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渦輪復(fù)合、余熱回收、電氣化及增壓的集成化——FEV ITES系統(tǒng)解析

2019-03-03 12:13:23·  來源：汽車動(dòng)力總成  
　
為了減少燃料消耗，F(xiàn)EV為中重型柴油機(jī)開發(fā)了一項(xiàng)48V混動(dòng)新技術(shù)ITES（IntegratedTurbocompounding / WHRElectrification andSupercharging）系統(tǒng)，該系統(tǒng)將渦輪復(fù)
為了減少燃料消耗，F(xiàn)EV為中重型柴油機(jī)開發(fā)了一項(xiàng)48V混動(dòng)新技術(shù)——ITES（IntegratedTurbocompounding / WHR Electrification and Supercharging）系統(tǒng)，該系統(tǒng)將渦輪復(fù)合、電氣化和增壓集成到中型或重型發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)輔助部件中，可以實(shí)現(xiàn)渦輪復(fù)合、電氣化和增壓技術(shù)的有機(jī)整合。（WHR在此為Waste Heat Recovery余熱回收）
 
這種方法能夠有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)成本和安裝布置所需的空間，并且與運(yùn)用這些技術(shù)的非集成化發(fā)動(dòng)機(jī)相比，可以明顯降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，提高15%的燃油經(jīng)濟(jì)性。
  • 結(jié)構(gòu)組成
該系統(tǒng)的基本概念是將二級(jí)壓縮機(jī)、渦輪復(fù)合或ORC渦輪、電機(jī)發(fā)電機(jī)組集成在一個(gè)行星齒輪組上，并通過離合器機(jī)械連接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。
  • 工作模式
該系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)地圖的特定區(qū)域以4種（A/B/C/D）不同的模式運(yùn)行，以最大限度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
在模式A中，離合器C1F斷開，離合器C2嚙合。在此模式下，通過發(fā)電機(jī)，將渦輪復(fù)合渦輪從廢氣中獲得的能量轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)渦輪復(fù)合。渦輪復(fù)合的意思即通過能量轉(zhuǎn)換，將廢氣能量轉(zhuǎn)化為電能或者發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)械能。
在模式B中，離合器C1F和離合器C2均嚙合。在此模式下，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械渦輪復(fù)合和電動(dòng)渦輪復(fù)合。即渦輪從廢氣中獲得的能量可以轉(zhuǎn)化為電能或者曲軸機(jī)械能。
在模式C中，離合器C1F和離合器C2均斷開。在此模式下，二級(jí)壓縮機(jī)由渦輪復(fù)合渦輪和/或電機(jī)提供動(dòng)力，具體動(dòng)力來源由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和增壓需求決定。
在模式D中，離合器C1F嚙合，離合器C1斷開。此模式下，電機(jī)可以為發(fā)動(dòng)機(jī)提供輔助扭矩。
四種模式之間的選擇取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)載、電池的充電狀態(tài)（SOC）以及扭矩需求。
在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)，模式A最有利，因?yàn)闇u輪復(fù)合渦輪功率輸出較低，因此發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的機(jī)械能損失或者阻力較小。此外，電機(jī)/發(fā)電機(jī)上的扭矩可以調(diào)整，能夠使渦輪復(fù)合渦輪運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷時(shí)，此時(shí)渦輪功率輸出較高，模式B可以允許能量直接從渦輪復(fù)合渦輪傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷時(shí)，模式C啟動(dòng)。在這個(gè)區(qū)域，二級(jí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速由電機(jī)控制，以達(dá)到預(yù)期的升壓壓力。只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要扭矩輔助時(shí)，才啟動(dòng)模式D，此時(shí)，電能 通過電機(jī)為發(fā)動(dòng)機(jī)提供扭矩輔助。
 
3、技術(shù)優(yōu)勢(shì)  
ITES系統(tǒng)以較低的成本、較小的體積和較高的效率實(shí)現(xiàn)了廢熱回收、低壓電氣化和增壓的一體化。采用ITES可以使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更為緊湊，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)小型化與輕量化，如下圖所示，以中型發(fā)動(dòng)機(jī)為例。運(yùn)用ITES技術(shù)的5.1L四缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)與7.7L六缸發(fā)動(dòng)機(jī)同等的動(dòng)力性能，并且還可以實(shí)現(xiàn)啟停，扭矩輔助等功能。
另外，與基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，該系統(tǒng)使縮小后的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量平均減少8%，在WLTC循環(huán)下可使整車實(shí)現(xiàn)最大12%-13%的節(jié)油效果。 
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