关于重型卡车和牵引车的燃油经济性的研究

从美国“超级卡车”项目谈如何提高重卡及牵引车的燃油经济性

【三高实验队】甄雷

前言：我习惯上将汽车类项目研究分为两大类：燃油经济性研究和其他研究。我一直认为一切汽车相关的研究的核心就是燃油经济性，除去燃油经济性的研究的其他研究都可称之为附带研究。燃油经济性可以分门别类出多个研究方向：电控类（如何通过软硬件的电子控制达到耗油量最省）、仿真类（采用仿真手段寻找燃油最佳节点）、产品设计类（通过合理设计产品外形减少阻力油耗进而达到减少整车油耗的目的）、绿色燃料类（如何通过研究燃油经济性来降低碳排放量）、材料研究及应用等等。

一、“超级卡车”项目解读

美国“超级卡车”项目提出在重卡领域将油耗降低50%，其中整车油耗降低30%，发动机油耗降低20%，发动机热效率达到50-55%（市场上主流发动机的热效率大多数只有40%），排放标准高于欧六。因此我将从整车和发动机两个大的方向进行分析。

二、整车方向

1 混合动力、双模深度融合、油电转换

油/气电两用模式的发动机已经率先在

公交车上大范围的推广使用，在车速低于

30km/h时采用电力作为能源进行驱动，当车速超过30km/h时，由电力驱动转换为油/气能源进行驱动，进而实现油耗和碳排放的降低。应用于重型卡车和牵引车时最大的难题是如何解决电力与汽油作为能源对比时动力不足，油气两用的能源驱动方式在轻型卡车有一部分应用，在城市出租车应用较为普遍。

2 传动系统优化

传动系统的优化主要应该从变速箱与整车匹配着手调控，包括主减速器速比和变速器各档位下的速比。燃油经济性指标通常用百公里油耗或者一定量油量可以行驶的距离，从变速箱的改革趋势：MT→AT→AMT→DCT →CVT，从手动变速器逐渐到挡位数增加最后到自动无极变速，这样在测量百公里油耗时就可以利用自动无极变速完成对最佳换挡时机的选择，进而达到最小的油耗量。未来将会有更多的自动变速器装配在卡车上，预测将有超过60％的8类车将会使用AMT和液力自动变速器。

3 轻型材料的应用

复合材料在驾驶室与挂车上的采用、合金材料在轮毂和车轮上的应用是材料研究的一大方向，利用复合材料的应用来减轻卡车质量、增加强度，甚至低滚动阻力、宽断面轮胎的应用，以及轮胎自动监测放充气功能等都可以进行燃油经济性优化。

4 空气动力学优化

重型卡车或者牵引车在高速公路上行驶时，行驶速度较快，由于空气阻力与速度的平方成正比，实验证明当重型车辆在高速路

上以 85km/h 匀速行驶时，空气流动阻力所导致的燃油消耗占到了总驱动能耗的

50%。因此考虑如何在整车方向将外形的空气动力优化，改进了牵引车的细节设计（例如用数码摄像头替代后视镜），使其更富流线型等来减小空气阻力是未来重型卡车的研究方向。

相对来说，美国在这方面领先中国很多。例如（1）北美戴姆勒研发的子弹头流线型牵引车，燃油消耗达到17.5L/100km。（2）纳威司达的在美国中部卡车展中亮相地平线项目概念车，展示了智能动态进气格栅系统，它可以根据车辆散热需求开启或者关闭，能够满足车辆在行驶中的散热需求的时候并减少气流阻力。（3）福莱纳概念卡车上已经实现对挂车间隙和车身高度进行动态控制和后视镜的取消。

三、发动机方向

1 改善进气效率，提高燃油品质

采用两级涡轮增压技术，增加进气充量，适当提高发动机的进气效率以获得动力提升，保证排气顺畅，但是如今的国外市场更趋向于在保证动力性的前提下，减小发动机的排量。

2 提高燃烧效率

2.1 兼顾燃料的发火性和蒸发性，合理选择并准确控制喷（供）油提前角，合理控制转速和负荷均有利于改善提高燃烧效率。

2.2 低温氧化反应与均质压燃着火相

结合，均质压燃(采用活塞压缩使预混合气自燃的燃烧方法)燃烧方法能够实现低氮氧化物、低碳排放的同时，获得较高的燃烧热效率。

举例：欧曼GTL超能版搭载的康明斯ISG 超能动力具有2000Bar超高压喷射技术、雾化效果更好，燃烧更充分。

3 改进发动机结构，进一步提高电控管理系统的精确性

升级ECU，改装ECU，即改变处理问题的方法，改变电控系统的精确性和准确性进而提高电控系统的精确性。纳威司达的概念车已经实现辅助动力装置、自动启停电池、怠速停车ECU调节功能。

4 研发废热回收技术

欧洲商用车采用SCR(尾气催化装置)和EGR(尾气循环冷却装置)降低氮氧化物等的废气排放和废热回收。

4.1 SCR技术是指将尿素以水溶液的方式喷入废气流中，之后水解为氨气，氨气作为氮氧化物的还原剂，它在一个特殊的催化器中转化为水和氮气。

4.2 EGR和废热循环系统是指通过冷却回收废热以及使发动机中产生较少的氮氧化物来减少其的排放和提升热效率。

举例：欧曼EST互联网超级卡车搭载的康明斯高效清洁的柴油发动机，配合先进的废热回收系统、气动式牵引车和挂车组合等技术降低燃油消耗，利用新型电器系统减少发动机的空转，在进一步减少了二氧化碳等温室气体的排放同时，全面提高重型卡车的燃油效率及运输效率。

5 混合动力发动机

在未来几年，替代燃料会非常流行，尤其是天然气，乙烷和二甲醚燃料将是未来的选择。混合动力，电动、丙烷、液化天然气等将会用来驱动未来的卡车。博世推出的液压混合动力系统已经逐渐开始应用到智能卡车。