沃爾沃“可替代能源”重卡三重奏

余景宏/編譯

沃爾沃在“可替代能源”重卡開發(fā)方面一直走在行業(yè)前列。本文對其使用FE混合動力、FM甲烷-柴油雙燃料和FH生物二甲醚3類“可替代能源”的重卡進(jìn)行了簡要介紹，向讀者展現(xiàn)了其在“可替代能源”方面的最新成果。該文對中國汽車及能源產(chǎn)業(yè)具有極為重要的參考價值。

在“可替代能源”重卡開發(fā)方面，瑞典沃爾沃公司一直走在行業(yè)的前列，很早就推出了FE混合動力和FM天然氣(甲烷)-柴油雙燃料重卡，如今又正式推出了以生物二甲醚為燃料的FH系列重卡。其中，F(xiàn)E混合動力系列為26 t以下級別的重卡，而FM和FH系列則屬于40 t級別的重卡。表1為3款使用以上“可替代能源”的重卡的主要參數(shù)及配置。(本文“重卡”包括了用于載貨、牽引的重型卡車及其改裝的重型專用汽車——編者注。)

FE混合動力重卡

2011年7月，沃爾沃的FE混合動力重卡開始小批量投產(chǎn)，其主要面向城市服務(wù)用車市場，如用于市區(qū)配送(如圖1)和垃圾清運等工作。車輛總質(zhì)量18～26 t。

表1 沃爾沃3款使用不同可替代燃料的重卡主要參數(shù)及配置

沃爾沃F E混合動力重卡采用并聯(lián)混合動力技術(shù)，可以同時或單獨使用柴油機和電動機輸出動力，實現(xiàn)2種動力源之間的自由切換。該驅(qū)動系統(tǒng)由一臺7.2 L的D7F發(fā)動機(功率有221 kW和250 kW 2種選擇)和一臺120 kW的驅(qū)動電機并聯(lián)組合而成。其中，柴油機針對混合動力系統(tǒng)進(jìn)行了專門的調(diào)校，并配備了起停裝置(主要應(yīng)用于垃圾清運車)。其驅(qū)動電機的動力來源是一套包含各種附件的鋰離子電池組，自質(zhì)量可達(dá)580 kg，其中電池組(包)的質(zhì)量約230 kg。電池組可以在發(fā)動機(車輛)制動時處于充電狀態(tài)，進(jìn)行能量回收。通常而言，最好是將發(fā)動機制動控制桿一直設(shè)置在“1”位置，當(dāng)松開制動踏板時，驅(qū)動電機就會進(jìn)行最大限度的能量回收。在實際運行中發(fā)現(xiàn)，這一級別的制動效果與采用緩速器的制動效果相當(dāng)。

其駕駛室內(nèi)顯示屏上顯示的柱狀進(jìn)度表具有非常直觀的實際作用，如圖2所示。一旦啟動了發(fā)動機制動，就會顯示出所獲得能量的大小，而當(dāng)踩下制動踏板則會顯示出所能施加的能量潛力。

而在車輛起動過程中，F(xiàn)E混合動力重卡僅僅依靠驅(qū)動電機就能緩慢地驅(qū)動(如圖3)，而且?guī)缀鯖]有什么噪聲。通過儀表臺上的一個蹺板開關(guān)(如圖4)，可以在車輛行駛過程中切換成純電動驅(qū)動模式。不過在短暫的怠速之后會重新交由柴油機來驅(qū)動，以避免頻繁開關(guān)導(dǎo)致發(fā)動機損壞。在電驅(qū)動模式下，大約可以行駛1 km，在電池完全放電之前，柴油機會重新接入。電池容量會隨著時間而有所消減，其使用壽命大約為6年。為了避免損壞電池，駕駛員最好不要頻繁使用純電驅(qū)動模式，每個工作小時內(nèi)不要超過8次，這可以通過一個相關(guān)軟件來監(jiān)控。

在節(jié)能減排方面，F(xiàn)E混合動力卡車可減少CO2排放量達(dá)15%～20%。而在混合動力垃圾清運車中還安裝了電動壓縮機，最高可節(jié)省燃油30%左右。雖然沃爾沃方面并未公布FE混合動力系列垃圾清運車的具體價格，但據(jù)初步估算，價位應(yīng)該為傳統(tǒng)FE系列車型的2倍左右。

FE混合動力重卡現(xiàn)已銷往13個歐洲國家，但從長期發(fā)展來看，可能會根據(jù)需求而擴大銷售市場。由于需要定制生產(chǎn)，所以FE混合動力重卡將在規(guī)定車型內(nèi)限量生產(chǎn)。

