发动机模块化:精简发动机平台并针对全球市场相应调整

发动机和车辆原始设备制造商面临着一个难题:如何在每个市场都有自己的排放法规和功率要求的情况下精简发动机平台并针对全球市场相应调整?

在过去的几年中,戴姆勒与康明斯之间在供应中型发动机方面的合作伙伴关系、戴姆勒和沃尔沃的燃料电池合资企业以及Traton和Navistar的合并使市场变得更加巩固。为了提高灵活性,Jacobs的工程师一直在研究“面向未来”的概念,即采用发动机内模块化技术以使发动机平台能够适应不断变化的全球市场。

“我们正在做的是打造一个模块化的气门机构。一个可以实现此目标的气门机构——我将称之为瑞士军刀气门机构。这是一个可以进行发动机制动的气门机构,它可以支持气缸停缸技术,并实现进气门延迟关闭以在启停周期内进行减压。这个气门机构采用模块化设计,可以满足OEM的所有要求,因为在接下来的10年内,排放法规将越来越严格。”
- Jacobs Vehicle Systems产品开发总监Gabe Roberts
 

发动机制动 - 升级或降级

随着商用车行业的不断发展,皆可博发动机制动器也随之发展。60多年来,Jacobs一直为世界上大多数汽车原始设备制造商开发、设计和生产发动机制动器,并且该技术已经取得发展,可满足每个市场(例如美国、欧洲和中国和印度)非常具体的要求。压缩释放发动机制动器是重型行业的标准配置,不仅适用于商用车,还适用于农业和其他非公路应用。

随着客户全球化程度日益提升,即发动机平台应用于全球范围,并且仅针对每个市场区域对排放技术和总体性能进行定制,OEM厂商正在寻求所提供技术的灵活性。

升级和降级具有重要意义,可尽量降低对发动机基本元件的影响。Jacobs对这一趋势的应对措施是从发动机设计之初就提供“面向未来”的气门机构设计。这意味着在相同的硬件空间范围内可以实现几个技术步骤:针对仅要求压缩释放制动的市场的标准压缩释放制动,或针对要求更高性能或寻求通过消除对动力传动系统缓速器的需求来优化整个动力传动系统的市场或应用升级为高功率密度(HPD)。Jacobs通过确保这些步骤在现在和将来均易于集成,从而最大程度地减少开发和验证工作。

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排放 - 符合日益严格的法规

为帮助OEM满足各种排放法规,Jacobs的工程师一直致力于采用模块化技术方法以在发动机内部解决这一问题。实际上,Jacobs的许多与排放有关的技术都利用了我们久经考验的发动机制动技术,并且只是以不同的方式应用以提供气门内排放技术。一个例子是汽缸停用(CDA),它使用了与HPD相同的折叠式气门桥硬件。使用相同的逻辑,CDA可在发动机负载较低时停用多个气缸,从而有效地使六缸发动机作为3缸(或以下)发动机运行,从而提供重要的燃油经济性优势并降低NOx排放量。CDA是一项有望在下一个美国排放法规中对减少NOx发挥重要作用的技术,它是Jacobs “保持温度”(Keep It Hot)的后处理策略的一部分。

减少NOx是北美法规所关注的重点,而在欧洲,减少CO2对于即将实施的排放法规最为重要。这两个市场之间的差异是由两个市场分别制定的占空比标准演变而来的,这给OEM带来了挑战——如何在同一全球发动机平台中采用同时满足这两种法规的技术。Jacobs的回答是模块化系统。进气门延迟关闭(LIVC)或任何形式的可变气门驱动(VVA) 也可以集成到同一气门机构中。 VVA属于Jacob的“增加温度”策略,可以简化发动机下游的后处理系统。简而言之:发动机是需要通过使用CDA来优化NOx排放,还是要使用VVA来降低CO2,这都是由Jacobs工程师在发动机开发之初设计的。

气门机构中可以采纳的另一项技术是主动减压技术(ADT),该技术侧重于启停应用。这项技术不仅引起了重型应用(非公路应用)的关注,而且也引起了中型和轻型应用的兴趣,在此领域,传动系统的电气化水平进一步提高。

OEM非公路

对燃油经济性的需求

在寻求进一步降低油耗时,OEM正在逐步采用整车系统方法。这很重要,因为所有组件都可以协同工作;如果忽略了系统的一个元件,则可能会不利于依赖该元件的其他改进。发动机只是该系统的一部分,而后处理系统、变速箱、车轴等也只是该系统的一部分。当寻求节省每一滴燃油时,必须研究整个系统的相互作用。Jacobs采用系统性方法,当我们设计模块化技术时,我们确保了解它与其他技术如何协同工作,以及在Jacobs技术的下游可以采用哪些措施来使其变得更好。

上文讨论的大多数技术都集中在排气管的排放水平上,它们的确可以让燃油经济性取得一定水平的提升。CDA是最好的例子,但是ADT也可以在正确应用的情况下降低油耗。但这并不止于此。从系统角度来看,尽量减少发动机内的摩擦是很多人谈论的一件事,而实现这一目标的方法是通过采用较低粘度的机油。这似乎是一件容易的事,但由于发动机机油是气门机构致动的主要介质,因此Jacobs等供应商必须确保这些技术的功能、性能和耐用性不会受到不利影响。凭借我们内部电磁阀的开发以及先进的仿真和测试功能,Jacobs能够确保遵照先例照做。由于Jacobs的所有技术都集中在气门传动系统解决方案上,因此也可以进一步优化和减轻整车的重量(“系统”的另一个要素),从而又可以进一步降低油耗。

在车辆使用寿命内性能保持稳定的气门传动系统也很重要:由于零件磨损而对排放水平或油耗产生负面影响的任何劣化都必须降至最低。Jacobs的无间隙技术是实现这一目标的技术之一。无间隙气门机构已经成为乘用车的主流,它通过引入液压间隙调节器(HLA)消除了对气门施加间隙的需要。这样的好处是,系统在整个使用寿命期间都能保持非常一致的发动机运行。以前与发动机制动器不兼容,Jacobs设计了Fulcrum Bridge技术,该技术现在可以为针对任何应用的重型和中型发动机引入HLA。

燃油倾倒