節油之由

文_宋喜秀

節油之由

文_宋喜秀

專用車節油降耗與多方面因素有關，除了車輛本身的動力系統追求經濟性外，車輛內外部設計、駕駛習慣、駕駛條件等也會對車輛油耗產生一定影響，與此同時，油品質量也是影響油耗的一個重要方面。

燒油如燒錢，省油是挖潛。據測算，傳統發動機的能量利用率只有20%～30%，燃料燃燒發熱量的20%～25%進入冷卻水循環系統，40%～45%進入高溫尾氣排放系統，10%左右被機械摩擦等消耗。節油既降低成本，又減少污染。專用車的根本屬性是生產工具，車輛的燃油經濟性與生產率指標是對立統一的關系，所以，衡量專用車節油能力的技術指標應該是能量利用率——原始動力轉化為車輪所做有用功的效率，可用公式表示如下。

能量利用率ηe=Gn.g.f.v/E

其中，Gn(kg)為有效負載質量，g為重力加速度，f為車輪滾動阻力系數，v(km/h)為行駛速度，E(kJ/h)為原始動力的平均能量值。由上式可以看出，影響專用車油耗的配置因素有動力及傳動系統、車身及負載狀況、燃油及滑油質量等功能模塊。因此，專用車的省油路徑也與這些配置主體息息相關。

1 動力盡力

燃料的低熱值Hu相對固定(幾種燃料的平均低位發熱量見表1)，比油耗be隨有效功率Pe變化而變化(變化曲線見圖1)。提高能量利用率的技術路徑，一是降低比油耗，二是采用Hu更低的燃料。而提高燃料燃燒效率及熱量利用效能又是降低比油耗的必由之路。

1.1 竭盡全力

傳統發動機分為汽油機和柴油機兩大類。汽油機是火花點燃混合氣，依靠節氣門調節負荷，負荷特性又稱節流特性；柴油機是高壓壓燃混合氣，靠改變噴油量調節負荷，改變混合氣成份，因此柴油機負荷特性又稱燃油調整特性。同等動力輸出情況下，汽油機比柴油機費油，特別是開始啟動時，既需要最濃的混合氣，又不能充分燃燒，所以油耗更高。內燃機科研人員竭盡全力從燃料溫度、速度、濃度與燃燒梯度、難度等方面全方位改善燃料的燃燒方式。

首先是GDI(Gasoline Direct-Injection，汽油直接噴射)技術。日本三菱公司于1996年開發成功的GDI發動機，將柴油機的噴油形式移植到汽油機上，將噴油嘴安裝在燃燒室內，將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內點燃作功，同時采用了進氣阻力更小的立式吸氣口、氣流運動更快的彎曲頂面活塞和渦流分層更細的高壓旋轉噴射器等技術手段，使噴入氣缸的汽油與空氣形成一種多層次的旋轉渦流，實現了火花塞下混合氣體由近及遠、由濃到稀的梯次燃燒。

GDI發動機超稀薄直噴燃燒技術的應用，降低了氣缸壁工作溫度，減小了系統的熱量損失，改善了燃燒經濟性。但GDI高壓高溫環境卻會產生NOx排放過高的現象，需要采用EGR(Exhaust Gas Recycling，廢氣再循環系統)等技術措施解決這個問題。

其次是HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition，均質充量壓燃)技術。美國西南研究所提出的HCCI超稀薄燃燒方式，采用預混壓燃技術，火焰在多處起燃，且燃燒速度快，燃燒溫度低，縮小了氣缸內局部混合氣體過濃的區域，減少了NOx和PM的排放，燃料的能量利用率能夠提高15%以上。

表1 常見燃料/能源平均低位發熱量

HCCI發動機的本質也是壓燃式的汽油機，雖然可以節省掉傳統汽油機的火花塞、節氣門配置，但其在稀燃狀態下的排氣溫度較低，不易采用渦輪增壓，所以，能夠達到的最大負載能力比傳統的汽油機和柴油機都要低很多。

