车辆的效率一直是其设计的一个重要方面,更是今天油价继续上涨,而排放法规越来越严格。尤其交通行业已经认识这个因为显著的效率工具如何影响到公司的底线。据美国的能源部门(DOE), 8类卡车运输大约69%的所有货运吨位和使用在美国超过20%的燃料消耗

2010年,美国能源部的车辆技术程序启动SuperTruck程序,DOE-funded行业成本分享项目。五年计划的目标是设计一个重型卡车类8演示了一个整体运输效率提高50%以铁路部门每加仑。总车辆,以确保有改善,30%的效率必须来自于拖拉机和拖车,而另20%应来自引擎。随着整体效率,每辆车的引擎需要显示50%制动热效率以及道路制动热效率为55%。

2010年1月,美国能源部授予三个成本分享项目Cummins Inc ., Navistar公司和戴姆勒卡车北美LLC。沃尔沃集团在2011年6月加入了SuperTruck项目。

康明斯

康明斯公司,哥伦布,是第一个公司参与SuperTruck程序。虽然康明斯团队领导,公司密切合作与Peterbilt汽车有限公司丹顿,TX,以及各种零部件供应商开发一个完全集成的车辆。

斯科特•Newhaus产品开发助理总工程师负责Peterbilt SuperTruck项目,说做一个像这样的项目是令人兴奋的,因为它是整个汽车。“不仅仅是拖拉机,这不仅仅是发动机,“Newhaus说。“这是整个系统一起工作,这对我们来说真的是件很兴奋的事情。”

负责车辆的引擎系统,康明斯一直在与莫迪恩制造。有限公司,拉辛,WI,开发一种废热回收系统来提高效率。refrigerant-based系统从各种来源收集余热,如涡轮增压器或后处理系统,扩展了收集热量穿过涡轮发动机保持凉爽。

康明斯正在进一步优化引擎通过减少寄生泵功率,以及增加发动机的涡轮增压器的效率通过观察燃烧过程。

改进后处理系统将确保该系统才能更好的清理氮氧化物(氮氧化物),以满足排放法规,康明斯的原则研究员David Koberlein说SuperTruck程序。

改进从Peterbilt包括减少负载通过使用较轻的重量的材料,如铝。调整空气动力的拖拉机和拖车也在努力减少车辆的阻力。Peterbilt正在与德尔福,特洛伊,MI,固体氧化物燃料电池(SOFC)空闲管理。附加技术包括一个先进的传播由伊顿公司,安阿伯市,以减少能量损失通过转移过程以及驱动显示。Newhaus说司机显示器将是一个重要的难题,“确保(司机)与车辆知道发生了什么以及如何与车辆反应获得的最大效率。“作为团队的最终用户合作伙伴,美国Xpress的查塔努加TN,提供反馈SuperTruck的技术是否会对客户有价值的商业投资。

体重增加与新技术改善排放和燃料的性能。Vinod Dugul康明斯的顾问说,整个团队正在努力减少车辆总重量通过使用新技术和材料。Peterbilt Newhaus说体重不再是一个问题,尽管优化是一个持续的过程。

集成所有的组件和系统也提出了一些挑战。然而,韦恩Eckerle研究和技术副总裁康明斯,指出,整体大于部分之和。从事整车立刻让优秀的系统集成。如果每个系统是单独工作,团队无法得到需要的结果满足项目的目标。

Koberlein说到目前为止,球队有望与美国能源部,设定的目标,甚至超过他们。“发动机效率是相当成功的,”Dugul说。“我们有我们的新卡车的技术,我们要花2012年的整体改进,证明我们的目标满足货运效率大于50%。”

戴姆勒

戴姆勒卡车北美,波特兰,或参与了项目的利用其研发活动和先进的效率技术的加速发展,先进的工程高级经理德里克Rotz说。“SuperTruck提供了融资平台,研究高风险,高回报的技术可能不被可能的调查,“Rotz说。工作与戴姆勒底特律柴油机,底特律,MI,谁会把发动机的专业知识,以及一些国家实验室和工业合作伙伴。

