2014日本汽车工程学会:零部件配套厂 (2) 提高燃效及舒适性

可跨车种配套的空调、小中型车可共享的EPS等

2014/06/19

概 要

  “2014年日本汽车工程学会(人与汽车技术展)”(公益社团法人 汽车技术会主办)于2014年5月21日~23日期间在太平洋横滨会展中心举行。本报告将介绍零部件配套厂除EV/HV相关零部件及技术以外的展示情况。

  在提高汽油车燃效方面,展出超小型涡轮增压器/电动增压器、废热回收器、高点火率火花塞等产品。


  还展出符合新需求的变速器、EPS(电动助力转向器)。


  还展出符合整车厂模块化战略的零部件和技术。日本精工 (NSK) 针对投放全球市场的多款车型,展出可共享设计的EPS,电装展出全球首个可跨车种配套的空调单元。


相关报告:

2014日本汽车工程学会:零部件配套厂 (1) 新能源车相关零部件 (2014年6月刊登)
2014日本汽车工程学会:整车厂的最新动力总成技术 (2014年6月刊登)
2014日本汽车工程学会:整车厂的安全驾驶辅助系统等 (2014年6月刊登)
2013年东京车展:零部件配套厂(2)安全配置、燃效提高技术等 (2013年12月刊登)



提高汽油发动机的燃效

高点火率火花塞

  由于高EGR、稀薄燃烧、采用涡轮增压器等,汽油发动机缸内出现混合气流高速化及高电压化的趋势。日本特殊陶业 (NGK) 与电装展出针对此种缸内环境开发的高点火率火花塞。

 

ターボエンジン用高着火スパークプラグ 気流誘導高着火スパークプラグ
涡轮发动机用高点火率火花塞,图中下方L形状的尖端为接地电极,上面是中心电极 (日本特殊陶业的展示) 电装展出的“气流引导高点火率火花塞”, 左边的“开发中产品”的下方左边突起为引导板

 

日本特殊陶业 涡轮发动机用 高点火率 火花塞   小型化的涡轮发动机中,缸内混合气体流速快,放电电压也上升,因此电极损耗得非常厉害。该产品扩大接地电极(请参看图片)的贵金属芯片,还更改了焊接方法,防止贵金属芯片的脱落。
  此外,有时会发生火花放电不在原本的点火位置—中心电极与接地电极之间放电,而是在火花塞头部放电的现象 (飞弧现象)。通过将绝缘体延长7.7mm来防止这种现象。
电装 气流引导高点火率火花塞   预计今后受到高EGR、稀薄燃烧的影响,汽油发动机缸内的气体流速将越来越快。在此种环境下,如在遮挡气流的位置配置火花塞的接地电极,中心电极周围的混合气流就会停滞,可能会影响点火率(据悉,整车厂在生产线上组装发动机时,未规定接地电极的朝向)。
  为此电装开发出“引导板”。这样一来,如论接地电极安装时的朝向如何,都能将气流引导至中心电极周围,从而确保点火效率。电装计划到2015年后正式推出该产品。

 

废热回收器与EGR冷却器

  汽车发动机产生的能源中,约有25%用于行驶,其余75%未经有效利用就被排出。丰技研与康奈可提出有效充分利用热能、提高燃效的系统方案。

 

ヒートコレクターとEGRクーラー 排熱回収器
丰技研展出的废热回收器与EGR冷却器 康奈可展出的废热回收器
EGRクーラー
康奈可展出的EGR冷却器

 

丰技研 废热回收器/ EGR冷却器   废热回收器在预热时使废气通过“预热中通路”,利用热交换器铁芯加热LLC(Long Life Coolant,用于冷却发动机的防冻液),促进预热,提前启动怠速停止功能等,从而提高燃效。还具有在冬季提高加热器性能、抑制燃效降低等效果。
  达到规定温度后就会切换气门,回到正常的排气通路,尽量不降低排气系统的功率性能。
  此外,丰技研还开发并展出应用废热回收器热交换铁芯技术的新一代EGR冷却器。EGR冷却器的结构与废热回收器预热中的通路结构相同。新开发的产品与原先相比,体积减少约一半。
康奈可 废热回收器/ EGR冷却器   康奈可展出车辆整体的“热管理 实物模型”,作为其中一环,提出废热回收器 (回收尾气废热,提高热空调性能、为提高燃效作贡献的系统) 的方案。
  开发出全球首个VG(Vortex generator)翼片,将废气流动时的阻力最小化,产生理想的纵向旋涡,由此提高热交换效率,使旁通路 (非回收时的通路)与热交换器形成一体化结构。定于2017年投产。
  2014年1月,康奈可宣布,正式推出采用VG翼片的全球最小级别EGR冷却器。已开始量产。本届展会上还作为“热管理 实物模型”的一环进行展出。

