浅谈汽车研发过程降油耗措施及建议

吕叶叶

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

浅谈汽车研发过程降油耗措施及建议

吕叶叶

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

明确车辆降油耗的必然性和紧迫性；提出几种降油耗的措施，逐一分析几种措施的优缺点并举例说明。

汽车；降油耗；燃油经济性；措施

0 前言

近年来，伴随着我国社会经济的发展和人民生活的改善，汽车逐渐走进了千家万户，成为人们日常生活的必需品，而石油资源正在日益减少，随着国家第三阶段油耗限值的发布，燃油消耗限值进一步缩紧，国家对整车的燃油消耗量的要求越来越高，且惩罚措施越来越严厉，降低车辆油耗已经成为刻不容缓的任务，各大汽车厂商也将很大一部分精力投入在降油耗上，以此作为占领汽车销售市场的重大亮点。我国目前乘用车燃油经济性要求大致见图1。

1 降油耗措施

1.1 燃油经济性

汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或者沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量(L/100 km)来评价。该值越小燃油经济性越好。发动机排量小的乘用车百公里燃油消耗量要低于排量大的乘用车[1]。

1.2 降油耗措施

降低油耗的措施是多方面的，作者这里主要是从汽车设计的角度去降低油耗，并非是从消费者使用的角度降低油耗，如下主要是从4个方面着手：

1.2.1 降低行驶阻力

车辆在行驶时，所要克服的阻力有机件损耗阻力、轮胎产生的滚动阻力(一般也称做路阻)及空气阻力。随着车辆行驶速度的增加，空气阻力逐渐成为最主要的行车阻力，在时速200 km/h以上时，空气阻力几乎占所有行车阻力的85%。

可采用以下几种方法降低行驶阻力:

(1)车身采用轻型材料，底盘采用轻型驱动构造

汽车总质量影响到汽车的滚动阻力、坡道阻力和加速阻力，对汽车的燃油经济性影响很大。如整车质量为1 360 kg 的汽车，当汽车总质量减少10%，油耗降低8.8%。因此，在汽车上广泛采用工程塑料、铝镁合金、有机玻璃、石墨纤维等高强度、低质量的复合材料，以减轻汽车自重，是提高汽车燃油经济性的一个主要方向[2]。

(2)降低空气阻力系数

空气阻力是汽车行驶时所遇到最大的也是最重要的外力，空气阻力系数又称风阻系数，风阻系数α=F×2÷(ρ空气×S×ν2)(其中：F为正面风阻力；S为车头正面投影面积)，它是计算汽车空气阻力的一个重要系数，通常用于计算汽车在行驶时的空气阻力。风阻系数的大少取决于汽车的外形。风阻系数愈大，则空气阻力愈大。现代汽车的风阻系数一般在0.3～0.5之间。

关于风阻对油耗的影响，数据显示：空气阻力系数每降10%，燃油就可省7%。风阻系数越低，代表车辆行驶时所受的空气阻力越低，在高速行驶时越省油，也更容易跑出较高的极速。

主要从两个方面来降低风阻系数：一方面是流线型的车身比较容易获得较低的风阻系数，凯越是家用车型中公认的油耗偏高车型，这和其0.338的较高风阻系数不无关系，而方方正正的捷达，其风阻系数也达到了0.34；另一方面就是改善汽车的空气动力学性能，也可以降低风阻系数。比如跑车的车身都很低，这样就减小了截面积，有利于降低空气阻力；此外，增加尾翼、导流板、底盘罩、前部进风口等配件，也能够改善车身的风阻系数。

(3)使用低滚动阻力轮胎(要使用滑行曲线法做排放)

轮胎结构对滚动阻力的影响很大，改善轮胎结构可以减少汽车油耗。滚动阻力每减小1 N，燃油消耗量减少0.01 L/100 km，或估算为滚动阻力系数减少10%，省油0.6%～1.2%。目前公认子午线轮胎的综合性能最好，由于其滚动阻力小，与一般斜交轮胎相比，可节油6%～8%[3]。

1.2.2 提高动力传动效率

要提高动力传动效率，主要是要使发动机高效率化、使用高效率区域，提高驱动传动效率。

可采用以下方法改善热效率：4气门化；可变气门正时-各种VVT；高压缩比；改进燃烧室；直喷&涡轮-GDI Turbo。

可采用以下方法减少损失：采用顶置气门；减少泵气损失——废气再循环EGR；降低摩擦；采用电动助力转向。

下面详细介绍以上方法中的几种：

(1)VVT功能对发动机燃油消耗率的影响

对于VVT发动机，在怠速及低负荷工况下运行时，气门开启重叠角一般都被控制得相对较小，这能抑制排气向进气道的倒流，降低缸内残余废气量，改善怠速稳定性以及小负荷下发动机的燃烧稳定性，提高燃油经济性；在中等负荷时，气门重叠角一般都被适度增大，这能提高内部EGR率，减小泵气损失，从而降低燃油消耗率。

