淺談汽車節(jié)能技術(shù)

耿世科+周精浩+喬家原+畢東生

摘要：汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟重要支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著科技的進步，人民生活水平的提高，今后較長一段時期汽車需求量仍將保持增長勢頭，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 制動能量回收。

一，國際國內(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)，當前原油+凝析油的證實儲量為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。而我國石油最終采儲量為130億～160億噸，僅占世界的1.8%，人均可采儲量遠低于世界平均水平。

目前，中國車用燃油占燃油總消耗量的近55%，而石油的進口依賴度已近55%，能源危機的時代即將到來。汽車節(jié)能是關(guān)乎國際民生的大事，國家在積極尋找新能源的同時，要注重對現(xiàn)有能源的合理應(yīng)用，提高能源利用率。中國作為一個能源需求大國，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)動機，傳動系，汽車的整車整備質(zhì)量，汽車的外形與輪胎。提高發(fā)動機熱效率，采用檔位數(shù)無限多的無級變速器，降低汽車總質(zhì)量，合理設(shè)計汽車外形，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)。目前公認的汽車減排包含三大技術(shù)措施，一是提高動力總成效率，特別是發(fā)動機熱效率。第二個技術(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，汽車制動能量回收。

三.汽車節(jié)能技術(shù)

3.1發(fā)動機節(jié)能技術(shù)

汽車作為發(fā)動機的核心，其節(jié)能至關(guān)重要。發(fā)動機節(jié)能實際上主要是降低燃料消耗。發(fā)動機作為石油能源消耗大戶，世界各國的發(fā)動機工程技術(shù)人員和制造商歷來將降低其能源消耗作為目標。

3.1.1.采用可變配氣系統(tǒng)技術(shù)

進氣門和排氣門專職對發(fā)動機沖量交換過程的控制。其特性參數(shù)主要由三個：氣門開啟相位，氣門開啟持續(xù)角度和氣門升程。這三個特性參數(shù)對發(fā)動機的性能，油耗和排放有重要影響。隨發(fā)動機負荷和轉(zhuǎn)角的改變，這三個特性參數(shù)的最佳選擇是不同的。進氣門開啟相位提前，一方面為進氣過程提供較多的時間，特別有利于解決高轉(zhuǎn)速時進氣時間不足的問題；另一方面氣門疊開角增大，有更多的廢氣進入進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。進氣門關(guān)閉相位推遲，一方面在高轉(zhuǎn)速時有利于提高體積效率，另一方面在低轉(zhuǎn)速時也會將已經(jīng)吸入氣缸的新鮮沖量重新推回進氣管中。氣門升程增大，一方面在高負荷時有利于提高體積效率另一方面在低負荷時又不得不將進氣門關(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氣門參數(shù)提出不同要求。但是，傳統(tǒng)的氣門正時只能設(shè)計成對某一轉(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，達到使各種工況都能優(yōu)化的進、排氣門系統(tǒng)?？勺兣錃庀到y(tǒng)基本可以實現(xiàn)可變氣門正時、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)動機動力性，降低油耗及排放。增壓后適當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有所提高。如果增壓與非增壓發(fā)動機功率相同，則增壓發(fā)動機可以減少排量和機械損失，燃油消耗率降低。另外由于發(fā)動機排量減少整臺發(fā)動機體積質(zhì)量都會減少，這樣也會降低整車油耗。發(fā)動機采用增壓后還可以在保證原有功率和一定轉(zhuǎn)矩下適當降低轉(zhuǎn)速。這樣，由于機械損失和摩損減少，對改善燃料經(jīng)濟性有利。

3.1.3稀薄燃燒技術(shù)

常規(guī)汽油機其混合氣是均質(zhì)的，一般在空燃比α=12.6～17范圍內(nèi)工作。常規(guī)汽油機的缺點：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；只能用進氣管節(jié)流方式對混合氣充量進行調(diào)節(jié)，泵氣損失較大；在化學(xué)計量比附近燃燒，其有害排放特別是氮氧化物排放較高?？傊Ｒ?guī)汽油機特別是用三元催化轉(zhuǎn)化器的汽油機，過量空氣系數(shù)必須控制在λ=1附近，限制其性能進一步調(diào)高，稀薄燃燒汽油機空燃比α﹥17，且能保證動力性能，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，所以是提高汽油機經(jīng)濟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方面的節(jié)能技術(shù)?？諝庾枇λ牡墓β逝c車速的三次方成正比，在車速高時，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%，所以汽車輕量化對減輕汽車自重，減少能耗至關(guān)重要。

利用空氣動力學(xué)原理設(shè)計出更合理的汽車造型，是達到減小空氣阻力、減小油耗、提高燃料經(jīng)濟性的重要途徑。改善汽車造型的空氣動力性能方法有①車身造型進一步強調(diào)空氣動力化。②發(fā)動起布置形式的合理選擇③設(shè)置前、后擾流板等空氣動力學(xué)附加裝置，改善氣流流動狀況。④優(yōu)化車身細部外形，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)計和輕量化材料的使用兩大方面。對于未來汽車輕量化設(shè)計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制動能量的回收

汽車制動能量回收就是指在汽車制動時，將其中一部分機械能經(jīng)再生系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量進行回收，并加以再利用的技術(shù)。汽車采用制動能量回收，有助于提高汽車能源利用率、減少油耗，減輕制動器的熱負荷，減少磨損，提高汽車行駛安全性和使用經(jīng)濟性。目前制動能量回收只能用于純電動汽車和混合動力汽車，它的制動能量回收系統(tǒng)包括與車型相配的發(fā)電機、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)

進入21世紀，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，但是要實現(xiàn)節(jié)能技術(shù)的重大創(chuàng)新和突破必須是國家重視、全民參與、科學(xué)研究、經(jīng)濟發(fā)展，所以汽車節(jié)能的工作是長期而艱巨的。

作者簡介：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