节油之由

文_宋喜秀

节油之由

文_宋喜秀

专用车节油降耗与多方面因素有关，除了车辆本身的动力系统追求经济性外，车辆内外部设计、驾驶习惯、驾驶条件等也会对车辆油耗产生一定影响，与此同时，油品质量也是影响油耗的一个重要方面。

烧油如烧钱，省油是挖潜。据测算，传统发动机的能量利用率只有20%～30%，燃料燃烧发热量的20%～25%进入冷却水循环系统，40%～45%进入高温尾气排放系统，10%左右被机械摩擦等消耗。节油既降低成本，又减少污染。专用车的根本属性是生产工具，车辆的燃油经济性与生产率指标是对立统一的关系，所以，衡量专用车节油能力的技术指标应该是能量利用率——原始动力转化为车轮所做有用功的效率，可用公式表示如下。

能量利用率ηe=Gn.g.f.v/E

其中，Gn(kg)为有效负载质量，g为重力加速度，f为车轮滚动阻力系数，v(km/h)为行驶速度，E(kJ/h)为原始动力的平均能量值。由上式可以看出，影响专用车油耗的配置因素有动力及传动系统、车身及负载状况、燃油及滑油质量等功能模块。因此，专用车的省油路径也与这些配置主体息息相关。

1 动力尽力

燃料的低热值Hu相对固定(几种燃料的平均低位发热量见表1)，比油耗be随有效功率Pe变化而变化(变化曲线见图1)。提高能量利用率的技术路径，一是降低比油耗，二是采用Hu更低的燃料。而提高燃料燃烧效率及热量利用效能又是降低比油耗的必由之路。

1.1 竭尽全力

传统发动机分为汽油机和柴油机两大类。汽油机是火花点燃混合气，依靠节气门调节负荷，负荷特性又称节流特性；柴油机是高压压燃混合气，靠改变喷油量调节负荷，改变混合气成份，因此柴油机负荷特性又称燃油调整特性。同等动力输出情况下，汽油机比柴油机费油，特别是开始启动时，既需要最浓的混合气，又不能充分燃烧，所以油耗更高。内燃机科研人员竭尽全力从燃料温度、速度、浓度与燃烧梯度、难度等方面全方位改善燃料的燃烧方式。

首先是GDI(Gasoline Direct-Injection，汽油直接喷射)技术。日本三菱公司于1996年开发成功的GDI发动机，将柴油机的喷油形式移植到汽油机上，将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内点燃作功，同时采用了进气阻力更小的立式吸气口、气流运动更快的弯曲顶面活塞和涡流分层更细的高压旋转喷射器等技术手段，使喷入气缸的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流，实现了火花塞下混合气体由近及远、由浓到稀的梯次燃烧。

GDI发动机超稀薄直喷燃烧技术的应用，降低了气缸壁工作温度，减小了系统的热量损失，改善了燃烧经济性。但GDI高压高温环境却会产生NOx排放过高的现象，需要采用EGR(Exhaust Gas Recycling，废气再循环系统)等技术措施解决这个问题。

其次是HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition，均质充量压燃)技术。美国西南研究所提出的HCCI超稀薄燃烧方式，采用预混压燃技术，火焰在多处起燃，且燃烧速度快，燃烧温度低，缩小了气缸内局部混合气体过浓的区域，减少了NOx和PM的排放，燃料的能量利用率能够提高15%以上。

表1 常见燃料/能源平均低位发热量

HCCI发动机的本质也是压燃式的汽油机，虽然可以节省掉传统汽油机的火花塞、节气门配置，但其在稀燃状态下的排气温度较低，不易采用涡轮增压，所以，能够达到的最大负载能力比传统的汽油机和柴油机都要低很多。

