導(dǎo)語：天然氣重型貨車節(jié)能技術(shù)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：天然氣作為一種汽車替代燃料，是重型貨車滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的有效手段。隨著市場保有量的逐年增加，天然氣重型貨車的經(jīng)濟性越來越受重視。文章介紹了天然氣重型貨車可實現(xiàn)的主要節(jié)能技術(shù)，并針對每個細分節(jié)能技術(shù)研究節(jié)能路徑及發(fā)展，為天然氣重型貨車節(jié)能技術(shù)的進一步發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：天然氣；重型貨車；節(jié)能技術(shù)；經(jīng)濟性

天然氣作為目前常用的汽車替代燃料，來源豐富、經(jīng)濟性好、污染物排放量少、安全性高。天然氣的大力推廣，緩解了石油資源緊缺對我國工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的制約。天然氣價格受供需關(guān)系影響較大，在不同區(qū)域價格有所不同，如圖1，近半年LNG液體出廠價格區(qū)間為3656-5611元/噸。較大的價格波動使得天然氣汽車的經(jīng)濟性成為制約整車性能的關(guān)鍵。本文針對天然氣重型貨車可實現(xiàn)的節(jié)能技術(shù)進行介紹，并針對每個細分節(jié)能技術(shù)研究節(jié)能路徑及發(fā)展。

1天然氣重型貨車發(fā)展現(xiàn)狀

天然氣重型貨車即匹配天然氣發(fā)動機的重型貨車，根據(jù)燃料的形態(tài)可以分為CNG（壓縮天然氣）重型貨車和LNG（液化天然氣）重型貨車。LNG燃料存儲、運輸便利[1]，且LNG車輛續(xù)駛里程可有效滿足用戶長距離運輸需求，同時，LNG車輛的環(huán)保性及經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯優(yōu)于柴油車輛，因此，現(xiàn)階段LNG重型貨車發(fā)展日趨向好[2]。因此，從圖2可看出，截至2018年12月，我國天然氣重型貨車?yán)塾嬩N量已達23萬輛，加氣站保有量超過8400座，均位居世界第一位。

2天然氣重型貨車節(jié)能技術(shù)