最后是新能源開發。燃料的燃燒效率提高空間已經十分有限，電動汽車、太陽能汽車、LNG等熱值更低的新能源汽車開始嶄露頭角。

根據燃料的平均低位發熱量，選取能量利用率較高的等價燃料，不僅能夠改變汽車能源消費結構，提高能量利用率，而且可以解決汽車尾氣排放對環境造成的污染問題和能源可持續發展等問題。從技術成熟度、開發及運用經濟性、易普及程度等方面看，新能源汽車雖然創新優勢明顯，但也存在著許多商用短板，所以，長期停留在應用示范階段。可喜的是，新能源與傳統燃油發動機組合而成的混合動力，通過兩種動力的優勢互補，能夠完美實現節能環保的共同理想。

1.2 形成合力

從表1可以看出，燃油與電力的性價比不相上下，所以，電動機與內燃機“熱戀”百年，幾經沉浮。

1901年巴黎車展上展出的羅納爾-保時捷(Lohner—Porsche)，是世界上第1款油-電混合動力汽車。該車是由當時25歲的費迪南德·保時捷(Ferdinand Porsche)為其供職的Jacob Lohner公司開發制造，動力傳遞是通過內燃機轉動發電機，利用電力驅動裝有電機的2個電動前輪，是復合式電動汽車(Hybrid-Electric Vehicle，英文縮寫為HEV)的鼻祖，屬于串聯式混合動力。

在串聯式混合動力系統中，傳統發動機的作用是直接帶動發電機為蓄電池充電，驅動、制動功能則完全由電機控制器完成，汽車通過保持內燃機的最佳工況來節約能源改善排放：汽車低速或低負荷行駛時，過剩的動力會變成電能儲存起來；高速或高負荷運轉時，電動機會自動工作，補充不足的動力。發動機與電動機的最佳組合，兼容了“強勁動力”和“最低油耗”兩個看似相反的性能參數，有加速加載不加油、怠速空載不費油的省油優勢，所以在頻繁起步停車的短途公交車上應用較多。

與串聯式對應的是并聯式——電動機和內燃機并行布置，動力可以由二者單獨提供或共同提供。在并聯混合動力系統中，電動機同時也是發電機，既能回收減速和制動能量發電，又能助力加速。電動機產生的輔助動力通過分擔發動機負荷，降低發動機油耗和排放。并聯式混合動力具有較高的能量傳遞效率，特別適合路況復雜的重型卡車及大型客車工況。

20世紀末，大氣污染加劇，燃油價格飆升，電動汽車升級到新能源的戰略高度，混合動力汽車進入現代化的發展階段。1997年12月誕生的第1款批量生產的混合動力豐田汽車，采用了能量傳遞效率更高的混聯動力模式。混聯式是在并聯的基礎上，將發電機和電動機分離開，使電動機在運轉過程中也能進行充電，動力系統可以更加靈活地根據工況來調節內燃機的功率輸出和電機的運轉，車輛也能以串聯和并聯兩種模式工作，所以系統復雜成本較高，適用于輕型高端的城市物流車輛。

并聯及混聯式混合動力不僅節能降耗，而且賦予了車主自由選擇動力方式的權利：油價低則燒油，電價低則用電。為了與優惠政策接軌，又有插入式混合動力問世——在普通混合動力系統的基礎上增加一套巨大的電池組及升壓用逆變器、充電用逆變器等充電裝置，不但能用專用充電站的充電樁快充，還可使用家庭220 V電源慢充，同時還能獲得牌照、補貼和購置附加稅減免等優惠。

研究表明，純電動汽車的能量利用率為30%～40%，而HEV的能量利用率為40%～50%，在所有類型電動汽車中是最高的。電動汽車歷久彌新，被重新定義為“新”能源，與HEV雙方的Hu性價比變遷不無關系。

1.3 不遺余力

在炎熱的夏季，太陽能資源特別豐富，移動車載冷庫系統的使用率也達到最高峰。傳統的車載冷庫系統，依靠消耗汽車的燃油為冷庫系統提供動力和電力，在裝卸貨物，特別是食品、藥品時，不能保證人員和貨物不受污染。然而，利用太陽能的太陽能冷藏車，不僅移動成本更低，而且安全無污染，所以會有廣闊的市場空間。

在寒冷的冬天，發動機的余熱可以用來取暖。車廂內布置采暖加熱盤管，利用發動機的余熱加熱車廂內的循環空氣，不僅改善了車廂采暖效果，而且節約了車輛冬季行車的電力負擔。發動機的余熱利用還大有可為，如利用高溫尾氣與環境溫度的溫差和半導體材料的溫差電效應，還可以通過溫差發電回收發動機尾氣能量，驅動車用電器工作等。

