康寧，張偉，靳永言，張士偉

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

行業(yè)綜述

主流汽車節(jié)能技術(shù)與節(jié)能效果

康寧，張偉，靳永言，張士偉

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

隨著人類逐漸進入汽車時代，能源危機、環(huán)境污染、交通擁堵等問題日趨嚴峻，對汽車行業(yè)低碳發(fā)展、節(jié)能減排的要求愈發(fā)迫切。文章從發(fā)動機、變速器、低摩擦、輕量化、電子電器、替代燃料、混合動力七個領(lǐng)域，對全球主流汽車節(jié)能技術(shù)的基本原理和節(jié)能效果展開了論述。

汽車節(jié)能；節(jié)能技術(shù)；發(fā)動機；變速器；低摩擦；輕量化

CLC NO.: U461 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)11-84-03

引言

全球原油供需形勢不容樂觀。受全球經(jīng)濟發(fā)展、汽車保有量增加等多重因素驅(qū)動，全球原油消費量逐年遞增。隨著原油資源的枯竭和原油消費需求的持續(xù)增長，未來全球原油供需形勢將更加嚴峻。因此，節(jié)能減排是目前全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共同趨勢和轉(zhuǎn)型升級方向。

1 發(fā)動機

1.1 缸內(nèi)直噴技術(shù)（GDI）

GDI是指將燃油噴嘴噴油器安裝于氣缸內(nèi)，以壓力較高的燃油直接噴入氣缸內(nèi)與進氣混合，并通過優(yōu)化和匹配設(shè)計，進一步提高噴射壓力，使燃油霧化的效果更為細致，真正做到精準地按比例控制噴油，讓燃油和空氣能夠在整個汽缸內(nèi)進行均勻的混合，從而實現(xiàn)燃油的充分燃燒的一種技術(shù)。采用缸內(nèi)直噴技術(shù)較多點噴射發(fā)動機節(jié)油2%～5%。

1.2 增壓技術(shù)

渦輪增壓技術(shù)是一種利用排氣廢氣的能量沖擊排氣管道中的渦輪，同時帶動進氣管道的渦輪，使進氣增壓后送入到氣缸，從而提高發(fā)動機的功率的技術(shù)。渦輪增壓技通過減小原來發(fā)動機的排量使節(jié)能效果達到4%～10%。

1.3廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR）

EGR是將發(fā)動機排氣的一小部分再送回氣缸的一種技術(shù)。再循環(huán)廢氣由于具有惰性會延緩燃耗過程，從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過程放緩，減少NOx的生成。廢氣再循環(huán)技術(shù)通過減緩爆震的影響可提高壓縮比，同時優(yōu)化點火時間，并降低泵氣損失，達到節(jié)能效果。

1.4 停缸技術(shù)（VCM）

VCM 是指發(fā)動機在部分負荷下運行時，通過相關(guān)機構(gòu)切斷部分氣缸的燃油供給、點火和進排氣，使剩余工作氣缸負荷率增大的一種技術(shù)。VCM一般可降低能耗3%～8%。

1.5 阿特金森循環(huán)

現(xiàn)代阿特金森循環(huán)發(fā)動機使用電子控制裝置，通過推遲進氣門關(guān)閉，在壓縮沖程從進氣門排除部分燃氣，減少進氣量，從而實現(xiàn)膨脹比大于壓縮比，提高燃油利用率，達到節(jié)油的目的，一般可帶來2%～8%的能耗降低。

1.6 清潔高效柴油機技術(shù)

由于柴油機的壓縮比較大，目前主要采用電控的高壓共軌噴射，通過高壓油泵加壓，帶電磁閥的噴油控制噴油時機和噴油量，實現(xiàn)對燃油的噴射的精確、高效控制。目前，與同等動力水平的自然吸氣汽油機相比，清潔高效柴油機能耗要降低15%～30%。

1.7 可變氣門正時和升程技術(shù)（VVT和VVL）

VVT是一種根據(jù)發(fā)動機的運行情況來調(diào)節(jié)氣門的開合時間、角度的技術(shù)。VVL是一種根據(jù)汽車運行情況來調(diào)節(jié)發(fā)動機氣門升程的技術(shù)?？勺儦忾T正時和升程技術(shù)已成熟應(yīng)用。

