汽车节能技术与应用实例

王艳杰，张晨

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

汽车节能技术与应用实例

王艳杰，张晨

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

受石油危机的影响，汽车节能工作受到了世界各国的普遍重视。本文首先分析了影响油耗的主要因素，并从发动机节能技术和整车的节能原理与技术方面介绍了汽车节能减排技术，并就发动机节能技术中的稀燃技术和发动机增压技术做了具体的分析与探讨，并举出实例。

发动机节能技术；稀燃技术；增压技术；整车节能原理与技术

CLC NO.:U461.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-114-03

引言

能源是人类赖以生存和发展的物质基础，而汽车是石油消耗大户，据统计，一辆汽车年平均消耗石油约5吨。截止到2014年底，我国机动车保有量达2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆，我国汽车保有量继续呈快速增长趋势。根据国际能源机构的预测，我们目前探明的可采石油资源理论上仅供开采40年[1]。节能从某种意义上说，也是最便宜、最迅速地获得供应的“新能源”。因此人们说:“节能是开发第五能源（煤炭、石油、水电、核能四大能源之外），是不产生放射性废料、没什么污染的能源”。目前，全国有35个城市的汽车保有量超百万辆。因此，进一步加强节能减排工作是应对全球气候变化、构建和谐社会的迫切需要。节能减排也就成为迫在眉睫的重大课题。

1、影响汽车实际油耗的因素

⑴车辆本身的差异。⑵驾驶员的习惯，车辆保养，燃油差异以及车辆磨合对油耗有很大影响。⑶使用条件:环境条件、路面、行驶工况、耗电设备、以及乘员数量或货物数量即车重也对汽车油耗有明显影响。⑷车辆磨合。

2、发动机节能技术

目前发动机节能技术有发动机稀燃技术、增压技术，燃油掺水节油技术、发动机可变配气正时技术、可变进气歧管技术、可变压缩比技术、汽油机燃油喷射与点火系统的电子控制技术、柴油机燃油喷射系统电子控制技术、陶瓷发动机以及EcoBoost发动机技术等。现以稀燃技术与增压技术为例。

2.1 稀薄燃烧

稀薄燃烧指发动机在实际空燃比大于理论空燃比的情况下的燃烧，空燃比可达25:1，甚至更高。在稀薄燃烧的条件下，由于混合气点火比理论空燃比条件下困难，暴燃也就更不容易发生，可以采用较高的压缩比设计提高热能转换效率，再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧，所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量[3]。

比较著名的三菱缸内喷注汽油机（GDI），可令混合比达到40:1。它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。大众的直喷汽油发动机（FSI），则是采用了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比达到如此，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。假定汽油机在汽车道路行驶条件下的热效率为15%，在道路上要获得一个单位的有用功，则对于不同的机型所摄取的能量对比如下表1所示[1]。

表1 石油能量使用率对比

分层燃烧系统基本均采用燃油喷射技术。按照燃油喷射的不同形式，将分层燃烧系统分为气道喷射稀燃系统和直接喷射稀燃系统；按照混合气的不同组织方式，分为轴向分层稀燃系统和纵向分层稀燃系统。

2.2 增压技术

对新鲜空气进行预压缩的过程称之为增压。增压后使得单位时间内进入燃烧室的新鲜空气量增多，即燃烧更多的燃料，提高发动机功率。增压是发动机提高功率最有效的方法之一。

增压技术尤其是涡轮增压技术已经在汽车柴油机上应用半个多世纪了，柴油机采用涡轮增压技术不仅可提高功率30%-100%，甚至更多，还可以减少单位功率质量，缩小外形尺寸，节约原材料，降低燃油消耗3%-10%。

因为汽油机增压后爆燃倾向增加，汽油机和涡轮增压器的热负荷大，而且车用汽油机工况变化频繁，转速和功率范围宽广，致使涡轮增压器与汽油机的匹配相当困难[4]。但近年来，由于汽油喷射式发动机和电控技术的发展，以及小型增压器性能的改善，由于涡轮增压发动机燃烧比较安全，排烟浓度降低，废气中HC与NOX含量较少，噪声也较小。轿车汽油机的涡轮增压得到了较大的普及和发展。

