耿世科+周精浩+喬家原+畢東生

摘要：汽車產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著科技的進(jìn)步，人民生活水平的提高，今后較長(zhǎng)一段時(shí)期汽車需求量仍將保持增長(zhǎng)勢(shì)頭，由此帶來的能源緊張和環(huán)境污染問題更加突出，因此加大汽車節(jié)能技術(shù)的研究意義重大。

關(guān)鍵詞：汽車節(jié)能 熱效率 稀薄燃燒 可變配氣系統(tǒng) 渦輪增壓 輕量化 制動(dòng)能量回收。

一，國(guó)際國(guó)內(nèi)資源現(xiàn)狀與汽車節(jié)能的意義。

根據(jù)2016年12月《世界石油雜志》的數(shù)據(jù)，當(dāng)前原油+凝析油的證實(shí)儲(chǔ)量為1.7億萬桶，自1999年以來首次出現(xiàn)下降，如果按8300萬桶/天的原油+凝析油消耗量，石油還可以開采56.5年。而我國(guó)石油最終采儲(chǔ)量為130億～160億噸，僅占世界的1.8%，人均可采儲(chǔ)量遠(yuǎn)低于世界平均水平。

目前，中國(guó)車用燃油占燃油總消耗量的近55%，而石油的進(jìn)口依賴度已近55%，能源危機(jī)的時(shí)代即將到來。汽車節(jié)能是關(guān)乎國(guó)際民生的大事，國(guó)家在積極尋找新能源的同時(shí)，要注重對(duì)現(xiàn)有能源的合理應(yīng)用，提高能源利用率。中國(guó)作為一個(gè)能源需求大國(guó)，應(yīng)積極展開節(jié)能汽車研發(fā)技術(shù)攻關(guān)。

二，影響汽車能耗的因素。

結(jié)構(gòu)方面影響汽車能耗的因素包括發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系，汽車的整車整備質(zhì)量，汽車的外形與輪胎。提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，采用檔位數(shù)無限多的無級(jí)變速器，降低汽車總質(zhì)量，合理設(shè)計(jì)汽車外形，選用子午線輪胎都可以減小能耗。汽車使用方面包括：車速的選擇，檔位選擇，掛車應(yīng)用，正確的維修保養(yǎng)。目前公認(rèn)的汽車減排包含三大技術(shù)措施，一是提高動(dòng)力總成效率，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。第二個(gè)技術(shù)途徑是新材料的合理選用，減輕汽車自重，即汽車輕量化。第三，汽車制動(dòng)能量回收。

三.汽車節(jié)能技術(shù)

3.1發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

汽車作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心，其節(jié)能至關(guān)重要。發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能實(shí)際上主要是降低燃料消耗。發(fā)動(dòng)機(jī)作為石油能源消耗大戶，世界各國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)工程技術(shù)人員和制造商歷來將降低其能源消耗作為目標(biāo)。

3.1.1.采用可變配氣系統(tǒng)技術(shù)

進(jìn)氣門和排氣門專職對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)沖量交換過程的控制。其特性參數(shù)主要由三個(gè)：氣門開啟相位，氣門開啟持續(xù)角度和氣門升程。這三個(gè)特性參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，油耗和排放有重要影響。隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)角的改變，這三個(gè)特性參數(shù)的最佳選擇是不同的。進(jìn)氣門開啟相位提前，一方面為進(jìn)氣過程提供較多的時(shí)間，特別有利于解決高轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)氣時(shí)間不足的問題；另一方面氣門疊開角增大，有更多的廢氣進(jìn)入進(jìn)氣管隨后又同新鮮沖量一起返回氣缸，造成了較高的內(nèi)部排氣再循環(huán)率，可降低油耗和氮氧化物排放。進(jìn)氣門關(guān)閉相位推遲，一方面在高轉(zhuǎn)速時(shí)有利于提高體積效率，另一方面在低轉(zhuǎn)速時(shí)也會(huì)將已經(jīng)吸入氣缸的新鮮沖量重新推回進(jìn)氣管中。氣門升程增大，一方面在高負(fù)荷時(shí)有利于提高體積效率另一方面在低負(fù)荷時(shí)又不得不將進(jìn)氣門關(guān)的更小造成更大的泵氣損失和節(jié)流損失，綜上所述出于不同的考慮對(duì)氣門參數(shù)提出不同要求。但是，傳統(tǒng)的氣門正時(shí)只能設(shè)計(jì)成對(duì)某一轉(zhuǎn)速或狹小的轉(zhuǎn)速范圍最有利于提高其體積效率。而可變配氣系統(tǒng)是氣門特性參數(shù)可變的，達(dá)到使各種工況都能優(yōu)化的進(jìn)、排氣門系統(tǒng)。可變配氣系統(tǒng)基本可以實(shí)現(xiàn)可變氣門正時(shí)、可變氣門升程和可變氣門持續(xù)角等功能。

3.1.2廢氣渦輪增壓技術(shù)

