在美國(guó)超級(jí)卡車(chē)2期項(xiàng)目中，康明斯實(shí)現(xiàn)了BTE 55% 發(fā)動(dòng)機(jī)效率開(kāi)發(fā)目標(biāo)。并與Peterbilt合作將BTE55%的發(fā)動(dòng)機(jī)裝在測(cè)試車(chē)輛上，

Peterbilt 超級(jí)卡車(chē)2

基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)本身采用了許多技術(shù)來(lái)提高效率和性能。

base Engine

除了基礎(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)外，超級(jí)卡車(chē)2的計(jì)劃是從一開(kāi)始就將廢熱回收（WHR）設(shè)計(jì)到發(fā)動(dòng)機(jī)中。WHR系統(tǒng)如下圖所示，并與Supertruck 1中使用的系統(tǒng)進(jìn)行了比較。使用額外的熱交換器，如冷卻液蒸發(fā)器和混合冷卻器，廢熱回收系統(tǒng)的預(yù)期效益從Supertruck 1上交付的2.5%BTE提高到4%BTE。    

演示功率水平的考慮因素在很大程度上取決于WHR系統(tǒng)和可以包裝在車(chē)輛中的預(yù)期冷凝器尺寸。

Condenser Size Trade Off Study 

55%BTE演示這一成就的關(guān)鍵是實(shí)施有利于開(kāi)式循環(huán)效率、閉式循環(huán)效率、機(jī)械效率或廢熱回收的改進(jìn)。

確定并克服了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的許多挑戰(zhàn)，成功實(shí)現(xiàn)55%BTE的改進(jìn)分解如下圖所示。

55% BTE Improvement Pathway

對(duì)與發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)熱效率相關(guān)的損失要素的理論潛力進(jìn)行了評(píng)估。關(guān)鍵損失要素如下圖所示。

此外，還利用文獻(xiàn)檢索和之前的高效項(xiàng)目來(lái)尋找提高能力的選擇。    

創(chuàng)建了技術(shù)列表。綠色突出顯示的技術(shù)代表了為實(shí)現(xiàn)55%而采用的技術(shù)。

為開(kāi)式循環(huán)、閉式循環(huán)、機(jī)械效率和廢熱回收設(shè)定了目標(biāo)。

開(kāi)式循環(huán)效率目標(biāo)考慮了兩個(gè)主要因素：第一個(gè)是渦輪增壓器效率，第二個(gè)是渦輪入口溫度。下圖顯示了對(duì)高渦輪增壓器效率和渦輪入口溫度的需求。圖表上的黑點(diǎn)顯示了基礎(chǔ)渦輪增壓器選擇的起點(diǎn)。    

Turbo DP-Function of Turbo Efficiency & Turbine Inlet Temperature         

閉式循環(huán)效率基于先前旨在提高峰值閉式循環(huán)效益的工作。這項(xiàng)工作表明，CCE>53%是可能的，盡管這之前是在更高的功率水平下實(shí)現(xiàn)的。挑戰(zhàn)在于實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)開(kāi)式循環(huán)和機(jī)械效率。

機(jī)械效率目標(biāo)是新發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中提出的低摩擦目標(biāo)的關(guān)鍵焦點(diǎn)。將發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)和往復(fù)系統(tǒng)的損失降至最低，同時(shí)將冷卻液、潤(rùn)滑油和燃油泵的功率損失降至最低是一個(gè)關(guān)鍵重點(diǎn)。依靠這些領(lǐng)域的改進(jìn)，選擇了>95%MCE的目標(biāo)。

考慮到上述OCE、CCE和MCE目標(biāo)，設(shè)定了51%的僅發(fā)動(dòng)機(jī)BTE目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)55%的BTE，廢熱回收系統(tǒng)需要4%的BTE。

下圖中突出顯示的系統(tǒng)架構(gòu)為實(shí)現(xiàn)WHR 4%的目標(biāo)提供了途徑。    

Cummins SuperTruck II WHR Architecture.

利用歷史數(shù)據(jù)和計(jì)劃集成到55%BTE演示硬件中的技術(shù)套件，為能量平衡損失細(xì)分設(shè)定目標(biāo)。

低熱傳遞技術(shù)目標(biāo)是將熱量保留在最佳利用的地方，包括：

閉式循環(huán)效率（CCE）；

以高開(kāi)式循環(huán)效率（OCE）向渦輪增壓器輸送能量；

為WHR提供更高質(zhì)量的廢熱。

實(shí)現(xiàn)了BTE的改善、冷卻劑能量損失的減少和廢氣能量的增加。BTE的改進(jìn)提供了直接的好處，而提供更高渦輪增壓器渦輪能量和增加廢熱回收的更高質(zhì)量廢氣熱量的間接好處也很重要。    

55% BTE 低熱傳遞技術(shù)影響

采用了幾種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變，包括：低傳熱氣缸蓋、氣缸蓋熱障涂層、雙壁排氣歧管、隔熱低傳熱渦輪機(jī)殼體和低傳熱活塞等。

通過(guò)50.5%的純發(fā)動(dòng)機(jī)BTE和4.5%的WHR貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了55%的BTE目標(biāo)。

WHR系統(tǒng)的整體循環(huán)效率為11.2%，這反映了135.5kW熱輸入產(chǎn)生的15.2kW軸功率（shaft power）的功率輸出。WHR的熱量和功率流分解見(jiàn)下圖。

55% BTE Heat and Power Flows for WHR System