Federal-Mogul Powertrain представил новую стратегию электрификации автомобилей средней и большой грузоподъемности на международной выставке коммерческого транспорта IAA в немецком. Представители компании подробно рассказали о разработанном специальным внутренним подразделением Controlled Power Technologies экономически эффективном, полностью масштабируемом модульном решении, которое можно оптимизировать в соответствии с определенными потребностями конкретного сегмента коммерческих автомобилей и области их применения. Данный набор технологий можно настраивать индивидуально и интегрировать в соответствии со специфическими нуждами производителей двигателей, позволяя добиться целевых показателей выбросов и эффективности с минимальными затратами.
«Одним из ключевых вопросов, который побуждает нас, сотрудников Federal-Mogul, к действию, заключается в том, как мы можем улучшить топливную экономичность и снизить выбросы CO2 коммерческих автомобилей, используя, образно говоря, потраченную впустую энергию, в том числе кинетическую энергию, теряющуюся при торможении, а также энергию выхлопных газов. Таким образом, наше решение должно предусматривать эффективный способ хранения этой энергии и ее последующего использования для выполнения полезной работы», — заявил технический директор Federal-Mogul Powertrain Жан Мария Оливетти (Gian Maria Olivetti).
«В этом смысле электрификация может стать крайне привлекательным решением, однако для коммерческих автомобилей средней и большой грузоподъемности самый эффективный способ достижения этого очень отличается от тако вого для легковых автомобилей, поэтому попытка использовать технологии, нацеленные на увеличение тяги, может привести к решениям, которые будут далеки от идеала», — отметил управляющий директор Federal-Mogul Controlled Power Ltd Ник Паско (Nick Pascoe).
Дизельные двигатели очень эффективны при работе в установившихся режимах и значительно теряют в эффективности в переходных (например, при необходимости изменять крутящий момент). Вместо того, чтобы заменить или дополнить двигатель внутреннего сгорания электрическим тяговым двигателем, инженеры Federal-Mogul используют электрификацию для дальнейшего повышения эффективности ДВС как в установившихся режимах, так и, в особенности, для повышения топливной экономичности и снижения уровня выбросов в сложных переходных режимах.
В рамках нового подхода группа инженеров, возглавляемая Ником Паско, предлагает дополнить кинетическую энергию, восстановленную с помощью установленного на двигателе или в трансмиссии генератора, электричеством, сгенерированным оснащенным высокоточной системой управления генератором с приводом от выхлопных газов. Полученная таким образом энергия используется либо для питания электродвигателя, помогающего ДВС/трансмиссии, либо для питания системы электрического наддува.
Независимые испытания показали, что высокоэффективный мотор-генератор Federal-Mogul мощностью всего 12 кВт, установленный на двигателе или в трансмиссии, позволяет сэкономить до 8 % топлива при работе на полноразмерном автобусе, осуществляя рекуперацию энергии при торможении и обеспечивая дополнительную тягу на разгоне. Благодаря компактности узла, полностью интегрированной электронике, а также эффективной системе терморегулирования в сочетании с последовательно стандартизируемыми протоколами управления и широким набором вариантов исполнения и инструментов моделирования обеспечивается быстрая и эффективная интеграция мотор-генератора, в том числе в существующие схемы силовых установок.
Помимо этого, инженеры Federal-Mogul ищут другие возможности рекуперации энергии с помощью электрификации системы подачи воздуха. Несмотря на то, что турбонаддув позволяет эффективно использовать от 20 до 30 % энергии топлива, которую двигатель теряет с выхлопными газами, здесь все еще присутствует определенный «энергетический» потенциал.
«Простая и экономически эффективная система рекуперации энергии выхлопных газов требует наличия системы управления, позволяющей избежать такого отбора энергии, который может негативно сказываться на производительности двигателя, а также способен повредить генератор или систему очистки выхлопных газов», — добавляет Паско.
