浅谈汽车节能技术

耿世科+周精浩+乔家原+毕东生

摘要：汽车产业是国民经济重要支柱产业，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。随着科技的进步，人民生活水平的提高，今后较长一段时期汽车需求量仍将保持增长势头，由此带来的能源紧张和环境污染问题更加突出，因此加大汽车节能技术的研究意义重大。

关键词：汽车节能 热效率 稀薄燃烧 可变配气系统 涡轮增压 轻量化 制动能量回收。

一，国际国内资源现状与汽车节能的意义。

根据2016年12月《世界石油杂志》的数据，当前原油+凝析油的证实储量为1.7亿万桶，自1999年以来首次出现下降，如果按8300万桶/天的原油+凝析油消耗量，石油还可以开采56.5年。而我国石油最终采储量为130亿～160亿吨，仅占世界的1.8%，人均可采储量远低于世界平均水平。

目前，中国车用燃油占燃油总消耗量的近55%，而石油的进口依赖度已近55%，能源危机的时代即将到来。汽车节能是关乎国际民生的大事，国家在积极寻找新能源的同时，要注重对现有能源的合理应用，提高能源利用率。中国作为一个能源需求大国，应积极展开节能汽车研发技术攻关。

二，影响汽车能耗的因素。

结构方面影响汽车能耗的因素包括发动机，传动系，汽车的整车整备质量，汽车的外形与轮胎。提高发动机热效率，采用档位数无限多的无级变速器，降低汽车总质量，合理设计汽车外形，选用子午线轮胎都可以减小能耗。汽车使用方面包括：车速的选择，档位选择，挂车应用，正确的维修保养。目前公认的汽车减排包含三大技术措施，一是提高动力总成效率，特别是发动机热效率。第二个技术途径是新材料的合理选用，减轻汽车自重，即汽车轻量化。第三，汽车制动能量回收。

三.汽车节能技术

3.1发动机节能技术

汽车作为发动机的核心，其节能至关重要。发动机节能实际上主要是降低燃料消耗。发动机作为石油能源消耗大户，世界各国的发动机工程技术人员和制造商历来将降低其能源消耗作为目标。

3.1.1.采用可变配气系统技术

进气门和排气门专职对发动机冲量交换过程的控制。其特性参数主要由三个：气门开启相位，气门开启持续角度和气门升程。这三个特性参数对发动机的性能，油耗和排放有重要影响。随发动机负荷和转角的改变，这三个特性参数的最佳选择是不同的。进气门开启相位提前，一方面为进气过程提供较多的时间，特别有利于解决高转速时进气时间不足的问题；另一方面气门叠开角增大，有更多的废气进入进气管随后又同新鲜冲量一起返回气缸，造成了较高的内部排气再循环率，可降低油耗和氮氧化物排放。进气门关闭相位推迟，一方面在高转速时有利于提高体积效率，另一方面在低转速时也会将已经吸入气缸的新鲜冲量重新推回进气管中。气门升程增大，一方面在高负荷时有利于提高体积效率另一方面在低负荷时又不得不将进气门关的更小造成更大的泵气损失和节流损失，综上所述出于不同的考虑对气门参数提出不同要求。但是，传统的气门正时只能设计成对某一转速或狭小的转速范围最有利于提高其体积效率。而可变配气系统是气门特性参数可变的，达到使各种工况都能优化的进、排气门系统。可变配气系统基本可以实现可变气门正时、可变气门升程和可变气门持续角等功能。

3.1.2废气涡轮增压技术

废气涡轮增压可以明显提高发动机动力性，降低油耗及排放。增压后适当加大了过量空气系数，使燃烧过程得到一定改善，其指示热效率往往也会有所提高。如果增压与非增压发动机功率相同，则增压发动机可以减少排量和机械损失，燃油消耗率降低。另外由于发动机排量减少整台发动机体积质量都会减少，这样也会降低整车油耗。发动机采用增压后还可以在保证原有功率和一定转矩下适当降低转速。这样，由于机械损失和摩损减少，对改善燃料经济性有利。

3.1.3稀薄燃烧技术

常规汽油机其混合气是均质的，一般在空燃比α=12.6～17范围内工作。常规汽油机的缺点：为防止发生爆燃采用较低的压缩比，这导致热效率较低；浓混合气的比热容比低使热效率降低；只能用进气管节流方式对混合气充量进行调节，泵气损失较大；在化学计量比附近燃烧，其有害排放特别是氮氧化物排放较高。总之常规汽油机特别是用三元催化转化器的汽油机，过量空气系数必须控制在λ=1附近，限制其性能进一步调高，稀薄燃烧汽油机空燃比α﹥17，且能保证动力性能，增大空燃比，使用稀薄混合气工作，可以提高压缩比ε，增大绝熱指数k值，保证燃料完全燃烧，所以是提高汽油机经济性和降低排放的有效方法。

3.2汽车车身节能技术

汽车车身节能技术，主要包括注重车身造型减小空气阻力和车身轻量化两个方面的节能技术。空气阻力所消耗的功率与车速的三次方成正比，在车速高时，空气阻力将是汽车主要行驶阻力。车身质量约占汽车总质量的30%，所以汽车轻量化对减轻汽车自重，减少能耗至关重要。

利用空气动力学原理设计出更合理的汽车造型，是达到减小空气阻力、减小油耗、提高燃料经济性的重要途径。改善汽车造型的空气动力性能方法有①车身造型进一步强调空气动力化。②发动起布置形式的合理选择③设置前、后扰流板等空气动力学附加装置，改善气流流动状况。④优化车身细部外形，减小车身表面的凹凸面和突起物。此外，缩小汽车的迎风面积，即减小车身宽度和高度也可有效减小空气阻力。

车身轻量化是现代车身设计的主流方向，而这一导向最充足的理由就是汽车节能。汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。对于未来汽车轻量化设计我们可以从制造材料方面寻找突破口。具体方案有①使用密度小，强度高的材料。②使用同密度、同弹性模量而工艺性良好的截面厚度较薄的高强度钢。③使用基于新材料加工技术的轻量化结构用材，如连续挤压变截面型材、激光焊接板材等。

3.3制动能量的回收

汽车制动能量回收就是指在汽车制动时，将其中一部分机械能经再生系统转化为其他形式的能量进行回收，并加以再利用的技术。汽车采用制动能量回收，有助于提高汽车能源利用率、减少油耗，减轻制动器的热负荷，减少磨损，提高汽车行驶安全性和使用经济性。目前制动能量回收只能用于纯电动汽车和混合动力汽车，它的制动能量回收系统包括与车型相配的发电机、蓄电池以及可以监视电池电量的智能电池管理系统。

四，小结

进入21世纪，能源和环境正成为影响世界汽车产业发展的两大决定性因素。能源和环境问题向汽车节能技术提出更高要求。汽车节能的途径和措施非常多，涉及能源、材料、电子技术、汽车设计制造、汽车维修、汽车使用等诸多方面。现代汽车可以节能的空间很大，但是要实现节能技术的重大创新和突破必须是国家重视、全民参与、科学研究、经济发展，所以汽车节能的工作是长期而艰巨的。

作者简介：耿世科，男 1993年7月8日 汉河南省开封市杞县 河南理工大学 邮编：454000

周精浩，男1996年4月4日 汉 河南省商丘市睢县 河南理工大学 邮编：454000

乔家原，男1993年1月25日 汉 河南商丘 河南理工大学 邮编；454000

毕东生，男1996年10月10日 汉 河南驻马店市泌阳县 河南理工大学 邮编；454000