能源是人类赖以生存和发展的物质基础。据《BP世界能源统计年鉴》报告,截至2021年年底,世界石油探明储量仅为1.6526万亿桶,最多可供全世界使用40多年,而我国石油探明储量仅可供我国使用10多年,全球面临原油枯竭。因此,节能减排已成为我国的―项重要战略。
纵观油耗发展阶段,我们已经步入了第三阶段的油耗标准。从图中可以看出,2012-2017年,半挂牵引车整体平均油耗呈现缓慢上升趋势,2017年8.5%的车型已经达到第三阶段油耗标准,根据2017年数据,第三阶段油耗标准的实施将会带来至少13%的整体油耗提升,这就将会意味着能源的消耗将会加大,必须要从节油和新能源方面来解决能耗问题。今天,小编分析讲解一下牵引车节油技术方面相关措施。
汽车燃烧燃油所释放的能量据国内外大量实验研究表明,有35%左右的能量随尾气排放到大气中,20%左右的能量随发动机冷却液散发到大气中,只有45%左右的能量用于汽车整车消耗。而发动机发出的有效功主要用于克服空气阻力做功、滚动阻力做功及整车传动系机械摩擦散热损失3个部分。为提高能源利用率,达到节油的目的,因此,想要节油减排,可以从两个方面入手,分别是驾驶技术和车辆设计。
1、驾驶技术方面节油减排
1.1 正确启动
由于半挂牵引车靠压燃点火,起动比较困难,所以半挂牵引车应严格按照冷起动的方法起动。5°C以下的地区可采用预热丝预热,高寒地区应配备专门预热设备升温或加上起动液起动。切不可加汽油起动,因为汽油着火性能差,加汽油将使发动机着火更加困难,同时汽油稀释缸壁润滑油,使摩擦阻力增加,气缸密封性下降,造成发动机无法起动。
起动后先怠速运转3~5分钟,再将发动机提高到不发生抖振的中速运转,待发动机温度升高60°C以上后才能起步。切忌长时间怠速运转,长时间怠速运转不仅会延长发动机热起动时间,浪费燃料,还会造成喷油器结胶和积碳,导致气缸密封不良,漏气量增加,甚至造成拉缸事故。
1.2 正确选用柴油发动机转速
牵引车的柴油机保持在最大扭矩转速与最小耗油率转速之间运转,柴油机的经济性和扭转力矩虽最好,但柴油机的有效功率不能被充分利用,汽车行驶快速性不能充分发挥。因此,应综合考虑功率、扭矩和耗油率来选择柴油机转速,并使用换挡控制。汽车行驶中,除爬坡外,应避免在油门全开情况下长时间以额定转速工作,以减少机件磨损和燃料消耗。
1.3 根据道路情况合理变换挡位
在一定的道路上,半挂牵引车使用什么样的挡位行驶,或能否视道路情况及时换挡,燃料的消耗不一样。半挂牵引车用低速挡起步后,应尽快换入高速挡,尽量少使用中、低速挡,但不能勉强用高速挡行驶,因为:a、如果用高速挡勉强爬坡,将使柴油机过载,转速过低,喷油泵调速器自动供油量可达最大,行驶速度慢,浪费燃油。b、 由于半挂牵引车发动机的工作特性,同功率下的柴油机与汽油机相比,柴油机的有效扭矩储备系数小。若上坡时换挡不及时,将使油门加到最大,输出动力也会很快下降,甚至熄火,相当于坡道重新起步,不能充分利用汽车行驶的惯性来节油。
每一型号汽车的各挡位都有其合适的行驶速度,行驶时要及时换挡,避免高挡低速或低挡高速行驶。有些驾驶员认为高挡低速行驶可节油,而不是根据实际行驶速度选择适宜的挡位,这种不良的操作方法,不仅不利于节油,而且使得柴油机和传动系处于极限工作状态或超负荷状态,承力部件的润滑条件变差,将加剧磨损而影响柴油机的使用寿命。
1.4 正确使用排气制动
汽车在行驶中遇到障碍物、转弯、下坡或停车时,应充分利用排气制动。使用排气制动时,压缩气体分为2路,一路控制柴油机排气道蝶形阀关闭,利用发动机制动减速;另一路控制喷油泵油量调节拉杆或齿杆向减油方向移动而断油,达到节油的目的。
1.5 合理滑行
一般情况下,半挂牵引车不允许脱挡加速滑行或脱挡下坡滑行,这是因为脱挡加速滑行和脱挡下坡滑行不但不能节油,还造成发动机抖振。合理的下坡滑行或减速滑行应不脱挡,但可熄火脱挡停车减速滑行。设有排气制动装置的柴油车可视需要熄火滑行,特别是在下陡而长的坡道时,不脱挡的熄火滑行并利用排气制动控制车速最为有利。半挂牵引车还可挂高挡滑行,因为柴油机在高于怠速下运转时,调速器控制油量调节拉杆或齿杆向减油方向移动而断油,此时的柴油机虽转速较高,但燃油系完全断油,既保证了行车安全,又节约了燃油。
