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奔馳S級48V輕型混動系統功能及部件大揭秘

來源:蓋世汽車  時間:2017-07-22 08:26  作者:李文龍  編輯:安濤  

    據外媒報道,今年7月上市的奔馳新款S級(S-Class)車型采用了全新的發動機(改款六缸直列式柴油和汽油發動機及全新的V8雙渦輪增壓汽油發動機)及一系列全新的動力總成電氣化技術,涉及:48V系統(搭載于S 450和S 500車型)及可提供輕型混動功能的啟動發電一體機(Integrated Starter Generator,IGS)、電動增壓壓縮機及升級版插電式混動車型。

    48V系統旨在建立第三種車載電源系統(on-board power network),其填補了近10年來12V系統與電動車所需的高壓系統間的空白,后者被用于實現必要的特殊安全防護措施,因此只能被用于極少數的部件,且僅限于駕駛功能。隨著電源要求的提升,傳統的12V電源系統將導致電流強度(current levels)持續上升,因此需要48V系統提供輔助。

    48V系統的電壓是12V系統的4倍,其輸出值自然也是后者的4倍。采用鋰離子電池后,48V系統可實現的最大輸出值為16 kW,該系統可提升電動車的續航里程數。

    48V系統的電源由ISG產生,ISG位于在發動機及變速箱之間,該電子機械設備兼具啟動器與交流發電機兩大功能。若加裝了48V/12V直流換流器(DC/DC converter)后,傳統的12V系統也能獲得供電,但這對12V系統的系統故障率的要求很高。盡管12V電池仍在繼續使用,但規模不如從前了。車載電池容量的提升基本上要靠48V電池,當車輛處于平穩狀態(stationary)時,可向氣候控制等新功能提供更多的電量。

    48V系統及ISG的功能及組件包括:

    推進功能:在短時間內,發電機對內燃發動機提供的最大扭矩及輸出功率將分別達到250 N·m和16 kW。

    電量恢復(Recuperation):當減速時,將動能(kinetic energy)轉化為電能,并為電池充電。

    滑行模式(Gliding mode):當行駛狀況及電池充電量等條件允許時,總成中的內燃機將開始減速直至關斷,使車輛能夠自由地進行慣性滑行(coast)。

    發動機啟停:當發動機轉速較快時,可實現車輛的啟動。例如:在經過滑行階段后,可立即啟動發動機并加速至適合當前行駛狀態的車速,該進程需借助啟動發動機(starter generator)來實現。在自動停止模式下,曲柄軸將進入最佳位置,以便再次平穩地重啟內燃發動機。

    啟停系統2.0:當車輛即將停下來時,盡管發動機已關斷,但車輛仍在移動,從而達到省油的目的。但該操作應視具體情況而定,需要視最新的駕駛情況、雷達傳感器傳輸的信息及其他車輛數據而定,避免車輛在2秒內驟停(short stop)。車輛的驟停不僅無法實現省油的目的,還會提升車輛的油耗。

    車輛驟停通常發生以下幾種情境中:發動后遭遇交通燈變燈、停車、在擁堵的道路上行駛。當駕駛松開剎車時,車輛會向前開,發動機的啟動將受抑制。該情況下,發動機不運行,適用于擁堵路段的車輛行駛,且不會產生油耗。不僅如此,駕駛員還能如常地對車輛行駛進行全方位的掌控:只有當駕駛員踩下油門后,發動機才會啟動。

    負載點(load point)的變化:可調節啟動發電機的電動扭力器(electric torque),使內燃發動機運行時的負載點達到能效最大值。

    電動水泵:當水泵輸出值翻番時(從400瓦增至近950瓦),制冷效果將隨之提升,進而提升發動機的功率密度(engine power density),還可根據不同情況實現泵驅動(actuation of the pump),這與發動機轉速不相關。

    電輔助壓縮機(Electric auxiliary compressor):當需要額外動力時,該部件可確保對進氣(intake air)的瞬時壓縮(instant compression),渦輪增壓器隨即作出響應。采用該方式后,將徹底消除渦輪遲滯現象(Turbo-lag)。

    發動機怠速控制(Idling rpm control):為提升能效及舒適度,可借助點電機實現內燃發動機的怠速控制。為此,電機將充當發電機,調節充電電流,吸收內燃發動機的機械振動(mechanical vibrations)幅度,可通過精確調節將發動機怠速保持在520 rpm,實現節能效果。

    空調系統內的電制冷壓縮機:氣候控制功能將不再依賴于發動機轉速。

    在實現上述組件的電氣化并將發電機整合到動力總成后,在設計時可去除發動機前端面(front face)的傳統帶傳動(belt drive),不僅能縮短發動機的尺寸,還能降低噪聲級,提升發動機的可靠性。

    新款直列式六缸發動機采用了系統化的電氣化設計,其搭載于新款梅賽德斯-奔馳S級轎車上,目前提供兩種發動機輸出水平(output levels):

    梅賽德斯-奔馳S 450車型的發動機最大輸出與峰值扭矩分別為270 kW(367 hp)、500 N·m(總油耗為:6.6 l/100 km/ 35.8 mpg US,二氧化碳總排放量:150 g/km)。

    S 500車型的發動機最大輸出與峰值扭矩分別為320 kW(435 hp) 與520 Nm(總油耗為:6.6 l/100 km,二氧化碳總排放量:150 g/km)。在短時間內,48V ISG可將扭矩與輸出分別提升 250 N·m與16 kW。相較于搭載V8發動機的前款S 500,其發動機二氧化碳排量的降幅約為22%。

    新款智能型增壓發動機包括電動增壓壓縮機及ISG兩大組件,在傳輸動力時不存在渦輪遲滯現象。

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