跨国零部件企业的转变 ——博格华纳提升内燃机汽车•拓展新能源汽车

商用汽车2022-06-16 06:41:38

在节能减排以及安全、效率、舒适、新能源等多重需求和转型升级的要求下,博格华纳(BorgWarner)等跨国零部件企业,不仅在燃料供给系统、进气系统、排气系统等方面对内燃机技术进行了卓越的升级改造,促使内燃机汽车工业不会轻易退出历史舞台,而且向新能源汽车技术与产业进行了积极布局和实质性拓展

 

形势之变:节能减排不断升级、新能源汽车发展如火如荼

十三期间,国汽车节能减排标准及贯彻落实进入新一轮升级。务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划(20122020)提出:“以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向,当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化,推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车,提升我国汽车产业整体技术水平2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆,燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展;当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0L/100km,节能型乘用车燃料消耗量降至4.5L/100km以下;商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平。

20174中国3部委发布的《汽车产业中长期发展规划》,对2020年新车平均燃料消耗量提出了与上相同的目标,并提出:“实施国排放标准,新能源汽车能耗处于国际先进水平;到2020年,培育形成若干家进入世界前10的新能源汽车企业。

其中,轻型汽车国Ⅵ标准已201612发布,并确定20202023分步实施ab阶段(销售上牌);重型汽车国Ⅵ标准送审稿于20179月通过专家技术审查,预计不久发布,送审稿提2020年仅公交、环卫、邮政用途的重型柴油汽车实施国Ⅵ标准,其他用途的重型车辆于2021年实施。乘用车第4阶段燃料消耗量标准于201412月发布、20161月实施;轻型商用车第3阶段燃料消耗量标准于20161月发布、2018年实施;重型商用车第3阶段燃料消耗量标准征求意见稿20169公布拟定2020年实施。

在节能减排以及安全、效率、舒适、高性价比等多重期待和转型升级要求以及中国以纯电动汽车为代表的新能源汽车产业与推广获得快速推进的情况下,国内外内燃机及其关键部件制造企业该如何应对引领世界技术潮流的德国博(Bosch)、美国博格华纳(BorgWarner)等跨国零部件企业为代表,不仅对自己的传统阵地发起了挑战,而且向新能源汽车发起了冲锋,在燃料供给系统进气系统、排系统等方面内燃机技术进行了卓越的升级和改造从而进一步提升了内燃机的节能减排水平和生命力同时新能源汽车技术与产业进行了积极布局和实质性拓展

 

博格华纳公司定位之变:进军内燃机、混动、纯电动3大技术领域

以博格华纳为例这家创立于1880致力于内燃机与动力传动系统零部件研发世界级专业零部件生产企业,一直为全球主要汽车制造商提供可改善燃油经济性及降低废气排放的涡轮增压器可提高环保性能和燃油经济性的排放及热管理产品和系统用于各种发动机和变速系统的高标准链条及链条系统、四轮驱动系统用于自动变速系统的零部件和系统、四轮及全轮驱动扭矩管理系统等。而近年来,这家企业的战略取向和定位发生了新的转变博格华纳2016年对外宣布了自己新的战略定位,即为内燃机、混合动力和电动汽车提供清洁高效动力与驱动系统解决方案的全球技术领导者

为了更好地提供专业化产品与服务,博格华纳5大业务单元涡轮增压系统(Turbo Systems)、摩斯(链条)系统(Morse Systems)排放与热能系统(Emissions & Thermal Systems)变速器系统(Transmission Systems)动力驱动系统(Power Drive Systems)每个系统都会面企业新的定位开展工作

20171012日,笔者次来到博格华纳排放和热能系统中国合

资公司——华纳圣龙(宁波)有限公司,了解到了博格华纳以及排放与热能系统市场产品方面的最新情况这次见面,以提问形式展开。博格华纳排放与热能系统亚洲区副总裁兼总经理Chris Lanker先生,华纳圣龙(宁波)有限公司总经理宁伟先生,博格华纳排放和热能系统技术顾问Gerard Light,还有负责销售的姚红波女士,接待了我们

