商用車動力總成技術(shù)的發(fā)展趨勢

張明

摘要：當(dāng)前，諸如環(huán)境保護、交通限制、柴油價格上漲和道路成本上升之類的問題正在給運輸業(yè)造成嚴(yán)重問題。商用車制造商和合作伙伴的目標(biāo)是達(dá)到歐洲商用車和重型乘用車最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，并為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)而開發(fā)和增強綠色車輛。本文對此進(jìn)行相關(guān)的研究。

關(guān)鍵詞：排放標(biāo)準(zhǔn);發(fā)展方向;問題

一、柴油機繼續(xù)存在

目前，商用車制造商已經(jīng)成功創(chuàng)建了一種新的改進(jìn)型綠色汽車發(fā)動機，并且該發(fā)動機更為符合歐V排放標(biāo)準(zhǔn)。

汽油發(fā)動機的燃油消耗與柴油發(fā)動機基本相同，從純粹的物理角度來看，高端汽油發(fā)動機的效率仍有提高的空間，但作為商用車的動力裝置，柴油發(fā)動機始終具有廣闊的發(fā)展前景。

二、新引擎

瑞典Scania在新的R系列車型的基礎(chǔ)上，開發(fā)了功率最大的新型商用車，扭矩達(dá)3500 Nm，功率為537 kW，自2010年9月以來，已向用戶提供了四種V8發(fā)動機模型。這種柴油發(fā)動機的新結(jié)構(gòu)可以承受更高的爆炸壓力，但在汽缸體頂部保留了原始的單缸汽缸蓋和高架凸輪軸。V8柴油機的氣缸體采用V形裝配角，在90°不變，行程也不變化，因此發(fā)動機下半部分的形狀保持不變，也使用了商用車制造商的其他V8的部分零部件。16.3升柴油發(fā)動機可以在三個最大變速箱速比的情況下在1000至1350r/min的低速范圍內(nèi)使用最大扭矩。將來，天然氣是一種高度可利用的能源，其主要成分甲烷是最接近氫的可用能源，并且具有很高的能量含量。

在市政車輛中使用壓縮天然氣的優(yōu)勢在于，當(dāng)發(fā)動機和汽車行駛時，它們的重量非常輕（沒有像柴油發(fā)動機那樣的高爆炸壓力，但是需要輔助設(shè)備來使用壓縮天然氣）。 CNG車輛的總價格更昂貴，維護頻率更高（例如火花塞），但比不熟悉的燃料更現(xiàn)實（爆炸危險）。

三、動力總成優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域

希望將來在商用車動力總成的四個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。基本發(fā)動機原則上不變，但是就燃料噴射技術(shù)而言，通過常規(guī)形式的燃料噴射和更高的燃料噴射壓力可以優(yōu)化發(fā)動機的燃燒過程。第二個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域是改進(jìn)商用柴油機的增壓和通風(fēng)技術(shù)，這可以使柴油機更強大，包括提高效率和增壓。在燃料質(zhì)量方面，現(xiàn)在特別關(guān)注排氣后處理技術(shù)。除混合動力技術(shù)外，對于商用柴油發(fā)動機，包括輔助設(shè)備，變速箱和排氣后處理在內(nèi)的整個機器的控制與調(diào)節(jié)是一項關(guān)鍵技術(shù)，可優(yōu)化商用車輛動力總成的潛力。

四、燃油噴射技術(shù)

從理論上講，高燃油噴射壓力大且具有減少廢氣的能力，尤其是對于PM排放來講，潛力巨大。在過去的兩年中，共軌燃油噴射系統(tǒng)可以達(dá)到的最大燃油噴射壓力從210 MPa增加到250 MPa。不久前，最大燃油噴射壓力為300 MPa的液壓增壓燃油噴射系統(tǒng)的開發(fā)開始了，它們在滿足材料特性和批量生產(chǎn)中極小的制造公差方面面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時，出于質(zhì)量和尺寸的原因，這種燃油壓力提升是在共軌上完成的。然而，這種燃料增壓系統(tǒng)的優(yōu)點在于，它可以增加燃料噴射壓力并改變?nèi)剂蠂娚湟?guī)律曲線的形狀。

五、增壓通風(fēng)技術(shù)

發(fā)動機的減少和增強也是當(dāng)今商用車輛發(fā)動機的發(fā)展趨勢。例如，高增壓和高EGR比的組合將增加填充密度，因此必須采用更高的燃油噴射壓力，并且發(fā)動機將在更大的范圍內(nèi)運行。它在特性曲線字段的范圍內(nèi)運行，并且通常在需要更靈活噴射的高負(fù)載運行條件下運行。

但是，在商用車發(fā)動機較小且平均有效壓力相同的情況下，需要根據(jù)需要進(jìn)行兩級增壓，因此，隨著閥的減少，增壓度增大，空氣交換損失增大。這意味著，根據(jù)降低燃油經(jīng)濟性的指導(dǎo)方針，在商用車領(lǐng)域中不會縮小發(fā)動機的尺寸，而是考慮改善整個機器的整體布局，并減小幾何尺寸或提高有效的承載質(zhì)量。

六、排氣處理

由于新法規(guī)對所有工業(yè)國家（包括中國、日本和美國）都有利，因此它制定了衡量有害排放量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并為制造商創(chuàng)造了相同的全球競爭條件。

在這些環(huán)境中，商用車輛和發(fā)動機制造商都面臨著巨大的挑戰(zhàn)，他們不僅要找到不僅符合嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的解決方案，而且還要降低燃料消耗和制造成本。迄今為止，用于整體測量廢氣的不同駕駛周期和測量方法大不相同。

七、混合動力化

在某些情況下，混合動力技術(shù)可用于多種類型的商用車輛。從技術(shù)角度來看，混合動力單元的大多數(shù)組件已經(jīng)確定，并且已經(jīng)進(jìn)行了小批量生產(chǎn)。原型車已經(jīng)在路上行駛，需要研究的是增強成本優(yōu)勢并延長使用壽命。當(dāng)然，除了技術(shù)問題之外，要意識到客戶認(rèn)為可以省錢的時候才購買這些混合動力車。首先，需要確保燃料成本高于電池部件成本，以便可以從國家獲得該技術(shù)的支持資金。

當(dāng)前，混合動力設(shè)備在城市公交車上實現(xiàn)了理想的經(jīng)濟效益，混合動力設(shè)備的高成本可以用大約5年的燃料節(jié)省來償還。然而，這種可能性在運送運輸中不存在，并且車輛的有效車載質(zhì)量減小了，特別是在應(yīng)用混合動力驅(qū)動單元時。但是，對于打算交付的商用車，使用混合動力驅(qū)動器在燃油消耗和二氧化碳排放方面可提供10%到15%的利潤。另外，節(jié)油效果的大小也與使用條件有關(guān)。在高彎道路和崎嶇起伏的地形上行駛時，即使在高頻率停車的情況下，節(jié)油效果也更加明顯。

八、結(jié)束語

本文研究發(fā)現(xiàn)可以將更經(jīng)濟、手動和自動變速箱集成到現(xiàn)有的汽車結(jié)構(gòu)解決方案中。在起停操作中，內(nèi)燃機從停車狀態(tài)斷開，并且僅利用電動機執(zhí)行起動操作，而沒有驅(qū)動力或舒適性的限制。取而代之的是，它使用了在施加車輛制動器時為混合動力電池組充電的能量（能量回收）。在完全混合動力系統(tǒng)支持的情況下，它還可以全功率加速或以純功率運行，而商用車最多可以節(jié)省30%。

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