博世:不同车型的未来动力总成解决方案

2013-06-26 15:00:49来源: 盖世汽车网

    2013年6月,德国汽车零部件供应商博世公司(Bosch)召开了第61届博世国际汽车媒体交流会,期间其汽车技术业务主席及各业务板块负责人出席并分享了博世最新的技术成果及对未来汽车技术发展趋势的预测。本文是博世汽油系统总裁Rolf Bulander博士和博世柴油系统总裁Markus Heyn博士的的演讲实录。

女士们、先生们:

    欧盟2020年汽车二氧化碳排放目标已确立。欧盟委员会的提议现已成官方定论:汽车二氧化碳排放目标为95克/公里。两年后,即2015年,汽车平均二氧化碳排放量将被限制在130克/公里的水平。

    虽然在其它经济区域,如美国和中国,也已立法以减少二氧化碳的排放,但欧盟2020年目标仍旧是最雄心勃勃的。在使各类车辆适应未来要求方面,博世汽车技术将发挥重要作用。在能耗方面,有进一步改进的可能,但需要花费成本,且在某些情况下,成本相当高昂。但是我们不仅仅考虑成文问题,用户体验更为重要。电气化驱动系统将带来全新的驾乘体验:比如混合动力车,其驱动电机可在内燃机之外提供额外驱动扭距,从而极大地提升车辆的动态性能。

多种解决方案:内燃机、电气化、压缩天然气

    无论客户将来驾驶装有内燃机的汽车,还是电动机的汽车,都将在很大程度上依赖于其所驾驶汽车的级别。对于小型汽车,我们认为改装发动机就够了。改良后的喷油技术、涡轮增压器及缩小的尺寸同时实现低成本和高效率。

    对于中型动力总成,博世还致力于研发更清洁、更高效,且消费者有能力负担的发动机技术。我们还可以通过改进和开发新的发动机部件,进一步优化燃烧过程。此外,我们还致力于研发具备多种特性的新系统,例如,可有效回收制动能量,允许动力总成弱电气化的系统等。

    对于高档车的动力总成技术而言,要达到二氧化碳排放目标,我们必须付出更大努力。博世正在研发有效的插电式混合动力系统,有了这个系统,汽车可以在仅依靠电力的情况下最高行驶60公里。该解决方案排放更低,即使是用于SUV,也是如此。虽然,这些系统成本更高,但它带来的好处也更多。装有这种动力总成的汽车,在电动模式下,几乎没有噪音,但具有搭载内燃机的汽车一样的行驶距离。此外,额外的电动机扭矩使汽车变得更具动力。

    除动力总成电气化以外,博世还有可能在所有级别车辆中使用经济型压缩天然气动力总成。天然气燃烧时,释放的二氧化碳比汽油要少约25%。我们的系统还为客户提供低成本高水准的服务。但是,为了市场能持续成长,必须大量增加基础设施。

发动机小型化与使用涡轮增压器带来的效率提升

    我想进一步探讨一下,使用我们的部件,在微型汽车领域内能取得什么样的成效。博世认为,2012年该领域效率最高的车辆,还有可能进一步减少20%的能耗。目前,此类别中最先进的柴油车二氧化碳排放仅为81克/公里。燃烧效率最高是我们各种柴油机产品组合的特点,这使我们能够实现最佳二氧化碳排放值。我们最先进的汽油车的二氧化碳排放能达到99克/公里。有了这种良好的基础,我们确信基于发动机的解决方案一定能实现欧盟的二氧化碳排放目标。

    现在我想向各位展示一些解决方案。在这里,我们重点关注需要进行最大改进的火花点火发动机上。我将向各位展示在搭载汽油发动机的小型汽车中实现二氧化碳排放值的三种可能性。

    • 首先,具有成本效益的变速器的自动化。这有可能降低约5%至6%的二氧化碳排放。

    • 其次,在微型车类中使用涡轮增压器。通过使用涡轮增压器,可以有效缩小发动机尺寸,这有可能节约7%至8%的燃油。若涡轮增压器和现代汽油直喷系统相结合,与点式燃油喷射系统相比,燃油节省可高达15%。此外,涡轮增压器还可以提供更大扭矩,从而使发动机性能达到最佳。同时,通过发动机负载及节气门的优化可以进一步节省燃油,提升发动机效率。

