Federal-Mogul Powertrain анонсує нову стратегію електрифікації для комерційних автомобілів

Ганновер, Німеччниа, вересень 2018 г.

«Одне з ключових питань, що спонукає нас, співробітників Federal-Mogul, до дії, полягає в тому, як ми можемо підвищити паливну економічність і знизити викиди CO₂ комерційних автомобілів, використовуючи, образно кажучи, даремно витрачену енергію, в тому числі кінетичну енергію, що втрачається при гальмуванні, а також енергію вихлопних газів. Таким чином, наше рішення має передбачати ефективний спосіб зберігання цієї енергії та її подальшого використання для виконання корисної роботи», — заявив технічний директор Federal-Mogul Powertrain Жан Марія Оліветті (Gian Maria Olivetti). «У цьому сенсі електрифікація може стати надзвичайно привабливим рішенням, однак для комерційних автомобілів середньої і великої вантажопідйомності найбільш ефективний спосіб досягнення цього дуже відрізняється від такого для легкових автомобілів, тому спроба використати технології, націлені на збільшення тяги, може привести до рішень, які будуть далекі від ідеалу», — зазначив керуючий директор Federal-Mogul Controlled Power Ltd Нік Паско (Nick Pascoe).

Дизельні двигуни дуже ефективні при роботі в сталих режимах і значно втрачають в ефективності в перехідних (наприклад, при необхідності змінювати крутний момент). Замість того, щоб замінити або доповнити двигун внутрішнього згоряння електричним тяговим двигуном, інженери Federal-Mogul використовують електрифікацію для подальшого підвищення ефективності ДВЗ як у сталих режимах, так і, особливо, для підвищення паливної економічності і зниження рівня викидів в складних перехідних режимах.

У рамках нового підходу група інженерів, очолювана Ніком Паско, пропонує доповнити кінетичну енергію, відновлену за допомогою встановленого на двигуні або в трансмісії генератора, електрикою, згенерованою оснащеним високоточною системою управління генератором з приводом від вихлопних газів. Отримана таким чином енергія використовується або для живлення електродвигуна, який допомагає ДВЗ/трансмісії, або для живлення системи електричного наддуву.

Незалежні випробування показали, що високоефективний мотор-генератор Federal-Mogul потужністю всього 12 кВт, встановлений на двигуні або трансмісії, дозволяє зекономити до 8% палива при роботі на повнорозмірному автобусі, здійснюючи рекуперацію енергії при гальмуванні і забезпечуючи додаткову тягу на розгоні. Завдяки компактності вузла, повністю інтегрованій електроніці, а також ефективній системі терморегулювання в поєднанні з послідовно стандартизованими протоколами управління і широким набором варіантів виконання й інструментів моделювання забезпечується швидка та ефективна інтеграція мотор-генератора, в тому числі в існуючі схеми силових установок.

Окрім цього, інженери Federal-Mogul шукають інші можливості рекуперації енергії за допомогою електрифікації системи подачі повітря. Незважаючи на те, що турбонаддув дозволяє ефективно використовувати від 20 до 30% енергії палива, яку двигун втрачає з вихлопними газами, тут все ще присутній певний «енергетичний» потенціал. «Проста й економічно ефективна система рекуперації енергії вихлопних газів вимагає наявності системи управління, що дозволяє уникнути такого відбору енергії, який може негативно позначитися на продуктивності двигуна, а також здатний пошкодити генератор або систему очищення вихлопних газів», — додає Паско.

Допомагаючи існуючим системам досягти більшого

До складу системи TIGERS® (інтегрована в турбонагнітач система рекуперації енергії вихлопних газів) входить турбонагнітач з приводом від вихлопних газів і генератор з регульованим магнітним опором (SR) з рідинним охолодженням, який здійснює рекуперацію енергії вихлопних газів і запасає її у вигляді електроенергії, забезпечуючи підтримку зростаючих потреб автомобілів в електроенергії, а також зниження викидів CO2 та інших шкідливих речовин.

Система COBRA (система контрольованого наддуву для збільшення чутливості) являє собою оснащений рідинним охолодженням двигун з регульованим магнітним опором, що безпосередньо приводить нагнітач. Система розроблена для середньо- та великовантажних транспортних засобів і призначена для збереження електроенергії, яка потім використовується для подачі повітря в двигун внутрішнього згоряння. Це дозволяє оптимізувати процес згоряння палива, зменшити викиди в перехідних режимах і підвищити паливну економічність.

