动力总成系统的多样化

文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2019-07-03
分享到
2025年汽车将采用什么样的驱动装置的问题,在维也纳发动机技术研讨会上并没有得到明确的回答,因为几乎所有的专家认为,在近期和远期不会只应用一种驱动技术。

汽车驱动装置难得成为每次讨论的起因和推测的基础。“我们需要为事实再开辟一个领域”,2018年3月,大众CC电动车董事Heinrich Timm在德国维尔茨堡(Würzburg)召开的“轻型结构峰会”上如是说,并从正反两方面谈论了更轻型的车辆,他还更多地谈到了汽车驱动装置,会上有39位专家都讨论了这个话题。奥地利维也纳发动机技术研讨会为此提供了合适的平台。

在会上大众公司以新型1.5 L-EA211-TGI-evo发动机介绍了其采用压缩天然气(CNG)的另一种驱动装置,这种新机型是按汽油和天然气双燃料运行设计的。正如大众公司汽油机开发主管Wolfgang Demmelbauer-Ebner博士所说的那样,搭载这种发动机的VW Golf TGI “BlueMotion”轿车使用天然气可行驶500 km,转换到汽油运行还可以继续行驶190 km,无论是使用天然气还是使用汽油运行其功率都能达到96 kW,最大转矩为200 N·m。

在配备7速双离合器变速器情况下,使用天然气行驶时,NEFZ行驶循环(新欧洲行驶循环)的平均100 km燃油耗被限制在3.4 kg/100 km,相当于CO2排放95 g/km,但是使用天然气实际道路行驶几乎达不到比常用的NEFZ循环行驶里程500 km更长的行驶里程。


QQ图片20200317162231


更高的效率

   按照位于意大利Torino的FCA动力总成工程公司GSE系列全球首席工程师Carlo De Marino硕士工程师的话说,Fiat-Chrysler公司新发动机系列3缸和4缸发动机的特点是其热力学效率明显超过竞争机型。新型T3发动机(3缸,1.0 L,88 kW/120 PS)和 T4发动机(4缸,1.3 L,132 kW/180 PS)因与老机型相比进行了全面的改进,使其效率更高、功率更强劲、噪声更低及质量更轻。

因为按预期这些发动机要到2025年以后才使用,因此特别重视满足RDE(真实行驶排放)标准规定的废气排放要求。为了在所有行驶范围内都能控制汽油机缸内直接喷射时特别临界的颗粒排放,这些发动机都配备了大容量的颗粒捕集器。

该发动机技术研讨会,不仅介绍了低端新机型,而且还介绍了高端新机型,奥迪公司介绍了作为“TFSI技术下一个里程碑”的新型V6-TFSI发动机的进一步开发情况。奥迪公司已将迄今为止新型V6汽油机系列中功率最强劲的新型RS 5中的2.9L-V6-TFSI双涡轮增压汽油机投入批量生产。V形汽油机开发主管Jürgen KÖnigstedt特别强调指出,这种机型以331 kW功率和600 N·m转矩表现出了极其出色的行驶性能。

宝马公司以其新型的顶级机型提供了8缸机型不受限制的行驶性能:V8-4.4 L汽油机以390 kW功率和750 N·m转矩给人留下了深刻的印象。宝马公司V型发动机设计主管Joachim Hahn补充说道:这是在满足所有全球适用的废气排放法规要求的同时达到的行驶性能。

为了能获得功率和原始排放最佳的燃烧过程,该机已全新开发和调整了进气空气管路、加大的增压装置、350 bar(1 bar=105 Pa)喷射压力的喷油系统以及点火系统,而废气则由三元催化转化器与颗粒捕集器组合进行后处理。


继续使用柴油机

特别吸引人的是着眼于自行点火发动机的未来。毫无疑问,宝马、戴姆勒和大众公司在维也纳发动机技术研讨会上宣传柴油机仍将继续具有未来的前景,甚至高功率柴油机将能满足废气排放法规。宝马公司新型3.0L-6缸柴油机功率240 kW,转矩680 N·m,按照宝马的Steyr发动机公司柴油机开发主管Franz Steinparzer的介绍,该机作为首款量产柴油机采用了两级增压系统,其中两台废气涡轮增压器具有可变涡轮几何截面。

QQ图片20200317162503

废气系统自然成为开发的重点。它由一个包含在壳体中的吸附式NOX催化转化器和一个柴油机颗粒捕集器组成,还附加了一个带有氨逃逸催化转化器的大容量SCR催化转化器。BMW公司特别重视温度管理,一方面高压EGR按高的冷却能力设计,另一方面按特性曲线场控制通过一个旁通道来减少废气的冷却或使废气完全不冷却。

这种柴油机在所有的RDE行驶条件下都能可靠地满足Euro-6d-temp-Stufe 1废气排放标准的要求,并且在宽广的运行范围内也已满足Stufe 2废气排放标准的要求。大众公司甚至在紧凑型轿车上也应用柴油机。因为以SCR为基础的废气净化本来就是不可缺少的,因此柴油机和标准模块基础开发主管Markus Kühne从该项目中删除了1.4 L和1.6 L排量的变型机,未来两个功率等级中仅有2 L机型(EA288 evo),功率为100~120 kW(功率等级 1)和120~150 kW(功率等级 2)。

