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博世:不同車型的未來動力總成解決方案

作者: 時間:2013-06-26 來源:網絡 收藏

2013年6月,德國汽車零部件供應商博世公司(Bosch)召開了第61屆博世國際汽車媒體交流會,期間其汽車技術業務主席及各業務板塊負責人出席并分享了博世最新的技術成果及對未來汽車技術發展趨勢的預測。本文是博世汽油系統總裁Rolf Bulander博士和博世柴油系統總裁Markus Heyn博士的的演講實錄。

女士們、先生們:

歐盟2020年汽車二氧化碳排放目標已確立。歐盟委員會的提議現已成官方定論:汽車二氧化碳排放目標為95克/公里。兩年后,即2015年,汽車平均二氧化碳排放量將被限制在130克/公里的水平。

雖然在其它經濟區域,如美國和中國,也已立法以減少二氧化碳的排放,但歐盟2020年目標仍舊是最雄心勃勃的。在使各類車輛適應未來要求方面,博世汽車技術將發揮重要作用。在能耗方面,有進一步改進的可能,但需要花費成本,且在某些情況下,成本相當高昂。但是我們不僅僅考慮成文問題,用戶體驗更為重要。電氣化驅動系統將帶來全新的駕乘體驗:比如混合動力車,其驅動電機可在內燃機之外提供額外驅動扭距,從而極大地提升車輛的動態性能。

多種解決方案:內燃機、電氣化、壓縮天然氣

無論客戶將來駕駛裝有內燃機的汽車,還是電動機的汽車,都將在很大程度上依賴于其所駕駛汽車的級別。對于小型汽車,我們認為改裝發動機就夠了。改良后的噴油技術、渦輪增壓器及縮小的尺寸同時實現低成本和高效率。

對于中型動力總成,博世還致力于研發更清潔、更高效,且消費者有能力負擔的發動機技術。我們還可以通過改進和開發新的發動機部件,進一步優化燃燒過程。此外,我們還致力于研發具備多種特性的新系統,例如,可有效回收制動能量,允許動力總成弱電氣化的系統等。

對于高檔車的動力總成技術而言,要達到二氧化碳排放目標,我們必須付出更大努力。博世正在研發有效的插電式混合,有了這個系統,汽車可以在僅依靠電力的情況下最高行駛60公里。該解決方案排放更低,即使是用于SUV,也是如此。雖然,這些系統成本更高,但它帶來的好處也更多。裝有這種動力總成的汽車,在電動模式下,幾乎沒有噪音,但具有搭載內燃機的汽車一樣的行駛距離。此外,額外的電動機扭矩使汽車變得更具動力。

除動力總成電氣化以外,博世還有可能在所有級別車輛中使用經濟型壓縮天然氣動力總成。天然氣燃燒時,釋放的二氧化碳比汽油要少約25%。我們的系統還為客戶提供低成本高水準的服務。但是,為了市場能持續成長,必須大量增加基礎設施。

發動機小型化與使用渦輪增壓器帶來的效率提升

我想進一步探討一下,使用我們的部件,在微型汽車領域內能取得什么樣的成效。博世認為,2012年該領域效率最高的車輛,還有可能進一步減少20%的能耗。目前,此類別中最先進的柴油車二氧化碳排放僅為81克/公里。燃燒效率最高是我們各種柴油機產品組合的特點,這使我們能夠實現最佳二氧化碳排放值。我們最先進的汽油車的二氧化碳排放能達到99克/公里。有了這種良好的基礎,我們確信基于發動機的解決方案一定能實現歐盟的二氧化碳排放目標。

現在我想向各位展示一些解決方案。在這里,我們重點關注需要進行最大改進的火花點火發動機上。我將向各位展示在搭載汽油發動機的小型汽車中實現二氧化碳排放值的三種可能性。

? 首先,具有成本效益的變速器的自動化。這有可能降低約5%至6%的二氧化碳排放。

? 其次,在微型車類中使用渦輪增壓器。通過使用渦輪增壓器,可以有效縮小發動機尺寸,這有可能節約7%至8%的燃油。若渦輪增壓器和現代汽油直噴系統相結合,與點式燃油噴射系統相比,燃油節省可高達15%。此外,渦輪增壓器還可以提供更大扭矩,從而使發動機性能達到最佳。同時,通過發動機負載及節氣門的優化可以進一步節省燃油,提升發動機效率。

