淺談我國(guó)節(jié)能汽車(chē)技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向

汪坤

成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 四川省樂(lè)山市 614000

1 中國(guó)節(jié)能汽車(chē)技術(shù)發(fā)展路徑與未來(lái)方向

1.1 節(jié)能汽車(chē)的發(fā)展愿景

響應(yīng)《中國(guó)制造2025》中關(guān)于汽車(chē)低碳化、信息化、智能化的發(fā)展要求，與新能源汽車(chē)協(xié)同發(fā)展，通過(guò)大幅降低各類(lèi)車(chē)型能耗水平，保障國(guó)家能源戰(zhàn)略安全，以能源利用的高效化及低排放應(yīng)對(duì)氣候變化，助力汽車(chē)工業(yè)提前達(dá)成CO2峰值目標(biāo)，突破并掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展，最終有力支撐我國(guó)汽車(chē)工業(yè)從大到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變。

1.2 總體節(jié)能技術(shù)發(fā)展路徑

乘用車(chē)領(lǐng)域同步執(zhí)行結(jié)構(gòu)與技術(shù)節(jié)能的發(fā)展路徑，以提升混合動(dòng)力及48V系統(tǒng)應(yīng)用占比、動(dòng)力總成優(yōu)化升級(jí)重點(diǎn)，以降低摩擦、替代燃料、輕量化及小型化為支撐，全面降低傳統(tǒng)汽車(chē)的能耗水平。

商用車(chē)領(lǐng)域以動(dòng)力總成升級(jí)優(yōu)化、混合動(dòng)力、智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)為重點(diǎn)，大幅提升整車(chē)效率；以?xún)?yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)性能、輕量化、替代燃料為支撐，在減少車(chē)輛運(yùn)行能耗損失的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)車(chē)用能源低碳化、多元化發(fā)展。

1.2.1 乘用車(chē)節(jié)能路徑

（a）大力發(fā)展混合動(dòng)力。混合動(dòng)力車(chē)型節(jié)油效果明顯，而國(guó)內(nèi)也已不同程度地掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵零部件的研發(fā)能力及產(chǎn)業(yè)化能力，大規(guī)模發(fā)展混合動(dòng)力的條件已經(jīng)具備。因此，應(yīng)在2020年推動(dòng)混合動(dòng)力車(chē)型初步規(guī)模化（銷(xiāo)量占比達(dá)到8%左右）及產(chǎn)品成本大幅下降；到2025年將銷(xiāo)量占比提升至20%，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化及電機(jī)、電池性能改善將平均油耗降低至3.6L/100km；到2030年將銷(xiāo)量占比提升至20%，通過(guò)先進(jìn)燃燒、輕量化、低風(fēng)阻等技術(shù)將平均油耗進(jìn)一步降低至3.3L/100km。

（b）動(dòng)力總成持續(xù)升級(jí)優(yōu)化。當(dāng)前乘用車(chē)汽油機(jī)熱效率普遍在35%左右，仍存在15%左右的節(jié)能提升空間，同時(shí)通過(guò)發(fā)展多檔位自動(dòng)變速器和提升變速器效率，可再實(shí)現(xiàn)8%左右的節(jié)能提升。因此，在前期應(yīng)逐步通過(guò)先進(jìn)增壓直噴、提高壓縮比等技術(shù)將汽油機(jī)熱效率提升至40%；在中期通過(guò)雙噴、復(fù)合增壓等技術(shù)將汽油機(jī)熱效率進(jìn)一步提升至44%；在后期則通過(guò)均質(zhì)充量壓燃（HCCI）等技術(shù)將汽油機(jī)熱效率進(jìn)一步提升至48%；同步配合6檔及以上自動(dòng)變速器的升級(jí)換代，降低整車(chē)油耗水平。

（c）提升電子電器節(jié)能效果。大力發(fā)展以48V系統(tǒng)為代表的先進(jìn)電子電器產(chǎn)品技術(shù)，顯著改善傳統(tǒng)動(dòng)力乘用車(chē)能耗水平，并在此基礎(chǔ)上，加快發(fā)展電動(dòng)空調(diào)，推動(dòng)EPS、自動(dòng)充氣、換檔提示等技術(shù)逐漸成為車(chē)輛標(biāo)配，并持續(xù)降低車(chē)載用電設(shè)備的電能損耗。