 (注) 已向丰田Aqua等车型供应废热回收系统的东洋 (T.RAD)/三五未在此次展会上展出该产品。东洋展出采用相同原理的EGR冷却器。

 

小型涡轮增压器/电动增压器

 

ターボチャージャー 電動スーパーチャージャー
1.0升以下乘用车用涡轮增压器, 图中3个零部件均为开发中的产品 (三菱重工的展示) 法雷奥展出的电动增压器

 

三菱重工 小型高性能涡轮增压器   为满足CO2排放标准,汽油发动机的“增压小型化”正在推进中。为了进一步小型化、满足排量1.0升及以下小型机种的需求,正在开发超小型涡轮增压器,将现有机种的叶轮直径缩小至80%以下。现正加强小型涡轮增压器的产品阵容。
  展出的该产品将为目前整车厂正在开发中的发动机配套,预计未来几年将投放市场。
法雷奥 电动增压器   电动增压器与原有的涡轮增压器不同,无涡轮停滞现象,反应无延迟。由此实现发动机的大幅小型化,采用12V电源驱动时,包括小型化的效果在内,可削减8~10%的燃耗(已开发出采用24V电源的产品,48V产品正在开发中)。2015年将为欧洲整车厂的高端车型配套。

 

 



新变速器及构成件

  2014年4月,本田在纽约车展上发布新Acura TLX的量产车型,为2.4升发动机组配新开发的全球首个液力变矩8速DCT。本田希望为Acura品牌车型带来动感行驶及驾驶乐趣。

  该8速DCT用液力变矩器由丰技研供应,液力变矩器的锁止离合器用双阻尼器由爱富士士供应。

 

大型ピックアップ用6速AT 高容量SUV向けFR6速MT
爱信精机展出的重型皮卡用6速AT (图片由爱信精机提供) 高容量SUV用FR6速MT (爱信AI的展示)
フルトロイダル機構のディスクとローラー ロックアップクラッチ用ツインダンパー
全曲面CVT机构的轮盘(图中左右两侧)与转子(图中央) (Univance的展示) 应用于本田8速DCT用液力变矩器的 锁止离合器用双阻尼器 (爱富士士的展示)

 

爱信精机 重型 皮卡用 6速AT   爱信精机开发出用于北美市场皮卡的新6速AT,满足超高容量化与节省燃耗的需求。2013年起为克莱斯勒公司的Ram1500/2500/3500(北美的Class2与Class3 卡车)配套。
  尺寸不变,通过取消单向离合器,改良摩擦材料等降低阻力矩、开发出带应对高容量需求的高扭力阻尼器的液力变矩器等,使扭矩容量大幅提高至同级别最高水平。
  输入扭矩为1,300Nm(原有产品为765Nm), 车毛重 (GCW,包括牵引的载货台在内的车辆总重)为19,080kg(原有产品为11,810kg),PTO的最大扭矩为399Nm(183Nm),分别进行了加强。
爱信AI 高容量SUV用FR6速MT   皮卡Tacoma、IMV系列的Fortuner搭载的FR6速MT。MT一般采用输入减速 (降低发动机的转速后,利用MT变速机构变速),但此次展出的产品采用输出减速 (变速后减速)。输出减速与输入减速相比,对变速机构的扭矩要求较小。
  其结果是比原有产品轻量5%。与原有产品相比,实现 +35%的高齿轮减速比 (1速5.232、6速0.728(原先为4.171~0.799)),由此提高低速动力性能,同时改善高速行驶燃效。
Univance 全曲面CVT 机构的轮盘与转子   Univance宣布,开发出全曲面CVT机构的轮盘与转子的量产技术。与拥有多项专利和知识产权的英国Torotrak公司共同开发。充分利用Univance的热处理技术、表面重整技术及精密加工技术,实现成本的大幅削减。预计将为高级车配套,计划向整车厂及变速器配套厂推广。
  全曲面CVT机构的驱动力传达及变速部位由轮盘及转子构成,为减少零部件个数及小型轻量化作出贡献,在加速操作方面可获得直接的变速应答性等。
丰技研 液力变矩器   为本田北美市场新Acura TLX的2.4升发动机车搭载的8速DCT配套液力变矩器。是全球首个带液力变矩器的8速DCT,通过迅捷的变速,实现动感的行驶,同时实现顺畅的启动及低速行驶。
爱富士士 阻尼器   供应上述液力变矩器的锁止离合器用双阻尼器。通过降低阻尼器的低弹簧常数 (弹簧弹性变大),吸收碰撞,扩大锁止范围,为提高燃效作贡献。

(注) 本田的Fit HV及在北美发售的Acura RLX的混合动力车搭载7速DCT,但由于利用电机启动,因此未采用液力变矩器。

 

 



线控转向的备用系统

メカニカルクラッチユニット
新一代转向器用机械离合器单元。 内部为滚柱离合器, 左上为电磁离合器。(恩梯恩的展示)

 

