續內燃機生命 48V系統讓奔馳再發明汽車

 　　【太平洋汽車網 技術頻道】隨著全球各國對燃油經濟性和排放標準的不斷提高，電動機這種“邪惡”新興物種就來要霸占汽車市場么？內燃機將會被趕盡殺絕？事實上并不然，內燃機還有很大的空間可提升，這次奔馳所提出的方案是-全新的48伏的電氣系統，讓整車動力性能、燃油經濟性、平順性有著較大幅度的提升，這套系統首先應用在2018款S級上，究竟奔馳這套48伏系統有何優勢呢？

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　　12伏電氣系統已經統治汽車電氣系統長達60余年，從上世紀50年代汽車的用電設備開始增加（主要是增加了起動機），12伏電源取代了6V電源，并且一直沿用至今。現階段汽車電氣系統的用電功率增加至5kW以上，豪華車甚至去到7.5kW以上。12V電源開始有點吃不消。

　　在固定的電壓情況下，要輸出大功率則必須大大增加交流發電機的輸出電流。低電壓與大電流輸出將會降低爪極式交流發動機的效率和壽命。同時降低線路的電阻熱損耗，導線的截面面積將會增加幾倍，增加線束重量而且不利于空間布局。

　　現時汽車越來越多高科技的電子設備、可調懸架、電動助力、多區自動空調、巡航系統、線控制動/轉向、座椅按摩加熱、GPS定位等等，這些設備都需要更大的耗電量。因此需要提高電系的電壓從而增大功率的輸出。

　　提高電壓除了為了更好服務車內的原有用電設備外，還可以布置發電機/電動機以輔助發動機的動力輸出，以及回收動能。無疑是提升整車的燃油經濟性，延續了內燃機的生命周期。

　　12V與48V的轉變并不那么容易。現時絕大多數主機廠的生產線都采用12V為基礎的電氣設備，馬上進行大規模的投產必然需要將是生產線推到重來，這一成本必然非常巨大。因此未來12V/48V雙電壓的電氣系統將會是過渡階段，只有當大量設備部件適應了48V時，才能大批量生產。

　　雙電壓電氣系統將會按照電器設備和電子裝置消耗的功率分組，其中如空調、一體式發電機/電機、加熱系統、電動渦輪增壓器、電控懸架、電磁閥等大功率用電設備則采用48V供電，可大大降低負載電流，減少體積，利于電子元件小型化、便于提高集成度；而消耗功率較小的一組，如照明系統、信號系統、儀表中控臺、電窗門鎖、以及發動機噴油點火系統則采用12V供電，可充分利用現有的制造工藝和技術，降低成本平緩過渡。

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　　奔馳將48V系統投放在中期改款的S級中(主要為海外車型S450、S500以及S560)。48V系統采用無皮帶驅動的ISG一體式發電機/電機、一個容量為1kWh的48V鋰離子電池以及交/直流轉換器組成。48V系統主要給電動空調壓縮機、電動水泵、集成式發電機/電機，電動渦輪增壓器供電。

　　S級中的48V系統為單獨的系統，因而需要配備單獨的電池組。電池組儲存ISG一體式發電機/電機產生的電能。同時可為電動空調壓縮機、電動水泵、電機以及電動渦輪增壓器供電。換句話說48V的電池可讓空調在發動機熄滅的狀態下繼續制冷工作，啟停時候也能帶來絲絲涼意。鋰離子電池存儲的1kWh電量足以讓空調運轉一段長時間。

　　48V電氣系統最明顯一點與眾不同的是，取消了起動機，并將ISG一體式的發電機/電動機布置在變速箱與發動機之間。這臺ISG一體式發電機/電機可單獨驅動車輛前行或輔助發動機輸出，瞬間可增加10-15kW的功率輸出，其最大功率16kW，最大轉矩250N·m。同時制動時刻可回收80%制動能量為電池充電。

