新上市沃爾沃卡車上的「黑科技」 渦輪複合增壓技術啥來頭

前幾天，沃爾沃全新一代FH、FH16、FM、FMX四大系列新車上市。卡車疊羅漢的宣傳大片引得一眾讚嘆的同時，新產品所應用的「黑科技」也是大家關注的焦點。其中就包括D13TC渦輪複合增壓。

什麼是渦輪複合技術？

什麼是渦輪複合技術呢？渦輪複合技術是利用動力渦輪從廢氣中提取額外的能量，提取的廢氣能量可以添加到發動機曲軸或轉化為電能。

電渦流複合

如果動力渦輪輸出軸通過機械機構連接到發動機的曲軸，則該技術通常稱為機械渦輪複合。如果將動力渦輪機連接到發電機，則該技術稱為電渦輪複合。

沃爾沃渦輪複合發展簡述

早在2002年-2006年，沃爾沃在歐洲推出過500馬力的D12D型複合增壓發動機，當時在效率和耐久性方面，表現不是很理想，後來隨著更大排量的16L發動機的推出和新款13L的到來，該項技術暫時被擱置了。

沃爾沃D12D發動機

沃爾沃北美公司於2016年底宣布D13TC發動機的到來，並聲稱燃油經濟性提升了6.5％。與以前的發動機型號相比，燃油效率更高，輸出功率增加了50hp（37kW）。2017年馬克卡車推出了相同版本的MP8-TC。

沃爾沃D13TC

根據資料顯示，D13TC是渦輪增壓技術的全新應用，克服了以前系統的一些缺點，早期系統只有在發動機處於滿負荷和最大功率的情況下才能產生最高的效率。

馬克的MP-8發動機

2019年，北美沃爾沃推出了更新一代的複合增壓發動機，燃油效率比之前的D13TC提高了3%。新聞消息顯示與15款的車型相比，新發動機最高可以多達11%的燃油消耗。新機器計劃2020年第一季度末投入生產。而這款發動機應該也就是沃爾沃新車上所搭載的產品了。

新發動機提供三種驅動模式，帶有動態扭矩控制、還配有專利技術的波浪狀活塞，這技術可以讓燃料更加充分燃燒，壓縮比從17：1提高到18：1,並將氣缸內的菸灰減少90%，進一步提高燃油效率。

100多年前的概念 最早應用於飛機

複合式發動機的最初設想，是在1905年由瑞士一位工程師阿弗雷德·比西提出的，他設想把曲軸延長後連接的渦輪與空壓機組合，同時提出現在的渦輪增壓與複合式發動機。

1948年，美國海軍向萊特風機發動機公司發出第一份渦輪增壓複合發動機訂單。而第一個採用動力回收渦輪進行測試的的飛機引擎是勞斯萊斯Crecy。

道格拉斯DC7

複合式發動機正式投入使用是在二戰後的1952年，採用輕型增壓複合式萊特R3300航空發動機，功率達到3400hp。其活躍在最後一批往復式航空發動機的舞臺，洛克希德·星座、道格拉斯DC7等飛機上。為了把渦輪的高速旋轉平穩的傳遞給曲軸，採用了液壓聯軸節。這個也成了後來各國試製複合式發動機效仿的方式。同樣的還包括Napier Nomad飛機發動機。後來，渦輪複合航空發動機很快就被渦輪螺旋槳和渦輪噴氣發動機所取代。

所以說複合渦輪增壓不算是一個新發明，除了航空也在船用發動機也已經嘗試了多年，當然在恆速船用柴油機上運行的方法並不能適應嚴苛的公路運輸。不過世界各企業也沒用停止在商用車上的鑽研和嘗試。

日野首次採用CVT傳動

60年代中期，三菱重工開始研發10ZF V10兩衝程柴油機，該機器在世界上二衝程坦克柴油機中是唯一採用風冷方式的。1969年10月正式定型，型號為10ZF22WT，成為74式坦克的動力。