廢氣渦輪增壓可以明顯提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，降低油耗及排放。增壓后適當(dāng)加大了過量空氣系數(shù)，使燃燒過程得到一定改善，其指示熱效率往往也會(huì)有所提高。如果增壓與非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率相同，則增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少排量和機(jī)械損失，燃油消耗率降低。另外由于發(fā)動(dòng)機(jī)排量減少整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)體積質(zhì)量都會(huì)減少，這樣也會(huì)降低整車油耗。發(fā)動(dòng)機(jī)采用增壓后還可以在保證原有功率和一定轉(zhuǎn)矩下適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這樣，由于機(jī)械損失和摩損減少，對(duì)改善燃料經(jīng)濟(jì)性有利。

3.1.3稀薄燃燒技術(shù)

常規(guī)汽油機(jī)其混合氣是均質(zhì)的，一般在空燃比α=12.6～17范圍內(nèi)工作。常規(guī)汽油機(jī)的缺點(diǎn)：為防止發(fā)生爆燃采用較低的壓縮比，這導(dǎo)致熱效率較低；濃混合氣的比熱容比低使熱效率降低；只能用進(jìn)氣管節(jié)流方式對(duì)混合氣充量進(jìn)行調(diào)節(jié)，泵氣損失較大；在化學(xué)計(jì)量比附近燃燒，其有害排放特別是氮氧化物排放較高。總之常規(guī)汽油機(jī)特別是用三元催化轉(zhuǎn)化器的汽油機(jī)，過量空氣系數(shù)必須控制在λ=1附近，限制其性能進(jìn)一步調(diào)高，稀薄燃燒汽油機(jī)空燃比α﹥17，且能保證動(dòng)力性能，增大空燃比，使用稀薄混合氣工作，可以提高壓縮比ε，增大絕熱指數(shù)k值，保證燃料完全燃燒，所以是提高汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和降低排放的有效方法。

3.2汽車車身節(jié)能技術(shù)

汽車車身節(jié)能技術(shù)，主要包括注重車身造型減小空氣阻力和車身輕量化兩個(gè)方面的節(jié)能技術(shù)。空氣阻力所消耗的功率與車速的三次方成正比，在車速高時(shí)，空氣阻力將是汽車主要行駛阻力。車身質(zhì)量約占汽車總質(zhì)量的30%，所以汽車輕量化對(duì)減輕汽車自重，減少能耗至關(guān)重要。

利用空氣動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)出更合理的汽車造型，是達(dá)到減小空氣阻力、減小油耗、提高燃料經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。改善汽車造型的空氣動(dòng)力性能方法有①車身造型進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)空氣動(dòng)力化。②發(fā)動(dòng)起布置形式的合理選擇③設(shè)置前、后擾流板等空氣動(dòng)力學(xué)附加裝置，改善氣流流動(dòng)狀況。④優(yōu)化車身細(xì)部外形，減小車身表面的凹凸面和突起物。此外，縮小汽車的迎風(fēng)面積，即減小車身寬度和高度也可有效減小空氣阻力。

車身輕量化是現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)的主流方向，而這一導(dǎo)向最充足的理由就是汽車節(jié)能。汽車輕量化技術(shù)包括汽車結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和輕量化材料的使用兩大方面。對(duì)于未來汽車輕量化設(shè)計(jì)我們可以從制造材料方面尋找突破口。具體方案有①使用密度小，強(qiáng)度高的材料。②使用同密度、同彈性模量而工藝性良好的截面厚度較薄的高強(qiáng)度鋼。③使用基于新材料加工技術(shù)的輕量化結(jié)構(gòu)用材，如連續(xù)擠壓變截面型材、激光焊接板材等。

3.3制動(dòng)能量的回收

汽車制動(dòng)能量回收就是指在汽車制動(dòng)時(shí)，將其中一部分機(jī)械能經(jīng)再生系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量進(jìn)行回收，并加以再利用的技術(shù)。汽車采用制動(dòng)能量回收，有助于提高汽車能源利用率、減少油耗，減輕制動(dòng)器的熱負(fù)荷，減少磨損，提高汽車行駛安全性和使用經(jīng)濟(jì)性。目前制動(dòng)能量回收只能用于純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車，它的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)包括與車型相配的發(fā)電機(jī)、蓄電池以及可以監(jiān)視電池電量的智能電池管理系統(tǒng)。

四，小結(jié)

進(jìn)入21世紀(jì)，能源和環(huán)境正成為影響世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大決定性因素。能源和環(huán)境問題向汽車節(jié)能技術(shù)提出更高要求。汽車節(jié)能的途徑和措施非常多，涉及能源、材料、電子技術(shù)、汽車設(shè)計(jì)制造、汽車維修、汽車使用等諸多方面?，F(xiàn)代汽車可以節(jié)能的空間很大，但是要實(shí)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)的重大創(chuàng)新和突破必須是國(guó)家重視、全民參與、科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，所以汽車節(jié)能的工作是長(zhǎng)期而艱巨的。

作者簡(jiǎn)介：耿世科，男 1993年7月8日 漢河南省開封市杞縣 河南理工大學(xué) 郵編：454000

周精浩，男1996年4月4日 漢 河南省商丘市睢縣 河南理工大學(xué) 郵編：454000

喬家原，男1993年1月25日 漢 河南商丘 河南理工大學(xué) 郵編；454000

畢東生，男1996年10月10日 漢 河南駐馬店市泌陽縣 河南理工大學(xué) 郵編；454000