续交流内容一定会更加丰富。

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法雷奥12伏皮带式起发电一体机:眨眼间启动引擎

今天的分享只代表个人的观点,不代表捷豹路虎或者任何公司。

48V与eBooster®:强强联合缔造强劲动力

旨在替代传统的交流发电机和启动机,法雷奥的起发电一体机可在车辆制动的瞬间,自动且平滑地关闭发动机;并在驾驶员踩下油门时,再次瞬时启动,从而避免不必要的燃料消耗,减少二氧化碳排放。轻踏油门,发动机随即安静地启动,驾驶者不会感到任何抖动。

通过语音的方式和大家多分享资料和信息,图片有限,为了避免泄露相关信息,使用的图片均是从公开场合所能够获取到的。

48V的eBooster®的功率是5kW,最大转速在72,000转,达到90%的最大转速需230毫秒。瞬时可以达到6.2kW,在持续工作中,可以达到2-3kW。博格华纳没有把eBooster的功率做得更高是因为需要考虑系统整级效率问题。提高压比并不是等比例提高电量就可以的,如果提高压比导致整级系统使用在低效率范围内,那么意味着要消耗更多的电量为代价。因此博格华纳是综合考虑了功率范围和电子增压器压比的。同时,应用eBooster的48V系统可使燃油效率提升多达35%,能显著降低排放。

该设备可在400毫秒重新启动——而人类眨一次眼所需时间也是100至400毫秒。

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eBooster®与涡轮增压器的天作之合带来舒适的驾乘体验

法雷奥12V皮带式起发电一体机能够与发动机轻松整合、无缝衔接,降低安装成本,其可适用于各类变速箱系统,无论是手动还是自动变速箱。

先从48v弱混系统开始说,做一个简单的介绍,群里专家也很了解。后面会从奥迪使用的这套电增压和弱混系统开始说,介绍一些案例和具体使用情况。最终的目的是从整个动力总成的角度来看,它能够产生什么样的作用。电增压这套系统是很复杂的。主要是因为电增压零件产品很小,深度的参与到电力系统和发动机的进排气以及燃烧系统的工作当中,不像传统的P0、
P2混动,电机相当于提供扭矩的支持或回收能量,没有更多的参与到发动机内部的运转当中。想要完全把电增压系统潜能压榨出来,有很多工作要做。

博格华纳独家的eBooster®
电子驱动技术与涡轮增压器协同工作,可根据需求提供增压的同时也能有效避免可察觉的涡轮迟滞现象。传统的涡轮增压动力系统带给驾驶者最大的困扰是涡轮迟滞。在发动机转速较低时,涡轮增压器并不介入工作,而当发动机转速提升后,排气流量瞬间变大使得涡轮增压器介入工作,驾驶者能明显感受到踩下油门的一瞬间没有很强大的动力,瞬时动力甚至比一般的自然吸气发动机输出更疲软一些,只有等到转速攀升到一定程度,强劲的动力才逐步跟上。eBooster®技术可在不损耗发动机能耗的前提下,很好地解决了涡轮迟滞现象:发动机低速运转时,排气流量还带不动涡轮增压器的叶轮时,由电机先驱动eBooster®介入工作,提供增压。等到排气流量变大后,通过废气带动另一个涡轮增压器介入工作。涡轮迟滞现象的消除给驾驶者带来了更强劲的动力体验,可以在更短的时间内,扭矩达到最大值。因eBooster®由电机驱动,230毫秒就可以达到电子增压器的最大转速。车辆的加速性能和操控感得到显著提升。此外,eBooster®本身体积小且非常轻便,并有良好的NVH效果。整个eBooster®系统和汽车匹配后的效率很高。

法雷奥48伏皮带式起发电一体机:具有价格优势的混合动力解决方案

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除此以外,eBooster®和涡轮增压器的配合相当于两级涡轮增压器。在这个过程中,eBooster®在发动机高转速运转时保持2-3kW持续增压,以辅助涡轮增压器。这不仅可以大大提升发动机在各个转速时的扭矩,
还为发动机小型化提供更多的可能性,从而降低燃油的消耗量。值得注意的是,添加eBooster®后的增压系统可以更好地为发动机提供增压,这是因为在与发动机匹配的过程中,eBooster®在发动机低转速时具有很好的效果,涡轮增压器从而可以在和发动机匹配时更专注于发动机中高转速,从而提供更好的增压效果,以及更大程度提升驾驶乐趣的同时节省燃油消耗量并且降低排放。