三菱重工的10ZF22WT

上世紀80年代，五十鈴和日野針對絕熱發動機展開了競爭，針對排氣能的利用，日野通過渦輪把動力傳遞給曲軸，而五十鈴則嘗試運轉超高轉速的發電機，把能量作為電力來提取。

1987年在東京汽車博覽會上，日野展出了絕熱複合式發動機，該發動機燃燒室半絕熱，氣缸周圍無冷卻，曲軸軸承為陶瓷製滾柱軸承。需要指出的是日野是世界上第一個在複合增壓傳動系統上採用CVT傳動的，消除了液壓損失，增加了效率。

康明斯和卡特彼勒的電動渦輪複合發動機

康明斯也一直在這項技術上探索。資料顯示80年代的康明斯NH和V903發動機也採用了複合增壓技術。其中採用複合增壓的V903發動機用在赫赫有名的布拉德利戰車上。前幾年在康明斯總部參觀時曾關注過其超級卡車項目的動力方案，其中提及的餘熱回收系統中也有此項技術的應用。

康明斯不僅僅是柴油機巨頭，在增壓技術上也是非常厲害的。後面要提及的斯堪尼亞以及沃爾沃D12D據說採用的增壓器就是康明斯旗下霍爾賽特的產品。

上世紀作為北美公路車柴油機的一大巨頭，卡特彼勒在80年代中後期也有過複合增壓的技術。面對21世紀的挑戰卡特比勒研發了電動渦輪複合發動機。雖然也是使用渦輪增壓器軸從廢氣中提取動力，取力裝置是由位於渦輪機和壓縮機之間的小型發電機來完成。其宣布的油耗降低約為3％到5％，最高可達10％。不過後來的故事大家都比較清楚，卡特退出了公路車柴油機市場。

底特律DD15和依維柯科索13L

在福伊特的官網上，我們可以看到福伊特為搭載在福萊那卡斯卡迪亞卡車上的DD15柴油機提供的增壓複合部件，凱斯紐荷蘭 4x4拖拉機所使用的依維柯科索13 TCD發動機也採用了福伊特提供的傳動部件。當然還包括沃爾沃和馬克。

當年底特律DD15發動機攜帶一身黑科技登場，其中就包括增強共軌燃油噴射系統（ACRS）渦輪複合系統，增壓器可以將約50馬力的動力泵回傳動系統，這兩項技術使得DD15扭矩響應比之前60系列發動機高出75%，意味著在1.5S內可以迅速達到峰值扭矩。

液力傳動機構

福伊特官網顯示，自2013年起，重型商用車將逐步引入Euro 6。這意味著嚴格得多的排放法規。福伊特渦輪複合系統可幫助發動機製造商達到以下極限值：燃油消耗和二氧化碳排放量最多可減少3％。

斯堪尼亞 最早在歐洲上市應用

1987年9月份，斯堪尼亞推出了11L發動機渦輪增壓複合技術原型機，功率為400馬力。經過進一步優化，搭載這款發動機的R113.400牽引車在1990年11月份首次亮相，這也讓斯堪尼亞這款車成為當時歐洲首款採用渦輪複合發動機的卡車。

這款發動機配置了博世電子柴油控制系統（EDC），並且匹配了斯堪尼亞最新的GRS900變速箱和R770單減速後橋傳輸。

渦輪複合單元位於發動機右側飛輪上方，並在發動機以全功率和滿負荷運行時收集其大部分自由能。資料顯示渦輪增壓的11升發動機將其效率提高到了的46％，並且還將其單位燃料消耗降低了5g / kWh，降至186g / kWh。

機械渦輪複合已經在柴油發動機中用於各種應用已經有幾十年的歷史了。資料顯示在北美，2011年和2012年售出的新型重型公路發動機中有10％具有渦輪複合技術，但到了2015之後，這一數字降至2％。不過美國環保署估計，到2027年這項技術的滲透率將再次達到10％。