2、车辆设计方面节能减排
2.1 发动机本体设计
发动机本身对降低整车油耗起着至关重要的作用,而现代重型牵引车用柴油内燃机也正在向大功率、低转速、大扭矩的方向发展,该技术不仅可以降低燃油消耗量,还可以提高发动机排放水平,减少对大气的污染。通过理论及实验研究表明,柴油发动机可通过以下几种方式提高燃油效率,降低油耗。
1、优化增压器结构,增大压缩比,这种技术不仅能提高发动机功率,还能降低燃油消耗量和减少有害排放物。
2、提高喷油泵压力,高的喷油压力可使燃油雾化效果更好,与压缩空气混合更充分,燃烧更彻底充分,这种技术的应用可进一步提升发动机的燃烧效率。
3、应用电控技术,可实现喷油过程对参数的精确控制,通过优化喷油定时、喷油率、持续时间来改善发动机的燃烧效果,使发动机常用工况尽量处于最佳工作状态,从而降低油耗。
4、优化燃烧室结构,柴油机技术的发展在很大程度上与燃烧技术的发展密切相关。燃烧室结构是影响燃烧过程的主要因素,它涉及活塞顶和缸盖的形状,进、排气门的尺寸和数量,以及进气口的设计等一系列问题,通过对燃烧室进行优化设计,可有效提高发动机的抗爆性能,减少燃烧室内壁传热损失等,实现整个燃烧过程快捷、稳定、连续。这种技术的应用不仅可提高燃烧效率、降低燃油消耗,同时还可降低发动机噪声。
5、降低机械损失,可通过减少活塞组、曲轴与连杆、配气机构、传动系统、各驱动装置的机械损失来实现。此外,可在润滑油中添加各种减摩剂,来降低各运动副摩擦系数。
2.2 优化动力方面
半挂牵引车主要用于中长途高速公路远距离运输,因此在动力配置选择方面尤为重要,合理的动力配置可降低油耗6%~8%,因此在进行整车研发时,必须定义好相关工况并进行动力性、经济性仿真计算,优化动力匹配。
1、发动机方面,由于重型半挂牵引车主要用于牵引半挂车组成汽车列车进行长途物流运输。因此,所选用发动机经济区必须与整车工况相符且动力充足,避免因常用工况不在发动机经济区或动力不足造成油耗偏高的现象。
2、传动系统方面,在动力充足的情况下,总速比越小,则越省油,因此直接挡+小速比后桥+小轮胎的配置逐渐成为主流。
2.3 发动机附件部分
针对于发动机附件部分的有效设计,也可以降低油耗,有关数据表明:采用以下设计方法可以降低整体油耗5%~7%之间。
1、采用带离合器风扇,即风扇转速的快慢由发动机水温控制,目前柴油发动机广泛采用的带离合器风扇有硅油风扇、电控硅油风扇和电磁离合风扇3种。硅油类离合器可实现无级控制,对发动机冲击小,但由于有滑差,响应速度慢、设置温度相对偏高;电控硅油类离合器虽然响应速度快,但不可实现无级变速,而且对发动机冲击大。目前,柴油机广泛采用3速电磁离合器。采用带离合器风扇可有效降低风扇转动所需的能量消耗。
2、采用大流量空滤,在降低空气阻力的同时,还可提供充足的新鲜空气。
3、优化排气系统,通过优化排气管路和消声器,可大大降低排气背压,提高整车动力性,降低油耗。
虽然通过各种方法来达到节能减排的目的,但是燃油是不可再生资源,以上方法只是降低了油耗的速度,并不能达到真正的解决能源问题。目前还需要寻找新的清洁能源作为动力,来真正的实现能源危机问题。
目前我国清洁能源汽车发展现状
上图展⽰2017-2019年中国零排放商⽤车市场结构及分布情况,当前中国市场主要以电动公交/巴⼠为主,货车车型较少。零排放货车车型主要集中在轻型车质量段(3500-4000kg), 中重型车型⼗分稀少。当前零排放货车续航⾥程集中在300±100km,尚无法⽀撑中长途场景。相比于传统商⽤车市场,零排放商⽤车市场尚未成熟。
未来清洁型半挂牵引车发展趋势
随着清洁技术的应⽤, 预计2030年传统车辆总成本增长约80%(以2016 年半挂车作为基准),预计2030年零排放半挂车(以700kWh电池,500公⾥续航估计)总成本快速接近柴油车,两者总成本⼏乎持平。
总结
传统商⽤车仍然保有⼀定的油耗提升空间和技术潜⼒,然⽽随着零排放商⽤车技术的⽇益成熟和成本的⽇益下降,零排放商⽤车在未来将会是重要发展对象。由于国内⽣产商在制造零排放公交和客车⽅⾯积累了⼤量宝贵经验,希望相应技术的迁移和应⽤到半挂牵引车等能够加快。