汽車節能技術與應用實例

王艷杰，張晨

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

汽車節能技術與應用實例

王艷杰，張晨

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

受石油危機的影響，汽車節能工作受到了世界各國的普遍重視。本文首先分析了影響油耗的主要因素，并從發動機節能技術和整車的節能原理與技術方面介紹了汽車節能減排技術，并就發動機節能技術中的稀燃技術和發動機增壓技術做了具體的分析與探討，并舉出實例。

發動機節能技術；稀燃技術；增壓技術；整車節能原理與技術

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

引言

能源是人類賴以生存和發展的物質基礎，而汽車是石油消耗大戶，據統計，一輛汽車年平均消耗石油約5噸。截止到2014年底，我國機動車保有量達2.64億輛，其中汽車1.54億輛，我國汽車保有量繼續呈快速增長趨勢。根據國際能源機構的預測，我們目前探明的可采石油資源理論上僅供開采40年[1]。節能從某種意義上說，也是最便宜、最迅速地獲得供應的“新能源”。因此人們說:“節能是開發第五能源（煤炭、石油、水電、核能四大能源之外），是不產生放射性廢料、沒什么污染的能源”。目前，全國有35個城市的汽車保有量超百萬輛。因此，進一步加強節能減排工作是應對全球氣候變化、構建和諧社會的迫切需要。節能減排也就成為迫在眉睫的重大課題。

1、影響汽車實際油耗的因素

⑴車輛本身的差異。⑵駕駛員的習慣，車輛保養，燃油差異以及車輛磨合對油耗有很大影響。⑶使用條件:環境條件、路面、行駛工況、耗電設備、以及乘員數量或貨物數量即車重也對汽車油耗有明顯影響。⑷車輛磨合。

2、發動機節能技術

目前發動機節能技術有發動機稀燃技術、增壓技術，燃油摻水節油技術、發動機可變配氣正時技術、可變進氣歧管技術、可變壓縮比技術、汽油機燃油噴射與點火系統的電子控制技術、柴油機燃油噴射系統電子控制技術、陶瓷發動機以及EcoBoost發動機技術等?，F以稀燃技術與增壓技術為例。

2.1 稀薄燃燒

稀薄燃燒指發動機在實際空燃比大于理論空燃比的情況下的燃燒，空燃比可達25:1，甚至更高。在稀薄燃燒的條件下，由于混合氣點火比理論空燃比條件下困難，暴燃也就更不容易發生，可以采用較高的壓縮比設計提高熱能轉換效率，再加上汽油能在過量的空氣里充分燃燒，所以在這些條件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量[3]。

比較著名的三菱缸內噴注汽油機（GDI），可令混合比達到40:1。它采用立式吸氣口方式，從氣缸蓋的上方吸氣的獨特方式產生強大的下沉氣流。這種下沉氣流在彎曲頂面活塞附近得到加強并在氣缸內形成縱向渦旋轉流。在高壓旋轉噴注器的作用下，壓縮過程后期被直接噴注進氣缸內的燃料形成濃密的噴霧，噴霧在彎曲頂面活塞的頂面空間中不是擴散而是氣化。大眾的直噴汽油發動機（FSI），則是采用了一個高壓泵，汽油通過一個分流軌道（共軌）到達電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點是在進氣道中已經產生可變渦流，使進氣流形成最佳的渦流形態進入燃燒室內，以分層填充的方式推動，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術的混合比達到如此，按照常規是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。假定汽油機在汽車道路行駛條件下的熱效率為15%，在道路上要獲得一個單位的有用功，則對于不同的機型所攝取的能量對比如下表1所示[1]。

表1 石油能量使用率對比

分層燃燒系統基本均采用燃油噴射技術。按照燃油噴射的不同形式，將分層燃燒系統分為氣道噴射稀燃系統和直接噴射稀燃系統；按照混合氣的不同組織方式，分為軸向分層稀燃系統和縱向分層稀燃系統。

2.2 增壓技術

對新鮮空氣進行預壓縮的過程稱之為增壓。增壓后使得單位時間內進入燃燒室的新鮮空氣量增多，即燃燒更多的燃料，提高發動機功率。增壓是發動機提高功率最有效的方法之一。

增壓技術尤其是渦輪增壓技術已經在汽車柴油機上應用半個多世紀了，柴油機采用渦輪增壓技術不僅可提高功率30%-100%，甚至更多，還可以減少單位功率質量，縮小外形尺寸，節約原材料，降低燃油消耗3%-10%。

