康明斯15升发动机技术优势和应用场景解读

  随着时代发展，中国重型商用车发动机的排量、功率、扭矩都在持续攀升，9升300马力、10升400马力、11升460马力，目前已达到13升、600马力、2600牛米水平。当整个商用车行业都在讨论：13升发动机是否遇到天花板、15升是否有市场需求、是否要全线马力？等等问题时，最大680马力、3200牛米的康明斯15L国六柴油机在中国率先首发。这款大排量机型有何独特技术优势，15L动力未来的应用场景有哪些，商车邦将进行逐一解读。

  对于一款整车而言，应该要依据车辆实际运输场景来标定发动机的功率、扭矩、变速箱最高档的速比、后桥速比等，在满足动力性各项需求的同时，以保持最佳的经济性。根据重卡行业整车匹配工作经验总结：“扭矩为王，扭矩的重要性要大于功率。”发动机最大扭矩点在加速、爬坡当中经常用到。而发动机上限功率点使用场景：车速达到130km/h、发动机1900r/min，此时车辆处于极其危险的超速状态，车辆的振动会飞速增加，长时间以上限功率行驶会大幅度缩短发动机的寿命。同排量的发动机，能够最终靠标定来输出不同的功率和扭矩，但是功率大小与发动机常规使用的寿命之间的关系却鲜为人知。

  举一个最极端的例子：F1方程式赛车的发动机排量只有1.6升左右，通过涡轮增压、提高转速等技术压榨出1000马力的功率，这是典型的小马拉大车，但是这台发动机在超高负荷下的常规使用的寿命不超过20小时，通常比赛两场就要报废。反之，大马拉小车则会延长发动机寿命。

  15升发动机会不会成为未来的主流，先来统计分析一下15升发动机的应用场景。目前在欧洲的奔驰、曼恩、斯堪尼亚、沃尔沃都有15升或16升的发动机，主要使用在在三个使用场景：第一，高效物流运输，B10寿命超过200万公里以上；第二，大件运输；第三，特种车辆。具体发动机的型号和参数如下：

  何为高时效性，简易解释：相同的运输里程油耗最低，运输时间最短。目前很多冷链运输、快递运输的使用场景：全程高速，人停车不停，车辆行驶速度为89km/h（限速要求），每天行驶里程可超过1200公里，年行驶里程达到30万公里，油耗比同类车型略低。例如从乌鲁木齐到广州4200公里，65小时达到；哈尔滨到昆明，3800公里，72小时达到（有山路高速，限速80km/h）。高时效性物流车辆使用大排量大扭矩发动机的优势如下：

  1、节油。根据美国超级卡车节油路线：大马力大扭矩+直接挡+小速比车桥，转速每降低100转可节油1%。根据转速与速度计算公式，当重卡以80km/h速度巡航时，后桥速比为3.7，则转速为1509r/min；若后桥速比为2.7则转速为1101r/min，因此后者能比前者省油近4%。若使用15升发动机，则可以匹配2.2速比的后桥，则1000r/min最大扭矩点时就能达到89km/h。根据康明斯15升发布会上的技术介绍，其油耗可降低5%-10%，发动机热效率48%，这是目前成本和回报的最佳结合点。

  2、加速性能提升。加速性能分为起动加速、40 -80km/h加速、70 -90km/h加速三种情况。起动加速对于客户而言并不重要，通常司机都会慢慢加速以减少油耗与发动机损伤；40 -80km/h加速的工况是指车辆从高速公路匝道进入到主道后的加速，由于中国的高速公路匝道进入主道的加速段只有不到200米，很多事故就是前者加速不上来就并入主道，而后车没有及时减速避让导致严重的追尾事故。小排量发动机无法从40km/h加速到80km/h再并入主道，大排量发动机的优势很明显，因此客户非常看重40 -80km/h加速性能；70 -90km/h加速是指超车加速，根据高速公路行车要求，重型卡车必须在外侧车道行驶，如果前方遇见一个60-70km/h速度行驶的重卡，则极度影响了后车的行驶速度，很多重卡司机必须把握机会进入内侧车道进行超车，此时就需要70 -90km/h加速能力，一脚油门提速超过去，又不会长时间占用内侧车道。