功率等级之间的差别主要在于增压、混合气准备、冷却、活塞组(功率等级1采用钢活塞,功率等级2采用铝活塞)和曲柄连杆机构。两种功率等级应用一种喷油系统压力(2 200 bar,1 bar=105 Pa)和8孔电磁阀式喷油器。按照Markus Kühne的介绍,EA288 evo柴油机的CO2排放比老机型最多可降低10%,而功率和转矩最多可增加9%。这种新的结构系列首先用于奥迪轿车(纵置安装),并与一种新开发的12 V轻度混合动力单元相组合,以后也用于VW Golf轿车。

QQ图片20200317162528

戴姆勒公司已于2017年将全新开发的4缸和6缸柴油机投入生产。从提供两种功率等级的2 L-4缸OM 654 D20柴油机衍生出了一种销量上升的1.6 L变型机OM 654 D16柴油机,它取代了与雷诺公司合作开发的具有相同排量的老机型。对于这种柴油机,用户也可在两种功率等级(90 kW 和118 kW)之间进行选择。功率较大机型的最大转矩在1 600~2 600 r/min转速之间达到360 N·m。按照戴姆勒公司4缸柴油机开发主管Markus Kemmer博士的说法,这是“这种排量段中单级增压柴油机新的最佳值”。


制定独特的行驶循环

Andreas Kufferath博士在博世公司领导动力总成系统技术的开发,他在奥地利维也纳发动机技术研讨会上做了一个非常令人关注的柴油机NOX排放的报告。他表示现在甚至在德国斯图加特内卡门(Stuttgarter Neckartor)不利的交通状况下也能在“更清洁柴油机”方向上迈出一大步。在内卡门测量地点呈现出全德国最高的颗粒和NOX排放值。博世公司开发人员不仅在其道路试验中采集了这种测量点,而且还制定了一种独特的要求特别严格的行驶循环,它针对NOX排放对发动机原始排放状况及其废气后处理系统提出了最严格的要求。采用一辆功率为110 kW的1.7 L涡轮增压紧凑型汽车进行试验。在多次重复推荐相同数值时,Andreas Kufferath博士强调指出,这些测量结果低于Euro-6d最终限值80 mg/km,是在没有附加或全新开发零部件情况下取得的。发动机专家们总结:“发动机原始排放低和最佳协调的温度管理起着决定性作用”。

无论驾驶人急加速,还是缓慢行驶;无论存在户外下坡,还是夏天的炎热;无论测量是在高速公路上,还是在坚硬路面和流畅的城市交通情况下进行,NOX排放在所有行驶状况下都能保持低于废气排放限值。


标准模块用于电动车

维也纳发动机技术研讨会的创始人Hans Peter Lenz教授在其公开演讲中曾谈到蓄电池电动车(BEV,或纯电动车)与公开热烈讨论的内燃机之间的竞争,他提出了一个核心问题:“蓄电池与内燃机相互竞争,谁将是获胜者?”

“电动化尚存在难以解决的问题,例如充电公共设施及其建造的成本。”但是,面对在高端车型中高的市场份额,德国OEM制造商不会对电驱动熟视无睹。奥迪公司已开发了一种由4个电动机组成的蓄电池电驱动标准模块,前后桥各配备一个驱动装置,它们与车桥平行或同轴布置。电动机都采用结构相同的异步电动机,它们仅在长度上有所差异,其功率跨度规定为90~140 kW。

奥迪公司领导开发电驱动的Siegfried Pint说道:“模块化装配的功率电子器件也被设计成通用件,区别则在于软件。”前桥使用统一的变速器,而后桥的变速器则区别很大,它们由许多通用件组成。两种变速器都仅有1个档位,因为这些电动机都是最佳的,其转速高达15 000 r/min。

因此,即使在如此高转速下功率也不会大大降低,奥迪公司已对去磁范围及电动机的冷却给予了特别关注。电驱动系统的核心部件是奥迪公司自行开发的一种基于400 V的容量95 kW·h的高电压蓄电池。

这种锂离子蓄电池是在位于比利时首都布鲁塞尔的奥迪工厂生产的,预告的Audi e-tron SUV汽车使用这种蓄电池的行驶里程可达500 km,这种蓄电池的充电功率可高达150 kW。BMW公司开发的一种多功能标准模块也是一切以电动化为中心。宝马公司电驱动开发部部长Stefan Juraschek认为,在这个领域中衡量企业家成功的重要准则是成本。

QQ图片20200317163106

在宝马公司规划的年产量从2025年起“500 000~600 000辆”(BEV和PHEV,纯电动车和插电式混合动力车)的情况下,重要的是“适合每一种车型的”电动车桥与所配备的功率无关。

正如奥迪公司的变速器仅具有1个档位那样,其电动机的转速同样也与奥迪的电动机相同。关于功率密度,Stefan Juraschek部长注意到了具有40%的潜力,因此也令人感兴趣,因为这样在其他规定相同的情况下蓄电池的尺寸就能较小。

韩国现代(Hyundai)公司除了蓄电池电动化之外,还非常重视燃料电池。2013年韩国的Tucsen ix35型轿车成为在市场上使用的全球首款(小批量)量产的氢燃料电池车,目前这款SUV车在18个国家销售。

2018年又推出其第4代车型Hyundai Nexo轿车,相对于老车型具有显著的进步:其效率从55%提高到60%,行驶里程从415 km增加到600 km,同时可应用的功率提高了20%,增大到120 kW。在我们这里,这种汽车的价格为65 000欧元。

2025年汽车将采用什么样的驱动装置的问题,在维也纳发动机技术研讨会上并没有得到明确的回答,因为几乎所有的专家认为,在近期和远期不会只应用一种驱动技术。   


收藏
赞一下
0
/
正在提交,请稍候…