恩梯恩 线控转向的 备用机构   日产为Skyline/英菲尼迪Q50全球首次配套的线控转向系统 (Direct Adaptive Steering)的备用机构,名为 "Mechanical Clutch Unit (MCU)"。
  由电磁离合器与滚柱离合器构成。一般电流处于ON的状态时开放电磁离合器,电气系统发生故障时电流会处于OFF的状态,就会连接电磁离合器,从而连接转子离合器、启动机械转向机构,发挥备用作用。
  3台独立的电脑监控转向情况,当2台及以上电脑判断为“故障”时,0.1秒内就会连接备用机构。
  从长期来看(例如20年后),线控转向的可靠度提高后,或将不再需要备用机构。

 

 



电动助力转向器的展示

 

NSKの出展 ラックパラレルタイプのEPS
日本精工的展示,图中左侧为原有产品, 右侧为“应对模块化的高性能EPS”。 捷太格特展出的齿条平行式EPS
DPA-EPSとBRA-EPS
昭和主要供应本田的C级车用 DPA-EPS (图中上方) 与D级车用BRA-EPS (图中下方)

 

日本精工 应对模块化需求的EPS   日本精工针对投放全球市场的多款车型,开发出可共享设计的电动助力转向器(EPS),已开始量产。可为各种规格的小中型车配套相同的EPS,因此最适合于投放全球的车型。
  通过散热器等的小型化、削减零部件个数、采用简洁的构造,小型化ECU,实现轻量化24%。此外包括电机的小型化在内,整体轻量化约10%。可为多款车型配套的EPS也必须能为空间最小的车型配套。
  控制EPS的ECU将演算能力提高1倍以上。由此,可开发囊括泊车辅助系统、车道保持系统、以及未来自动驾驶辅助功能在内的软件,满足全球多样化高性能需求。
捷太格特 RP-EPS   RP(Rack parallel type)-EPS将电机平行配置于齿条轴,以皮带辅助齿条轴。通过电机与减速器壳体的小型化,实现配套性更优的结构。开发中 (尚未有配套案例)。
  捷太格特正在量产直接辅助齿条轴的“RD(齿条同轴式)-EPS”。效率高,为中大型车配套,但由于将电机与齿条配置在同轴上,该部分的体积膨胀,不同车型的配套性有所不同,尚有待解决。
昭和 抑制干扰控制EPS   通过路面的车辙、柏油路接缝等路面时,有时方向盘会打滑,或者因为路面的坑洼等造成方向盘抖动。以往的EPS会将这些不稳定的转向操作直接传递至方向盘,引起不安和不快。
  抑制干扰控制EPS(The EPS with Disturbance Reduction Control)通过电机辅助,产生抑制干扰力,抑制方向盘的不稳定,提高安心感和舒适度。计划2017年将其商品化。
  目前该功能已先行为日本以外市场车型配套。由于控制的精准度也有所提高,因此也希望能普及到日本国内销售的车型。
DPA-EPS/ BRA-EPS   昭和主要向本田的C级车供应DPA-EPS(Dual-pinion Assist Electric Power Steering)、向D级车供应BRA-EPS(Belt Rack Assist Electric Power Steering)。
  昭和研发具有“舒适”、“乐趣”和“安心”特点的路感特性。将这些评价数值化,使用路感特性模拟器验证商品性能,计划将其成果从2016年前后开始反映至上述2种EPS新一代产品中。
  具体以减轻驾驶疲劳感、提高驾驶乐趣为目标,使其接近现在仍具有人气的液压助力转向器的感受。

 

 



可跨车种配套的空调单元

  电装开发出可跨车种配套的全球首个空调单元。从小型车至高级车,都可搭载设计标准化的空调单元。首先为2013年12月上市的新丰田Harrier、2014年1月上市的丰田Noah/Voxy配套。

 

COA HVAC
电装开发的可跨车种配套的空调单元 "COA HVAC"的侧视图。图中右侧的纵长零部件为蒸发器,图中央为加热器铁芯。

 

电装 可跨车种配套的 空调单元 (COA HVAC)   电装以B~D级车为对象,开发出全球首个可跨车种配套的空调单元。虽然每个车种的尺寸及结构各不同,但通过全新开发混合空气门、伺服电机、鼓风机等构成件,比电装原有产品小型化20%,实现标准化。例如原先采用多个伺服电机,通过将空调单元的构成件标准化,将多个整合至1个。
  新产品推进构成件的共享,形成可实现所需性能的结构。推进大幅标准化的同时,还实现小型轻量化及高性能化。
  由于不同级别的车型所需的空调性能也不同,因此仅调整空调单元的宽度(采用标准化设计)。还新增调整电机功率、“仅用于驾驶座区域的空调”等功能。
  该新空调单元还适用于环保车。例如,可将怠速停止车的空调壳体内蒸发器替换为蓄冷蒸发器,在EV/HV方面,还能替换为加热器铁芯,改造为热泵式空调等。

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