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重型车辆节能技术之我见

发布时间:2021-07-05 09:13:58 浏览数:


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我国成为世界第一大汽车生产国和汽车消费市场。随着汽车保有总量的不断增长,汽车燃料消耗在我国石油消耗总量中的比例日益提高并已经成为我国新增石油消耗的主体,由此导致的能源和环境问题日益突出,影响到我国汽车及其他相关行业的可持续健康发展。

重型商用车作为我国道路运输特别是客货运输的主体,在我国车辆保有中占有重要地位。在我国,近期主要的燃料消耗来自于包括货车和客车在内的商用车,占70%。但是,由于技术发展相对滞后,重型商用车的能源消耗问题日益突出,燃料经济性与国际先进水平有较大的差距。在此之前,我国一直没有制定3.5吨以上重型商用车燃料消耗量试验方法及限值的国家标准,这导致高能耗的运输车辆进入道路交通运输行业,即使道路运输行业采取了大量节能降耗措施也难以显著降低车辆的能源消耗。

也许你知道,重型车辆耗油跟人喝水一样快,但是你可能不知道,国际间很少对重型车油耗进行设限管理。2010年10月25日美国环保署与国家公路交通安全管理局联合公布新的重型车辆油耗与温室气体排放管制标准,要求于2014年重型车辆需减少20%的油耗。节省20%的燃料表示什么呢?假设以一辆年行驶20万公里的40吨联结车来看,如果省油20%,每年大约能省下12,000升的燃料。

车辆本身究竟要如何达成省油的目标呢?除了提升内燃机的燃油效率外,运用新的技术协助,亦为强化车辆省能之要诀。本文将简要介绍车辆的节能技术,包括减少空气与轮胎阻力的方法,使用混合动力车辆与使用车辆辅助动力单元等技术。

空气与轮胎阻力

重型车辆基于载客货的需求,无法像一般乘用车般容易进行流线形的空气动力设计。话虽如此,对抗风阻仍然有一些方法,例如国内较为常见的车头顶部安装倾斜的导流板。除此之外,国外也有提出在车底、车尾门及车头与货柜之间安装导流板,如图1所示。这些设备适合于高速、长途行驶的车辆,可减少为克服风阻所影响的油耗。

降低轮胎阻力的首要工作是检查轮胎压力是否维持在正常的工作压力范围内,当轮胎胎压不足时,除了会增加磨耗、产生高温与影响安全外,也会增加油耗。市面上有胎压监测产品,当某个轮胎胎压异常,就会立刻侦测出来并对驾驶员提出警告,对于驾车者也是一种方便的辅助工具。

降低轮胎阻力的另一种方法是选用节能环保轮胎,重型车由引擎产生的动力约有15%-30%是用来克服轮胎与地面的滚动阻力,因此欧美日等先进国家纷纷推动轮胎效率标示,藉由使用低滚动摩擦阻力的轮胎增加燃油的行驶里程。目前国际间主要轮胎制造厂都有推出节能轮胎产品供消费者使用。

混合动力

混合动力车辆是使用多种能源动力的道路车辆,使用内燃机、电动机、电池、氢气、燃料电池等技术。目前的混合动力车多数以电动机推动,能源则来自电池及内燃机。混合动力车多数无需从电网上充电,但是消耗汽油较少,而加速表现却较佳。被视为比普通由内燃引擎发动车辆较为环保的选择。

混合动力车辆的架构可分成串联与并联两类。串联是由引擎带动发电机运转,再由发电机产生之电力供给电动马达来驱动车轮行驶,同时可充电至电瓶以提供马达使用。此种串联架构的特征是只有一条传送引擎动力的途径。而并联架构的车轮驱动可由引擎及马达这两个动力源获得,且可配合行驶状况需求,让动力单独由引擎或马达提供,或由两者同时提供。

电能混合动力车辆目前在轻型车辆的使用上已相当成熟,而在重型车辆发展上,未来也会有更多价格能让人容易接受的产品上市。

至于液压混合动力车辆,一开始即针对重型车辆进行开发。这是一种较新的发明,使用液力及机械代替电力零件:以泵取代电动机/发电机,液力储蓄器代替电池。液力储蓄器的价格较低,而耐用性比电池高很多。Volvo曾在上世纪八十年代将这原理发明在巴士、货车等重型车辆上使用,现在是一种仍在研究的项目。如图2所示。

辅助动力

简单而言,辅助动力单元就是在车上额外加装一台发电机,这台发电机可以是高效率运转的内燃机、涡轮机,或者是运用燃料电池作为动力来源(如图3)。辅助动力可以提供车辆部分的动力需求,通常提供车辆空调、冷冻(藏)运输柜空调所需的能量。辅助动力技术也可以积极地涉入车辆传动能量,整合到前述的混合动力车辆应用内,让车辆的引擎可以设计得小一点、省油一点。

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