Технологія CPT SpeedTorq® використовує легкий і чутливий мотор-генератор з регульованим магнітним опором, який здійснює рекуперацію енергії і забезпечує додаткову тягу тоді, коли це потрібно двигуну для максимально ефективної роботи.

Електроенергія, відновлена з кінетичної енергії автомобіля або вихлопних газів, може використовуватися для поліпшення динамічної реакції потоку повітря з використанням електричного нагнітача. Це дозволяє зменшити робочий об'єм двигуна, знизити рівень викидів і додатково зекономити до 5% палива шляхом зниження насосних втрат поряд з поліпшенням процесу згоряння палива та оптимізацією схеми перемикання передач.

 «У перші кілька десятих часток секунди на початку перехідного процесу, коли система згоряння палива зазнає найбільш серйозних навантажень, генерується найзначніша кількість шкідливих викидів, таких як NOx і тверді частинки, — пояснює Паско. — Порівняно з повітряним потоком сучасні паливні системи можуть реагувати набагато швидше, тому наша стратегія дозволяє отримати велику віддачу від інвестицій у ці високоефективні технології. Прискорюючи подачу повітря відповідно до реакції паливної системи, ми можемо підвищити паливну економічність і скоротити викиди, домігшись разом з цим ефективнішого контролю складу паливо-повітряної суміші».

Точне і дуже швидке коригування складу паливо-повітряної суміші також вкрай важливе, як для запобігання зниженню продуктивності двигуна, так і для контролю температури та хімічного складу вихлопних газів.

Ключовими рішеннями в області електрифікації системи подачі повітря є системи TIGERS® (інтегрована в турбонагнітач система рекуперації енергії вихлопних газів) і COBRA (система контрольованого наддуву для збільшення чутливості). До складу системи TIGERS входить турбіна, що приводиться вихлопними газами, і генератор з регульованим магнітним опором (SR) з рідинним охолодженням, які представляють собою перевірену та ефективну систему, здатну ефективно перетворювати енергію вихлопних газів в електрику. COBRA — це електричні нагнітачі з рідинним охолодженням, що забезпечують подачу в двигун повітря «на вимогу» і здатні впоратися з більшістю складних робочих циклів і циклів руху завдяки малоінерційному ротору та прекрасній системі терморегуляції. Крім цього, розроблена компанією технологія чутливого мотор-генератора CPT SpeedTorq® дозволяє реалізувати модульний підхід, що дає змогу підібрати ідеальне рішення для конкретних параметрів маси та сфери застосування автомобіля.

Паско зазначає, що необхідність швидко запасати великі обсяги енергії, яка вимагається для збільшення тяги, і потім швидко віддавати їх в систему приводу без тривалого проміжного зберігання обумовлює ефективність використання для стратегії Federal-Mogul компактних і більш доступних систем зберігання енергії, таких як легкі суперконденсатори. Системи CPT SpeedTorq, TIGERS і COBRA можуть використовуватися в електричних системах з робочою напругою 12, 24 або 48 В, дозволяючи таким чином реалізувати значно компактнішу, легшу і дешевшу електричну систему порівняно з високовольтними гібридними системами на основі батарей. Паско також підкреслює, що модульна схема нової концепції забезпечує гнучкість, необхідну для оптимізації кожного конкретного рішення.

Перевершуючи цільові показники надійності комерційного транспорту

Компанія Federal-Mogul Powertrain володіє десятиліттями досвіду в проектуванні та виробництві визнаних у всьому світі компонентів двигунів для виробників великовантажних транспортних засобів, в тому числі вантажівок, автобусів і позашляхової техніки. Глибокі знання в цій галузі у поєднанні з компетенціями в сфері роботи з матеріалами і досвідом проведення випробувань дозволяють гарантувати, що нові продукти електрифікації силових установок відповідають найвищим стандартам надійності, діючим у сегменті комерційної техніки.

 «Незважаючи на те, що темпи подальшого розвитку електрифікації, як і раніше, важко прогнозувати, багато виробників транспортних засобів, особливо в сегменті середньої і великої вантажопідйомності, шукають шляхи продовжити життя існуючих конструкцій двигунів, з тим щоб відповідати перспективним вимогам ринку і законодавства, — додає Паско. — За сприяння та підтримки клієнтів наші команди інженерів вже зараз готові інтегрувати технології в існуючі силові агрегати, допомагаючи вийти на новий рівень паливної економічності і зниження рівня викидів. Крім цього, завдяки модульності і масштабованості наших рішень можлива їх адаптація для транспортних засобів різних розмірів, що виконують найрізноманітніші завдання, витрати при цьому — мінімальні»..