乘用車使用低滾動阻力輪胎的節能減排分析

于秩祥

(江蘇建筑職業技術學院實驗實訓教學部,江蘇 徐州 221116)

乘用車使用低滾動阻力輪胎的節能減排分析

于秩祥

(江蘇建筑職業技術學院實驗實訓教學部,江蘇 徐州 221116)

由于全球汽車保有量的不斷增加,導致汽車對環境的污染日益惡化,為了更好地保護環境,人們開始追求低碳生活,以改善生存環境,減少汽車對環境的污染。根據乘用車輛使用低滾動阻力輪胎和普通輪胎進行對比,采用試驗數據對比及數理統計方法,分析低滾動阻力輪胎在節能環保上的作用,探討低滾動阻力輪胎的節能減排優勢,實現推廣使用低滾動阻力輪胎。

低滾動阻力;輪胎;乘用車;節能

目前,全球環境日益惡化,汽車對環境的污染與日俱增,雖然各國排放法規都在不斷降低車輛發動機尾氣中各類有害物質的排放量,但汽車保有量的增加,還是加劇了汽車對環境的污染。其中,燃油效率是汽車行駛中CO2排放的一項關鍵指標,輪胎生命周期中的CO2排量比例為:橡膠及各類原料占4.1%,輪胎生產占1.5%,輪胎使用占87%,輪胎報廢處理占7.2%,其他占0.2%。隨著人們環境保護和節約能源意識的增強,對汽車的節能減排要求越來越高。傳統對乘車用動力總成系統技術(電控直噴增壓汽油機、電控高壓共軌增壓柴油機和多擋位自動變速器)的提高以達到節能減排的目的以盡極限。在保證車輛安全的前提下,乘用車輛使用低滾動阻力輪胎既是減少廢氣排放的有效措施,又可提高發動機功率、節約能源、降低燃油消耗和達到低碳排放等環保節能要求。

1 低滾動阻力輪胎的節能原理

乘用車燃料消耗的14%～20%是由輪胎滾動阻力造成的,而輪胎滾動阻力的近3/4來自于胎面,有效改善輪胎橡膠中的組成部分,可減少輪胎與地面的滾動阻力。例如,低滾動阻力輪胎是通過在橡膠中添加特殊改性聚合物,能有效減少分子間的摩擦生熱,降低輪胎胎面與地面的滾動阻力。如圖1、圖2所示普通輪胎胎面配方與橡膠中添加特殊聚合物輪胎胎面配方對比發現,圖1輪胎橡膠中添加特殊聚合物主要以有機硅和各類添加劑組成在一起,使碳分子凝集降低,當輪胎胎面與地面產生摩擦時可有效減少摩擦產生的熱量,降低能量損失,同時增加輪胎耐磨力,并將輪胎橡膠用量減少以達到輕量化。圖2普通輪胎胎面主要以炭黑等原料為主要配方,當輪胎胎面與地面摩擦擠壓時,碳分子凝集在一起,相互間摩擦生熱,造成能量損失,增加滾動阻力。

圖1 聚合物橡膠胎面Fig.1 Special polymer rubber tread

圖2 普通橡膠胎面Fig.2 Common polymer rubber tread

2 對比試驗

2.1 試驗方法及項目

試驗標準包括國家標準GB/T 18861—2002、GB/T 19223—2008、GB/T 21670—2008、GB/T 18697—2002等。根據實際情況采用道路測試和底盤測功機等設備進行對比試驗,試驗車輛主要參數如表1所示,測試輪胎主要參數如表2示。所測試輪胎都為新出廠輪胎。

表1 某乘用車技術參數Tab.1 A passenger car technical parameters

表2 測試輪胎的主要參數Tab.2 Testing tyre’s main parameters

試驗項目包括:100 km/h全力制動距離(m)、40～0 km/h滾動阻力(m)、直線加速時間(s)、等速行駛時車內外噪聲和綜合行駛油耗。

試驗環境:無風,晴,環境溫度28.5℃,地面溫度31.5℃,地面為柏油路面,地面滾動阻力系數為0.014。

2.2 試驗程序及過程

(1)100 km/h全力制動距離(m)

乘用車輛在行駛時必須保證有良好的制動性能。選用低滾動阻力輪胎時,在減小滾動阻力的同時,應保證輪胎與地面的摩擦力。通過車輛在100 km/h下全力制動的距離來驗證輪胎的安全性。

試驗用車分別裝用普通子午線輪胎和低滾動阻力輪胎通過10次100 km/h全力制動如表3,計算10次制動平均值。使用普通輪胎連續10次100 km/h全力制動距離的平均距離為42.47 m,使用低滾動阻力輪胎連續10次100 km/h全力制動距離的平均距離為39.72 m。

表3 100 km/h全力制動距離Tab.3 100 km/h Full braking distance

(2)40～0 km/h滾動距離(m)

40～0 km/h滾動是將車輛加速到40 km/h時,變速器掛入空擋,讓車輛滑行,直至車輛停止的距離如表4。滾動阻力小的輪胎應具有很長的滾動距離,在車輛加速或滑行的情況下,可有效減少摩擦,提高車輛燃油經濟性。

表4 40～0 km/h滾動距離Tab.4 40～0 km/h Rolling distance

(3)直線加速時間

直線加速時間能保證車輛有良好的動力性能。車輛除本身動力性能和車身質量外,唯一能影響汽車動力性能發揮的就是輪胎性能。通過測試車輛的直線加速時間,來檢測輪胎與車輛動力性能的發揮和輪胎的抓地性能。如表5所示。

