涡轮总成(涡轮复合、余热回收、电气化及增压的集成化——FEV ITES系统解析)

Posted 2023-06-01

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涡轮总成(涡轮复合、余热回收、电气化及增压的集成化——FEV ITES系统解析)

为了减少燃料消耗，FEV为中重型柴油机开发了一项48V混动新技术——ITES（IntegratedTurbocompounding / WHR Electrification and Supercharging）系统，该系统将涡轮复合、电气化和增压集成到中型或重型发动机的一个辅助部件中，可以实现涡轮复合、电气化和增压技术的有机整合。（WHR在此为Waste Heat Recovery余热回收）

这种方法能够有效的降低发动机成本和安装布置所需的空间，并且与运用这些技术的非集成化发动机相比，可以明显降低发动机转速，提高发动机效率，提高15%的燃油经济性。

结构组成

该系统的基本概念是将二级压缩机、涡轮复合或ORC涡轮、电机发电机组集成在一个行星齿轮组上，并通过离合器机械连接到发动机曲轴。

工作模式

该系统在发动机地图的特定区域以4种（A/B/C/D）不同的模式运行，以最大限度地提高发动机的效率。

在模式A中，离合器C1F断开，离合器C2啮合。在此模式下，通过发电机，将涡轮复合涡轮从废气中获得的能量转化为电能，从而实现电动涡轮复合。涡轮复合的意思即通过能量转换，将废气能量转化为电能或者发动机曲轴机械能。

在模式B中，离合器C1F和离合器C2均啮合。在此模式下，可以实现机械涡轮复合和电动涡轮复合。即涡轮从废气中获得的能量可以转化为电能或者曲轴机械能。

在模式C中，离合器C1F和离合器C2均断开。在此模式下，二级压缩机由涡轮复合涡轮和/或电机提供动力，具体动力来源由发动机转速和增压需求决定。

在模式D中，离合器C1F啮合，离合器C1断开。此模式下，电机可以为发动机提供辅助扭矩。

四种模式之间的选择取决于发动机的转速、负载、电池的充电状态（SOC）以及扭矩需求。

在发动机低负荷时，模式A最有利，因为涡轮复合涡轮功率输出较低，因此发动机曲轴的机械能损失或者阻力较小。此外，电机/发电机上的扭矩可以调整，能够使涡轮复合涡轮运行在最佳转速。

当发动机处于高转速、高负荷时，此时涡轮功率输出较高，模式B可以允许能量直接从涡轮复合涡轮传输到发动机曲轴。

当发动机处于低转速、高负荷时，模式C启动。在这个区域，二级压缩机的转速由电机控制，以达到预期的升压压力。只有当发动机需要扭矩辅助时，才启动模式D，此时，电能通过电机为发动机提供扭矩辅助。

3、技术优势

ITES系统以较低的成本、较小的体积和较高的效率实现了废热回收、低压电气化和增压的一体化。采用ITES可以使发动机结构更为紧凑，有利于发动机小型化与轻量化，如下图所示，以中型发动机为例。运用ITES技术的5.1L四缸发动机可以实现与7.7L六缸发动机同等的动力性能，并且还可以实现启停，扭矩辅助等功能。

另外，与基准发动机相比，该系统使缩小后的发动机的燃油消耗量平均减少8%，在WLTC循环下可使整车实现最大12%-13%的节油效果。

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