因為汽油機增壓后爆燃傾向增加，汽油機和渦輪增壓器的熱負荷大，而且車用汽油機工況變化頻繁，轉速和功率范圍寬廣，致使渦輪增壓器與汽油機的匹配相當困難[4]。但近年來，由于汽油噴射式發動機和電控技術的發展，以及小型增壓器性能的改善，由于渦輪增壓發動機燃燒比較安全，排煙濃度降低，廢氣中HC與NOX含量較少，噪聲也較小。轎車汽油機的渦輪增壓得到了較大的普及和發展。

3、整車的節能技術

影響汽車燃油經濟性的因素除汽車發動機外還有汽車傳動系統、行駛阻力、汽車整備質量等。下表是美國密西根大學研究的改進汽車結構與提高燃油經濟性的關系，表2中給出了1980-1990年改進各項因素的效果[1]。

表2 汽車結構因素改進對提高燃油經濟性的作用

整車的節能技術又包括:改進傳動系統、減小汽車行駛阻力、減輕汽車整備質量、自動滑行超越離合器、磁粉式電磁離合器、車用自勵式緩速器、汽車定壓源能量回收系統、潤滑油的優效使用等?，F以改進傳動系統為例。

汽車傳動效率越高，傳遞動力的過程中能量損失越小，汽車的油耗就越低。通過合理設計傳動系統，提高傳動系統效率，進而減小油耗。

軸頭節油自動離合器可在不改變原車性能，不停車、駕駛員不用下車的情況下，實現軸與車輪的自動離合，從而可減少動力消耗，降低燃油消耗率。如圖1所示，該離合器是由外殼、軸頭蓋及可沿半軸滑動的花鍵牙嵌等件組成?？膳c改型的半軸、軸套相配合來代替原輪轂法蘭盤，并能自動離合。改后外形尺寸比原來長10mm，但不超出車身。

該離合器的所謂的“自動”，是因為借正常操縱前加力手柄驅動前橋的過程中實現半軸與輪自動離合的，并未另增設其他操縱機構，又沒有改變原操作方法，還不給駕駛員增添任何麻煩，靠機械式的聯動，完成離合作用的，故稱之為自動離合器。經使用測定，其平均節油率是7%-10%，即每百公里可節省燃油1.1L。離合器本身則具有設計緊湊、結構合理、密封性好、安全可靠、保養和維修方便等特點。

采用機械多檔變速器和無級變速器也是改進傳動系統的有效措施。近年來轎車手動變速器已基本采用5檔，高檔汽車開始轉向6檔變速器，在變速器后接上一個兩檔或三檔的副變速器可使檔位達到10-16個。檔位無限的無級變速器，在任何條件下都提供了使發動機在最經濟工況下工作的可能性。目前在轎車上所用的自動變速器主要有三種形式，分別是液力自動變速器（HAT）、機械無級變速器（CVT）和機械式自動變速器（AMT)[5]。

其中AMT是在不改變原車變速器主體結構的基礎上，通過加裝微電腦控制的電動裝置，以電子控制器（ECU）為核心，通過電動、液壓或氣動執行機構對選換擋機構、離合器、節氣門進行操縱，實現換擋全過程的自動化。實驗表明，裝有AMT技術的轎車，比裝有液力自動變速器的轎車節油將近20%[1]。

[1] 劉玉梅.汽車節能技術與原理[M].北京:機械工業出版社,2010.

[2] 李俊.汽車發動機節能減排先進技術[M].北京:北京理工大學出版社，2011.

[3] 李慶海.汽油機稀薄燃燒技術發展分析[J].交通科技與經濟，2010.

[4] 萬渤華.淺談汽車渦輪增壓技術的節能減排[J].安全與環境工程，2010.17(6).

[5] 熊云.汽車節能技術原理及應用[M].北京:中國石化出版社，2007.

[6] 葛安林.車輛自動變速理論與設計[M].北京:機械工業出版社,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

王艷杰，就讀于長安大學汽車學院，研究方向為載運工具運用工程。