1.2.2 商用車(chē)節(jié)能路徑

（a）動(dòng)力總成升級(jí)優(yōu)化。商用車(chē)柴油機(jī)熱效率還存在較大提升空間，自動(dòng)變速器應(yīng)用率也較低。因此應(yīng)在前期發(fā)展低速高轉(zhuǎn)矩柴油機(jī)，結(jié)合電控優(yōu)化、高壓共軌等實(shí)現(xiàn)熱效率達(dá)到50%，同時(shí)重點(diǎn)發(fā)展小后橋速比，以實(shí)現(xiàn)高效傳動(dòng)。在中期應(yīng)發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理技術(shù)，通過(guò)電控風(fēng)扇等附件電子化結(jié)合自動(dòng)變速器使得發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作在高效區(qū)域，實(shí)現(xiàn)熱效率達(dá)到52%的目標(biāo)。在后期通過(guò)朗肯循環(huán)等先進(jìn)熱管理技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)熱效率達(dá)到55%的目標(biāo)。

（b）逐步發(fā)展混合動(dòng)力。目前，混合動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)在公交客車(chē)中實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的應(yīng)用。鑒于其具有成本高和節(jié)油度高的雙重特性，建議前期重點(diǎn)開(kāi)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型、關(guān)鍵零部件的研究，在中后期成本下降，逐步從中型商用車(chē)向重型商用車(chē)推廣，從而顯著降低車(chē)輛能耗。

（c）利用智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)提升運(yùn)行效率。國(guó)外已開(kāi)展車(chē)輛隊(duì)列、道路預(yù)見(jiàn)性系統(tǒng)、降低空置、駕駛?cè)烁纳浦值刃滦凸?jié)能技術(shù)的研究，預(yù)計(jì)將在2020年后小范圍應(yīng)用。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，道路環(huán)境、行駛路線(xiàn)、駕駛員行為等對(duì)商用車(chē)油耗的影響極大，結(jié)合國(guó)外趨勢(shì)與國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，建議在前期重點(diǎn)跟進(jìn)，中后期重點(diǎn)研發(fā)并掌握相關(guān)技術(shù)，并在車(chē)聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)行能耗的大幅降低。

2 節(jié)能核心技術(shù)

2.1 乘用車(chē)節(jié)能核心技術(shù)

總體而言，應(yīng)以先進(jìn)汽油機(jī)、高效自動(dòng)變速器混合動(dòng)力關(guān)鍵技術(shù)及48V系統(tǒng)為研究重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)乘用車(chē)核心節(jié)能技術(shù)的快速突破，不斷縮小并最終消除與國(guó)際先進(jìn)水平之間的差距。

具體而言，將乘用車(chē)核心技術(shù)分為發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、電子電器、低摩擦、混合動(dòng)力專(zhuān)用零部件和替代燃料專(zhuān)用零部件。該文只針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)重點(diǎn)技術(shù)

（a）在基礎(chǔ)燃燒理論方面，逐步開(kāi)展并掌握發(fā)動(dòng)機(jī)高效燃燒的機(jī)理及基礎(chǔ)控制理論，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。

（b）在發(fā)動(dòng)機(jī)電控方面，重點(diǎn)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)電控邏輯開(kāi)關(guān)能力實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)、自主匹配、自主標(biāo)定，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能水平。

（c）在進(jìn)排氣方面，同步發(fā)展VVT及VVL技術(shù)。VVT應(yīng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)VVT技術(shù)突破，并利用電動(dòng)VVT逐步取代液壓VVT，后期進(jìn)一步研發(fā)出電動(dòng)氣門(mén)技術(shù)。在VVL方面，應(yīng)在連續(xù)可變氣門(mén)升程等基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出全可變配氣結(jié)構(gòu)。

（d）在新型燃燒方面，不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比，在2020年達(dá)到13：1左右的平均水平，中后期進(jìn)一步通過(guò)HCCI技術(shù)及配氣結(jié)構(gòu)等優(yōu)化，將發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比提升至17：1—18：1，同時(shí)避免爆燃。

2.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)支撐技術(shù)

（a）在增壓方面，未來(lái)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用比例將大幅提高，因此應(yīng)重點(diǎn)在單增壓技術(shù)上，重點(diǎn)突破增壓旁通等關(guān)聯(lián)技術(shù)，同時(shí)發(fā)展合適尺寸增壓機(jī)型，并進(jìn)一步掌握雙增壓、電子增壓+機(jī)械增壓等復(fù)合增壓技術(shù)。

（b）在直噴方面，重點(diǎn)推動(dòng)直噴技術(shù)從25MPa向30MPa以上逐步轉(zhuǎn)變，并掌握GDI+PFI雙噴技術(shù)，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放。