　　很多人上車后第一時間將啟停系統關閉，只因為啟停瞬間給人感覺非常不舒服，而且啟停響應性慢，導致起步也非常緩慢。然而，S級采用48V系統后并不會再這種情況發生。取消起動機后發動機的啟動由ISG一體式發電機/電機啟動，電機帶動發動機啟動消無聲息，而且響應速度快。如此一來發動機啟停工作更加平穩順滑而且，同時幾乎感受不到發動機啟動抖動和噪音。

　　由于48V相對12V電壓提升高達400%，因而以往采用皮帶轉動的設備都可以采用電動驅動，如電動空調、電動水泵、電動渦輪、電動油泵、電子風扇等。大量設備采用電機直接驅動，發動機再也不會受到皮帶帶動的機械損失，可提升10-20%輪上功率輸出，同時油耗也相應下降約10-20%。簡直就是一石二鳥，提升動力又可減低油耗。不過不同發動機的S級的48V系統形式也不一樣，代號M256直列6缸的3.0T則采用直接電機驅動設備，而代號M264的直列4缸雙渦輪增壓的2.0T則由皮帶驅動ISG一體式發電機/電機。

　　由于電壓的提高，各種電器都可以采用更大功率運行，比如電動空調壓縮機功率增大，制冷液管路也相應增大，整體制冷效果也相應加強，而且與發動機轉速無關；用于加熱的電器設備也如此。無疑這是從另外一方面提高舒適性。

　　由于發動機無需再拖動大量的耗能設備，其怠速轉速可低至520轉，可適當降低怠速油耗。為何設定這個轉速？奔馳表示這需要調節ISG一體式發電機/電機的發電工作，以及吸收其工作時的振動。

　　當鋰電池電量充足的時刻，同時滿足駕駛狀況時，如下坡或平緩勻速等。發動機可斷開與ISG一體式發電機/電動機和變速箱的鏈接，并自行熄滅。這相當于純電行駛，大大提升了燃油經濟性。當需要發動機運轉時，ISG一體式發電機/電動機又可將發動機轉速帶到相應的速度。因此帶有ISG一體式發電機/電機的48V混合動力系統也被稱為微型混合動力系統。

　　應用了48V電氣系統還有一個更為重要的因素是，可搭載大功率的電子渦輪。48V電氣系統的電子渦輪最高轉速可達到72000rpm，工作額定功率5kW。因而奔馳S級搭載博格華納所提供的電子渦輪。電子渦輪最大優點是可彌補廢氣渦輪的遲滯，讓發動機低扭更加充沛，增強了發動機動力響應性以及動力輸出。同時由于發動機縮短高轉運行時間，進一步可降低油耗。關于電子渦輪的詳細可看杜老師的電子渦輪文章。

　　48V電氣系統除了性能和燃油經濟性上優化外，還有重要一點是節約空間。空調壓縮機、水泵、發電機這些設備無需再用發動機曲軸帶動起來，因此整體發動機的長度得到有效的控制，尺寸非常緊湊。新款S級擯棄了代號M276的V6發動機，采用久違的直列6缸發動機，而且還是縱置布局。可見得奔馳是多么回想回歸直6的年代。更有一點就是直列6缸會比V型6缸更加平順，振動更少。可惜的是，國內已上市的2018奔馳S級并沒有采用最新款的直列發動機和48V電氣系統，未來一段時間才引入國內。

　　48V電氣系統一直被說得沸沸揚揚，這次終于應用在奔馳S級上。不僅讓發動機動力性能更好，而且還大幅度降低油耗以及提升排放水平。48V電氣系統對內燃機提升巨大，足以讓環保人士閉嘴，無需過快進入全面的新能源時代。隨著制造水平進一步深入，48V電氣系統的生產成本越來越低，未來將會越來越多車型采用48V電氣系統，這一點毋容置疑。不過中國品牌做好了技術儲備么？（圖/文/攝：太平洋汽車網 賴達聰）

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