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让发动机更节油环保,可给现有卡车加装,带您见识德国马勒的废热回收系统
2022-10-13 来源: 提加商用车网

为了面对越来越严峻的环保挑战,各国的下一阶段排放标准都箭在弦上,即将到来。欧洲有欧7,中国有国7。并且,各国的法律也对车辆的燃油消耗进行了限制。在种种严苛要求之下,种种驱动方案如雨后春笋般冒出。混动、电动、氢燃料电池等产品都屡见不鲜。不过在此之外还有一种方式,能让卡车柴油发动机的热效率大幅提升,从而达到降低油耗的效果。它就是:废热回收。

今天我们文章的主角是一台第四代FH 13 4x2牵引车,这台牵引车的动力系统十分特殊:它集成了德国马勒MAHLE开发的eWHR(electric Waste Heat Recovery)系统,官方中文将其称为电动废热回收系统。根据马勒集团的预测,在未来的很长一段时间内,柴油卡车的占有率都将处于高位。到2030年,还将会有79%的卡车采用柴油机驱动。因此,提升柴油机的效率就至关重要。

针对这种需求,马勒研发了eWHR电动废热回收系统。这款系统具备安装轻松、结构紧凑、体积轻巧等特点。在具体展开之前,我们先来看看马勒官方给出的这一系统工作原理。上图中不同数字代表不同的工序和部件,我们分开慢慢看。

序号1:发动机排气通过管道串联至序号2的蒸发器,高温尾气将在这里进行热交换。

序号2:蒸发器。蒸发器中装有低沸点工作介质,介质会在发动机高温尾气的热量下气化,进入下一道工序。

序号3:蒸发的工质气体沿此路线进入序号4的活塞膨胀机

序号4:在这里,工质气体将推动活塞膨胀机运转,输出动能,进行发电。

序号5:发电后的工质气体进入冷凝器,降温后转化为液态。

序号6:液体通过泵组重新进入序号2的蒸发器。

经过这几道工序,eWHR系统就实现了对尾气热量的回收再利用。回收之后的电能将接入车辆的48V电气系统,用来驱动电动机工作,和柴油机一起组成混动系统。总结来看,其实就是非常经典的朗肯循环,全系统最大能输出13千瓦的电力,只有尾气温度达到150度以上时才能正常工作。

马勒将这套系统封装在了一个体积很小的装置里,该装置的重量仅为150千克,一般安装在车辆的尾气后处理系统后方。由于其尺寸较小,马勒为其起了个很传神的名字:Boost BOX,中文官方名称是马勒聚能箱。

聚能箱的宽度为55厘米,长度为22厘米左右。在这台测试用的沃尔沃FH上,聚能箱占据了底盘右侧的部分空间。聚能箱外侧带有开孔,并覆盖有滤网,用于为内部提供新鲜空气,增强散热效果。

打开侧裙,先看到的就是一个大尺寸的主动散热风扇,该风扇用于给后方的冷凝器散热,让工质气体能够更快冷却,转回液态,重新投入工作循环使用。未来,马勒计划将风扇集成进系统内部,以此来提升散热效率,降低噪音。

在车架中间,安装了密密麻麻的电路系统。整套系统的工作电压为48V,车载设备除了废热回收系统之外,还有一台串联在发动机后方的电动机以及10个超级电容等杂七杂八的东西。超级电容的总容量约为500瓦时,用于给电动机提供能量。

驾驶室下方是一台标准的沃尔沃D13柴油发动机,输出460匹马力,搭配I-Shift12档变速箱使用,屡见不鲜的动力链搭配。

电动机的布置则较为特别,它并不是串联在发动机之后,而是采用了偏心的布置,安装在发动机旁,通过皮带传动来增强车辆动力。电动机功率为13千瓦。此外,还有21千瓦的版本可选。电动机主要是在起步、爬坡时启动,通过电动机的大扭矩来帮助车辆机动,降低燃油消耗。

电动机下方就是发动机的排气管了。为了防止高温排气影响电动机和皮带寿命,马勒在排气管上增添了一层隔热材料。

主驾驶侧的储物箱内装满了超级电容系统,10组超级电容共提供500瓦时电量

而副驾驶侧的储物箱内则安装了蓄电池以及其他的电路系统

内饰方面,车辆取消了卧铺,转而用来安装工作台和座椅。由于这套废热回收以及混动系统的附加设备占据空间较大,降低了驾驶员的生活便利性。毕竟,床下储物箱至关重要。

电路系统总开关安装在副驾驶座椅右下方

在标准内饰的基础上,马勒为车辆增添了一台安卓平板,用来实时显示eWHR系统的工作状态、输出功率等诸多信息。

平板上将会实时显示电能的输入和输出功率,帮助驾驶员更好了解车辆工况。在上图中,也可以看到电动机的独特布置。

说完这些,我们就来说说eWHR系统的安装方式吧。eWHR系统的主机非常紧凑,可以在维护车间里方便的拆装。

安装完成之后,工人会将eWHR系统和车辆的排气管串联在一起。之后,机械部分的安装就宣告完成了。这种安装方式具有很强的灵活性,不仅可以在新型号的卡车上集成,也可以用来给老卡车改装。

根据马勒的实测,这套eWHR最多能够节省5%的燃油消耗。并且,每年每卡车能减少6吨的碳排放。随着未来开发,这套系统还具备更大的潜力。eWHR首次亮相于2018年的IAA车展,一套系统用于展示,另一套系统则投放在了中国进行道路测试。

根据马勒的计划,也许这套系统最终不会大规模量产推广,因为他们还无法确定未来的动力系统属性。他们的研发团队对技术抱开放态度,力图在未来努力实现二氧化碳中和。

标签: 商用车 重卡 马勒
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