2 高效變速器

2.1 6MT

6MT即含有 6個前進擋的手動變速器，結(jié)構(gòu)上僅是比5MT多出一組齒輪，在同樣的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下可以跑得更快，在相同的速度下行駛，6MT的轉(zhuǎn)速低于5MT，從而達到了節(jié)油的效果，一般較5MT節(jié)油1%～3%。

2.2 多檔AT

在傳統(tǒng)4檔位自動變速箱基礎(chǔ)上增加的每個檔位，都幫助發(fā)動機處在一個很好的工作狀態(tài)，因此提高了潛在效能。5AT較傳統(tǒng)4AT能耗降低2%～3%、6AT較傳統(tǒng)4AT能耗降低3%～5%、7AT較傳統(tǒng)4AT能耗降低5%～7%、8AT較傳統(tǒng)4AT能耗降低6%～8%。

2.3 機械式自動變速器（AMT）

AMT在不改變原車變速箱的主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過加裝微電腦控制的電動裝置，取代原來由人工操作完成的離合器的分離、接合及變速器的選檔、換擋動作，實現(xiàn)換檔全過程的自動化。采用AMT技術(shù)后，與傳統(tǒng)AT相比，AMT整車能耗可降低5%～10%。

2.4 無極變速器（CVT）

CVT是通過主動輪與從動輪的可動盤做軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動比。與傳統(tǒng)4AT相比，CVT一般可降低能耗2%～6%。

2.5 雙離合自動變速箱

雙離合自動變速箱融合了手動變速箱和自動變速箱二者的優(yōu)點。一個離合器控制單數(shù)檔位齒輪，另一個離合器控制雙檔位齒輪。當(dāng)一個檔位正在工作時，相鄰檔位的齒輪進入嚙合狀態(tài)，當(dāng)換擋時刻來臨就可以只通過操縱離合器來實現(xiàn)換擋。相較于4AT，能耗可降低2%～7.5%。

3 低摩擦技術(shù)

3.1 低滾阻輪胎

汽車行駛過程中，會產(chǎn)生各種各樣的行駛阻力，其中近80%為空氣阻力，其余20%為滾動阻力。汽車油耗有相當(dāng)一部分用于克服輪胎摩擦阻力。據(jù)有關(guān)機構(gòu)測定，輪胎滾動阻力每降低7%，就可使汽車燃油消耗降低1%。

3.2 低風(fēng)阻設(shè)計

汽車風(fēng)阻是指汽車的外部與氣流作用產(chǎn)生的阻力。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在同等風(fēng)速下，風(fēng)阻系數(shù)每降低10%，能耗可降低7%。

4 輕量化技術(shù)

減少汽車自身質(zhì)量是降低油耗的最有效的措施之一。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽車自重每減少10%，NEDC工況下能耗可降低6%～8%、排放降低5%～6%。

4.1 輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化

利用 CAD、CAE技術(shù)，可以準確實現(xiàn)車身實體結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局設(shè)計，對各構(gòu)件的開頭配置、板材厚度的變化進行分析，并可從數(shù)據(jù)庫中提取由系統(tǒng)直接生成的有關(guān)該車的相關(guān)進行工程分析和剛度、強度計算。

4.2 先進輕量化材料的應(yīng)用

鋁合金是目前汽車材料中應(yīng)用最多的輕質(zhì)材料，各項相關(guān)技術(shù)也比較成熟。鎂鋁合金已經(jīng)應(yīng)用于儀表板骨架和橫梁、發(fā)動機缸體、進氣支管等；高強度鋼已經(jīng)應(yīng)用于汽車車身、底盤、懸架等零部件上；鈦已經(jīng)應(yīng)用于氣門等部件；塑料是汽車使用得最多的非金屬材料，已經(jīng)應(yīng)于儀表盤、側(cè)圍內(nèi)測板等。

4.3 輕量化工藝

內(nèi)高壓成形技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用有排氣系統(tǒng)異形管件、副車架總成等。激光加工技術(shù)主要應(yīng)用于拼焊板制造、白車聲零部件加工等。采用激光技術(shù)制造車身，車身質(zhì)量減輕20%。半固態(tài)加工技術(shù)適用于具有較寬液固共存區(qū)的合金體系。超高強度熱成型技術(shù)主要用于生產(chǎn)輕量且超高強度的沖壓件，質(zhì)量減輕20%以上。

