劉呂亮

常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，湖南常德 415700

節(jié)油技術(shù)在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用與展望

劉呂亮

常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，湖南常德 415700

我國面臨著嚴重的能源與環(huán)境問題，汽車作為主要的原油消耗終端和污染物生產(chǎn)源，在汽車上推廣節(jié)油技術(shù)意義重大。隨著科技的發(fā)展，各式各樣的節(jié)油技術(shù)被提出并逐漸應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上，這些技術(shù)對提高汽車的燃油經(jīng)濟性，改善汽車的尾氣排放質(zhì)量效果明顯。本文對現(xiàn)代汽車上應(yīng)用的節(jié)油技術(shù)進行介紹，并對汽車節(jié)油技術(shù)未來的發(fā)展提出展望。

節(jié)油；汽車；技術(shù)

1 汽車節(jié)油的重要意義

隨著人們生活水平提高，家庭小汽車的逐漸普及，我國對石油的需求逐年增加。在2013年我國已經(jīng)超越美國成為石油進口第一大國，2015年我國石油進口量為33 550萬噸，石油對外依存度已達到64.3%，巨大的石油進口使得我國面臨嚴峻的能源安全問題。同時，我國還面臨著嚴重的空氣污染問題，而汽車尾氣是空氣污染的主要元兇。據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計，汽車尾氣約占北京污染排放的30%。因此，合理利用寶貴的石油資源，發(fā)展汽車節(jié)油技術(shù)對提高國民的生活水平、保障國民身體健康、促進我國經(jīng)濟更好更快發(fā)展有巨大作用。

2 汽車節(jié)油技術(shù)介紹

自汽車誕生之日起，汽車節(jié)油技術(shù)就是一個永恒的話題。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們提出了各種各樣汽車節(jié)油的方法。比如，培養(yǎng)良好的汽車駕駛習慣、減輕汽車的整備質(zhì)量、改善汽車外形（降低汽車風阻系數(shù)）、使用低阻輪胎等方法都可以節(jié)省汽車行駛時的燃油消耗。但是為了保證車內(nèi)乘客的安全，汽車整備質(zhì)量不能無限降低，為了保證乘客乘坐舒適性，汽車高度不能無限降低。這樣就需要應(yīng)用其他的途徑來降低汽車油耗，因此一些新的節(jié)油技術(shù)應(yīng)運而生，這些技術(shù)包括：渦輪增壓技術(shù)、缸內(nèi)直噴技術(shù)、發(fā)動機自動啟停技術(shù)、發(fā)動機停缸技術(shù)等。

1）渦輪增壓技術(shù)。渦輪增壓是通過渦輪增壓器來提高發(fā)動機進氣密度的一種技術(shù)，可以提高發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性以及排放指標等綜合性能。按照增壓器動力來源不同可分為廢氣渦輪增壓與機械渦輪增壓，汽車上通常采用廢氣渦輪增壓技術(shù)。

與沒有配備渦輪增壓技術(shù)的發(fā)動機相比，配備渦輪增壓技術(shù)的發(fā)動機可以顯著增加發(fā)動機每一工作循環(huán)的進氣量，這就相當于在不改變汽車氣缸容積的情況下提高了發(fā)動機的壓縮比，高壓縮比的發(fā)動機動力更強，同時燃料的燃燒效率也相對較高。研究表明，發(fā)動機使用渦輪增壓技術(shù)后燃油消耗率可以降低5%～10%，進而減少了有害氣體與二氧化碳的產(chǎn)生。

正因為渦輪增壓技術(shù)在汽車節(jié)能減排方面效果明顯，現(xiàn)代汽車越來越多的采用了渦輪增壓技術(shù)發(fā)動機。據(jù)統(tǒng)計，2015年中國上市新車245款，其中應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)的汽車有119款，應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)的汽車占比由2009年的8.9%上升到2015年的48.5%。

2）缸內(nèi)直噴技術(shù)。傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機直接將燃料噴射在進氣門背面或者進氣歧管靠近汽缸蓋的位置，將燃料與空氣在進氣道內(nèi)進行混合，然后隨著氣門的開啟進入到氣缸內(nèi)，這種燃油噴射過程稱為氣道噴射（PFI）。在這一過程中，發(fā)動機的負荷需求與燃油噴射存在一個時間遲滯，使得燃油的噴射控制不準確。燃油缸內(nèi)直噴技術(shù)（GDI）很好地解決了這一問題，其將噴油器直接安裝在汽缸壁上，噴油嘴與氣缸相連，使得噴油器的噴油量隨發(fā)動機的負荷實時控制，極大的節(jié)省了燃料的損耗，同時也提高了發(fā)動機的動力性。