? 最后,將提高壓縮比和冷卻廢氣再循環相結合,可以優化燃燒。此種修改將減少約10%的二氧化碳排放,因此是高效的。

我們將把這些可能的解決方案與進一步改進的汽油直噴技術相結合。我們目前的假設是,搭載火花點火發動機的小型汽車未來的二氧化碳排放將小于85克/公里。我們也將進一步改進該等級汽車柴油發動機所使用的系統,例如,通過增加噴射壓力或在大范圍內應用低壓廢氣再循環,使燃燒更加高效。我們將使用博世產品,繼續嚴格完善高扭矩柴油發動機,特別是摩擦損失和充電周期方面。此外,性能與發動機的大小關系越來越密切。因此,柴油發動機的二氧化碳排放將大大低于85克/公里。

液壓混合動力:可提供各種動力總成選擇

博世和PSA集團正在研發世界上首臺乘用車液壓混合動力總成,該混合動力總成可能進一步提高微型車的效率。該總成基于傳統的內燃機,內燃機帶額外液壓部件和沖入氮氣的蓄壓器。該混合可支持汽油發動機和柴油發動機,但在加速或在走走停停的交通狀況下工作性能不佳。在市區道路行駛時,它們的優點則顯現出來。此時,該系統可節約45%的油耗。在常規駕駛條件下,可節約30%油耗。

我們可以如此顯著地降低油耗的原因在于,我們非常有效地回收可能損失的能量。這種回收在專業角度上,稱為“再生制動能量回收”。在制動過程中消耗的動能轉換成液壓能,存儲于蓄壓器中。

其突出特征在于,該替代性總成不需要電池組,將系統的附加重量降至100千克以下。這使得液壓混合動力經濟可行,并能應對各種變量。其使用不必限制于城市車輛。我們在其它類別車輛也將其視為一種選擇,包括輕卡。

同時,該動力總成將許多為人熟知的電動汽車的優點集于一身。在完全零排放狀態下,其可以驅動汽車行駛一段較短的距離,并且其助推作用增加了駕駛樂趣。當內燃機運轉時,液壓蓄壓器同時釋放,產生助推作用。此外,該總成允許轉移內燃機的負載點,使其能在特征圖上的最有效區域內運行。另外,不用擔心續駛里程。我們擁有的是一種可替代的動力總成,其可大大增加汽車的續駛里程 — 因為其能減少油耗。

能量回收助推系統(BRS)和電動離合器:混合動力車輛的關鍵部件

動力總成電動化追求的目標相似。首先是提高起動/停止系統的裝備率,到2017年,西歐70%的新車均會安裝起動/停止系統。但我們還想嘗試新的解決方案,如能量回收助推系統(BRS)。該48V的系統比起動/停止系統更先進,并能縮小與混合動力車輛之間的巨大差距。

BRS應用于價格競爭極為激烈的緊湊車型。換句話說,BRS必須價廉且高效。這點可以通過簡化其部件得以實現。其電機可支持發動機提供10kW的額外動力)。電機助力發動機時,0.25kwh 的電池處于放電狀態。但在隨后的剎車過程中,部分車載網絡將在48V的條件下運行,最大限度地回收制動能量。 五次制動過程后,鋰離子電池將被充滿電。

制動回收的能量可用于給車載網絡中的用電設備供電,也可在車輛起動或加速時,為發動機提供助推力。

就BRS而言,同樣值得一提的還有電動離合器。使用該系統能自動控制離合器,但不能控制變速箱。當不需要任何動力推動車輛前進時,發動機從動力總成中脫離。這不僅有助于省油,而且駕駛更方便。在交通擁堵的情況下,也能無需使用離合器即可在1檔和2檔下起動車輛。換句話說,電動離合器給駕駛員提供了低速自動換檔的駕駛體驗。此外,若駕駛員的腳松開油門,電動離合器可切換至脫開狀態,從而實現滑行功能。

工作原理很簡單。當系統檢測到駕駛員在下坡沒有加速時,會自動松開離合器,從而避免發動機傳統制動作用。由于存在坡度,所以速度保持不變。在某種程度上,您可能已經在下坡過程中松開離合器,從而手動模擬這種功能。將來,系統會自動采用這種功能。這種系統技術先進,可節省7%的油耗。

強混:節約高達25%的能耗

Bohr先生在其主題演講中表示,入門級混合屬于未來駕乘出行的重要部分。到2020年,預計1210萬輛車會安裝電力驅動系統??紤]到上述動力車輛方案,我想向你們介紹博世已為當代混合動力車輛提供了哪些技術。我們在逐步增加產量,并采用這種方法降低成本。此外,駕駛員可利用博世目前研發的強混系統,在新歐洲駕駛循環工況下油耗可降低15%~25%。駕駛員可駕駛搭載該系統的車輛,根據電池大小,靠電力行駛較短距離,實現零排放和零發動機噪聲。最明顯的例子就是PSA和博世研發的柴油混合動力車,其將先進柴油發動機的動力性能和電氣部件的經濟性能完美結合。