宁伟首先介绍20162017上半年,博格华纳取得了不错的市场业绩(博格华纳官网显示,博格华纳2016年净销售额90.71亿美元同比增长13.1%;2017上半年净销售额47.97亿美元,同比增长4.3%)而且近年在混合动力、电动汽车等动力驱动系统产业布局方面取得了重进展,从而形成了内燃机、混合动力、电动汽车3大动力驱动系统产品(多关键部件见表1)强化了在行业的地位可以看出,博格华纳已为中国乃至全球汽车工业新的转型和未来发展作好了充分准备。

1  博格华纳排放与热能系统亚洲区副总裁兼总经理Chris Lanker先生()华纳圣龙(宁波)有限公司总经理宁伟先生(),博格华纳排放和热能系统技术顾问Gerard Light在华纳圣龙产品展台前,对未来发展充满信心


 

1  博格华纳主要汽车技术及产品

技术领域

1.内燃机车辆技术

2.混合动力汽车技术

3.电动汽车技术

服务对象

发动机、变速器和全轮驱动系统,包括停系统

混、强混和插电混合动力汽车

电动汽车,增程式电动汽车和燃料电池汽车

功能

提供清洁、快速的解决方案,以提高现代内燃机车辆的效率和性能

提供先进的全面的产品组合与解决方案

产品组合涵盖几乎所有的电力推进领域,包括电机、电力传动和热管理

主要产品技术

1.1 增压技术(涡轮增压器)

2.1 eBooster ®电子涡轮增压

3.1 eGearDrive®电子驱动变速器

1.2 发动机正时系统

2.2 皮带、交流发电机启动机

3.2 动驱动电

1.3 废气治理

2.3 混合动力分离式离合器

3.3 驱动模块

1.4 点火技术

2.4 P2电动机/离合器模块

3.4 驾驶室空气加热器

1.5 启动机与交流发电机

2.5 废热回收系统

3.5 高压液体冷却加热器

1.6 管理(风扇离合器,电子水泵)

2.6 eAWD电驱动模块

3.热能管理(电子水泵等)

1.7 扭矩分配与管理系统(分动器)

2.7 HVH 250电动机


1.8 变速器关键部件

2.8 热能管理(电子水泵等)


 

博格华纳的上述转型和重大进展得益于它对形势的前瞻性判断、自身的实力和积极的产业布局。据介绍,20157月,博格华纳9.51亿美元收购了美国雷米国际公司(Remy International, Inc.)雷米国际的产品主要包括交流发电机、起动机、动力传动等,其业务覆盖全球10个国家2017年,博格华纳2亿美元收购Sevcon公司Sevcon设计和销售电动车辆和混合动力车辆的电机控制器这些都与新能源汽车有关所以,截至目前,电动汽车的“三电”,除了动力电池不能生产,其他关键部件包括电机、(电机)控制器、热管理系统(电池与电机冷却用电子水泵等)博格华纳均实现了产业化,而且在国际上均处于领先水平。

2  华纳圣龙的产品系列包括:冷却水泵(机械、电子)、风扇、风扇离合器(普通硅油、电控硅油),均属热管理产品,广泛应用于内燃机汽车和新能源汽车

 

热管理系统之功:高效内燃机不断升级、新能源汽车不可或缺

当前许多汽车行业人士都认为,尽管面临着新能源汽车的激烈挑战,内燃机汽车工业仍会在未来相当长的时期内占有主导地位。为了迎接挑战,全球内燃机工业一直在在节能(提升热效率)、减排等方面进行不懈的努力其中,为了提高进气效率(热效率)、净化尾气排放,除了升级燃油喷射技术排气系统添置了五花八门的尾气处理技术以柴油机为例,国内外汽车界精英在中国市场的综合表现如下

实施时,在国基础提升燃油品质的情况下,采取2种技术路线一是典型技术路线,包括高压共轨/电控单体泵/电控泵喷嘴;二是非典型技术路线,包括电控VE/电控组合单体泵/电控直列泵+EGR(废气再循环)技术,直列泵+电控调速器。