2 內耗降耗

負載質量Gn是車輛額定總質量與標定自質量之差——大車比小車油耗大的主要原因是整車質量之異，而非發動機排量之別。所以，因車輛輕量化帶來的節油效果，潛力很大。車輛輕量化包括設計制造階段的先天條件和投入運營期間的后天配置。對駕駛員而言，自由配置的發揮空間十分廣闊。

2.1 功能型減負

在保證功能的條件下壓縮內耗。如許多專用車車主為了少跑路，每次加油時都喜歡一次加滿。從節能降耗角度來看，這種加油習慣是十分不利的。事實上，每次出車加油，加到七八成的樣子就足夠用了。首先，少二三成油就能省掉數10 kg的負重，可以有效降低“自食其力”的一部分油耗，增加車輛的有效負荷能力；其次，GB 18296—2001《汽車燃油箱安全性能和試驗方法》規定：在油箱口附近應設置有安全閥、進氣閥、排氣閥和燃油箱蒸發排放控制用的通氣口。如果油箱加得太多太滿，多余的燃油就會從這個通氣口溢出，而白白浪費掉。最后，現在加油站點密布，車載電腦上的加油服務更是方便快捷，也確實沒有必要增加車的負重。所以，短途行駛或就近施工時油箱加油應留有余地。

又如，一個備胎的平均質量在30 kg左右，短程作業時讓備胎暫時分離，同樣是行之有效的“減肥”妙招。為了應急，可以隨車準備一些補胎小用品，如罐裝的快速補胎劑，可以快速粘合輪胎上的小漏洞并且再次充氣；或者配備一個車載的自動充氣泵，也可以達到應急的效果。但是，輪胎充氣要足，即使輪胎輕微充氣不足，車輪滾動阻力系數f也會相應降低，油耗也將明顯升高。同時，定期檢查和調整輪胎的定位和平衡參數，同樣有利于減少車輪的運轉阻力。

2.2 開放式增值

定制或改裝專用車時，車載平臺在裝備標準配置的基礎上，要盡量實現功能混搭，一物多用，為后期配置增值留出開放性空間，如房車客車可以變形混搭?？蛙噧鹊淖酪慰梢宰冃位蚪M合成臥具貨架，電動踏步也可以兼具裝卸貨物功能，所以，旅行客車和廂式貨車之間能夠借殼混搭。另外，消防車車廂嵌入電力輸出端子，解決夜間作業照明用電問題，宣傳車車廂外掛電子顯示屏，擴大廣告效應等，都屬開放式增值。

2.3 規律性除碳

發動機運轉時，噴油嘴溫度約100 ℃，進氣閥溫度在200～300 ℃之間。在這樣的溫度下，燃油中的不穩定成份，極易產生氧化縮合反應，生成膠質和積碳，沉淀在進氣閥和噴油嘴上，先進的高增壓發動機和使用GDI燃油直噴技術的發動機更容易產生積碳。進氣閥積碳，會造成進氣通道截面積減少，進氣效率降低，功率下降，嚴重時會使閥門動作遲緩，關閉不嚴。噴油嘴積碳，會使噴油不暢，燃油霧化質量下降，導致燃油進入燃燒室后，難以完全燃燒，造成發動機啟動困難，怠速不穩，以及油耗加大，尾氣排放惡化，特別在冬天，這些狀況更加明顯。所以，要定期清洗除積碳。當然，先進的增壓技術和GDI技術使發動機更加精密，拆解清洗比較復雜，可以使用免拆清洗的燃油系統清洗劑。

2.4 現代化理念

節油節在細處，細節決定成敗。及時刷新節能理念同樣有助于降低消耗。從前，人們常認為空擋滑行會省油。其實對現在的電噴發動機來說，帶擋滑行比空擋滑行更省油。因為帶擋滑行時，車輛依靠慣性拖動傳動機構運轉，維持發動機的正常工作，所以發動機不噴油，是零油耗；摘空擋滑行時，發動機沒有反拖的動力，因此就會繼續保持怠速運轉，當然會有油耗發生。觀察行車電腦的瞬時油耗可以明顯對比出兩種工況下的油耗差異。另外，空調用電對油耗影響也比較大，但長途運輸，車速超過80 km/ h時，開空調比開窗省油。進入陽光下暴曬的汽車中時，先暫時完全打開車窗，將車內熱空氣排出，然后再關上車窗，打開空調，不僅有利于車輛電子元件安全，而且有利于降低車輛行駛過程中的迎風阻力。

