奔驰S级48V轻型混动系统功能及部件大揭秘

文章来源:盖世汽车 点击数:24 发布时间:2017-07-21
据外媒报道,今年7月上市的奔驰新款S级(S-Class)车型采用了全新的发动机及一系列全新的动力总成电气化技术,涉及:48V系统及可提供轻型混动功能的启动发电一体机(Integrated Starter Generator,IGS)、电动增压压缩机及升级版插电式混动车型。
奔驰S级48V轻型混动系统功能及部件大揭秘

据外媒报道,今年7月上市的奔驰新款S级(S-Class)车型采用了全新的发动机(改款六缸直列式柴油和汽油发动机及全新的V8双涡轮增压汽油发动机)及一系列全新的动力总成电气化技术,涉及:48V系统(搭载于S 450和S 500车型)及可提供轻型混动功能的启动发电一体机(Integrated Starter Generator,IGS)、电动增压压缩机及升级版插电式混动车型。

48V系统简介

48V系统旨在建立第三种车载电源系统(on-board power network),其填补了近10年来12V系统与电动车所需的高压系统间的空白,后者被用于实现必要的特殊安全防护措施,因此只能被用于极少数的部件,且仅限于驾驶功能。随着电源要求的提升,传统的12V电源系统将导致电流强度(current levels)持续上升,因此需要48V系统提供辅助。

48V系统的电压是12V系统的4倍,其输出值自然也是后者的4倍。采用锂离子电池后,48V系统可实现的最大输出值为16 kW,该系统可提升电动车的续航里程数。

48V系统的电源由ISG产生,ISG位于在发动机及变速箱之间,该电子机械设备兼具启动器与交流发电机两大功能。若加装了48V/12V直流换流器(DC/DC converter)后,传统的12V系统也能获得供电,但这对12V系统的系统故障率的要求很高。尽管12V电池仍在继续使用,但规模不如从前了。车载电池容量的提升基本上要靠48V电池,当车辆处于平稳状态(stationary)时,可向气候控制等新功能提供更多的电量。

48V系统及ISG的功能及组件包括:

推进功能:在短时间内,发电机对内燃发动机提供的最大扭矩及输出功率将分别达到250 N·m和16 kW。

电量恢复(Recuperation):当减速时,将动能(kinetic energy)转化为电能,并为电池充电。

滑行模式(Gliding mode):当行驶状况及电池充电量等条件允许时,总成中的内燃机将开始减速直至关断,使车辆能够自由地进行惯性滑行(coast)。

发动机启停:当发动机转速较快时,可实现车辆的启动。例如:在经过滑行阶段后,可立即启动发动机并加速至适合当前行驶状态的车速,该进程需借助启动发动机(starter generator)来实现。在自动停止模式下,曲柄轴将进入最佳位置,以便再次平稳地重启内燃发动机。

启停系统2.0:当车辆即将停下来时,尽管发动机已关断,但车辆仍在移动,从而达到省油的目的。但该操作应视具体情况而定,需要视最新的驾驶情况、雷达传感器传输的信息及其他车辆数据而定,避免车辆在2秒内骤停(short stop)。车辆的骤停不仅无法实现省油的目的,还会提升车辆的油耗。

车辆骤停通常发生以下几种情境中:发动后遭遇交通灯变灯、停车、在拥堵的道路上行驶。当驾驶松开刹车时,车辆会向前开,发动机的启动将受抑制。该情况下,发动机不运行,适用于拥堵路段的车辆行驶,且不会产生油耗。不仅如此,驾驶员还能如常地对车辆行驶进行全方位的掌控:只有当驾驶员踩下油门后,发动机才会启动。

负载点(load point)的变化:可调节启动发电机的电动扭力器(electric torque),使内燃发动机运行时的负载点达到能效最大值。

电动水泵:当水泵输出值翻番时(从400瓦增至近950瓦),制冷效果将随之提升,进而提升发动机的功率密度(engine power density),还可根据不同情况实现泵驱动(actuation of the pump),这与发动机转速不相关。

电辅助压缩机(Electric auxiliary compressor):当需要额外动力时,该部件可确保对进气(intake air)的瞬时压缩(instant compression),涡轮增压器随即作出响应。采用该方式后,将彻底消除涡轮迟滞现象(Turbo-lag)。

发动机怠速控制(Idling rpm control):为提升能效及舒适度,可借助点电机实现内燃发动机的怠速控制。为此,电机将充当发电机,调节充电电流,吸收内燃发动机的机械振动(mechanical vibrations)幅度,可通过精确调节将发动机怠速保持在520 rpm,实现节能效果。

空调系统内的电制冷压缩机:气候控制功能将不再依赖于发动机转速。

在实现上述组件的电气化并将发电机整合到动力总成后,在设计时可去除发动机前端面(front face)的传统带传动(belt drive),不仅能缩短发动机的尺寸,还能降低噪声级,提升发动机的可靠性。

新款直列式六缸发动机采用了系统化的电气化设计,其搭载于新款梅赛德斯-奔驰S级轿车上,目前提供两种发动机输出水平(output levels):

梅赛德斯-奔驰S 450车型的发动机最大输出与峰值扭矩分别为270 kW(367 hp)、500 N·m(总油耗为:6.6 l/100 km/ 35.8 mpg US,二氧化碳总排放量:150 g/km)。

S 500车型的发动机最大输出与峰值扭矩分别为320 kW(435 hp) 与520 Nm(总油耗为:6.6 l/100 km,二氧化碳总排放量:150 g/km)。在短时间内,48V ISG可将扭矩与输出分别提升 250 N·m与16 kW。相较于搭载V8发动机的前款S 500,其发动机二氧化碳排量的降幅约为22%。

新款智能型增压发动机包括电动增压压缩机及ISG两大组件,在传输动力时不存在涡轮迟滞现象。