实施Ⅳ时,在国Ⅲ基础提升燃油品质的情况下2升级方案(重型汽车)采用SCR(选择性催化还原)技术——利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理;(/重型汽车)EGR基础上,加装DOC(微粒催化转换器)+DPF(颗粒物捕集器)POC(颗粒物氧化催化器)针对燃烧产生的微粒进行处理

实施时,在国Ⅳ基础提升燃油品质的情况下,主要是污染物限值标定的变化(NOx排放要求更加严格,颗粒物限值并无变化),以及后处理技术的变化(加大尿素喷射量)

实施时,在国Ⅴ基础提升燃油品质(以及进气采用单/双级涡轮增压技术)情况下,一是采用高效Hi-SCR+DOC+DPF(EGR,开发难度较低,但对后处理要求较高),二采用负荷EGR+SCR+DOC+DPF(开发难度适中,国外主流方案),三是采用中高负荷EGR+ SCR+ +DOC+DPF(开发难度大)

可以看出,为了满足排放升级,汽车行业把很大精力押到后处理系统上,包括DOCDPFEGRSCR等等,越来越多;对此,宁伟先生认为,后处理技术再厉害,充其量也只是一个补救措施;而且,庞大的后处理系统也会带来很大的功耗,从而降低了发动机功率,不利于节能减排。

有无破解之道?博格华纳认为,通过升级热管理系统将会从根本上和很大程度上解决节能、排放、舒适性、可靠性、轻量化等方面的问题,不仅可以提升燃烧效率,节省燃料,而且可以减少排放,避免过多尾气处理系统带来的功率损失同时,对于新能源汽车来讲,热管理系统同样是不可或缺的,电机、电池要坚持正常运转都需要冷却系统来保障它们主要是对有关部件起到冷却和热管理的作用,从而达到提高工作效率、降低功率损失、降低油耗、降低噪声、减少排放、改善舒适性、延长寿命等目的。

宁伟先生表示,作为博格华纳排放和热能系统中国合资企业成立于1998年的纳圣龙(宁波)有限公司为国内外传统内燃机和新能源汽车提供全球领先的热管理系统它的热管理系统产品系列之一风扇、风扇离合器(包括硅油、电控硅油,目前销售上以电控为主),主要应用于商用车;之二是水泵系列(包括电子水泵和机械水泵,目前销售上机械水泵及电子水泵齐头并进),其中电子水泵的用途非常广泛,增长潜力无限,在传统内燃机及混动车型上可以用于中冷器冷却及涡轮增压的延时冷却;在新能源车型上可用于电池包、电机、充电器逆变器等电器部件的冷却电控硅油风扇离合器于2009年在华纳圣龙量产;电子水泵生产线于2013年在华纳圣龙投入使用。目前华纳圣龙的销售收入约80%来自于风扇和离合器,20%来自于水泵类产品。

在中国博格华纳设有多家不同系统的国家级、省级技术中心9个工厂(6家独资,3家合资)——分别设在宁波、太仓、北京、大连、天津、武汉、荆州7个城市,分别生产风扇、风扇离合器、电子水泵涡轮增压器、正时链条系统、VCTEGR、点火线圈、座舱加热器四轮驱动系统湿式双离合器模块和电磁阀、电机、启动电机和交流电机

 

 

电控硅油风扇离合器:国普及快,国成标配

2017年,可以说是华纳圣龙历史上最好的一年,销售收入或可实现50%以上的增长年销售额创下该公司成立以来的最高水平,宁伟先生认为,主要原因在于商用车这一块和电控(硅油离合器)这一块。20169月以来,GB 1589-2006实施,带来了物流车辆的更新换代和增置同时,全国机动车销售分阶段实施国标准(201711日起全国所有轻型汽油车、重型柴油车(客车和公交、环卫、邮政)201771日起所有重型柴油车201811日起所有轻型柴油车)尤其在2017带来了很多车辆的更新换代。所以,自2016年第4季度以来,中国商用车市场又出现了恢复式增长(而之前5年基本处在低谷之中)