最后是新能源开发。燃料的燃烧效率提高空间已经十分有限，电动汽车、太阳能汽车、LNG等热值更低的新能源汽车开始崭露头角。

根据燃料的平均低位发热量，选取能量利用率较高的等价燃料，不仅能够改变汽车能源消费结构，提高能量利用率，而且可以解决汽车尾气排放对环境造成的污染问题和能源可持续发展等问题。从技术成熟度、开发及运用经济性、易普及程度等方面看，新能源汽车虽然创新优势明显，但也存在着许多商用短板，所以，长期停留在应用示范阶段。可喜的是，新能源与传统燃油发动机组合而成的混合动力，通过两种动力的优势互补，能够完美实现节能环保的共同理想。

1.2 形成合力

从表1可以看出，燃油与电力的性价比不相上下，所以，电动机与内燃机“热恋”百年，几经沉浮。

1901年巴黎车展上展出的罗纳尔-保时捷(Lohner—Porsche)，是世界上第1款油-电混合动力汽车。该车是由当时25岁的费迪南德·保时捷(Ferdinand Porsche)为其供职的Jacob Lohner公司开发制造，动力传递是通过内燃机转动发电机，利用电力驱动装有电机的2个电动前轮，是复合式电动汽车(Hybrid-Electric Vehicle，英文缩写为HEV)的鼻祖，属于串联式混合动力。

在串联式混合动力系统中，传统发动机的作用是直接带动发电机为蓄电池充电，驱动、制动功能则完全由电机控制器完成，汽车通过保持内燃机的最佳工况来节约能源改善排放：汽车低速或低负荷行驶时，过剩的动力会变成电能储存起来；高速或高负荷运转时，电动机会自动工作，补充不足的动力。发动机与电动机的最佳组合，兼容了“强劲动力”和“最低油耗”两个看似相反的性能参数，有加速加载不加油、怠速空载不费油的省油优势，所以在频繁起步停车的短途公交车上应用较多。

与串联式对应的是并联式——电动机和内燃机并行布置，动力可以由二者单独提供或共同提供。在并联混合动力系统中，电动机同时也是发电机，既能回收减速和制动能量发电，又能助力加速。电动机产生的辅助动力通过分担发动机负荷，降低发动机油耗和排放。并联式混合动力具有较高的能量传递效率，特别适合路况复杂的重型卡车及大型客车工况。

20世纪末，大气污染加剧，燃油价格飙升，电动汽车升级到新能源的战略高度，混合动力汽车进入现代化的发展阶段。1997年12月诞生的第1款批量生产的混合动力丰田汽车，采用了能量传递效率更高的混联动力模式。混联式是在并联的基础上，将发电机和电动机分离开，使电动机在运转过程中也能进行充电，动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转，车辆也能以串联和并联两种模式工作，所以系统复杂成本较高，适用于轻型高端的城市物流车辆。

并联及混联式混合动力不仅节能降耗，而且赋予了车主自由选择动力方式的权利：油价低则烧油，电价低则用电。为了与优惠政策接轨，又有插入式混合动力问世——在普通混合动力系统的基础上增加一套巨大的电池组及升压用逆变器、充电用逆变器等充电装置，不但能用专用充电站的充电桩快充，还可使用家庭220 V电源慢充，同时还能获得牌照、补贴和购置附加税减免等优惠。

研究表明，纯电动汽车的能量利用率为30%～40%，而HEV的能量利用率为40%～50%，在所有类型电动汽车中是最高的。电动汽车历久弥新，被重新定义为“新”能源，与HEV双方的Hu性价比变迁不无关系。

1.3 不遗余力

在炎热的夏季，太阳能资源特别丰富，移动车载冷库系统的使用率也达到最高峰。传统的车载冷库系统，依靠消耗汽车的燃油为冷库系统提供动力和电力，在装卸货物，特别是食品、药品时，不能保证人员和货物不受污染。然而，利用太阳能的太阳能冷藏车，不仅移动成本更低，而且安全无污染，所以会有广阔的市场空间。

在寒冷的冬天，发动机的余热可以用来取暖。车厢内布置采暖加热盘管，利用发动机的余热加热车厢内的循环空气，不仅改善了车厢采暖效果，而且节约了车辆冬季行车的电力负担。发动机的余热利用还大有可为，如利用高温尾气与环境温度的温差和半导体材料的温差电效应，还可以通过温差发电回收发动机尾气能量，驱动车用电器工作等。

