保罗·卡布斯:混动系统的全局观-热力学、热管理及控制
来源:百姓评车 发布时间:2023-07-10 18:12:44

2023年7月5日-7日,由中国汽车工业协会主办的第13届中国汽车论坛在上海嘉定举办。本届论坛以“新时代新使命新动能——助力建设现代化产业体系”为主题,设置“1场闭门峰会+1个大会论坛+16个主题论坛+N场发布”共18场会议及若干发布、展示、推广等活动,旨在凝聚各方力量,形成发展共识,为建设现代化产业体系贡献汽车行业的智慧和力量。其中,在7月7日下午举办的“主题论坛十一:绿色转型与产业发展”上,奥地利AVL李斯特公司点燃式发动机开发和概念车的部门经理保罗·卡布斯发表精彩演讲。

首先我们想谈一谈关于发动机,现在有很多讨论是关于发动机的,我们是否有足够的电能、足够的电力来取代发动机的职能,还有一些讨论是关于代价电能的成本。如图所示是德国,如果想要进行转型所经历的能量的改革。


(资料图)

我们要选择什么样的路线呢?我们需要把决定权交给消费者,我们谈论一下技术。在不同地区、不同的国家,在全球比如欧洲、日本两年前可以看到,市场份额在逐渐地增加,混动的份额在逐渐增加;在欧洲、日本混动的比例也在不断地增加。在欧洲,立法会更加完善,在日本我们也有相应的技术突破,我们把决定权还是交给消费者(在日本)。

关于混动,混动在不同时期都有不同的发展。视频当中的发动机是非常好的发动机。1969年通用就推出了第一个混动汽车,2008年是另外一台混动汽车在中国诞生。在混动发动机中,动力传输系统起到什么作用?我想关注一些特别的案例,日本有一家公司,我们推动了发动机的进展以及BTE的发展。这样的混动发动机有什么样的功能和特性?我们有冷却系统,冷却系统是非常重要的,以及尾气排放的处理、尾气排放的罩,之后我会介绍一些我们的产品研发。我们也有不同的通路连接不同的部件,所以我们关注排放,我们在排放端进行一些技术的突破。我们也应用了很多催化剂进行其他能源的替代。

看一下这两个部分,首先是内燃机。如果研发了点燃的效果,我们就会在M8内部进行一个点燃插电式的发展,这是我们AVL在催化剂参与下的产品。我们为什么选择这样的路线,因为我们想要降低能耗,提高燃烧的效率,我们希望能够得到3%的能源消耗的降低。

看一下尾气排放以及热管理。如图所示,我们有更低的压力,还有EGR的组件。我们还有一个通路的组件,进行空气的流通以及一个阀门,以及空气流动的通路。在催化剂的参与下,可以使得这样的流通成为现实。

管道中有一个在催化剂参与下的后处理,这是在汽车内部进行的后处理。如图所示展示了催化剂所存在的范围。我们如何进行EGR的处理?因为我们的乘客毕竟是在汽车里,不在测试台上,所以我们要更关注他们的体验。如图所示是压缩机以及空气流通的路线,内部、外部空气压缩机是如何运作的,如图所示是简单的通路展示。我们有一个45%的能效提高,可以看到在发动机当中可以大大地促进能效的提升。动力传输系统的配置是怎样的?这取决于我们如何进行运行,我们有能力进行能效的降低,这也可以使得不同的发动机以及传动进行能效的提升和表现的提升。对于HPEV以及PEV有一个能效和功能的实现,对于电动系统是很好的热管理的控制。

如图所示我们如何来运作WLTP的可持续性,我们在具体哪一个点进行运作,进行一个操控。第二图展示了第二个发动机更加有效,因为它有1484克碳的降低,第三个图在有效的热管理下有更低的碳排放。我们在动力传输系统当中如果进行有效的热管理以及有效的冷却,我们也能得到一个能效的提升。

有时候我们会讨论到充电。如图所示,发动机是非常重要的部分,我们驾驶这个电动车以及传统汽车都有变速的过程,变速如何提升能效?充电也是一个非常能影响能效的过程。

总结一下,这是我们的一个架构,通过一个新型的架构可以提升这个系统的能效。我们测试了特殊路况下,例如在高速上我们的架构是否能更好地进行工作,可以看到这个架构可以达到能效的提升。我们在加载点上进行漂移,我们是否能够看到一个能效的提升,在特殊路况下甚至在高速路况下也能看到能效的提升。