Помогая существующим системам достичь большего
Электроэнергия, восстановленная из кинетической энергии автомобиля или выхлопных газов, может использоваться для улучшения динамической реакции потока воздуха с использованием электрического нагнетателя. Это позволяет уменьшить рабочий объем двигателя, снизить уровень выбросов и дополнительно сэкономить до 5 % топлива путем снижения насосных потерь наряду с улучшением процесса сгорания топлива и оптимизацией схемы переключения передач.
«В первые несколько десятых долей секунды в начале переходного процесса, когда система сгорания топлива испытывает самые серьезные нагрузки, генерируется наиболее значительное количество вредных выбросов, таких как NOx и твердые частицы, — объясняет Паско. — По сравнению с воздушным потоком современные топливные системы могут реагировать гораздо быстрее, поэтому наша стратегия позволяет получить большую отдачу от инвестиций в эти высокоэффективные технологии. Ускоряя подачу воздуха в соответствии с реакцией топливной системы, мы можем повысить топливную экономичность и сократить выбросы, добившись вместе с этим более эффективного контроля состава топливовоздушной смеси».
Точная и очень быстрая корректировка состава топливовоздушной смеси также крайне важна как для предотвращения снижения производительности двигателя, так и для контроля температуры и химического состава выхлопных газов.
Ключевыми решениями в области электрификации системы подачи воздуха являются системы TIGERS® (интегрированная в турбонагнетатель система рекуперации энергии выхлопных газов) и COBRA (система контролируемого наддува для увеличения отзывчивости). В состав системы TIGERS входит приводимая выхлопными газами турбина и генератор с регулируемым магнитным сопротивлением (SR) с жидкостным охлаждением, представляющие собой проверенную и эффективную систему, способную эффективно преобразовывать энергию выхлопных газов в электричество. COBRA — это электрические нагнетатели с жидкостным охлаждением, обеспечивающие подачу в двигатель воздуха «по требованию» и способные справиться с большинством сложных рабочих циклов и циклов движения благодаря малоинерционному ротору и превосходной системе терморегулирования. Помимо этого, разработанная компанией технология чувствительного мотор-генератора CPT SpeedTorq® позволяет реализовать модульный подход, позволяющий подобрать идеальное решение для конкретных параметров массы и сферы применения автомобиля.
Паско отмечает, что необходимость быстро запасать большие объемы энергии и затем быстро отдавать их в систему привода без длительного промежуточного хранения, которая требуется для увеличения тяги, обуславливает эффективность использования для стратегии Federal-Mogul компактных и более доступные систем хранения энергии, таких как легкие суперконденсаторы. Системы CPT SpeedTorq, TIGERS и COBRA могут использоваться в электрических системах с рабочим напряжением 12, 24 или 48 В, позволяя таким образом реализовать значительно более компактную, легкую и дешевую электрическую систему по сравнению с высоковольтными гибридными системами на основе батарей. Паско также подчеркивает, что модульная схема новой концепции обеспечивает гибкость, необходимую для оптимизации каждого конкретного решения.
Превосходя целевые показатели надежности коммерческого транспорта
Компания Federal-Mogul Powertrain обладает десятилетиями опыта в проектировании и производстве признанных во всем мире компонентов двигателей для производителей большегрузных транспортных средств, в том числе грузовиков, автобусов и внедорожной техники. Глубокие знания в этой области в сочетании с компетенциями в сфере работы с материалами и опытом проведения испытаний позволяют гарантировать, что новые продукты электрификации силовых установок соответствуют самым высоким стандартам надежности, действующим в сегменте коммерческой техники.
«Несмотря на то, что темпы дальнейшего развития электрификации по-прежнему трудно прогнозируемы, многие производители транспортных средств, особенно в сегменте средней и большой грузоподъемности, ищут пути продлить жизнь существующим конструкциям двигателей, с тем чтобы соответствовать перспективным требованиям рынка и законодательства, — добавляет Паско. — При содействии и поддержке клиентов наши команды инженеров уже сейчас готовы интегрировать технологии в существующие силовые агрегаты, помогая выйти на новый уровень топливной экономичности и снижения уровня выбросов. Кроме этого, благодаря модульности и масштабируемости наших решений возможна их адаптация для транспортных средств самых разных размеров, выполняющих самые разнообразные задачи, затраты при этом — минимальны».