2.5 職業化修養

對于運輸車輛來說，車輛勻速行駛時，實際需要的牽引力特別小，僅需平衡阻力即可。所以，汽車能夠達到負荷最小的狀態，也能夠省油。與此相反，猛加油門和猛踩制動的過程當中能量損耗則是最大的。所以，駕駛員應該養成一個良好的駕駛習慣，不輕易“路怒”，不隨意超車，不猛加、猛減油門；跟車的時候一定要與前車保持足夠的安全距離，減少制動的次數。

2.6 系統性互動

顯而易見，車輛運轉時間越長油耗就越多，在嚴重擁堵狀態下，車輛處在頻繁的起步停車變換中，汽車燃油不能充分燃燒，必然增加油耗和排放。推廣電子不停車收費(Electronic Toll Collection System，簡稱ETC)系統，能夠有效減少能耗和排放：通過收費口通信天線與車載設備之間的通信，計算機收費系統和IC卡雙方同時完成對通行費的紀錄，實現電子結算收費，電子標簽用戶可以在網上查詢過車費用。交通運輸部發布的數據顯示，與傳統人工收費模式相比，ETC實現車輛快速通過，可降低燃油消耗20%。節能降耗，人人有責。作為交通管理部門，應該努力普及ETC系統；作為車主，應該科學調整車輛的使用頻率，同時積極響應IC卡付費模式，才能形成共省雙贏的新局面。

3 油價比價

內燃機節油技術的復雜性，使人們想到了燃料創新路徑。由表1可以看出，天然氣的性價比最高，凈化液化成LNG后，性價比更高。但是，LNG的燃點是650 ℃，遠遠高于汽油的427 ℃和柴油的260 ℃，所以純LNG發動機的燃燒方式是點燃，與壓燃式的傳統柴油發動機相比，雖然換來了更清潔的尾氣、更低的行駛成本，但發動機的功率卻會下降30%左右。

LNG汽車動力特性的局限性，催生了LNG汽車家族的雙胞胎兄弟：LNG與柴油混合使用的雙燃料LNG汽車及LNG與汽油交替使用的兩用燃料汽車。油汽混合LNG汽車的供油供汽兩個供應系統共用一個發動機，保留壓燃點火方式，通過限制燃油噴射量，用天然氣替代的方式“限油補氣”，兩種燃料進入發動機摻燒為汽車提供能量，柴油與LNG消耗量約為25%和75%。

LNG兩用燃料汽車采用定型汽油車改裝技術，在保留原車供油系統的情況下，增加一套“LNG型車用壓縮天然氣裝置”，啟動時用油，預熱后轉氣，氣用完后自動轉油。左右逢源的油改氣復合動力技術，高油價時代在輕型專用汽車、重型貨運卡車中曾經得到廣泛響應。然而，從2014年夏天開始持續走低的燃油價格，使LNG燃料的比較優勢日趨平淡，LNG汽車開發熱潮也在慢慢降溫，人們的注意力又重新回到油價上。

中央電視臺2015年的“3.15晚會”播出過這樣一個節目：一些不法廠商通過調和各種石化原料，大量制作出所謂的調和汽油，獲取暴利，而各項指標檢測還完全符合國家標準，在加油站更是一路綠燈。而汽車加注這種調和汽油后會出現沒勁甚至趴窩的現象。

原來，調和油煉油廠生產出來的93號汽油事實上是把90號汽油配上大量的燃燒性不好的石腦油、MTBE(Methyl Tert-Butyl Ether，甲基叔丁基醚，一種抗爆劑)、有害物質甲醇、甲縮醛、芳烴等化工原料混合而成。調和汽油價格比正規汽油便宜很多，銷量可觀。

節能減排，不能胡來。車用油品，概莫能外。一個油品能夠推出市場并有一定的銷路，它一定是在某方面具有使用價值，但從多省多賺的總體目標衡量，長期使用假冒偽劣油品的結果必然是得不償失。除了燃油滑油液壓油各種車用油品需防假冒，各類油品添加劑的副作用也不容忽視。