FM天然氣(甲烷)-柴油雙燃料重卡

FM天然氣(甲烷)-柴油雙燃料重卡靠天然氣和柴油驅(qū)動(如圖5)，此種雙燃料重卡燃料箱之一存放著低溫液態(tài)天然氣(LNG)，圖6為LNG燃料箱。在正確操作下，280 L的燃料箱僅需1.5 min就能加滿(如圖7)。此外，甲烷比柴油還不易燃，所以泄漏風(fēng)險比柴油低。使用甲烷作為燃料，可以減少對環(huán)境和氣候的影響。(天然氣是地下開采出的以甲烷為主的可燃?xì)怏w——編者注。)

駕駛這種40 t的天然氣(甲烷)-柴油雙燃料重卡與駕駛傳統(tǒng)車輛沒有什么區(qū)別。13 L的460 PS發(fā)動機在使用天然氣(甲烷)時同樣能夠輸出與使用柴油相同的轉(zhuǎn)矩，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速＜1100 r/min時，輸出轉(zhuǎn)矩的曲線降落得比較快，動力略微弱些。對于FM天然氣(甲烷)-柴油雙燃料重卡而言，最佳最速范圍最好是在1100～1400 r/min之間，這點十分適合在高速公路上作長途運輸。另外，相對柴油驅(qū)動而言，采用天然氣(甲烷)作燃料時，發(fā)動機噪聲會相對小很多。

據(jù)沃爾沃的估計，在英國后期改裝成這種天然氣(甲烷)-柴油雙燃料的車輛有很多，大約占1/2，而出自沃爾沃原廠的改裝比例更高，達(dá)到75%。在瑞典和英國這2個最早使用天然氣(甲烷)-柴油雙燃料車輛的國家，當(dāng)?shù)卣畬@種天然氣(甲烷)-柴油重卡非常支持，稅收上按照歐Ⅴ的車輛來進(jìn)行征收。此外，沃爾沃改裝的雙燃料重卡的儀表臺上有一個二極管指示燈(如圖8)，用來提醒駕駛員氣罐的儲氣量以及驅(qū)動模式，其他地方幾乎看不出改裝過的痕跡。

FM天然氣(甲烷)-柴油雙燃料重卡的續(xù)駛里程為500 km，這就需要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和氣體供應(yīng)方面提供保障。在液化天然氣(LNG)基礎(chǔ)設(shè)施相對完善的荷蘭、英國和瑞典，沃爾沃的這種天然氣(甲烷)-柴油雙燃料重卡很受人們的歡迎。2012年，公司預(yù)計增產(chǎn)至400輛，并拓展市場銷售。

FH生物二甲醚重卡

二甲醚作為一種清潔能源，其原料來源十分廣泛，可以從煤、天然氣和生物質(zhì)中提取。沃爾沃所應(yīng)用的二甲醚燃料是從紙漿廠的“黑液”(black liquor)中提取而成(如圖9)。“黑液”是指在硫酸鹽法或燒堿法制紙漿過程中，洗滌蒸煮后紙漿的洗滌液。以瑞典一紙漿廠為例，紙漿生產(chǎn)中產(chǎn)生的“黑液”所制成的二甲醚可以取代當(dāng)下瑞典所有道路運輸所用柴油的1/2。歐盟預(yù)計，截至2030年，生物二甲醚將可以替代目前重型商務(wù)運輸所需柴油的1/2。

相比柴油，二甲醚可以減少95%的CO2排放，對大氣、環(huán)境的污染和臭氧層的破壞程度相應(yīng)降低。此外，二甲醚還具備燃燒效率高、燃燒時不產(chǎn)生煤煙顆粒、排放的微粒和氮氧化物少等特點。其作為一種新型、清潔的車用燃料，被看作是柴油、CNG的優(yōu)秀替代品。

應(yīng)用二甲醚作為燃料的車輛，需先對發(fā)動機控制系統(tǒng)和燃料油路進(jìn)行優(yōu)化改造，避免產(chǎn)生氣孔。因為二甲醚與柴油不同，不具備潤滑特性，因此需要使用添加劑。應(yīng)用二甲醚燃料的車型駕駛起來與普通柴油車沒什么區(qū)別，只不過發(fā)動機起動過程會略微長些，燃油濾清器也要經(jīng)常進(jìn)行更換。其發(fā)動機采用的是德爾福公司提供的燃料共軌噴射系統(tǒng)(如圖10)，取代了普通FH柴油系列車型上所使用的泵嘴一體式系統(tǒng)，再配上廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和氧化催化還原裝置，可以滿足歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于燃料的噴射壓力降低了，最大只有400 bar，因此發(fā)動機的噪聲也下降了很多。

沃爾沃公司為了測試二甲醚的這些優(yōu)勢，許多應(yīng)用生物二甲醚作為燃料的FH系列卡車已在瑞典投入常規(guī)運營，圖11為運行中的FH440二甲醚重卡。該試驗將會持續(xù)到2012年底，屆時會有一份全面的評估報告來決定未來的發(fā)展方向。