还有一点,由于博格华纳提前布局,电控硅油风扇离合器产品在降低油耗、噪声、排放改善舒适性等方面的突出表现,促进了商用车的消费升级,尤其在重卡方面。近年来,中国生产的重型卡车装备水平不断提高,正在积极向国际品牌靠拢。在国外,尤其在欧洲,电控硅油风扇离合器几乎是标配在中国,甚至过去几年里,普及率还不到10%。而2017年,博格华纳的电控硅油风扇离合器增长率可以达到300%商用车市场前十都在逐渐普及电控,项目一个接着一个,几乎都是博格华纳的客户;再远一点,博格华纳的许多客户认为,从国Ⅴ到Ⅵ,电控硅油有风扇离合器将成为标配,即使处在低端的、再节约成本的客户也都认为实施国Ⅵ必须标配电控硅油有风扇离合器。

总之博格华纳2017获得良好增长的,一是市场方面的,包括实施GB 1589-2016标准以及消费升级换代;二是技术方面的,它在诸多领域拥有全球领先的技术优势,顺应了市场需求

(1)普通离合器

(2)电控离合器

 

3  从外观上,也可以看出普通硅油风扇离合器(1)与电控硅油风扇离合器(2)的区别

 

电控硅油风扇离合器何以有如此的魅力?据宁伟先生介绍电控硅油风扇离合器相较于普通硅油风扇离合器固定风扇(没有离合器)更降能耗及噪音这是因为,固定风扇与发动机曲轴或皮带轮直联,发动机如何转,风扇也是一样的转速,这样就会存在冷却过度或冷却不到位的问题;硅油离合器用硅油作为介质,利用硅油剪切粘力传递扭矩,能够通过双金属感温器感知冷却液的温度,来控制风扇转速,从而可使发动机经常在适宜的温度下工作,而且还可以减小驱动风扇所需的功率,降低风扇噪声;但是,电控硅油风扇离合器,除了利用硅油的高粘度特性传递扭矩,而且还通过电子控制实现其分离与耦合,从而实现了更加精准的控制,使得功耗、风扇噪声均进一步降低。从普通硅油离合器进化到电控硅油离合器,主要是实现了从80%100%的效率提升。普通硅油离合器的控制精准度要弱于电控的控制精准,电控控制实现了无级调速,能够根据环境温度的变化随时进行转速调控

形势下,载成为商用车的常态,故节油成为商用车新的卖点而热管理系统的提升对节油很有效果。例如,博格华纳与客户进行的实验表明,电控硅油比普通硅油的节油效果可以提升2%左右,比固定风扇可以提高4%5%。这对于天天跑在公路上的商用车来讲,十分可观。

不过,无止境。博格华纳指出,目前中国重卡市场应用的电控硅油离合器基本为第一代产品,包括BorgWarner 和其他厂家的,这些产品可以说为中国商用车的动力性、经济性和排放标准升级了突出贡献但是,根据近 年来的使用情况,并结合中国商用车技术的发展状态,进一步节省油耗降低排放成为了更加明确的主题,所以,BorgWarner 适时研发推出了2(商用车)电控硅油离合器(相当于第3代硅油风扇离合器)和目前市场上的产品相比,新一代的电控硅油离合器具有体积小、重量轻(重量的同等驱动能力下降低了 10%)、驱动能力更强(在同等规格下驱动扭矩和滑差热提高15%)、调制性能更好(低输入转速状态下的风扇转速更加稳定)、分离转速更低(可以低至 200 r/min 以内)的优点,实现 CAN 线通讯(J1939 协议)数据传输速递更快离合器响应时间缩短,更是可以脱离发动机 ECU 的束缚,实现自我控制,为整车节省了空间和成本。为了发挥新一代电控硅油离合器的优势,BorgWarner提前投入大量精力研发出了一系列的高效大风量风扇来匹配新的离合器产品,例如 SD11RFXD11RF 系列等,这些风扇的效率最高可达 50%以上。

3代硅油风扇离合器主要特点是:一、更加轻量化,迎合了商用车轻量化趋势,在输出同功率情况下轻10%,同时效率提升25%;二、自带控制器(上一代依赖ECU,而有时ECU接口不够用),摆脱了对ECU的依赖,起到了更精确的调制作用;三、作为一个划时代的产品,特别迎合欧、国的到来,对起到一个强力支持