    • 最后,将提高压缩比和冷却废气再循环相结合,可以优化燃烧。此种修改将减少约10%的二氧化碳排放,因此是高效的。

    我们将把这些可能的解决方案与进一步改进的汽油直喷技术相结合。我们目前的假设是,搭载火花点火发动机的小型汽车未来的二氧化碳排放将小于85克/公里。我们也将进一步改进该等级汽车柴油发动机所使用的系统,例如,通过增加喷射压力或在大范围内应用低压废气再循环,使燃烧更加高效。我们将使用博世产品,继续严格完善高扭矩柴油发动机,特别是摩擦损失和充电周期方面。此外,性能与发动机的大小关系越来越密切。因此,柴油发动机的二氧化碳排放将大大低于85克/公里。

液压混合动力:可提供各种动力总成选择

    博世和PSA集团正在研发世界上首台乘用车液压混合动力总成,该混合动力总成可能进一步提高微型车的效率。该总成基于传统的内燃机,内燃机带额外液压部件和冲入氮气的蓄压器。该混合动力系统可支持汽油发动机和柴油发动机,但在加速或在走走停停的交通状况下工作性能不佳。在市区道路行驶时,它们的优点则显现出来。此时,该系统可节约45%的油耗。在常规驾驶条件下,可节约30%油耗。

    我们可以如此显著地降低油耗的原因在于,我们非常有效地回收可能损失的能量。这种回收在专业角度上,称为“再生制动能量回收”。在制动过程中消耗的动能转换成液压能,存储于蓄压器中。

    其突出特征在于,该替代性总成不需要电池组,将系统的附加重量降至100千克以下。这使得液压混合动力经济可行,并能应对各种变量。其使用不必限制于城市车辆。我们在其它类别车辆也将其视为一种选择,包括轻卡。

    同时,该动力总成将许多为人熟知的电动汽车的优点集于一身。在完全零排放状态下,其可以驱动汽车行驶一段较短的距离,并且其助推作用增加了驾驶乐趣。当内燃机运转时,液压蓄压器同时释放,产生助推作用。此外,该总成允许转移内燃机的负载点,使其能在特征图上的最有效区域内运行。另外,不用担心续驶里程。我们拥有的是一种可替代的动力总成,其可大大增加汽车的续驶里程 — 因为其能减少油耗。

能量回收助推系统(BRS)和电动离合器:混合动力车辆的关键部件

    动力总成电动化追求的目标相似。首先是提高起动/停止系统的装备率,到2017年,西欧70%的新车均会安装起动/停止系统。但我们还想尝试新的解决方案,如能量回收助推系统(BRS)。该48V的系统比起动/停止系统更先进,并能缩小与混合动力车辆之间的巨大差距。

    BRS应用于价格竞争极为激烈的紧凑车型。换句话说,BRS必须价廉且高效。这点可以通过简化其部件得以实现。其电机可支持发动机提供10kW的额外动力)。电机助力发动机时,0.25kwh 的电池处于放电状态。但在随后的刹车过程中,部分车载网络将在48V的条件下运行,最大限度地回收制动能量。 五次制动过程后,锂离子电池将被充满电。

    制动回收的能量可用于给车载网络中的用电设备供电,也可在车辆起动或加速时,为发动机提供助推力。

    就BRS而言,同样值得一提的还有电动离合器。使用该系统能自动控制离合器,但不能控制变速箱。当不需要任何动力推动车辆前进时,发动机从动力总成中脱离。这不仅有助于省油,而且驾驶更方便。在交通拥堵的情况下,也能无需使用离合器即可在1档和2档下起动车辆。换句话说,电动离合器给驾驶员提供了低速自动换档的驾驶体验。此外,若驾驶员的脚松开油门,电动离合器可切换至脱开状态,从而实现滑行功能。

    工作原理很简单。当系统检测到驾驶员在下坡没有加速时,会自动松开离合器,从而避免发动机传统制动作用。由于存在坡度,所以速度保持不变。在某种程度上,您可能已经在下坡过程中松开离合器,从而手动模拟这种功能。将来,系统会自动采用这种功能。这种系统技术先进,可节省7%的油耗。

强混:节约高达25%的能耗

    Bohr先生在其主题演讲中表示,入门级混合动力系统属于未来驾乘出行的重要部分。到2020年,预计1210万辆车会安装电力驱动系统。考虑到上述动力车辆方案,我想向你们介绍博世已为当代混合动力车辆提供了哪些技术。我们在逐步增加产量,并采用这种方法降低成本。此外,驾驶员可利用博世目前研发的强混系统,在新欧洲驾驶循环工况下油耗可降低15%~25%。驾驶员可驾驶搭载该系统的车辆,根据电池大小,靠电力行驶较短距离,实现零排放和零发动机噪声。最明显的例子就是PSA和博世研发的柴油混合动力车,其将先进柴油发动机的动力性能和电气部件的经济性能完美结合。