Rotz指出,作为戴姆勒的综合方法,改善外部空气动力学,使用较轻的重量的材料和低滚动阻力轮胎正在接受调查。在引擎方面,团队将研究寄生损失,发动机控制和废热回收系统来提高效率。

减少parasitics-engine力量用于驱动发动机以外的东西,比如水将是提高运输效率的关键,说凯文•Sisken Manager-Technology程序和分析在底特律柴油。Sisken说任何减少电力需求增加额外的设备提供了一个可用的发动机功率,“直接相关的发动机和车辆燃料消耗水平。”

其他引擎系统改进包括预测发动机控制和一个两步的潜在使用活塞碗。预测控制将使发动机保持在其最佳燃油经济性地图时不同的速度和负载之间的过渡,Sisken说。两步活塞碗,碗改变燃料混合和燃烧过程中与空气相互作用。“有明显的复杂性和权衡在燃烧过程中,“Sisken说,“[和]两步活塞已经显示出积极的权衡对燃油经济性和排放在台架测试。“通常,快速燃烧可以提供良好的燃油经济性,但导致增加氮氧化物。与两步活塞碗有机会提供增加的燃油经济性不增加温室气体排放。

也在调查中使用混合动力动力系统有助于提高效率,恢复制动能量和减少工作懒懒的系统。高电压电池提供电能的载体系统时使用卡车运动,诸如气候控制,防止发动机空转和生产更多的排放。戴姆勒正在调查使用固体氧化物燃料电池减少闲置(参见侧栏上pg.14)。原型的混合动力系统和固体氧化物燃料电池集成到一个功能的车辆,以确定哪些闲置还原技术将是最适合的。

设计和集成到一个车辆的各种技术并不容易。Rotz说技术原因的复杂性和新奇的技术不确定性,需要严格的测试。”项目的本质力量工程师工作以来的舒适区以外几乎没有部落知识,可以得出,“Rotz说。

尽管挑战,Rotz说戴姆勒正在实现项目的目标。大部分工作迄今为止理论分析通过可能的车辆和发动机系统建模与仿真。Rotz说系统设计、台架测试和行车测试现在发生来验证理论分析的效率和性能。

Navistar

作为原则调查员的团队,Navistar Intl。Corp .的IL,负责发动机和整车开发以及车辆集成。公司正在与九个行业合作伙伴,如罗伯特博世有限责任公司(博世),希尔斯,MI,将开发高压SuperTruck燃料系统。先进的汽车技术总监丹尼斯Jadin Navistar SuperTruck项目工程师主管,说Navistar目前的柴油发动机运行在2200年到2500年的酒吧。然而,博世将提供一个燃油系统压力达2900条,Jadin说这是必要的程序的实现效率目标。

为了满足制动热效率55%目标,Navistar一直在与阿贡国家实验室,阿贡,IL,双燃料技术。系统使用汽油喷射发动机操作和柴油的某些领域。Jadin说轻负载通常是解决汽油、重负荷柴油和两者的混合燃料时必要的。

进一步引擎的改进将包括燃烧优化通过使用高压燃油系统和余热回收系统动力卡车的各种电子产品。废热回收的Navistar正在调查两种方法,说Jadin;电动涡轮复合和有机郎肯循环(兽人)。电动涡轮复合使用废热旋转涡轮的发动机连接到发电机产生电能。电转化成有用的马力和放回操作引擎轴卡车的电动马达。兽人,另一方面,需要排气热量和沸腾流体通过换热器排气。沸腾的液体和蒸汽通过一个喷嘴和移动机械装置把轮机和一个发电机联接起来。

Jadin说这些废热回收方法配合电动机帮助创建混合动力技术Navistar将使用的卡车。混合驱动电动机和发电机坐在发动机和完全消除需要传播。说:“这都是电动Jadin。他继续系统旨在逐步加快卡车40英里/小时电力,一旦被卡车撞到路的速度(55英里每小时)柴油引擎将接管。许多车辆的电气配件,,如动力转向和空调节省发动机功率。

虽然混合动力技术提供了很多好处,这些好处可以取消他们带来的额外重量。“混合可能带来10到15%的改善燃油经济性,“Jadin说,“但它带有一个点球的重量,增加超过2000磅。”他说这潜在的体重必须牢记,这样每加仑铁路部门不受影响。为了抵消额外的体重,Navistar是使用更多的铝;特洛伊和峰值,Inc ., MI,将提供一个更轻重量后轮传动,拖拉机转向架和盘式制动器。