（c）在能量管理方面，研究應(yīng)用電子泵、電子機(jī)油泵等電控附件，逐步取代機(jī)械附件，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理水平，使發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作在合適的溫度區(qū)間，提高發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)油表現(xiàn)。

2.2 商用車(chē)節(jié)能核心技術(shù)

總體而言，應(yīng)以動(dòng)力總成升級(jí)優(yōu)化為研究重點(diǎn)，加大混合動(dòng)力系統(tǒng)（側(cè)重于載貨汽車(chē)及適合于城際工況的道路客車(chē)而言）、空氣動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化、智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的研究和應(yīng)用力度，大幅降低整車(chē)能耗水平，并實(shí)現(xiàn)商用車(chē)核心節(jié)能技術(shù)的快速突破，最終與國(guó)際先進(jìn)水平實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展。

2.2.1 重點(diǎn)技術(shù)

（a）在動(dòng)力總成方面，通過(guò)柴油機(jī)、變速器、后橋等的優(yōu)化與配合，不斷將柴油機(jī)有效熱效率提升至2020年50%、2025年52%、2030年55%。前期重點(diǎn)發(fā)展高壓共軌、低速高轉(zhuǎn)矩的重型柴油機(jī)，結(jié)合電控附件優(yōu)化改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境，在長(zhǎng)途商用車(chē)中可側(cè)重發(fā)展小后橋速比；在中后期實(shí)現(xiàn)可變?nèi)加蛧娚湟?guī)律，并將噴射壓力提高至250MPa以上，同步普及多檔位自動(dòng)變速器；后期重點(diǎn)突破朗肯循環(huán)技術(shù)。此外，應(yīng)持續(xù)開(kāi)展燃燒及熱循環(huán)基礎(chǔ)理論的研究，拓展和深化燃燒系統(tǒng)優(yōu)化工作，持續(xù)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)電控，結(jié)合燃燒優(yōu)化，同步發(fā)展SCR、EGR、ASR、柴油顆粒捕集器等后處理技術(shù)，滿(mǎn)足各階段排放法規(guī)要求。

（b）在混合動(dòng)力方面，加快開(kāi)發(fā)低成本、高節(jié)油度的混合動(dòng)力系統(tǒng)，并逐步實(shí)現(xiàn)中重型載貨汽車(chē)、城際客車(chē)的大規(guī)模應(yīng)用。

（c）在空氣動(dòng)力學(xué)方面，前期重點(diǎn)研發(fā)低滾動(dòng)阻力輪胎，中后期則研發(fā)、應(yīng)用半長(zhǎng)頭、車(chē)掛間距縮小、自動(dòng)裙板等低風(fēng)阻外觀設(shè)計(jì)，將整車(chē)風(fēng)阻系數(shù)普遍降低15%以上。

（d）在智能網(wǎng)聯(lián)方面，在車(chē)聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)行上，到2025年左右逐步研發(fā)并應(yīng)用道路預(yù)見(jiàn)性系統(tǒng)、降低空載、智能調(diào)度、駕駛改善助手、車(chē)輛隊(duì)列等技術(shù)，大幅提升車(chē)輛運(yùn)行效率，降低車(chē)輛能耗損失。

2.2.2 支撐技術(shù)

（a）在動(dòng)力總成方面，應(yīng)改善傳統(tǒng)系統(tǒng)效率，優(yōu)化與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于高效率；利用雙級(jí)增壓技術(shù)提高低端轉(zhuǎn)矩，滿(mǎn)足低速化的要求；在變速頻繁的車(chē)輛中應(yīng)用可變截面渦輪增壓技術(shù)，提高綜合效率。

（b）在熱管理方面，中期掌握整車(chē)熱管理技術(shù)，后期可在客車(chē)中發(fā)展車(chē)體保溫技術(shù)。

（c）在低滾動(dòng)阻力方面，中期應(yīng)研發(fā)出輪胎自動(dòng)充氣技術(shù)，同時(shí)開(kāi)展胎面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，掌握單寬胎技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)，在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)仍將占據(jù)汽車(chē)產(chǎn)品的重要份額，因此節(jié)能汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)品的重要形態(tài)之一[1]。提高節(jié)能汽車(chē)在傳統(tǒng)動(dòng)力汽車(chē)中所占的比例，推廣先進(jìn)節(jié)能技術(shù)在節(jié)能汽車(chē)上的應(yīng)用，推動(dòng)其不斷向低碳化方向發(fā)展，是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)降低能源消耗、減輕環(huán)境污染、最終實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)的重要保障[1]。