主流汽车节能技术与节能效果分析

摘要：随着人类逐渐进入汽车时代，能源危机、环境污染、交通拥堵等问题日趋严峻，对汽车行业低碳发展、节能减排的要求愈发迫切。文章从发动机、变速器、低摩擦、轻量化、电子电器、替代燃料、混合动力七个领域，对全球主流汽车节能技术的基本原理和节能效果展开了论述。

关键词：汽车节能；节能技术；发动机；变速器；低摩擦；轻量化

全球原油供需形势不容乐观。受全球经济发展、汽车保有量增加等多重因素驱动，全球原油消费量逐年递增。随着原油资源的枯竭和原油消费需求的持续增长，未来全球原油供需形势将更加严峻。因此，节能减排是目前全球汽车产业发展的共同趋势和转型升级方向。

1发动机

1.1缸内直喷技术（GDI）。GDI是指将燃油喷嘴喷油器安装于气缸内，以压力较高的燃油直接喷入气缸内与进气混合，并通过优化和匹配设计，进一步提高喷射压力，使燃油雾化的效果更为细致，真正做到精准地按比例控制喷油，让燃油和空气能够在整个汽缸内进行均匀的混合，从而实现燃油的充分燃烧的一种技术。采用缸内直喷技术较多点喷射发动机节油2%~5%。1.2增压技术。涡轮增压技术是一种利用排气废气的能量冲击排气管道中的涡轮，同时带动进气管道的涡轮，使进气增压后送入到气缸，从而提高发动机的功率的技术。涡轮增压技通过减小原来发动机的排量使节能效果达到4%~10%。1.3废气再循环技术（EGR）。EGR是将发动机排气的一小部分再送回气缸的一种技术。再循环废气由于具有惰性会延缓燃耗过程，从而导致燃烧室中的压力形成过程放缓，减少NOx的生成。废气再循环技术通过减缓爆震的影响可提高压缩比，同时优化点火时间，并降低泵气损失，达到节能效果。1.4停缸技术（VCM）。VCM是指发动机在部分负荷下运行时，通过相关机构切断部分气缸的燃油供给、点火和进排气，使剩余工作气缸负荷率增大的一种技术。VCM一般可降低能耗3%~8%。1.5阿特金森循环。现代阿特金森循环发动机使用电子控制装置，通过推迟进气门关闭，在压缩冲程从进气门排除部分燃气，减少进气量，从而实现膨胀比大于压缩比，提高燃油利用率，达到节油的目的，一般可带来2%~8%的能耗降低。1.6清洁高效柴油机技术。由于柴油机的压缩比较大，目前主要采用电控的高压共轨喷射，通过高压油泵加压，带电磁阀的喷油控制喷油时机和喷油量，实现对燃油的喷射的精确、高效控制。目前，与同等动力水平的自然吸气汽油机相比，清洁高效柴油机能耗要降低15%~30%。1.7可变气门正时和升程技术（VVT和VVL）。VVT是一种根据发动机的运行情况来调节气门的开合时间、角度的技术。VVL是一种根据汽车运行情况来调节发动机气门升程的技术。可变气门正时和升程技术已成熟应用。

2高效变速器

2.16MT。6MT即含有6个前进挡的手动变速器，结构上仅是比5MT多出一组齿轮，在同样的发动机转速下可以跑得更快，在相同的速度下行驶，6MT的转速低于5MT，从而达到了节油的效果，一般较5MT节油1%~3%。2.2多档AT。在传统4档位自动变速箱基础上增加的每个档位，都帮助发动机处在一个很好的工作状态，因此提高了潜在效能。5AT较传统4AT能耗降低2%~3%、6AT较传统4AT能耗降低3%~5%、7AT较传统4AT能耗降低5%~7%、8AT较传统4AT能耗降低6%~8%。2.3机械式自动变速器（AMT）。AMT在不改变原车变速箱的主体结构的基础上，通过加装微电脑控制的电动装置，取代原来由人工操作完成的离合器的分离、接合及变速器的选档、换挡动作，实现换档全过程的自动化。采用AMT技术后，与传统AT相比，AMT整车能耗可降低5%~10%。2.4无极变速器（CVT）。CVT是通过主动轮与从动轮的可动盘做轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。与传统4AT相比，CVT一般可降低能耗2%~6%。2.5双离合自动变速箱。双离合自动变速箱融合了手动变速箱和自动变速箱二者的优点。一个离合器控制单数档位齿轮，另一个离合器控制双档位齿轮。当一个档位正在工作时，相邻档位的齿轮进入啮合状态，当换挡时刻来临就可以只通过操纵离合器来实现换挡。相较于4AT，能耗可降低2%~7.5%。

