在美國超級卡車2期項目中，康明斯實現(xiàn)了BTE 55% 發(fā)動機效率開發(fā)目標(biāo)。并與Peterbilt合作將BTE55%的發(fā)動機裝在測試車輛上，

Peterbilt 超級卡車2

基礎(chǔ)發(fā)動機本身采用了許多技術(shù)來提高效率和性能。

base Engine

除了基礎(chǔ)發(fā)動機外，超級卡車2的計劃是從一開始就將廢熱回收（WHR）設(shè)計到發(fā)動機中。WHR系統(tǒng)如下圖所示，并與Supertruck 1中使用的系統(tǒng)進行了比較。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)鍵是實施有利于開式循環(huán)效率、閉式循環(huán)效率、機械效率或廢熱回收的改進。

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

55% BTE Improvement Pathway

對與發(fā)動機制動熱效率相關(guān)的損失要素的理論潛力進行了評估。關(guān)鍵損失要素如下圖所示。

此外，還利用文獻檢索和之前的高效項目來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)代表了為實現(xiàn)55%而采用的技術(shù)。

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

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

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現(xiàn)的。挑戰(zhàn)在于實現(xiàn)閉式循環(huán)效率，同時實現(xiàn)開式循環(huán)和機械效率。

機械效率目標(biāo)是新發(fā)動機設(shè)計中提出的低摩擦目標(biāo)的關(guān)鍵焦點。將發(fā)動機旋轉(zhuǎn)和往復(fù)系統(tǒng)的損失降至最低，同時將冷卻液、潤滑油和燃油泵的功率損失降至最低是一個關(guān)鍵重點。依靠這些領(lǐng)域的改進，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)動機BTE目標(biāo)。為了實現(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)來實現(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、隔熱低傳熱渦輪機殼體和低傳熱活塞等。

通過50.5%的純發(fā)動機BTE和4.5%的WHR貢獻，實現(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下圖。

55% BTE Heat and Power Flows for WHR System