  3、爬坡效率提升，提升平均速度。在平直道路上，11升发动机重卡也能跑到85km/h，但是一旦遇到上坡则要减速换挡，其平均行驶速度会一下子就下降。由于15升发动机储备功率已达到了100%（平路行驶只需要发挥300马力左右），司机爬坡前首先会加速冲坡，适当降低档位进行持续爬坡，车辆换挡次数降低40%，在山区行驶的平均速度可达到70km/h，提升了道路的通行率。很多山区高速堵车主要是因为重卡爬坡速度只有50km/h。目前在西南地区13升的发动机慢慢的变成了了主流，相信康明斯15升发动机上市之后，首先会在西南地区进行大量应用。

  4、缸内制动功率提升，在某些使用场景可取消液力缓速器。以康明斯15发动机为例，在1500转/分时可达到450制动马力，司机结合实际路况降低档位提高发动机转速，在1900-2000转/分时可达到612制动马力。这个制动功率已经与某些液力缓速器相当，可在非陡峭山路的路况下可以取消液力缓速器，降低整车成本2-3万元。假设15升的发动机比13升的发动机贵3-4万元，但是利用缸内制动取消液力缓速器，最终总成本只增加了1-2万元，客户能接受。另外在卖二手车时，15升发动机比小排量发动机会贵2-3万元，最终从TCO角度来计算，15升的发动机更具备竞争优势。

  目前国内只有陕汽、重汽、红岩等企业设计生产小吨位（100-150吨级，480-560马力）的大件车，而200吨级以上的大件车依然被欧洲品牌所垄断，其最大的问题是中国长期缺乏大排量发动机，以及液力变矩器等。目前自主品牌的小吨位大件车通常是大马力牵引车的加强版，13升发动机550马力，16挡手动变速箱，13吨双减驱动桥（工程车后桥），没有液力变矩器或液力耦合器，辅助散热系统，大功率液力缓速器等先进配置，就技术上的含金量而言还不能称为真正意义上的大件车。平路上运输没什么问题，但是在重载爬坡、重载半坡起步等，对发动机、离合器、变速箱的损伤极大，经常会造成离合器烧蚀现象，因此恶劣工况必然造成车辆的可靠性大幅度降低。欧洲大件车都匹配了大排量发动机，例如：250吨级的MAN TGX使用640马力、3000Nm的发动机；250吨级的奔驰新款Arocs使用630马力、3000Nm的发动机；350吨级的沃尔沃FH16使用750马力、3550Nm的发动机。大排量发动机能提高重载运输效率，目前在高速上运输200吨级的货物需要道路临时封闭，重载运输速度能达到40-50km/h，对高速公路封路时间会缩短。

  随着国内重点项目的持续推进，对大件车的需求依然很旺盛，因此中国大件车必然会迎来新一轮的技术升级，康明斯15升发动机的上市，未来将可以弥补国产大件车的发动机技术短板。

  特种车辆的发动机不仅要为底盘提供动力，并且要使用全功率取力器给上装提供动力，因此对发动机的功率和扭矩要求大幅度的提高。例如：机场消防车，其使用场景是高速重载，要求加速快、越野性（机场草坪高速行驶）、能驱动大功率水泵。目前，国内很多特种车辆大部分采用进口底盘，其价格高达200万元以上。中国自主品牌重卡必须要突破这些领域，急需康明斯15升这样的大排量发动机。

  根据分析可判断，在高效物流、大件车、特种车辆这三个领域，对15升大排量发动机都会有一定市场需求。康明斯15升发动机在国内首先上市，具有很强的示范和带动意义，预计国内重卡接下来将掀起新一轮动力升级。

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