新上市沃尔沃卡车上的“黑科技” 涡轮复合增压技术啥来头

前几天，沃尔沃全新一代FH、FH16、FM、FMX四大系列新车上市。卡车叠罗汉的宣传大片引得一众赞叹的同时，新产品所应用的“黑科技”也是大家关注的焦点。其中就包括D13TC涡轮复合增压。

什么是涡轮复合技术？

什么是涡轮复合技术呢？涡轮复合技术是利用动力涡轮从废气中提取额外的能量，提取的废气能量可以添加到发动机曲轴或转化为电能。

电涡流复合

如果动力涡轮输出轴通过机械机构连接到发动机的曲轴，则该技术通常称为机械涡轮复合。如果将动力涡轮机连接到发电机，则该技术称为电涡轮复合。

沃尔沃涡轮复合发展简述 

早在2002年-2006年，沃尔沃在欧洲推出过500马力的D12D型复合增压发动机，当时在效率和耐久性方面，表现不是很理想，后来随着更大排量的16L发动机的推出和新款13L的到来，该项技术暂时被搁置了。

沃尔沃北美公司于2016年底宣布D13TC发动机的到来，并声称燃油经济性提升了6.5％。与以前的发动机型号相比，燃油效率更高，输出功率增加了50hp（37kW）。2017年马克卡车推出了相同版本的MP8-TC。

根据资料显示，D13TC是涡轮增压技术的全新应用，克服了以前系统的一些缺点，早期系统只有在发动机处于满负荷和最大功率的情况下才能产生最高的效率。

2019年，北美沃尔沃推出了更新一代的复合增压发动机，燃油效率比之前的D13TC提高了3%。新闻消息显示与15款的车型相比，新发动机最高可以多达11%的燃油消耗。新机器计划2020年第一季度末投入生产。而这款发动机应该也就是沃尔沃新车上所搭载的产品了。

新发动机提供三种驱动模式，带有动态扭矩控制、还配有专利技术的波浪状活塞，这技术可以让燃料更加充分燃烧，压缩比从17：1提高到18：1,并将气缸内的烟灰减少90%，进一步提高燃油效率。

100多年前的概念 最早应用于飞机

复合式发动机的最初设想，是在1905年由瑞士一位工程师阿弗雷德·比西提出的，他设想把曲轴延长后连接的涡轮与空压机组合，同时提出现在的涡轮增压与复合式发动机。

1948年，美国海军向莱特风机发动机公司发出第一份涡轮增压复合发动机订单。而第一个采用动力回收涡轮进行测试的的飞机引擎是劳斯莱斯Crecy。

复合式发动机正式投入使用是在二战后的1952年，采用轻型增压复合式莱特R3300航空发动机，功率达到3400hp。其活跃在最后一批往复式航空发动机的舞台，洛克希德·星座、道格拉斯DC7等飞机上。为了把涡轮的高速旋转平稳的传递给曲轴，采用了液压联轴节。这个也成了后来各国试制复合式发动机效仿的方式。同样的还包括Napier Nomad飞机发动机。后来，涡轮复合航空发动机很快就被涡轮螺旋桨和涡轮喷气发动机所取代。

所以说复合涡轮增压不算是一个新发明，除了航空也在船用发动机也已经尝试了多年，当然在恒速船用柴油机上运行的方法并不能适应严苛的公路运输。不过世界各企业也没用停止在商用车上的钻研和尝试。

日野首次采用CVT传动 

60年代中期，三菱重工开始研发10ZF V10两冲程柴油机，该机器在世界上二冲程坦克柴油机中是唯一采用风冷方式的。1969年10月正式定型，型号为10ZF22WT，成为74式坦克的动力。

上世纪80年代，五十铃和日野针对绝热发动机展开了竞争，针对排气能的利用，日野通过涡轮把动力传递给曲轴，而五十铃则尝试运转超高转速的发电机，把能量作为电力来提取。

1987年在东京汽车博览会上，日野展出了绝热复合式发动机，该发动机燃烧室半绝热，气缸周围无冷却，曲轴轴承为陶瓷制滚柱轴承。需要指出的是日野是世界上第一个在复合增压传动系统上采用CVT传动的，消除了液压损失，增加了效率。

康明斯和卡特彼勒的电动涡轮复合发动机

康明斯也一直在这项技术上探索。资料显示80年代的康明斯NH和V903发动机也采用了复合增压技术。其中采用复合增压的V903发动机用在赫赫有名的布拉德利战车上。前几年在康明斯总部参观时曾关注过其超级卡车项目的动力方案，其中提及的余热回收系统中也有此项技术的应用。

康明斯不仅仅是柴油机巨头，在增压技术上也是非常厉害的。后面要提及的斯堪尼亚以及沃尔沃D12D据说采用的增压器就是康明斯旗下霍尔赛特的产品。

上世纪作为北美公路车柴油机的一大巨头，卡特彼勒在80年代中后期也有过复合增压的技术。面对21世纪的挑战卡特比勒研发了电动涡轮复合发动机。虽然也是使用涡轮增压器轴从废气中提取动力，取力装置是由位于涡轮机和压缩机之间的小型发电机来完成。其宣布的油耗降低约为3％到5％，最高可达10％。不过后来的故事大家都比较清楚，卡特退出了公路车柴油机市场。

底特律DD15和依维柯科索13L

在福伊特的官网上，我们可以看到福伊特为搭载在福莱那卡斯卡迪亚卡车上的DD15柴油机提供的增压复合部件，凯斯纽荷兰 4×4拖拉机所使用的依维柯科索13 TCD发动机也采用了福伊特提供的传动部件。当然还包括沃尔沃和马克。

当年底特律DD15发动机携带一身黑科技登场，其中就包括增强共轨燃油喷射系统（ACRS）涡轮复合系统，增压器可以将约50马力的动力泵回传动系统，这两项技术使得DD15扭矩响应比之前60系列发动机高出75%，意味着在1.5S内可以迅速达到峰值扭矩。

液力传动机构

福伊特官网显示，自2013年起，重型商用车将逐步引入Euro 6。这意味着严格得多的排放法规。福伊特涡轮复合系统可帮助发动机制造商达到以下极限值：燃油消耗和二氧化碳排放量最多可减少3％。

斯堪尼亚 最早在欧洲上市应用

1987年9月份，斯堪尼亚推出了11L发动机涡轮增压复合技术原型机，功率为400马力。经过进一步优化，搭载这款发动机的R113.400牵引车在1990年11月份首次亮相，这也让斯堪尼亚这款车成为当时欧洲首款采用涡轮复合发动机的卡车。

这款发动机配置了博世电子柴油控制系统（EDC），并且匹配了斯堪尼亚最新的GRS900变速箱和R770单减速后桥传输。

涡轮复合单元位于发动机右侧飞轮上方，并在发动机以全功率和满负荷运行时收集其大部分自由能。资料显示涡轮增压的11升发动机将其效率提高到了的46％，并且还将其单位燃料消耗降低了5g / kWh，降至186g / kWh。

机械涡轮复合已经在柴油发动机中用于各种应用已经有几十年的历史了。资料显示在北美，2011年和2012年售出的新型重型公路发动机中有10％具有涡轮复合技术，但到了2015之后，这一数字降至2％。不过美国环保署估计，到2027年这项技术的渗透率将再次达到10％。

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