再看一下热力学的管理,这是我们在高温下的冷却系统,这里有很多EGR组件参与到我们的冷却系统当中。EGR在冬天的时候进行操作,这个也可以在充电的情况进行能效的提升,在低温下/高温下进行冷却处理,这样我们可以有一个更小的泵,可以有更多的空间节省,更好的冷却效果。我们可以将一些能源进行转移,用于进行系统的冷却。我们也能够在冬天更好地运行我们的系统,也可以在一些常温情况下进行系统运作。通过这个方式,也可以在夏天用同样的温度进行运行,因此热管理方面是一个非常炙手可热的话题,并且需要我们严阵以待的。

还有一些软件也是需要的,可以看到30%的EGR过程中需要保证在所有工况下可以稳定运行,软件开发方面肯定要注意到一些事情,比如带电子催化转换器的加热,以及带有修正的闭环EGR控制,主要是基于发动机粗糙度和棒振传感器反馈这个闭环控制,最后是热管理。我们如何能更好地进行相应的预热,通常情况下有15秒的时间启动发动机,之后出现电子涡轮增压,通过这样的方式会来到15瓦的功率,15秒之后我们可以看到在整个转速达到1500转在这方面几乎马上启动了循环,加起来大概30秒左右。

还有加热板,在预加热之后会出现相应的温度上升,在这方面我们也会进行温度的测算,我们要防止过热或者过载的情况。循环当中我们需要先进行一部分的加热之后,让热量慢慢扩散开来,可以更好地利用电池的电量,或者已经产生的电量进行相应的汽车工况的支持。

如图所示是整个燃烧控制,通常情况下我们会用到缸内压力,需要考虑到整车情况来做。在这方面都需要有软件的加持,通过软件的加持完成一切的工作,我们需要从串联模式过渡到并联模式,这样的情况是不稳定的,所有的情况都是由我们的软件进行控制的,我们希望能够保证整个发动机运行非常平稳。在这样的情况下,可以发现,可能会出现有些爆震的情况,我们需要针对爆震进行一定的干预,这样才能更好地进行闭环的燃烧控制,进一步改善EGR,最终改善整个爆震以及相应稳定性的提升。

如图所示是串联模式下的情况,同样看一下EGR也能够很好地对冲爆震的情况,通过这样的方式能够稳定住发动机的工况。同样,通过改善EGR的水平,可以看到整个发动机再次趋于稳定,保证在安全的窗口下进行整车的行进。通过管理EGR率,闭环的控制可以满足EGR对于相应的发动机需求的满足,可以说整个汽车的性能得到了比较好的保持和改善。

再看一下热管理,在农村地区或者乡村地区的工况可以看到,在有些时候整个速度会超过120公里/小时,甚至有时候环境会比较冷,因此可能需要一部分加热,通常情况下会需要进行相应的催化转换器的加热或者预热,我们希望能更好地启动发动机,减少废气的排出。可以看到,整个挡板处于关闭的状态,在冷冻启动方面我们的时间非常短,因此整体的温度可以控制在比较好的区间。在整个环境温度上升的时候,我们也有一个内置的降温设置,可以看到在很早期的时候就能进行温度干预。在此情况下,在EGR温度急剧上升的时候,我们也有相应的准备措施,一旦温度非常快速地上升,我们肯定要注意到相应的EGR整个循环热气废气处理循环中的高温工况条件。在此情况下,可能需要必要的骤冷的情况,否则会出现一定的事故。

我们做的相应的模拟和测量,从模拟和测量中可以看到15%的相应的改善,主要是进行发动机方面的改善,没有做太多的校准和校正。与此同时,我们还会进行车底和底盘的测量,大家可以看到整个燃硫消耗在整车层面得到了比较大的提升。

所有这一切都是通过整个模拟得到的,我们还做了很多其他的模拟,如图所示是真实的情况下的案例,供大家参考,这是在奥地利具体行驶的例子,我们在城际之间进行通行,走出城市再到农村地区,再次走到目的地城市的地区。整个发动机运行速度在城市区域里面,整个发动机速度是比较低的,但是在高速公路上可以看到出现了间歇性地运行。现在我们要做什么?我们并不需要全载运行,而是可能会需要这样一些低点的转移,在发动机工位点上有一部分是高速运行的,但是之后可能会用到部分的电驱方式,不断地切换高低工位之间的转换。