法雷奥研发的混合动力系统将传统内燃机与低压电动机相结合,并能够与目前生产的各类车辆兼容,是汽车制造商最具性价比的混合动力技术之选。相比高压混合动力解决方案,法雷奥48V动力总成系统的成本极具优势。

48V系统不管是在欧洲还是中国市场都受到比较大的关注,从欧洲这个角度来看,之所以比较受认可,主要是因为48V的通用性和成本。按照各国法规来看,对碳排放的要求逐步严格,对于主机厂来说,需要一套系统逐步满足每一个阶段的排放和油耗要求作为技术路线图。

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作为法雷奥轻度混合动力技术,48V动力总成系统能够从刹车和减速中回收能量,并将其储存在电池内,然后再为车辆提供动力。这款起发电一体机最高可降低10%的燃料消耗量和二氧化碳排放1。此外,该项技术还为车辆众多新功能的研发奠定了基础,其能提供的其他优势包括:

说到48V,离不开并联混动整体的构架,48V一般是在p0位置最为常见,从主机厂考虑,用传统的动力总成系统,成本是最低的,沿用以前的整体构架,发动机也可使用原有的,当然需要经过油耗和碳排放优化。

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·加速时为车辆提供额外动力,从而在不增加油耗的基础上增加驾驶舒适性。该技术可在20秒内将动力提升至最高15kW,而平均动力为8kW。

因此通用性是欧洲主机厂最看重的,可以延续到欧6等排放法规。逐步在动力总成系统上增加其复杂度和其所包含的零部件系统。

数据来源: 福特野马2.3L
EcoBoost测试车,并且我们匹配了另外一个涡轮增压器。使用数据时请换算数据至Nm(1ft-lbs=1.3558Nm)

·为车内供电,以满足日益增多的车载电气化应用及功能的需求。

48V系统考虑到60V的安全标准,电池电压会有上下浮动,存在完全正常工作的范围,也有降低性能的电压区间。如果加上一个上下浮动的电压区间,还能保持在60V以内,即是一个应用成本较低的方案。

应对日益严苛的排放标准助力发动机小型化和低速化

·短途及交通拥堵时的纯电动驾驶模式

群里有同僚问
rde是什么?Rde是实际路况驾驶情况下的排放,欧洲已经开始检测,目标是使主机厂的车不再是简单的应付考试,而是在实际路况下也能达标,里面包含一套复杂的算法。这套算法会判断在实际路况驾驶汽车时的排放测试是否符合rde的要求,另外有一套判别标准判定实验是否有效,最后通过加权系数计算结果。

随着国内CAFC法规逐年收紧,2020 年将要求所有车企达到 5.0L/100
公里以内的目标限值。而小型化和低速化是汽车提升燃油经济性、降低排放的重要技术依靠。配备了eBooster®之后,可将变速箱和差速器等一系列传动装置与发动机相匹配,使发动机在既定的高速路工况下以每分钟较低的转速运转。例如:汽车加速、爬坡的时候,驾驶员一般换到低档位,降档升转速,然后踩油门加速,由此一来,扭矩会比较大。而使用了eBooster®之后,不需要降档,可直接在高挡位低转速时提供较大扭矩,从而实现了发动机的低转速化,以降低油耗和排放。此外,eBooster®也可助力发动机缩小尺寸,使小型发动机的扭矩和功率与大型发动机相媲美。以eBooster®量产的第一个项目戴姆勒的S
Class举例来说:它原本采用4.8L的V8发动机,最大功率为320kW。然而加了eBooster®之后,在功率不变的情况下,发动机变为3.0L,I6发动机。

目前,法雷奥解决方案已被国内外汽车制造商(主要来自中国和欧洲市场)应用于12项功能。

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涡轮增压的未来畅想

高压电机和动力电子设备:高性能、全适用

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