(4)等速行駛時車內外噪聲

乘用車輛行駛時的主要阻力是輪胎與地面形成的滾動阻力和車輛外形與氣流形式的空氣阻力。輪胎滾動時會與地面產生摩擦噪聲,隨著車速的增加噪聲也隨之增加,為保證乘用車輛內具有良好的舒適性能,應有效降低輪胎與地面的滾動噪聲。如表6普通輪胎與低滾動阻力輪胎的各項噪聲對比。

表5 直線加速時間Tab.5 Straight line accelerated time

表6 等速行駛時車內噪聲對比Tab.6 Interior noise contrast at constant speed driving

(5)車輛行駛油耗

車輛行駛油耗的影響因素很多,其中輪胎占20%以上,通過合理選擇輪胎可達到節省燃油的效果。普通(原廠)輪胎采用工信部給出的車輛測試油耗,低滾動阻力輪胎采用底盤測功機測量,并模擬各類行駛阻力得出測量油耗,如表7所示。

表7 油耗對比Tab.7 Fuel consumption contrast

2.2 試驗數據分析

低滾動阻力輪胎在100 km/h全力制動距離(m)的平均距離為39.72 m比普通子午線輪胎短2.75 m,可有效保證車輛在制動過程中的行駛安全;40～0 km/h滾動阻力(m)低滾動阻力輪胎的平均距離為433.41 m,車輛具超長的滑行距離;直線加速時間(s)的各項指標中,低滾動阻力輪胎的加速時間比普通輪胎的加速時間快1 s左右,說明低滾動阻力輪胎具有良好的抓地性和車輛動力性;等速行駛時車內噪聲說明低滾動阻力輪胎具有優異的低噪聲;輪胎行駛油耗的各項指標中,由于低滾動阻力輪胎滾動阻力小,輪胎能量損失小,致使車輛燃油利用率高,燃油消耗低,達到節能目的。

3 經濟效益及環保分析

3.1 經濟效益計算

根據試驗數據對比得出結論,低滾動阻力輪胎各項指標上都優于普通輪胎。低滾動阻力輪胎在制造成本上要高出普通輪胎近1/3的價格,因為低滾動阻力采用聚合配方和特殊添加劑及先進加工工藝制造。

為達到節省燃油、保護環境、降低排放,根據計算方式來分析,低滾動阻力輪胎的使用經濟性能。通過以下公式進行計算:

式中L為輪胎行駛里程(公里);Q為百公里平均油耗量;η為節油率%(根據輪胎型號確定一般η= 5%～8%);S為燃油價格(元/升)。

根據以上分析數據計算可得到,乘用車輛使用4條輪胎(分別采用低滾動阻力輪胎和普通輪胎)行駛6萬公里,百公里平均油耗量取車輛綜合工況油耗量(普通輪胎7.5 L/100 km,低滾動阻力輪胎7.1 L/100 km),汽油價格為7.5元/升,節油率(普通輪胎為5,低滾動阻力輪胎為7)。低滾動阻力輪胎6萬公里的節省燃油費用為2 236.5元,而普通子午線輪胎的節省燃油費用為1 687.5元。節省的燃油費用遠高于低滾動阻力輪胎的比普通輪胎價格高出的費用。車輛輪胎在正常使用情況下一般都在6萬公里以上,最多可達到10萬公里,同時低滾動阻力輪胎的滾動阻力小,輪胎胎面磨損就小,輪胎的使用壽命更長,所以低滾動阻力輪胎比普通輪胎具有超值的經濟性。

3.2 環境保護

在環保方面,輪胎滾動阻力的影響遠遠不止油耗,更重要的是關乎CO2所造成的環境污染。每年生物和海洋對于人為的CO2排放僅能吸收110億噸,占人為排放的40%,剩余部分儲進大氣,形成“溫室效應”。我國汽車年產量為全球第一,其中乘用車產量占60%左右,推廣低滾動阻力輪胎的使用,在節省燃油的同時,也降低了乘用車輛產生的CO2排放量。

4 結 論

(1)低滾動阻力輪胎橡膠通過優化配方,使用有機硅和各類特殊添加劑等材料很好地解決了抓地力和滾動阻力之間的矛盾,使輪胎橡膠內部分子減少摩擦,抑制輪胎變形與溫度上升,從而降低輪胎的滾動阻力。

(2)根據試驗測試裝有低滾動阻力輪胎與普通輪胎的乘用車相比,低滾動阻力輪胎具有優異的安全性、動力性、燃油經濟性、低噪聲和低質量等特點。

(3)通過計算分析低滾動阻力輪胎與普通輪胎相比,采用低滾動阻力輪胎具有良好的經濟性能,并且比普通輪胎有更長的使用壽命,能減少輪胎更換次數,降低乘用車輛使用費用。

(4)低滾動阻力輪胎可大范圍推廣使用,能提高乘用車輛的燃油效率,從而降低了CO2的排放量,達到了節能環保,低碳生活的目的。

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Effectiveness Analysis on Low Rolling Resistance Tires’Using for Passenger Car

YU Zhixiang
(Department of Practical Training,College of Xuzhou Institute of Architectural Technology, Xuzhou 221116,China)

As the increasing of global car ownership,the environment pollution is deteriorating.In order to protect our environment better,people began to seek low carbon life to improve the living environment and to reduce automobile pollution to the environment.This paper was based on the comparison between the u-sing of low rolling resistance tires and normal tires,used the experimental data contrast and mathematical method,analysis on Low rolling resistance tires’using for passenger car,probe into the low rolling resistance tires’advantage about saving emission reduction,achieve promotion using of low rolling resistance tires.

low rolling resistance;tire;passenger car;energy saving

U 463.341

A

167127880(2011)0620076204

2011-10-20

于秩祥(1983— ),男,吉林通化人,助教,研究方向:汽車理論教學,發動機檢測和性能分析。