3、整车的节能技术

影响汽车燃油经济性的因素除汽车发动机外还有汽车传动系统、行驶阻力、汽车整备质量等。下表是美国密西根大学研究的改进汽车结构与提高燃油经济性的关系，表2中给出了1980-1990年改进各项因素的效果[1]。

表2 汽车结构因素改进对提高燃油经济性的作用

整车的节能技术又包括:改进传动系统、减小汽车行驶阻力、减轻汽车整备质量、自动滑行超越离合器、磁粉式电磁离合器、车用自励式缓速器、汽车定压源能量回收系统、润滑油的优效使用等。现以改进传动系统为例。

汽车传动效率越高，传递动力的过程中能量损失越小，汽车的油耗就越低。通过合理设计传动系统，提高传动系统效率，进而减小油耗。

轴头节油自动离合器可在不改变原车性能，不停车、驾驶员不用下车的情况下，实现轴与车轮的自动离合，从而可减少动力消耗，降低燃油消耗率。如图1所示，该离合器是由外壳、轴头盖及可沿半轴滑动的花键牙嵌等件组成。可与改型的半轴、轴套相配合来代替原轮毂法兰盘，并能自动离合。改后外形尺寸比原来长10mm，但不超出车身。

该离合器的所谓的“自动”，是因为借正常操纵前加力手柄驱动前桥的过程中实现半轴与轮自动离合的，并未另增设其他操纵机构，又没有改变原操作方法，还不给驾驶员增添任何麻烦，靠机械式的联动，完成离合作用的，故称之为自动离合器。经使用测定，其平均节油率是7%-10%，即每百公里可节省燃油1.1L。离合器本身则具有设计紧凑、结构合理、密封性好、安全可靠、保养和维修方便等特点。

采用机械多档变速器和无级变速器也是改进传动系统的有效措施。近年来轿车手动变速器已基本采用5档，高档汽车开始转向6档变速器，在变速器后接上一个两档或三档的副变速器可使档位达到10-16个。档位无限的无级变速器，在任何条件下都提供了使发动机在最经济工况下工作的可能性。目前在轿车上所用的自动变速器主要有三种形式，分别是液力自动变速器（HAT）、机械无级变速器（CVT）和机械式自动变速器（AMT)[5]。

其中AMT是在不改变原车变速器主体结构的基础上，通过加装微电脑控制的电动装置，以电子控制器（ECU）为核心，通过电动、液压或气动执行机构对选换挡机构、离合器、节气门进行操纵，实现换挡全过程的自动化。实验表明，装有AMT技术的轿车，比装有液力自动变速器的轿车节油将近20%[1]。

[1] 刘玉梅.汽车节能技术与原理[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2] 李俊.汽车发动机节能减排先进技术[M].北京:北京理工大学出版社，2011.

[3] 李庆海.汽油机稀薄燃烧技术发展分析[J].交通科技与经济，2010.

[4] 万渤华.浅谈汽车涡轮增压技术的节能减排[J].安全与环境工程，2010.17(6).

[5] 熊云.汽车节能技术原理及应用[M].北京:中国石化出版社，2007.

[6] 葛安林.车辆自动变速理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1993.

Automobile energy saving technology and examples

Wang Yanjie, Zhang Chen
( School of Automotive Engineering Chang’ an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

Affected by the oil crisis, automobile energy saving work is paid great attention to by the countries all over the world. At first, this paper analyzes the main factors which affect fuel consumption, and then by analyzing the energy-saving technology from the engine and energy conservation principle and technology of vehicle to introduce automobile energy conservation and emissions reduction technology, and makes concrete analysis and discussion in the engine energy saving technology of lean combustion technology and engine turbocharger technology , and the instances are given.

engine energy conservation; lean combustion technology; turbocharger; vehicle energy conservation principle and technology

U461.8

A

1671-7988(2015)07-114-03

王艳杰，就读于长安大学汽车学院，研究方向为载运工具运用工程。