車輛大小并不重要。博世可提供整套動力總成概念,并將其用于任何車輛要求。這說明我們的技術系統適用范圍廣泛。對于強混車輛,我們還推出20~40千瓦的電動機和存儲容量為0.8~1.5 kWh可再充電的鋰離子電池。我們還利用DC/DC轉換器,提供電動機和電池之間正確鏈接。因此,搭載強混系統的車輛無論屬于小型車或旅行車都沒有任何影響 — 博世均能為其提供正確的解決方案。

插電式混合動力車:高檔車前景

對于插電式混合動力車,我們同樣會信守承諾。但在這種情況下,我們已進一步升級電力驅動系統。駕駛員可僅靠有限電力,以高達120公里/小時的速度駛完60公里。若用戶用插座充電,可節省90%的能源和成本。但即使是每次旅行前都未充滿電的用戶也能從這種插電式混合動力車中獲益。若利用博世研發的系統,預計新歐洲駕駛循環中的油耗可降低至少50%。

博世系統中的電氣部件更強大的原因是,在該系統中電機的輸出功率為30kW~80kW,并且電池容量高達12 kWh,可用于中級轎車、SUV和跑車。這種可擴展性剛好說明插電式混合動力車的重要性。當提到2020年CO2目標時,高水平電氣化是高端混合動力車的唯一選擇。60Km純電動行駛里程足以證明使用博世插電式混合系統的駕駛者可以應對更嚴苛的環保法規。

純電動車:博世提供一體化動力總成電氣化系統

當然,客戶還可享受采用我們技術的純電動車輛帶來的好處。我想再次向你們舉一個具體的例子:博世向菲亞特500e供應整套動力總成。換言之,我們不僅生產部件,還組裝部件,以形成一個完整的電動動力總成。下面我們依次來看看這些部件:

? 博世研發的SMG 180/120電機可為菲亞特500e提供80 kW動力。永磁同步電機是動力總成的動力來源。從一開始,永磁同步電機就能提供196牛米的扭矩。

? 電動機和電池由博世INVCON 2.3電力電子控制器鏈接。這類部件是電力驅動系統的大腦。這是因為系統將電池的直流電轉成電機所需要的交流電反之亦然。電力電子器件越高效,純電行駛里程也越長。

? 菲亞特500e可利用博世電池組行駛140公里。動力電池包括總容量為24千瓦時的方形蓄電池,且可在四小時內完全充滿電。

博世在許多方面都將菲亞特500e視為純電動車的典型。這表明作為該領域專業供應商的博世能做什么以及如何發展。博世可以供應純電力驅動總成的所有元件。我們也會繼續努力改進電力驅動系統。

壓縮天然氣動力總成:可替代能源之備選

在演講結束前,再來看看博世的現狀和未來前景。博世還未研發出其它可替代的動力總成,但有一樣正慢慢成為其替代品,這就是壓縮天然氣動力總成。到目前為止,壓縮天然氣動力總成通常配備給公交車和輕型廂式貨車,但在不久的將來,天然氣動力總成會越來越多地應用在乘用車、商用車上。這主要是因為壓縮天然氣的價格實惠,價格比汽油低50%。另外,它也有助于減少25%的二氧化碳排放 — 就沼氣發電廠產生的甲烷而言,這一數字高出許多。在我們看來,天然氣是易利用且環保的燃料。

這也是博世能提供尖端系統的原因。你們可能已經發現大眾、通用、菲亞特和塔塔生產的汽車中都采用壓縮天然氣技術。博世所供應的是世界上最小、最輕的天然氣噴射器,和最靈敏的溫度傳感器。

這項技術的獨特之處在于即使在駕駛時也不易察覺。無論使用壓縮天然氣或汽油,當今的天然氣動力車都能提供穩定的性能。即使從天然氣轉為汽油,也感覺不到。

使用博世壓縮天然氣系統時,最大的不同在于泵。即使,相較于其它壓縮天然氣解決方案,客戶也可省更多的錢。溫度低時,博世系統在壓縮天然氣模式下啟動,因此,可充分利用價格便宜的的天然氣。而其他供應商出售的系統必須暖機,因此須先利用昂貴的汽油行駛數英里。但若采用博世技術,則只需要利用價格便宜的天然氣行駛。

講完技術細節后,再來看看整體情況。博世先進的壓縮天然氣動力總成系統是通向未來綠色出行的過渡技術方案之一。您可能已經購買了一臺搭載博世壓縮天然氣動力總成的汽車,同時擁有一輛高性能且環保的汽車。博世會秉承相同的目標,進一步改進傳統內燃機。不要忘了,博世為每個人都有能力購買純電動車的遠景而努力著。

換句話說,無論現在或將來,博世都會為個人出行提供技術。以此,實現我們“科技成就生活之美”的戰略理念。

謝謝!



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