主流汽車節能技術與節能效果分析論文
摘要：隨著人類逐漸進入汽車時代，能源危機、環境汙染、交通擁堵等問題日趨嚴峻，對汽車行業低碳發展、節能減排的要求愈發迫切。文章從發動機、變速器、低摩擦、輕量化、電子電器、替代燃料、混合動力七個領域，對全球主流汽車節能技術的基本原理和節能效果展開了論述。
關鍵詞：汽車節能；節能技術；發動機；變速器；低摩擦；輕量化
全球原油供需形勢不容樂觀。受全球經濟發展、汽車保有量增加等多重因素驅動，全球原油消費量逐年遞增。隨著原油資源的枯竭和原油消費需求的持續增長，未來全球原油供需形勢將更加嚴峻。因此，節能減排是目前全球汽車產業發展的共同趨勢和轉型升級方向。
1發動機
1.1缸內直噴技術（GDI）。GDI是指將燃油噴嘴噴油器安裝於氣缸內，以壓力較高的燃油直接噴入氣缸內與進氣混合，並透過最佳化和匹配設計，進一步提高噴射壓力，使燃油霧化的效果更為細緻，真正做到精準地按比例控制噴油，讓燃油和空氣能夠在整個汽缸內進行均勻的混合，從而實現燃油的充分燃燒的一種技術。採用缸內直噴技術較多點噴射發動機節油2%~5%。
1.2增壓技術。渦輪增壓技術是一種利用排氣廢氣的能量衝擊排氣管道中的渦輪，同時帶動進氣管道的渦輪，使進氣增壓後送入到氣缸，從而提高發動機的功率的技術。渦輪增壓技透過減小原來發動機的排量使節能效果達到4%~10%。
1.3廢氣再迴圈技術（EGR）。EGR是將發動機排氣的一小部分再送回氣缸的一種技術。再迴圈廢氣由於具有惰性會延緩燃耗過程，從而導致燃燒室中的壓力形成過程放緩，減少NOx的生成。廢氣再迴圈技術透過減緩爆震的影響可提高壓縮比，同時最佳化點火時間，並降低泵氣損失，達到節能效果。
1.4停缸技術（VCM）。VCM是指發動機在部分負荷下執行時，透過相關機構切斷部分氣缸的.燃油供給、點火和進排氣，使剩餘工作氣缸負荷率增大的一種技術。VCM一般可降低能耗3%~8%。
1.5阿特金森迴圈。現代阿特金森迴圈發動機使用電子控制裝置，透過推遲進氣門關閉，在壓縮衝程從進氣門排除部分燃氣，減少進氣量，從而實現膨脹比大於壓縮比，提高燃油利用率，達到節油的目的，一般可帶來2%~8%的能耗降低。
1.6清潔高效柴油機技術。由於柴油機的壓縮比較大，目前主要採用電控的高壓共軌噴射，透過高壓油泵加壓，帶電磁閥的噴油控制噴油時機和噴油量，實現對燃油的噴射的精確、高效控制。目前，與同等動力水平的自然吸氣汽油機相比，清潔高效柴油機能耗要降低15%~30%。
1.7可變氣門正時和升程技術（VVT和VVL）。VVT是一種根據發動機的執行情況來調節氣門的開合時間、角度的技術。VVL是一種根據汽車執行情況來調節發動機氣門升程的技術。可變氣門正時和升程技術已成熟應用。
2高效變速器
2.16MT。6MT即含有6個前進擋的手動變速器，結構上僅是比5MT多出一組齒輪，在同樣的發動機轉速下可以跑得更快，在相同的速度下行駛，6MT的轉速低於5MT，從而達到了節油的效果，一般較5MT節油1%~3%。
2.2多檔AT。在傳統4檔位自動變速箱基礎上增加的每個檔位，都幫助發動機處在一個很好的工作狀態，因此提高了潛在效能。5AT較傳統4AT能耗降低2%~3%、6AT較傳統4AT能耗降低3%~5%、7AT較傳統4AT能耗降低5%~7%、8AT較傳統4AT能耗降低6%~8%。
2.3機械式自動變速器（AMT）。AMT在不改變原車變速箱的主體結構的基礎上，透過加裝微電腦控制的電動裝置，取代原來由人工操作完成的離合器的分離、接合及變速器的選檔、換擋動作，實現換檔全過程的自動化。採用AMT技術後，與傳統AT相比，AMT整車能耗可降低5%~10%。
2.4無極變速器（CVT）。CVT是透過主動輪與從動輪的可動盤做軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶齧合的工作半徑，從而改變傳動比。與傳統4AT相比，CVT一般可降低能耗2%~6%。
2.5雙離合自動變速箱。雙離合自動變速箱融合了手動變速箱和自動變速箱二者的優點。一個離合器控制單數檔位齒輪，另一個離合器控制雙檔位齒輪。當一個檔位正在工作時，相鄰檔位的齒輪進入齧合狀態，當換擋時刻來臨就可以只通過操縱離合器來實現換擋。相較於4AT，能耗可降低2%~7.5%。