日本豐田公司將使用GDI技術(shù)的發(fā)動機與使用PFI技術(shù)的相應(yīng)發(fā)動機進行實驗對比，結(jié)果表明，使用GDI技術(shù)發(fā)動機汽車油耗為17.4km/L，而相應(yīng)使用PFI技術(shù)發(fā)動機的汽車油耗為13km/L，使用GDI技術(shù)的節(jié)油發(fā)動機進34%。美國福特汽車公司對采用GDI技術(shù)的汽油機進行實驗表明，在部分負荷下，汽油機的燃油經(jīng)濟性提高了5%，而在怠速情況下燃油經(jīng)濟性提高了10%。

3）發(fā)動機啟停技術(shù)。當汽車在城市道路上行駛時，難免會遇到堵車以及等紅燈等情況，這時汽車處于停車怠速工況。實驗統(tǒng)計，汽車怠速時不僅會消耗燃料，同時空氣污染會大幅增加。因此，取消怠速工況是降低汽車油耗、防治空氣污染的重要手段。發(fā)動機啟停技術(shù)很好的解決了這一問題，其工作過程是：當汽車面對紅燈時，駕駛員將汽車停止，掛上空擋，當駕駛員松開離合器踏板后，發(fā)動機會自動感受停車意圖，隨后汽車發(fā)動機熄火，同時儀表盤上起停系統(tǒng)指示點亮；當黃燈亮起將要變?yōu)榫G燈時，駕駛員踩下離合器踏板，汽車能感受到駕駛員意圖迅速啟動發(fā)動機，駕駛員掛上擋位后即可行駛。

使用啟停系統(tǒng)對于減低燃油消耗、減少污染物排放效果明顯。雪鐵龍公司通過對C3轎車加裝啟停系統(tǒng)進行實驗表明，加裝該系統(tǒng)后可以使1.4L汽油發(fā)動機在城市工況下降低10%油耗，在擁堵情況下則可以減少17%油耗，總體碳排放量降低了10%。

4）發(fā)動機停缸技術(shù)。汽車在正常行駛過程中，發(fā)動機只有極少數(shù)情況是處于全負荷工作狀況，大部分時間是處在部分負荷工況下。當發(fā)動機在部分負荷工況下運行時，發(fā)動機工作效率低，造成燃料的浪費。

能否使得發(fā)動機在不同負荷情況下都能保持較高的工作效率？發(fā)動機停缸技術(shù)應(yīng)運而生，當發(fā)動機處于部分負荷工況時，停缸技術(shù)通過控制配氣機構(gòu)來關(guān)閉部分氣缸的進排氣門，同時切斷相應(yīng)氣缸的燃油供給，使得剩下的工作氣缸運行在效率較高的高負荷區(qū)域。這樣既滿足了汽車當前的動力需求，又達到了節(jié)省燃油消耗的目的。2012年，大眾集團推出的加強版1.4升藍驅(qū)四缸發(fā)動機上就應(yīng)用了此項技術(shù)，當發(fā)動機負荷較低時，發(fā)動機將四個氣缸中的兩個關(guān)閉，只保留兩個氣缸工作，以此達到降低油耗的目的。據(jù)本田汽車公司試驗數(shù)據(jù)表明，應(yīng)用停缸技術(shù)的汽車相較沒有應(yīng)用此技術(shù)的汽車，油耗可降低11%～12%。

各汽車公司對于發(fā)動機停缸技術(shù)的研究較早，但直到近幾年隨著油價的不斷升高以及發(fā)動機電控技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)才逐漸成熟。目前應(yīng)用此項技術(shù)的公司有大眾汽車公司、通用汽車公司、本田汽車公司、戴姆勒克萊斯勒汽車公司。

3 展望

我國是一個石油消費大國，同時也是石油進口大國，發(fā)展車用節(jié)油技術(shù)對降低化石能源消耗、保障我國能源安全、防治大氣污染有重要意義。渦輪增壓、缸內(nèi)直噴、發(fā)動機自動啟停、發(fā)動機停缸等技術(shù)在汽車節(jié)油方面效果顯著，因而近年在汽車上逐步得到應(yīng)用，市場應(yīng)用率呈逐年擴大趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信越來越多節(jié)能技術(shù)會逐漸開發(fā)并應(yīng)用到現(xiàn)代汽車上。

[1]魏崇亮，郭曉鑫，馮志鵬，等.汽油機缸內(nèi)直噴技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].小型內(nèi)燃機與車輛技術(shù)，2014，43（5）：78-81.

[1]張眾杰，何西常，王威，等.車用渦輪增壓技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].內(nèi)燃機與配件，2012（6）：37-40.

U46

A

1674-6708（2016）171-0180-01

常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年科研項目（ZY1537）資助。

劉呂亮，講師，常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系。