提升內燃機效率，輝門動力總成以電氣化解決方案制勝未來

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，隨著排放法規的不斷加嚴和能耗要求的不斷提高，如何使發動機更清潔、更高效成為整車、發動機以及相關零部件行業面臨的重要課題。作為全球領先的主機動力總成部件和系統保護產品供應商，輝門動力總成在過去幾年針對電氣化方面，開展了一系列前瞻性的研究和技術儲備，如在IAA 2018上首次展出的中重型車輛電氣化戰略等創新技術，就是其助力汽車電動化的最新研發成果。

IAA 2018上的輝門展臺

輝門動力總成旗下Federal-Mogul Controlled Power Ltd.總經理Nick Pascoe

2018年10月1日，天納克完成了對輝門的收購，后者是國際領先的供應商，服務于主機設備制造商和汽車售后市場，在全球擁有近5.5萬名員工，2017年收入78億美元。此外，公司還計劃在2019年底分拆業務，成立兩家獨立的新公司，分別為汽車零部件和駕乘性能公司，以及一家新的動力總成技術公司。

分拆后，動力總成技術公司將成為全球最大的純動力總成公司之一，服務全球主機配套市場，其工程解決方案專注于解決燃油經濟性、動力輸出以及滿足汽油、柴油和動力總成電氣化的排放標準要求。動力總成技術公司 2017年的合并營業收入為 107 億美元，服務于輕型汽車、商用卡車、非公路用車和工業用車市場。

在IAA 2018上，輝門動力總成首次展出的全新中重型車輛電氣化戰略，由能源利用技術產品組開發，可針對每個商用車細分市場和應用的獨特需求進行優化。該技術系列可以單獨定制和集成，能夠滿足發動機制造商的特定需求，并以經濟的成本實現其排放和效率目標。

在輝門動力總成展臺接受采訪時，其旗下Federal-Mogul Controlled Power Ltd.總經理Nick Pascoe告訴《商用汽車》雜志記者：傳統內燃機要進一步降低排放，滿足越來越嚴格的排放標準，只有通過提升內燃機效率，包括降低內部摩擦和先進燃燒方案，以及動力總成的進一步電氣化來實現?！氨M管內燃機將在未來很多年里繼續扮演至關重要的角色，但動力系統的混合動力化和電氣化會成為汽車制造商實現節能減排的一個關鍵性因素?！?/p>

據Nick Pascoe介紹，目前柴油機的熱效率大概在40%，從40%提高到50%是非常大的一個挑戰，雖然通過改進和優化相關零部件來可以進一步優化發動機本體，但熱效率最終也很難超過55%。要進一步提高熱效率，必須增加電氣化來提供額外的能量利用率?！安裼蜋C在穩定工況下極為高效，但瞬態工況下(轉矩輸出變化時)效率則低很多。輝門工程師并未嘗試用牽引電機替換或協助內燃機，而是在穩態工況以及特別是在苛刻的瞬態工況下，通過電氣化來進一步提高內燃機的效率以改善燃油經濟性和排放?！?/p>

據介紹，在輝門動力總成新的電氣化戰略中，以 Nick Pascoe為中心的工程團隊用嚴格控制的廢氣驅動發電機所產生的電能，補充通過安裝在發動機或傳動系統上的發電機回收的動能。然后，能量通過驅動發動機/傳動系統的電機或通過電動增壓回收。

獨立試驗表明，應用于發動機或傳動系統的 12 kW小型高響應輝門電動發電機可在車輛減速時回收能量，并在加速時增加發動機的轉矩，在大型巴士上可節省高達8%的燃油。這款電動發電機具有緊湊的尺寸、完全集成的電子設備和高效的熱管理，結合日益標準化的控制協議及多種設計和仿真工具，使得電動發電機的集成快速高效，即使在現有的動力總成設計上也是如此。

輝門動力總成中重型車輛電氣化戰略

此外，通過空氣回路系統的電氣化，輝門工程師正在發現更多的浪費能量的回收機會。對于以廢氣形式離開發動機的能量，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?！昂唵谓洕膹U氣能量回收需要一個控制系統，避免在能量回收過程中損害發動機的性能或損壞發電機本身或后處理系統。”Pascoe 補充道。

Nick Pascoe進一步表示，理想狀況下，從車輛動能或廢氣中回收的車載電能可用于電動增壓來改善氣流的動態響應。通過減少泵氣損失以及改進加油和重新優化換擋策略，可以使發動機小型化、改善排放并提高多達 5%的燃油經濟性。

“在瞬態工況的前幾十秒內，燃燒系統受到的挑戰最為嚴峻，產生的NOx和顆粒物等有毒排放物也最為嚴重。”Pascoe 解釋說，“最新的燃油系統響應速度遠遠快于氣流，因此，通過實施我們的戰略，這些高性能車輛技術的現有投資將能夠獲得更多收益。通過加快空氣供應以匹配燃油系統的響應，我們可以更好地控制空燃比，從而提高燃油經濟性和排放性能?！?/p>

Nick Pascoe告訴記者，在輝門新的戰略中，空氣回路電氣化方法的關鍵要素是渦輪發電機集成氣體能量回收系統TIGERS?和用于快速響應應用的受控增壓器COBRA。TIGERS?結合廢氣驅動渦輪和液冷式開關磁阻 (SR)發電機，開發出了可靠且技術成熟的系統，可將廢氣能量無縫轉換為電能。COBRA 液冷式電動增壓器為發動機“按需”供氣，由于其低轉子慣量和出色的熱管理，能夠適應最苛刻的驅動和運行周期。當這2個部件與 CPT SpeedTorq?高響應電動輔助電機/發電機技術相結合時，可以提供模塊化的方法，適用于不同重量級的商用車車型。

Pascoe 同時指出，快速捕獲大量能量，然后快速將其返回到傳動系統，而不進行能量的長期存儲來用于車輛行駛，這意味著更小、更實惠的能量儲存解決方案（包括輕量型超級電容器）非常適合輝門戰略。CPT SpeedTorq、TIGERS?和COBRA 均可采用 12 V、24 V或48 V，因此，電氣系統比高壓混動更小、更輕、更實惠。同時，新方法具有模塊化特性，提供優化解決方案所需的靈活性。

“雖然未來的電氣化發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，正在尋找延長現有發動機壽命的方法，以滿足下一代市場和監管要求?！?Nick Pascoe 表示，“能效、環境和快速發展的混合動力及電動汽車標志著汽車工業開始邁入一個新時代。輝門將憑借前瞻性的技術支持這一發展。通過與客戶并肩協作，輝門的工程團隊能夠輕松地將該技術集成到現有的動力系統中，從而提高燃油效率、減少排放。由于這些技術采用模塊化可擴展設計，也可以針對不同尺寸、不同終端用途的車輛量身定制經濟有效的解決方案?！?/p>