3低摩擦技術
3.1低滾阻輪胎汽車行駛過程中，會產生各種各樣的行駛阻力，其中近80%為空氣阻力，其餘20%為滾動阻力。汽車油耗有相當一部分用於克服輪胎摩擦阻力。據有關機構測定，輪胎滾動阻力每降低7%，就可使汽車燃油消耗降低1%。
3.2低風阻設計汽車風阻是指汽車的外部與氣流作用產生的阻力。據有關資料顯示，在同等風速下，風阻係數每降低10%，能耗可降低7%。
4輕量化技術
減少汽車自身質量是降低油耗的最有效的措施之一。據相關資料顯示，汽車自重每減少10%，NEDC工況下能耗可降低6%~8%、排放降低5%~6%。
4.1輕量化的結構設計及最佳化利用。CAD、CAE技術，可以準確實現車身實體結構設計和佈局設計，對各構件的開頭配置、板材厚度的變化進行分析，並可從資料庫中提取由系統直接生成的有關該車的相關進行工程分析和剛度、強度計算。
4.2先進輕量化材料的應用。鋁合金是目前汽車材料中應用最多的輕質材料，各項相關技術也比較成熟。鎂鋁合金已經應用於儀表板骨架和橫樑、發動機缸體、進氣支管等；高強度鋼已經應用於汽車車身、底盤、懸架等零部件上；鈦已經應用於氣門等部件；塑膠是汽車使用得最多的非金屬材料，已經應於儀表盤、側圍內測板等。
4.3輕量化工藝。內高壓成形技術在汽車製造中的應用有排氣系統異形管件、副車架總成等。鐳射加工技術主要應用於拼焊板製造、白車聲零部件加工等。採用鐳射技術製造車身，車身質量減輕20%。半固態加工技術適用於具有較寬液固共存區的合金體系。超高強度熱成型技術主要用於生產輕量且超高強度的衝壓件，質量減輕20%以上。
5先進電子電器
5.1智慧節油系統（STT）。STT是一套控制發動機啟動和停止的系統。此項技術在一般路況條件下可以降低能耗5%左右，而在擁堵路段最高可降低能耗10%~15%。5.2電動助力轉向系統（EPS）。電動助力轉向系統是透過轉矩感測器與轉向軸連結在一起，當轉向軸轉動時，轉矩感測器開始工作，把輸入軸和輸出軸在扭杆作用下產生的相對轉動角位移變成電訊號傳給ECU，ECU根據車速感測器和轉矩感測器的訊號決定電動機的旋轉方向和助力電流的大小，從而完成實時控制助力轉向。與HPS（機械助力轉向系統）相比，EPS可降低能耗1%~2%。
5.3電子節溫器。電子節溫器是指車輛冷卻液溫度調節、冷卻液的迴圈、冷卻風扇的工作等均由發動機控制單元控制的裝置。電子節溫器相對於裝備傳統冷卻系統能夠降低能耗1%~2%。
5.4可變排量機油泵。可變排量機油泵是指一種可以根據發動機的實際機油量需求量來調節供油量的機油泵。該變數泵技術使得發動機在中高速下的主油道壓力保持一個相對恆定值，在滿足發動機機油需求的同時，減少功率消耗，起到節能減排的作用，一般能降低發動機1%~2%的燃油能耗。
5.5再生制動能量回收。車輛在制動或減速過程中耗費多餘的能量，將這些能量回收利用能夠降低車輛的能量消耗，提高燃油的經濟性。目前該項技術多用於混合動力與新能源車型。
6替代燃料
替代燃料汽車是指使用其他型別燃料，部分或完全取代石油基燃料（汽油、柴油）的汽車。替代燃料總體上可劃分為三類：醇、醚、酯類等含氧燃料，合成油，氣體燃料。替代燃料汽車與傳統內燃機汽車的結構、工作原理、節能技術應用一致。一般只需根據替代燃料的主要物化效能，對原內燃機汽車發動機和燃料供給、儲存系統及相關零部件進行必要的技術改造即可。透過專用技術、專機開發，充分利用天然氣高熱值等燃料特性，提高節能效率。
7混合動力
混個動力是指同時裝備兩種動力來源—熱動力源與電動力源。混合動力是目前技術成熟、節能效率最高、社會成本最低且在世界範圍內接受度高的乘用車動力系統。混合動力系統主要由內燃機、電動機、動力電池與機械傳動系統組成。應用怠速啟停、低速電動、小型化、能量回收等技術可實現高達30%的節能效果。
作者:康寧 張偉 靳永言 張士偉 單位:長安大學汽車學院
參考文獻
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