关于第3硅油风扇离合器,欧美已开始小批使用还没有大规模铺开;在中国,还在推广阶段,或许在2018年有所突破。

产品推广总有一个过程。华纳圣龙1998年成立的时候,中国商用车市场装备的绝大部分是固定风扇;而合资企业成立后,例如5年前普通硅油风扇离合器的使用率便达到了90%;而现在,电控硅油风扇离合器可能达到了30%左右,当然还有很少的固定风扇在使用(可能不到10%),特别是农业机械、工程机械上

 

电子水泵:应用于内燃机汽车混动汽车电动汽车

为了适应汽车绿色、智能发展趋势,汽车动力总成及零部件的电动化势在必行。电子水泵作为整车热管理模块中关键零部件的强制水冷方案的核心零部件,正成为传统内燃机汽车混合动力汽车以及纯电动汽车上必备产品之一。

宁伟先生介绍在结构上,电子水泵(ATCP)与传统水泵(机械水泵)的最大区别,在于前者取消了传统的机械水封,实现了无泄漏设计,不再成为易损件;采用永磁无刷直流电机,噪声低、效率高;内部集成微控制器,即使在发动机关闭时仍能通过辅助循环系统提供稳定的冷却液环流,从而帮助辅助系统维持最优的工作温度,延长系统寿命、提高燃油效率并降低排放;无级调速模式的电子水泵能够提供连续可变流量,按照实际冷却需求智能调节冷却量的大小。总之,它无泄漏,功耗低,有效降低发动机油耗,延长增压器寿命,节能高效。

博格华纳对电子水泵寿命按照整车寿命来设计的,所以必须做到——它不是一个易损件。所以,博格华纳对水泵做了一些结构上的优化,例如,使用一些很先进的材料,避免和减少磨损;设计了防卡死、防杂质的结构,让它能够防范目前很多冷却液和循环系统里面的杂质,从而延长了寿命。

据介绍,博格华纳生产的电子水泵提供不同功率的产品,适合工作环境温度-40135;可用于 12V24V 以及 48V 系统;能提供 PWM/LIN/SWITCH 等多种与 ECU 之间通讯的控制模式,并提供多种故障诊断与反馈功,可以实现自诊断、自保护等功能。传统内燃机汽车,混合动力汽车和新能源汽车都可以使用。在传统内燃机以及混动车型上,它能够用于涡轮增压器延时冷却和中冷器的进气冷却——作为辅助泵在纯电动汽车以及燃料电池汽车等车型上,用于电池包电机充电器以及逆变器等部件的冷却——作为辅助泵。

 

4  ATCP电子水泵用途广泛          

 

宁伟先生透露博格华纳电子水泵未来还会进一步发展,从辅助水泵发展到主水泵,从而扩展到商用车上。在乘用车上使用的目前辅助水泵(辅助热冷却泵,英文ATCP);还不能替代()主水泵,涉及到成本问题。针对商用车开发的叫可变流量水泵,将作为主水泵这种水泵无级调节,能够根据需求调整流量,从而避免了不必要的浪费。可变流量水泵可工况工作,你需要它转它才转,需要它流动才流动,也即完全智能控制,这对节能减带来一个很大的效果,也是博格华纳满足、国做出贡献。他还说,这样最主要的目的就是提升它的效率,降低它的功耗这个针对商用车(主水泵)的可变流量水泵,目前在欧美还处在小批应用阶段,在中国还处在项目探讨阶段。

目前中国商用车使用的主水泵基本都是机械水泵而且大多还是铸铁的,非常低端。近期通过与客户交流发现,他们对电子水泵、可变流量水泵还是有需求的;只是要推广起来需要他们接受带来的“溢价”;就像当初,华纳圣龙推广电控硅油风扇离合器时,也曾经遇到很大障碍,但现在很多厂家已把它作为标配。

……创造一个清洁、节能的世界,是博格华纳的追求。

我们相信,尽管受到新能源汽车的严峻挑战,但奋斗不息的内燃机汽车工业不会轻易退出历史舞台。

5  奋斗不息的内燃机汽车工业不会轻易退出历史舞台

 

(注:本文进一步介绍,请见《商用汽车》杂志)



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