2.1節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀。出于保障能源安全、緩解污染等目的，全球主要國家陸續(xù)加嚴(yán)油耗法規(guī)，汽車節(jié)能水平也不斷提升。由于燃氣車與柴油車主要的差異在于燃料的不同，因此柴油車的節(jié)能技術(shù)的發(fā)展一定程度上為天然氣車提供了方向。日本商用車以輕型載貨車為主，其采用主要的節(jié)能技術(shù)為動力總成優(yōu)化和混合動力。美國中重型貨車主要的節(jié)能手段則為空氣動力學(xué)性能優(yōu)化，原因在于美國高速公路發(fā)達，車輛行駛速度較高，降低風(fēng)阻可節(jié)能15%~25%[3]。除優(yōu)化動力學(xué)外，美國將逐步應(yīng)用朗肯循環(huán)、余熱回收、輕量化、駕駛行為優(yōu)化等技術(shù)進一步降低能耗。近年來，歐盟連續(xù)出臺的碳排放標(biāo)準(zhǔn)有效促進歐洲汽車節(jié)能技術(shù)的不斷提升。動力總成優(yōu)化、空氣動力學(xué)性能優(yōu)化、智能駕駛技術(shù)是歐洲載貨汽車的三大節(jié)能手段。我國重型載貨汽車主要通過提高發(fā)動機熱效率達到節(jié)能目的，陸續(xù)出臺的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》《中國制造2025》等戰(zhàn)略規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)也進一步促進了節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。2.2節(jié)能技術(shù)研究?；谔烊粴庵匦拓涇嚨奶攸c，其可采用的主要節(jié)能技術(shù)有：燃燒技術(shù)、發(fā)動機附件降功耗、車用設(shè)備、控制策略管理、傳遞效率、行駛阻力、輕量化技術(shù)、智能化技術(shù)、混合動力技術(shù)，如圖3所示。2.2.1燃燒技術(shù)發(fā)動機燃燒技術(shù)?？刹捎妹桌昭h(huán)，有機朗肯循環(huán)回收（ORC），可變壓縮比來降低氣耗。米勒循環(huán)可通過改變進氣門關(guān)閉角度控制發(fā)動機負荷，減少了部分負荷下發(fā)動機的泵氣損失，改善發(fā)動機熱效率，降低燃料消耗。有機朗肯循環(huán)則通過回收排氣能量，采用螺桿膨脹機進行動力輸出?？勺儔嚎s比可以在小負荷低轉(zhuǎn)速時采用較大壓縮比提高發(fā)動機熱效率；大負荷高轉(zhuǎn)速時采用低壓縮比降低機械負荷和熱負荷。2.2.2發(fā)動機附件節(jié)能。圖4可看出，發(fā)動機及發(fā)動機附件損耗對車輛運行氣耗影響較大，目前重型貨車以機械附件為主，可從附件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電控化進行發(fā)動機附件節(jié)能。進氣系統(tǒng)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以降低進氣阻力，常用途徑為直流空濾器；發(fā)動機增壓器的優(yōu)化可以增加可燃的燃氣量，提高了燃燒效率，常用途徑有小渦輪高效增壓器、VGT可變截面渦輪增壓器、雙渦輪增壓和雙增壓；排氣系統(tǒng)可以通過優(yōu)化排氣管路，降低排氣背壓，常用途徑為方形后處理箱體；空壓機可通過提高效率，減少工作時間來降低氣耗，常用途徑有自卸荷空壓機，離合器空壓機，節(jié)能型電動空壓機等；冷卻系統(tǒng)主要通過降低水泵和風(fēng)扇的功率消耗實現(xiàn)節(jié)能，包括提高風(fēng)扇效率，中冷器的合適匹配，低水阻的散熱器和節(jié)溫器等；小附件電控化可考慮電子機油泵以及電子水泵。2.2.3車用電子設(shè)備。隨著重型貨車駕駛員的低齡化，對汽車安全、娛樂需求的不斷提高，車用電子設(shè)備逐步增多，降低車用設(shè)備功耗也成為重型貨車重要的節(jié)能手段，例如已批量應(yīng)用推廣的高效電動智能空調(diào)，就是有效措施之一。2.2.4控制策略管理?？刂撇呗怨芾碇饕峭ㄟ^控制發(fā)動機噴氣量，發(fā)動機輸出扭矩，發(fā)動機工作時長來達到節(jié)能的目的。同時可結(jié)合發(fā)動機的熱負荷需求，優(yōu)化風(fēng)扇控制邏輯，保證發(fā)動機始終處于最佳工作狀態(tài)，降低附件消耗，從而降低整車氣耗。另外可通過車輛實際運行工況，制定按需輸出發(fā)動機扭矩的控制策略，可有效控制燃氣消耗。2.2.5傳遞效率。高效傳動技術(shù)可以從發(fā)動機、轉(zhuǎn)向、變速器、驅(qū)動橋、傳動軸、液壓系統(tǒng)、電磁閥等方面提高傳遞效率，降低能量損耗。目前濰柴低速大扭矩發(fā)動機、變速器、小速比驅(qū)動橋的同步應(yīng)用實現(xiàn)了高效傳動，處于行業(yè)領(lǐng)先地位。AMT的應(yīng)用可以降低駕駛習(xí)慣對整車氣耗的影響，目前重型貨車已開始逐步配備AMT。多檔位的變速箱也有利于效率的提升，在某些細分領(lǐng)域，重型貨車變速箱檔位可達16檔。通過優(yōu)化驅(qū)動橋內(nèi)部齒輪、軸承可以提高傳遞效率，降低傳遞損失。在轉(zhuǎn)向方面，重型貨車目前主要應(yīng)用液壓助力轉(zhuǎn)向，逐步開發(fā)應(yīng)用的根據(jù)轉(zhuǎn)速不同調(diào)整排量的轉(zhuǎn)向泵可以降低發(fā)動機能量消耗0.4275Kw/100Km。傳動軸方面可以通過降低傳動軸自重減小轉(zhuǎn)動慣量，目前可預(yù)見的有鋁合金傳動軸。液壓系統(tǒng)可通過縮短管道，減少彎管數(shù)量降低液壓損失。低功耗電磁閥的大量應(yīng)用也可實現(xiàn)節(jié)能效果。2.2.6行駛阻力。影響天然氣重型貨車氣耗的行駛阻力主要為整車滾動阻力和整車風(fēng)阻。整車滾動阻力主要相關(guān)部件為輪胎，低滾阻輪胎、自動胎壓調(diào)整、單寬胎均可降低滾動阻力。國際上先進水平的輪胎滾動阻力系數(shù)在5.5~6.9[3]，國內(nèi)重型貨車采用的低滾阻輪胎阻力系數(shù)一階段已可降至5.2，二階段可降至4.5。自動胎壓調(diào)整由于成本原因，在重型貨車上的應(yīng)用較少，但可實現(xiàn)的胎壓監(jiān)測功能也可間接減少滾動阻力。單寬胎可以通過減少接觸面積進而降低滾動阻力，目前天然氣重型貨車已有搭載應(yīng)用。整車風(fēng)阻主要相關(guān)部件為車身及底盤。車身主要通過優(yōu)化后視鏡外觀流線型、駕駛室本體結(jié)構(gòu)、遮陽罩、前面罩、保險杠、進氣格柵來優(yōu)化風(fēng)阻系數(shù)。國際先進載貨汽車奔馳Acros整車風(fēng)阻系數(shù)為0.46[3]，國內(nèi)車企整車風(fēng)阻系數(shù)目前可達0.513?？缮祵?dǎo)流罩、自動進氣格柵等設(shè)計已經(jīng)開始逐步應(yīng)用于重型載貨車。同時各主流整車廠已開始逐步推出半長頭重型載貨車，流線型車身本體有利于風(fēng)阻的進一步降低。2.2.7輕量化技術(shù)。整車輕量化是實現(xiàn)汽車節(jié)能的重要途徑[4]。整車整備質(zhì)量降低，可載貨物質(zhì)量相應(yīng)增加，單位質(zhì)量貨物百公里消耗的燃料相應(yīng)降低。目前重型貨車主要通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化及輕質(zhì)材料的應(yīng)用降低整車重量。結(jié)構(gòu)優(yōu)化常用途徑有整體式尾梁，平衡軸優(yōu)化，無副梁沖壓氣瓶框架、免維護轉(zhuǎn)向軸、輕量化擋泥板等，輕質(zhì)材料應(yīng)用常用途徑有鋁合金輪輞、鋁合金輪轂等。2.2.8智能化技術(shù)。智能化技術(shù)主要有道路預(yù)見性系統(tǒng)，車輛隊列，駕駛行為評分及不良駕駛行為提醒等。目前，國內(nèi)陜西重型貨車的自動駕駛技術(shù)已經(jīng)進行了試運行，結(jié)合天行健后臺大數(shù)據(jù)已經(jīng)實現(xiàn)了駕駛行為評分及不良駕駛行為提醒。2.2.9混合動力技術(shù)。重型貨車目前混合動力主要方向有HPDI、HCNG以及甲醇柴油混合。其中HPDI發(fā)動機的熱效率與柴油機相同，比燃氣發(fā)動機高5%，綜合氣耗可降低15%~20%，HCNG通過氫氣和天然氣的混合，熱效率可大幅提高。甲醇柴油混合保證動力性的同時和柴油機相比有更低的排放。