2 内耗降耗

负载质量Gn是车辆额定总质量与标定自质量之差——大车比小车油耗大的主要原因是整车质量之异，而非发动机排量之别。所以，因车辆轻量化带来的节油效果，潜力很大。车辆轻量化包括设计制造阶段的先天条件和投入运营期间的后天配置。对驾驶员而言，自由配置的发挥空间十分广阔。

2.1 功能型减负

在保证功能的条件下压缩内耗。如许多专用车车主为了少跑路，每次加油时都喜欢一次加满。从节能降耗角度来看，这种加油习惯是十分不利的。事实上，每次出车加油，加到七八成的样子就足够用了。首先，少二三成油就能省掉数10 kg的负重，可以有效降低“自食其力”的一部分油耗，增加车辆的有效负荷能力；其次，GB 18296—2001《汽车燃油箱安全性能和试验方法》规定：在油箱口附近应设置有安全阀、进气阀、排气阀和燃油箱蒸发排放控制用的通气口。如果油箱加得太多太满，多余的燃油就会从这个通气口溢出，而白白浪费掉。最后，现在加油站点密布，车载电脑上的加油服务更是方便快捷，也确实没有必要增加车的负重。所以，短途行驶或就近施工时油箱加油应留有余地。

又如，一个备胎的平均质量在30 kg左右，短程作业时让备胎暂时分离，同样是行之有效的“减肥”妙招。为了应急，可以随车准备一些补胎小用品，如罐装的快速补胎剂，可以快速粘合轮胎上的小漏洞并且再次充气；或者配备一个车载的自动充气泵，也可以达到应急的效果。但是，轮胎充气要足，即使轮胎轻微充气不足，车轮滚动阻力系数f也会相应降低，油耗也将明显升高。同时，定期检查和调整轮胎的定位和平衡参数，同样有利于减少车轮的运转阻力。

2.2 开放式增值

定制或改装专用车时，车载平台在装备标准配置的基础上，要尽量实现功能混搭，一物多用，为后期配置增值留出开放性空间，如房车客车可以变形混搭。客车内的桌椅可以变形或组合成卧具货架，电动踏步也可以兼具装卸货物功能，所以，旅行客车和厢式货车之间能够借壳混搭。另外，消防车车厢嵌入电力输出端子，解决夜间作业照明用电问题，宣传车车厢外挂电子显示屏，扩大广告效应等，都属开放式增值。

2.3 规律性除碳

发动机运转时，喷油嘴温度约100 ℃，进气阀温度在200～300 ℃之间。在这样的温度下，燃油中的不稳定成份，极易产生氧化缩合反应，生成胶质和积碳，沉淀在进气阀和喷油嘴上，先进的高增压发动机和使用GDI燃油直喷技术的发动机更容易产生积碳。进气阀积碳，会造成进气通道截面积减少，进气效率降低，功率下降，严重时会使阀门动作迟缓，关闭不严。喷油嘴积碳，会使喷油不畅，燃油雾化质量下降，导致燃油进入燃烧室后，难以完全燃烧，造成发动机启动困难，怠速不稳，以及油耗加大，尾气排放恶化，特别在冬天，这些状况更加明显。所以，要定期清洗除积碳。当然，先进的增压技术和GDI技术使发动机更加精密，拆解清洗比较复杂，可以使用免拆清洗的燃油系统清洗剂。

2.4 现代化理念

节油节在细处，细节决定成败。及时刷新节能理念同样有助于降低消耗。从前，人们常认为空挡滑行会省油。其实对现在的电喷发动机来说，带挡滑行比空挡滑行更省油。因为带挡滑行时，车辆依靠惯性拖动传动机构运转，维持发动机的正常工作，所以发动机不喷油，是零油耗；摘空挡滑行时，发动机没有反拖的动力，因此就会继续保持怠速运转，当然会有油耗发生。观察行车电脑的瞬时油耗可以明显对比出两种工况下的油耗差异。另外，空调用电对油耗影响也比较大，但长途运输，车速超过80 km/ h时，开空调比开窗省油。进入阳光下暴晒的汽车中时，先暂时完全打开车窗，将车内热空气排出，然后再关上车窗，打开空调，不仅有利于车辆电子元件安全，而且有利于降低车辆行驶过程中的迎风阻力。

