汽车节能技术分析

王帅，孙洋，张莹，张正明

（华晨汽车集团控股有限公司，辽宁 沈阳 110044）

汽车节能技术分析

王帅，孙洋，张莹，张正明

（华晨汽车集团控股有限公司，辽宁 沈阳 110044）

随着我国经济持续快速发展和城镇化进程加速推进，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将更加突出。加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，加快实施汽车节能技术推广应用，既是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的紧迫任务，也是加快汽车产业转型升级和国际竞争优势的战略举措。

节能汽车；节能技术分析；新能源

CLC NO.:U461.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-18-03

前言

节能汽车是指以内燃机为主要动力系统，综合工况燃料消耗量优于下一阶段目标值的汽车。发展节能汽车是降低汽车燃料消耗量，缓解燃油供求矛盾，减少尾气排放，改善大气环境，促进汽车产业技术进步和优化升级的重要举措。

近年来，汽车节能技术推广应用也取得积极进展，通过实施乘用车燃料消耗量限值标准和鼓励购买小排量汽车的财税政策等措施，先进内燃机、高效变速器、轻量化材料、整车优化设计以及混合动力等节能技术和产品得到大力推广，汽车平均燃料消耗量明显降低。但总体上看，汽车节能关键核心技术尚未完全掌握，燃料经济性与国际先进水平相比还有一定差距，节能型小排量汽车市场占有率偏低。

为应对日益突出的燃油供求矛盾和环境污染问题，世界主要汽车生产国纷纷加快推进技术研发和产业化，同时大力发展和推广应用汽车节能技术。节能汽车已成为国际汽车产业的发展方向，未来10年将迎来全球汽车产业转型升级的重要战略机遇期。

1、节能目标分析

根据2012年6月28日国务院颁布《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》中已明确制定乘用车平均燃料消耗量发展目标，2015年当年生产的乘用车平均油耗降至6.9升，到2020年降至5.0升；节能型乘用车4.5L。

2013年03月20日为进一步完善汽车节能管理制度，实施乘用车企业平均燃料消耗量管理，按照规划要求，工业和信息化部、发展改革委、商务部、海关总署、质检总局制定

了《乘用车企业平均燃料消耗量核算办法》。欧、美、日基本或已经完成2020乘用车燃料消耗量标准的制定；2025年及以后标准研究与制定启动或列入规划。

本文针对国内汽车企业的整体情况和节能数据，重点对传统汽车的节能路线进行分析。

2、汽车节能途径

目前认为可以通过5个方向来降低整车油耗：

a) 减少车辆行驶所需能量：减少行驶阻力；

b) 提高热动能量转换效率：实现高效燃烧；

c) 减少能量传输过程损失：提高传输效率；

d) 降低辅助系统能量消耗：降低辅助能耗；

e) 优化车辆能量供需管理：改善能量管理。

2.1 减少车辆行驶所需能量：减少行驶阻力

汽车行驶阻力(F)平衡方程：

式中：Ff为滚动阻力

Fw为空气阻力

Fi为坡度阻力

Fj为加速阻力

其中滚动阻力（Ff）是指车轮在路面上滚动时，由于轮胎与路面之间的相互作用而引起的能量损失。从设计角度来看，减少行驶阻力主要可以通过减轻整车重量和降低滚动阻力系数两方面来实现。

汽车的轻量化和小型化是实现减小滚动阻力（Ff）实现节油目标的主要途径之一。

来自大众公司的数据，重量每减少100 kg，每百公里可节省燃油约0.3-0.5升，每百公里CO2排放可减少8-11克；并且可缩短加速时间，提高车辆操控性，更好的制动响应。

减小滚动阻力系数，应用低滚阻轮胎可有效降低滚动阻力系数，滚阻下降10%，燃料消耗量约降低1%，滚阻降低20%，燃料消耗量约降低1.5%。

除此之外，合适的胎压对滚动阻力影响也较大，滚阻下降10%，燃料消耗量约降低1%；滚阻降低20%，燃料消耗量约降低1.5%。

降低空气阻力（Fw）可以通过车辆外形空气动力特性优化，包括外形设计优化和底盘封装。车辆进气通风装置优化，例如智能格栅系统等目前已经应用的技术。

2.2 提高热动能量转换效率：实现高效燃烧

2.2.1 进排气系统优化

进排气系统优化目前主流厂商都已经应用进气VVT、排气VVT、进排气同时调节VVT和进排气独立调节VVT等可变气门技术；可变进气歧管技术分为分段可变进气歧管和无级可变进气歧管技术。