5 先進電子電器

5.1 智能節(jié)油系統(tǒng)（STT）

STT是一套控制發(fā)動機啟動和停止的系統(tǒng)。此項技術(shù)在一般路況條件下可以降低能耗 5%左右，而在擁堵路段最高可降低能耗10%～15%。

5.2 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）

電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過轉(zhuǎn)矩傳感器與轉(zhuǎn)向軸鏈接在一起，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)矩傳感器開始工作，把輸入軸和輸出軸在扭桿作用下產(chǎn)生的相對轉(zhuǎn)動角位移變成電信號傳給ECU，ECU根據(jù)車速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器的信號決定電動機的旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小，從而完成實時控制助力轉(zhuǎn)向。與HPS（機械助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）相比，EPS可降低能耗1%～2%。

5.3 電子節(jié)溫器

電子節(jié)溫器是指車輛冷卻液溫度調(diào)節(jié)、冷卻液的循環(huán)、冷卻風(fēng)扇的工作等均由發(fā)動機控制單元控制的裝置。電子節(jié)溫器相對于裝備傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)能夠降低能耗1%～2%。

5.4 可變排量機油泵

可變排量機油泵是指一種可以根據(jù)發(fā)動機的實際機油量需求量來調(diào)節(jié)供油量的機油泵。該變量泵技術(shù)使得發(fā)動機在中高速下的主油道壓力保持一個相對恒定值，在滿足發(fā)動機機油需求的同時，減少功率消耗，起到節(jié)能減排的作用，一般能降低發(fā)動機1%～2%的燃油能耗。

5.5 再生制動能量回收

車輛在制動或減速過程中耗費多余的能量，將這些能量回收利用能夠降低車輛的能量消耗，提高燃油的經(jīng)濟性。目前該項技術(shù)多用于混合動力與新能源車型。

6 替代燃料

替代燃料汽車是指使用其他類型燃料，部分或完全取代石油基燃料（汽油、柴油）的汽車。替代燃料總體上可劃分為三類：醇、醚、酯類等含氧燃料，合成油，氣體燃料。替代燃料汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的結(jié)構(gòu)、工作原理、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用一致。一般只需根據(jù)替代燃料的主要物化性能，對原內(nèi)燃機汽車發(fā)動機和燃料供給、儲存系統(tǒng)及相關(guān)零部件進行必要的技術(shù)改造即可。通過專用技術(shù)、專機開發(fā)，充分利用天然氣高熱值等燃料特性，提高節(jié)能效率。

7 混合動力

混個動力是指同時裝備兩種動力來源—熱動力源與電動力源。混合動力是目前技術(shù)成熟、節(jié)能效率最高、社會成本最低且在世界范圍內(nèi)接受度高的乘用車動力系統(tǒng)?；旌蟿恿ο到y(tǒng)主要由內(nèi)燃機、電動機、動力電池與機械傳動系統(tǒng)組成。應(yīng)用怠速啟停、低速電動、小型化、能量回收等技術(shù)可實現(xiàn)高達30%的節(jié)能效果。

[1] 張新元,淺談汽車節(jié)能技術(shù)與節(jié)能方法[J].科技展望,2017（3）:120.

[2] 王艷杰,張晨.汽車節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用實例[J].汽車實用技術(shù),2015（7）:114-116.

[3] 中國汽車工程研究院股份有限公司,中國節(jié)能汽車藍皮書[M].北京:社會科學(xué)出版社,2016.9.

Summary and application effect of energy saving technology for mainstream automobile

Kang Ning, Zhang Wei, Jin Yongyan, Zhang Shiwei
（School of automotive engineering, Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064）

with the development of mankind has gradually entered the era of automobile, energy crisis, environmental pollution, traffic congestion and other problems have become more and more serious, the development of low carbon and energy saving emission reduction requirements of the automotive industry has become increasingly urgent, In this paper, the basic principle and the energy saving effect of the global mainstream automobile energy saving technology are discussed from seven aspects, such as engine, transmission, low friction, light weight, electronic appliances, alternative fuels, hybrid power.

automobile energy saving; energy saving technology; engine; transmission; low friction; light weight

U461

：A

：1671-7988 (2017)11-84-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.11.030

康寧，就讀于長安大學(xué)汽車學(xué)院。