究竟在现实生活中发动机的效率可以达到多少?一开始肯定是不好的,因为一开始只是跑了几公里的话,整个还没有热起来,发动机工作效率只有32%左右。发动机正式启动之后情况就好了,在平均水平上来看,在阶段1的循环当中有42%的运行效率。

说了这么多,能否进一步超过43%?当然我们未来可以做到更多的工作,真的是取决于大家在这方面愿意投入多少,你要改善一部分的效率或者提升效率的话,肯定要更多的相应的技术模拟的,这方面需要大家进一步地工作和思考。在这方面,我们要思考的是如何能够做出进一步的贡献,实现碳中和。只有这样,我们才能够不断地降低碳排放,并且实现100%的减排,也就是零碳的目标。

这是非常好的思路去打造高效率的发动机,但是更好的是希望能够把它整合到整车上的时候,能够尽可能地避免效率的损失。在春天、夏天、秋天、冬天,无论何时何地,希望能够有更好的驾驶体验,希望能够保证车主在任何时间,任何条件下在驾驶汽车的时候都有稳定平稳的体验,这是我们的想法,也是跟大家合作的根本理念,希望通过这样的方式能够最终取得成功。

关键词:

猜你喜欢

保罗·卡布斯:混动系统的全局观-热力学、热管理及控制

保罗·卡布斯:混动系统的全局观-热力学、热管理

2023年7月5日-7日,由中国汽车工业协会主办的第13届中国汽车论坛在上海更多

2023-07-10 18:12:44
明天出梅!上海刚刚经历近17年最热梅雨季

明天出梅!上海刚刚经历近17年最热梅雨季

根据上海中心气象台发布的数据,本市将于明日(7月11日)出梅,今年梅更多

2023-07-10 17:11:23
一票难求的博物馆、约不上的研学团,多少孩子一到暑期就“行万里路”?

一票难求的博物馆、约不上的研学团,多少孩子一到

进馆要预约名额还难抢看展要排队暑期才刚刚开始全国各大博物馆已经人满更多

2023-07-10 17:05:27
上海城市业余联赛围棋联赛少儿围棋巡回赛举行

上海城市业余联赛围棋联赛少儿围棋巡回赛举行

图说:比赛现场近日,2023年“兴业银行杯”上海城市业余联赛围棋联赛同更多

2023-07-10 17:01:49
静安置业发行4.5亿元超短期融资券,利率2.37%

静安置业发行4.5亿元超短期融资券,利率2.37%

7月10日,上海静安置业(集团)有限公司发布2023年度第五期超短期融资券更多

2023-07-10 17:08:26
牢记使命砺精兵 健身强军争第一 驻沪部队军民健身大赛火热展开

牢记使命砺精兵 健身强军争第一 驻沪部队军民健

图说:健身大赛单项赛现场以“牢记使命砺精兵,健身强军争第一”为主题更多

2023-07-10 17:02:30
6月崇明诚信“红黑榜”出炉,详

6月崇明诚信“红黑榜”出炉,详

近日,由区发展改革委、区文明办、区人民法院提供联合发布了最新一批诚更多

2023-07-10 16:07:28
崇明这个村里,独居老人有了“安全保姆”

崇明这个村里,独居老人有了“安全保姆”

为积极探索智慧村居,提供更加精细化的关爱,近日,竖新镇仙桥村的20位更多

2023-07-10 16:09:38
基层|联合发布!助力杨浦数字经济跑出“加速度”

基层|联合发布!助力杨浦数字经济跑出“加速度”

来源|杨浦法院、杨浦检察为精准打击涉数字经济犯罪,维护数字经济繁荣更多

2023-07-10 16:01:35
老路焕新颜,这里的居民推门遇见美好

老路焕新颜,这里的居民推门遇见美好

为进一步美化街景,提升周边居民生活品质,近日,民星路(中原路-白城路更多

2023-07-10 16:10:50

© 2012-2020 财经快报网 版权所有 关于我们

网站联系邮箱:435 227 67@qq.com

琼ICP备2022009675号-3