2.2.2 优化油气供应

优化油气供应技术中涡轮增压和缸内直喷技术是当前的主流，增压发动机相对相同功率的自然吸气发动机，排量可减少30%左右。汽油缸内直喷技术采用类似柴油机的方式，将燃油直接喷入气缸，直喷主要分为均质压燃技术（HCC）、分层燃烧技术、稀薄燃烧技术。直喷技术可以实现中低负荷稀薄燃烧，空燃比可达40:1，提高压缩比，燃油热效率较高，

省去了节气门，减少了节流损失和泵损失，目前大众TGDI和TFSI、宝马GDI等都是应用了直喷技术。

2.2.3 改善燃烧过程

目前主要分为可控燃烧速率（CBR）和可变压缩比（VCR），通过控制进气气流的组织形式（涡流和滚流）来改善燃烧，尽量缩短明显燃烧期。

2.2.4 减少发动机热损失

发动机热管理技术已成为发动机节能、降低排放、提高动力性、可靠性及发动机寿命的重要措施。

2.3 减少能量传输过程损失：提高传输效率

对目前国内986款车型的调查显示，手动挡（MT）占比66.3%，其次是自动挡(AT)占26.1%（如图5所示），不同的变速器的效率不同，油耗也有不同。

根据对国产和进口车辆的测试数据进行对比，未来的变速器节油形式主要途径是多挡化和速比优化，如图6为不同的形式对油耗的比较。相比之下，DSG、DCT和CVT等变速器传递效率较高，对油耗贡献较大，多挡化和优化速比都可以对油耗产生一定贡献，经过数据统计提高传递效率约可以节油6%-8%左右。

2.4 降低辅助系统能量消耗：降低辅助能耗

主要途径有高效空调（空调系统优化），电动助力转向（EPS），发动机冷却风扇智能控制，弱化催化器加热功能，高效率发电机等。

2.5 优化车辆能量供需管理：改善能量管理

主要措施为减少非驱动时的能量消耗，怠速起停系统（Start-Stop），断缸燃烧，制动能量制动能量回收（RBS ）等技术。

3、结论

综上所述，整车可通过减少行驶阻力、实现高效燃烧、提高传输效率、降低辅助能耗、改善能量管理5个方面来降低油耗，但是节能措施中6MT及以上变速器、高效空调、怠速起停系统、电动助力转向系统等都能在平时起到节油作用，但现有工况测试法（NEDC）中体现不充分或不能体现。基于此，本文针对华晨企业特点，提出华晨的节油技术路线如下：

1）行驶所需能减少车辆行驶所需能量方面，主张整车轻量化（高强度钢+铝合金）、低滚阻轮胎和外形优化；

2）热动能量转换效率方面，推荐缸内内直喷和涡轮增压（小型化）、气门控制技术和减少热损失（热管理）和机械损失；

3）能量传输过程损失，主推CVT+DCT等高效节能变速器应用和多档化及速比优化；

4）辅助系统能减低辅助系统能量消耗消耗，应用高效发电机；

5）车辆能量供需管理，应用怠速启停、制动能量回收和断缸燃烧等技术。

[1] 王兆. 乘用车燃料消耗量标准节能技术分析报告.中国汽车技术研究中心，2013.

[2] 邵毅明,边耀璋. 汽车新能源与节能技术[M] .人民交通出版社。2008-03.

[3] 陈礼璠. 杜爱民、陈明. 汽车节能技术[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 陈军, 袁华堂. 新能源材料[M].北京：化学工业出版社，2010.

[5] 王智文. 汽车轻量化技术进展. 汽车轻量化技术创新战略联盟.2013.

Automotive energy-saving technology analysis

Wang Shuai, Sun Yang, Zhang Ying, Zhang Zhengming

（Brilliance Automobile Co, Ltd., Liaoning Shenyang 110044）

With our country’s continued fast development and urbanization process fast preceeding, the car demand will still keep growing for a long time, which would make the energy tension problem and environment pollution problem more prominent. Therefore, to develop fuel-efficient vehicles and new energy vehicles, and to speed up the implement of the energy-saving technology, are not only an urgent mission of relieving stresses of energy and environment and proceeding the auto industry continuous development mission, but also a strategic initiative of speeding up auto industry transformation upgrading and international competitive advantage.

fuel-efficient vehicles；he implement of the energy-saving technology；new energy vehicles

U461.8

A

1671-7988(2014)07-18-03

王帅，就职于华晨汽车工程研究整车集成处。