2.5 职业化修养

对于运输车辆来说，车辆匀速行驶时，实际需要的牵引力特别小，仅需平衡阻力即可。所以，汽车能够达到负荷最小的状态，也能够省油。与此相反，猛加油门和猛踩制动的过程当中能量损耗则是最大的。所以，驾驶员应该养成一个良好的驾驶习惯，不轻易“路怒”，不随意超车，不猛加、猛减油门；跟车的时候一定要与前车保持足够的安全距离，减少制动的次数。

2.6 系统性互动

显而易见，车辆运转时间越长油耗就越多，在严重拥堵状态下，车辆处在频繁的起步停车变换中，汽车燃油不能充分燃烧，必然增加油耗和排放。推广电子不停车收费(Electronic Toll Collection System，简称ETC)系统，能够有效减少能耗和排放：通过收费口通信天线与车载设备之间的通信，计算机收费系统和IC卡双方同时完成对通行费的纪录，实现电子结算收费，电子标签用户可以在网上查询过车费用。交通运输部发布的数据显示，与传统人工收费模式相比，ETC实现车辆快速通过，可降低燃油消耗20%。节能降耗，人人有责。作为交通管理部门，应该努力普及ETC系统；作为车主，应该科学调整车辆的使用频率，同时积极响应IC卡付费模式，才能形成共省双赢的新局面。

3 油价比价

内燃机节油技术的复杂性，使人们想到了燃料创新路径。由表1可以看出，天然气的性价比最高，净化液化成LNG后，性价比更高。但是，LNG的燃点是650 ℃，远远高于汽油的427 ℃和柴油的260 ℃，所以纯LNG发动机的燃烧方式是点燃，与压燃式的传统柴油发动机相比，虽然换来了更清洁的尾气、更低的行驶成本，但发动机的功率却会下降30%左右。

LNG汽车动力特性的局限性，催生了LNG汽车家族的双胞胎兄弟：LNG与柴油混合使用的双燃料LNG汽车及LNG与汽油交替使用的两用燃料汽车。油汽混合LNG汽车的供油供汽两个供应系统共用一个发动机，保留压燃点火方式，通过限制燃油喷射量，用天然气替代的方式“限油补气”，两种燃料进入发动机掺烧为汽车提供能量，柴油与LNG消耗量约为25%和75%。

LNG两用燃料汽车采用定型汽油车改装技术，在保留原车供油系统的情况下，增加一套“LNG型车用压缩天然气装置”，启动时用油，预热后转气，气用完后自动转油。左右逢源的油改气复合动力技术，高油价时代在轻型专用汽车、重型货运卡车中曾经得到广泛响应。然而，从2014年夏天开始持续走低的燃油价格，使LNG燃料的比较优势日趋平淡，LNG汽车开发热潮也在慢慢降温，人们的注意力又重新回到油价上。

中央电视台2015年的“3.15晚会”播出过这样一个节目：一些不法厂商通过调和各种石化原料，大量制作出所谓的调和汽油，获取暴利，而各项指标检测还完全符合国家标准，在加油站更是一路绿灯。而汽车加注这种调和汽油后会出现没劲甚至趴窝的现象。

原来，调和油炼油厂生产出来的93号汽油事实上是把90号汽油配上大量的燃烧性不好的石脑油、MTBE(Methyl Tert-Butyl Ether，甲基叔丁基醚，一种抗爆剂)、有害物质甲醇、甲缩醛、芳烃等化工原料混合而成。调和汽油价格比正规汽油便宜很多，销量可观。

节能减排，不能胡来。车用油品，概莫能外。一个油品能够推出市场并有一定的销路，它一定是在某方面具有使用价值，但从多省多赚的总体目标衡量，长期使用假冒伪劣油品的结果必然是得不偿失。除了燃油滑油液压油各种车用油品需防假冒，各类油品添加剂的副作用也不容忽视。