3低摩擦技术

3.1低滚阻轮胎汽车行驶过程中，会产生各种各样的行驶阻力，其中近80%为空气阻力，其余20%为滚动阻力。汽车油耗有相当一部分用于克服轮胎摩擦阻力。据有关机构测定，轮胎滚动阻力每降低7%，就可使汽车燃油消耗降低1%。3.2低风阻设计汽车风阻是指汽车的外部与气流作用产生的阻力。据有关数据显示，在同等风速下，风阻系数每降低10%，能耗可降低7%。

4轻量化技术

减少汽车自身质量是降低油耗的最有效的措施之一。据相关数据显示，汽车自重每减少10%，NEDC工况下能耗可降低6%~8%、排放降低5%~6%。4.1轻量化的结构设计及优化利用。CAD、CAE技术，可以准确实现车身实体结构设计和布局设计，对各构件的开头配置、板材厚度的变化进行分析，并可从数据库中提取由系统直接生成的有关该车的相关进行工程分析和刚度、强度计算。4.2先进轻量化材料的应用。铝合金是目前汽车材料中应用最多的轻质材料，各项相关技术也比较成熟。镁铝合金已经应用于仪表板骨架和横梁、发动机缸体、进气支管等；高强度钢已经应用于汽车车身、底盘、悬架等零部件上；钛已经应用于气门等部件；塑料是汽车使用得最多的非金属材料，已经应于仪表盘、侧围内测板等。4.3轻量化工艺。内高压成形技术在汽车制造中的应用有排气系统异形管件、副车架总成等。激光加工技术主要应用于拼焊板制造、白车声零部件加工等。采用激光技术制造车身，车身质量减轻20%。半固态加工技术适用于具有较宽液固共存区的合金体系。超高强度热成型技术主要用于生产轻量且超高强度的冲压件，质量减轻20%以上。

5先进电子电器

5.1智能节油系统（STT）。STT是一套控制发动机启动和停止的系统。此项技术在一般路况条件下可以降低能耗5%左右，而在拥堵路段最高可降低能耗10%~15%。5.2电动助力转向系统（EPS）。电动助力转向系统是通过转矩传感器与转向轴链接在一起，当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成电信号传给ECU，ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。与HPS（机械助力转向系统）相比，EPS可降低能耗1%~2%。5.3电子节温器。电子节温器是指车辆冷却液温度调节、冷却液的循环、冷却风扇的工作等均由发动机控制单元控制的装置。电子节温器相对于装备传统冷却系统能够降低能耗1%~2%。5.4可变排量机油泵。可变排量机油泵是指一种可以根据发动机的实际机油量需求量来调节供油量的机油泵。该变量泵技术使得发动机在中高速下的主油道压力保持一个相对恒定值，在满足发动机机油需求的同时，减少功率消耗，起到节能减排的作用，一般能降低发动机1%~2%的燃油能耗。5.5再生制动能量回收。车辆在制动或减速过程中耗费多余的能量，将这些能量回收利用能够降低车辆的能量消耗，提高燃油的经济性。目前该项技术多用于混合动力与新能源车型。

6替代燃料

替代燃料汽车是指使用其他类型燃料，部分或完全取代石油基燃料（汽油、柴油）的汽车。替代燃料总体上可划分为三类：醇、醚、酯类等含氧燃料，合成油，气体燃料。替代燃料汽车与传统内燃机汽车的结构、工作原理、节能技术应用一致。一般只需根据替代燃料的主要物化性能，对原内燃机汽车发动机和燃料供给、储存系统及相关零部件进行必要的技术改造即可。通过专用技术、专机开发，充分利用天然气高热值等燃料特性，提高节能效率。

7混合动力

混个动力是指同时装备两种动力来源—热动力源与电动力源。混合动力是目前技术成熟、节能效率最高、社会成本最低且在世界范围内接受度高的乘用车动力系统。混合动力系统主要由内燃机、电动机、动力电池与机械传动系统组成。应用怠速启停、低速电动、小型化、能量回收等技术可实现高达30%的节能效果。

作者:康宁 张伟 靳永言 张士伟 单位:长安大学汽车学院

参考文献

[1]张新元,浅谈汽车节能技术与节能方法[J].科技展望,2017（3）:120.

[2]王艳杰,张晨.汽车节能技术与应用实例[J].汽车实用技术,2015（7）:114-116.

[3]中国汽车工程研究院股份有限公司,中国节能汽车蓝皮书[M].北京:社会科学出版社,2016.9.