    车辆大小并不重要。博世可提供整套动力总成概念,并将其用于任何车辆要求。这说明我们的技术系统适用范围广泛。对于强混车辆,我们还推出20~40千瓦的电动机和存储容量为0.8~1.5 kWh可再充电的锂离子电池。我们还利用DC/DC转换器,提供电动机和电池之间正确链接。因此,搭载强混系统的车辆无论属于小型车或旅行车都没有任何影响 — 博世均能为其提供正确的解决方案。

插电式混合动力车:高档车前景

    对于插电式混合动力车,我们同样会信守承诺。但在这种情况下,我们已进一步升级电力驱动系统。驾驶员可仅靠有限电力,以高达120公里/小时的速度驶完60公里。若用户用插座充电,可节省90%的能源和成本。但即使是每次旅行前都未充满电的用户也能从这种插电式混合动力车中获益。若利用博世研发的系统,预计新欧洲驾驶循环中的油耗可降低至少50%。

    博世系统中的电气部件更强大的原因是,在该系统中电机的输出功率为30kW~80kW,并且电池容量高达12 kWh,可用于中级轿车、SUV和跑车。这种可扩展性刚好说明插电式混合动力车的重要性。当提到2020年CO2目标时,高水平电气化是高端混合动力车的唯一选择。60Km纯电动行驶里程足以证明使用博世插电式混合系统的驾驶者可以应对更严苛的环保法规。

纯电动车:博世提供一体化动力总成电气化系统

    当然,客户还可享受采用我们技术的纯电动车辆带来的好处。我想再次向你们举一个具体的例子:博世向菲亚特500e供应整套动力总成。换言之,我们不仅生产部件,还组装部件,以形成一个完整的电动动力总成。下面我们依次来看看这些部件:

    • 博世研发的SMG 180/120电机可为菲亚特500e提供80 kW动力。永磁同步电机是动力总成的动力来源。从一开始,永磁同步电机就能提供196牛米的扭矩。

    • 电动机和电池由博世INVCON 2.3电力电子控制器链接。这类部件是电力驱动系统的大脑。这是因为系统将电池的直流电转成电机所需要的交流电反之亦然。电力电子器件越高效,纯电行驶里程也越长。

    • 菲亚特500e可利用博世电池组行驶140公里。动力电池包括总容量为24千瓦时的方形蓄电池,且可在四小时内完全充满电。

    博世在许多方面都将菲亚特500e视为纯电动车的典型。这表明作为该领域专业供应商的博世能做什么以及如何发展。博世可以供应纯电力驱动总成的所有元件。我们也会继续努力改进电力驱动系统。

压缩天然气动力总成:可替代能源之备选

    在演讲结束前,再来看看博世的现状和未来前景。博世还未研发出其它可替代的动力总成,但有一样正慢慢成为其替代品,这就是压缩天然气动力总成。到目前为止,压缩天然气动力总成通常配备给公交车和轻型厢式货车,但在不久的将来,天然气动力总成会越来越多地应用在乘用车、商用车上。这主要是因为压缩天然气的价格实惠,价格比汽油低50%。另外,它也有助于减少25%的二氧化碳排放 — 就沼气发电厂产生的甲烷而言,这一数字高出许多。在我们看来,天然气是易利用且环保的燃料。

    这也是博世能提供尖端系统的原因。你们可能已经发现大众、通用、菲亚特和塔塔生产的汽车中都采用压缩天然气技术。博世所供应的是世界上最小、最轻的天然气喷射器,和最灵敏的温度传感器

    这项技术的独特之处在于即使在驾驶时也不易察觉。无论使用压缩天然气或汽油,当今的天然气动力车都能提供稳定的性能。即使从天然气转为汽油,也感觉不到。

    使用博世压缩天然气系统时,最大的不同在于泵。即使,相较于其它压缩天然气解决方案,客户也可省更多的钱。温度低时,博世系统在压缩天然气模式下启动,因此,可充分利用价格便宜的的天然气。而其他供应商出售的系统必须暖机,因此须先利用昂贵的汽油行驶数英里。但若采用博世技术,则只需要利用价格便宜的天然气行驶。

    讲完技术细节后,再来看看整体情况。博世先进的压缩天然气动力总成系统是通向未来绿色出行的过渡技术方案之一。您可能已经购买了一台搭载博世压缩天然气动力总成的汽车,同时拥有一辆高性能且环保的汽车。博世会秉承相同的目标,进一步改进传统内燃机。不要忘了,博世为每个人都有能力购买纯电动车的远景而努力着。

    换句话说,无论现在或将来,博世都会为个人出行提供技术。以此,实现我们“科技成就生活之美”的战略理念。

谢谢!

关键字:未来

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0626/article_7407.html
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