3結(jié)論

未來天然氣重型貨車將主要通過動力總成升級，混合動力以及智能網(wǎng)聯(lián)進一步實現(xiàn)節(jié)能。隨著柴油機節(jié)能步伐的加快，小速比后橋、朗肯循環(huán)等技術(shù)也會逐步在天然氣重型貨車上進行搭載，實現(xiàn)燃氣車的節(jié)能。HPDI和HCNG等燃氣車特有的混合動力前景也更加廣闊。隨著人工智能的進一步發(fā)展，新型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用也會逐步增多。天然氣重卡未來將向低碳化、輕量化和智能化方向發(fā)展。

參考文獻

[1]陳昊,韓斌,陳軼嵩等.天然氣汽車發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].中國能源,2018（2）:36-41.

[2]王占黎,李廣,劉勇.LNG在陸上交通領(lǐng)域利用現(xiàn)狀及前景分析[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟,2014（4）60-63.

[3]節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖戰(zhàn)略咨詢委員會,中國汽車工程學(xué)會.節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖[M].北京:機械工業(yè)出版社,2016.

[4]于用軍,李飛,王帥等.整車輕量化技術(shù)研究綜述[J].汽車實用技術(shù),2017（24）43-45.

作者:李恩光 李毓 馮美寧 趙航 吳丹 單位:陜西重型汽車有限公司