彻底改革卡车驾驶室的形状和拖车已经提出了空气动力学改进,包括使用更多的燕尾和裙子。一种方法,将提供一个大的改进将通过使用一个移动的第五轮。连接到框架,车轮身体向前移动卡车拖车18英寸消除出租车和拖车之间的差距。当车辆进入市区,放慢速度,车轮自动增加的差距。整个第五轮系统是自动的,不需要驱动程序的干预。

根据Jadin,程序的最大挑战之一是商业化。虽然效率目标,创造商业上可行的产品。他说,团队打算添加SuperTruck接近2000的新技术,这为客户在真实的场景中,成本将会非常高昂。“技术工作和技术最终商业化可能是两件不同的事情,”Jadin说。准备新技术和优化成本和包装是很困难的,往往需要数年时间。“这些技术,我们验证可能不会看到生产直到2020年,“他说。

然而,参与这个项目帮助优先生产技术。“这是伟大的,美国能源部给了我们一个路径评估[技术],“Jadin说。郎肯循环,例如,是昂贵的,复杂的,使用的液体是很难处理,但Jadin Navistar继续调查技术进一步说,复杂性可能会开始减少。程序还允许该公司推进技术,以前的书搁置,并将其投入生产在2014年至2017年之间,有些与即将到来的美国环境保护署(EPA)的温室气体(GHG)的立法。

Navistar团队仍在许多模拟、实验室和测功器测试SuperTruck技术。Jadin说团队大约有一半通过这个阶段和测试表明他们是制动热效率达到50%的货运效率和55%的目标。Jadin说改进将提高燃油经济性6%大约5或6英里每加仑7.5到9英里每加仑。他说,燃油经济性测试即将开始,团队”是一个很好的途径来达到我们的目标在未来几年。”

沃尔沃

沃尔沃集团,哥德堡,瑞典,2011年6月加入SuperTruck程序。帕斯卡Amar、高级项目经理负责沃尔沃的参与这个项目,说被参与这样的项目能使参与者定义技术可行的生产以满足法规以及客户需求。“与乘用车领域,大量可以支持重大车辆示范和开发、重型演示车辆的成本非常高昂,所以最可行的技术已经实现在生产汽车,“阿玛说。

货运翼Inc .、西雅图、佤邦,是许多行业合作伙伴与沃尔沃合作,将空气动力学改进卡车拖车。三点货运翼打算利用其最新进展和裙子以及做出调整以预告片的形状和大小来帮助提高效率。格罗特产业,麦迪逊,提供平面和灵活的标志灯能耗降到最低并拖动阻力。艾玛尔说格罗特也在考虑潜在的线束进一步受益于照明电力需求减少。

轻质材料的使用,完成车辆空气动力学优化两个改进车辆的外观。在内部,阿玛说,沃尔沃将调查几个技术包括动力系统废热回收,引擎”downspeeding”,并减少了动力传动系统摩擦和寄生损失。高级驾驶员辅助系统(ADAS)将使用,阿玛说,证明他们的能力来帮助提高货运效率。

像许多其他的团队参与SuperTruck计划,沃尔沃是评价混合动力技术的使用,但只作为辅助电源运行系统,如热或空调在一夜之间休息时间。阿玛说,混合动力技术没有被考虑车辆的其他方面,因为它不会提供所需的净效率改进计划。他指出,杂交效率可以提供柴油车辆频繁停止或闲置,但因为这通常不是如此类8卡车,混合的路要走。

阿玛说,使用仿真软件一直在重要决定哪些技术利用卡车设计。“虽然模拟可以方便设计工作,他们将发挥核心作用在确保选择正确的技术方案,”他说。模拟使团队评估许多概念和组合。“模拟也为我们提供了一个虚拟测试车辆,我们可以修改,顺利完成了项目的早期阶段。这将有助于指导我们同时通过校准所有系统的具有挑战性的任务,”阿玛说。

据阿玛,Volvo-led团队正在实现50%的货运效率目标设定的能源部。