FPT工业公司XCursor 13天然气发动机背后的技术

XCursor 13 NG 适用于重型卡车和城际巴士应用（图片：FPT Industrial）

作为依维柯集团的成员，FPT Industrial 为集团旗下各部门生产发动机、变速器和车桥，同时也向第三方客户供货。其产品线涵盖公路和非公路应用领域，包括卡车、巴士和拖拉机，以及发电和船舶应用。

据公路产品组合经理安德烈亚·阿巴 (Andrea Abbà) 介绍，该公司目前提供一系列可使用多种替代燃料（包括天然气）的发动机。“我们拥有完整的天然气发动机产品线，排量从3升到13升不等。这些发动机适用于各种卡车和客车，从轻型到中型和重型卡车，从小型巴士和城市公交车到城际客车。可以说，我们拥有市场上最齐全的天然气发动机产品线。”

当被问及天然气（NG）发动机系列的推出是出于客户需求还是为了支持依维柯生产的各类车型时，他表示两者兼而有之。“我们既向依维柯及其集团旗下的品牌供货，也向生产公路和非公路车型的第三方客户供货。”他说道。

天然气发动机

FPT Industrial公司涉足燃气发动机领域的历史可以追溯到1997年，比大多数生产类似燃料系统发动机的公司都要早。Abbà表示，自那时起，该公司已售出超过10万台天然气发动机。

2018年，该公司发布了Cursor X概念发动机，这是一个模块化发动机系列，后续将推出柴油和天然气版本；目前也正在计划开发氢燃料版本。概念名称中的“X”（以及最新车型上的“X”）实际上是一个变量，突显了该系列发动机的多燃料适应能力。

单基多燃料XCursor 13的量产版本于2022年在法兰克福国际商用车展（IAA Transportation Show）上亮相。这款发动机排量为12.9升，最初推出的是柴油版本，也可使用HVO/可再生柴油和B7生物柴油。随后，XCursor 13 NG于2024年问世，无需任何改装即可使用CNG（压缩天然气）、LNG（液化天然气）或生物甲烷。Abbà指出，使用生物甲烷将减少近100%的二氧化碳排放。

柴油发动机采用压燃式点火系统，而天然气发动机则采用火花点火。虽然也有一些天然气发动机采用压燃式点火，但这些发动机通常需要对液化天然气 (LNG)、尿素（AdBlue）和柴油进行复杂的管理，并配备用于 LNG 燃料箱的低温泵和柴油后处理系统。

“火花点火是我们长期以来一直在研发的解决方案，”阿巴说道。“它在发动机性能和效率、成本和效益之间实现了很好的平衡。我们在这套系统方面拥有丰富的经验，它非常可靠。”

减肥

XCursor 13 NG 发动机专为重型卡车和城际客车设计；依维柯 S-Way 卡车现已配备该发动机。天然气版本的功率输出为 368 千瓦/500 马力，峰值扭矩为 2,200 牛·米（如果客户有需求，功率输出为 520 马力、扭矩输出为 2,500 牛·米的版本仍可获得认证）。发动机的尺寸和重量（1,050 公斤）也表明其适用于重型应用。

“与上一代发动机相比，我们做了很多工作来减轻最新款发动机的重量，”阿巴说。“我们成功地将整体重量减轻了100多公斤，相当于减轻了约10%。我们认为这是一项重要的成就。”

为了减轻重量，改进措施包括采用新型发动机缸体设计，减少材料用量。此外，铸铁缸盖和缸体也被更轻的采用球墨铸铁（CGI）的部件所取代。球墨铸铁是一种特殊的铸铁，其石墨呈卷曲或“蠕虫状”分布，有助于铸造和加工成品部件。球墨铸铁还具有优异的导热性能。

Andrea Abbà，FPT工业

“CGI材料更耐压耐热，因此我们可以提高发动机的机械性能，”阿巴解释说。“（这台发动机）重约一吨，听起来很重，但它与市场上同类产品中的佼佼者相比毫不逊色。”

更多新技术

最新款XCursor发动机取代的上一代发动机系列简称为Cursor。该系列发动机的天然气版本采用机械式废气旁通阀涡轮增压器，但现在已升级为电子式废气旁通阀涡轮增压器。

“新型涡轮增压器中，电子控制废气旁通阀的运动更加精准，”阿巴说道。“它提高了涡轮增压器的就绪率和响应速度，从而提升了效率。此外，该涡轮增压器还采用了全新的水冷系统。天然气燃烧产生的温度高于柴油，而这套新系统有助于冷却涡轮增压器和流经该装置的空气，进而提升发动机性能。”

高效的涡轮增压器能够提升动力输出，优于自然吸气车型，原因很简单：发动机无需像自然吸气车型那样费力就能达到相同的动力输出。此外，XCursor 13 NG 还采用了三元催化器来降低发动机排放。

“三元催化器在天然气发动机领域确实已成为标配，”阿巴说道。“从2024年推出的天然气发动机开始，我们还增加了压缩天然气颗粒过滤器（CPF）。无论应用于何种领域，这也是标配。”

XCursor 13 NG 的另一项新增配置是废气再循环 (EGR) 系统。该系统将一部分废气重新导入歧管，有助于降低燃烧温度并减少氮氧化物 (NOx) 的排放。“这是我们生产的唯一一款采用 EGR 系统的天然气发动机，”Abbà 继续说道，“它有助于降低发动机的热负荷，从而提高其性能和效率。”

多点直喷系统沿用了上一代 Cursor 发动机的设计，但 Abbà 表示，现在使用的是“全寿命”喷油器，这意味着在发动机的整个使用寿命期间无需更换喷油器——而之前的 Cursor 13 则需要在规定的保养周期内更换喷油器。

除了喷油器升级外，燃烧室的设计也进行了改进，以防止阿巴所说的“超级爆震”，即空燃混合气过早燃烧。“燃烧室的设计优化了空燃混合气，有助于防止爆震。轻量化设计、新型涡轮增压器、燃烧室的改进以及其他一些特性，共同使新发动机的整体燃油经济性提高了8%。”他解释道。

高压缩比是发动机爆震的根本原因之一。为了防止这种情况发生，XCursor 13 NG 的压缩比为 12:1，与压缩比通常在 14:1 到 25:1 之间的柴油发动机相比，这个数值相当低。

发动机管理

ECU（发动机控制单元）调节发动机的各个系统，帮助支持各个功能之间的同步，从而在动力、经济性和排放方面实现最佳整体性能，同时还能降低噪音、振动和不平顺性。

依维柯 S-Way HD 卡车可选配 LNG 燃料系统和 XCursor 13 NG 发动机（图片：依维柯）

阿巴表示，XCursor 13 NG 的 ECU 与柴油版车型使用的 ECU 不同。该系统配备了全新的发动机映射图，例如，它可以识别发动机即将发生爆震的情况，并调整参数以优化燃烧。

“它的燃烧模式与柴油完全不同，因此发动机需要不同的控制单元，”阿巴说。

最新款天然气发动机的保养周期设定为10万公里（约6.2万英里）。虽然天然气发动机的保养周期通常比同等柴油发动机短，但新型0W-16发动机油的推出有助于延长保养周期。最后，Abbà指出，大多数重型卡车会以恒定的高速公路速度行驶数日，这在燃油效率和发动机整体寿命方面最为理想，但卡车的实际工况循环对保养需求的影响最大。