从图3可以看出:某VVT发动机的节油效果在多数工况点都不超过6 g/(kW·h)，以百分比计算大都在2%以内。

(2)Turbo功能对发动机燃油消耗率的影响

增压可以提高发动机升功率，提高扭矩，缩小发动机排量，进而提高燃油经济性。一些研究结果表明：增压可以带来大约5%～10%的燃油经济性收益，缩小排量30%左右。1.3 L机械增压发动机和2.0 L常规发动机的升功率和输出扭矩的对比见表1。

表1 1.3 L机械增压发动机和2.0 L常规发动机升功率和输出扭矩的对比

同样由图4可看出：增压可以带来大约5%～10%的燃油经济性收益。

(3)EGR功能对发动机燃油消耗率的影响

EGR技术能够通过降低缸内最高燃烧温度记忆缸内混合气中氧气的体积分数，破坏NOx的生成环境，从而显著降低NOx的排放。除此之外，由于EGR的吸入，还可以减少泵气损失，EGR率适当时，对发动机燃油消耗率的降低也是有好处的。

从数据比较的结果(图5)来看：在同一台发动机上，打开EGR相对于关闭EGR，大多数工况可省油5～20g/(kW·h)，发动机燃油消耗率的降低在6%以内。

(4)扩大AT锁止区域，AT电子控制化

AT 是目前汽车上应用最为广泛的一种自动变速器，它主要由液力变矩器、行星齿轮及电子液压控制系统三大部分组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来实现变速变矩。由于液力变矩器变速变矩范围不够大，因此在液力变矩器的涡轮后面再串联几排行星齿轮来提高效率，液压操纵系统会根据发动机工况变化来自行操控行星齿轮进行不同的组合，以实现自动变速变矩。由于行星齿轮是有级的，本质上这种变速器也是有级变速器，是有级变速的自动控制，传动效率较低，燃油消耗量较大。由于动液的能量不能充分利用，再加上泵轮和涡轮的摩擦和冲击，使一部分能量转变成油液的热能而损失，所以油耗较高。从使用性能上看，AT的挡位越多技术就越先进，汽车行驶也就越平顺，加速性也越好，而且更省油。通过测试，目前应用最多的4 挡和5挡的AT的确费油，而用于中高级车的6挡AT的燃油经济性跟MT相差不大，目前最先进的8挡AT可以更省油，但是其结构更为复杂，配合电子控制的发动机管理系统的支持，可提高燃油效率，达到节油的目的。

1.2.3 减少无谓的能源消耗：应用电力能源

发动机启停就是在车辆行驶过程中临时停车(例如红灯)的时候，自动熄火，当需要继续前进的时候，系统自动重启发动机的一套系统。这套系统是这几年来发展迅猛的汽车环保技术，特别适用于走走停停的城市路况，能达到15%的节油能力。1.6～2.0 L排量节省3%左右，1.3 L以下不明显不建议使用。

工作原理是：当车辆因为拥堵或者路口停止行进，驾驶员踩下制动踏板，停车摘挡，这时候该系统自动检测：发动机空转且没有挂档；防锁定系统的车轮转速传感器显示为零；电子电池传感器显示有足够的能量进行下一次启动；满足这3个条件后，发动机自动停止转动；而当信号灯变绿后，驾驶员踩下离合器，随即就可以启动“启动停止器”，并快速启动发动机，驾驶员挂档，踩油门，车辆快速启动。在高效的蓄电池技术和相应的发动机管理系统的支持下，启停系统在较低的温度下也能正常工作，只需短暂的预热过程便可激活。

1.2.4 回收可利用的能源：回收利用制动能源

混合动力(HEV)中的制动能量回收——BSG代表了双轴并联低度混合式：发动机与电机之间采取皮带传动方式进行动力传输，以发动机为整车的驱动动力源，电机系统用于实现发动机的快速启动，在正常行驶工况下BSG电机和常规发电机一样由发动机驱动电机发电，给蓄电池充电。当车辆停下时，发动机运转停止，消除怠速状态，再启动时，BSG电机快速启动发动机。在此结构中，发动机通过主传动轴和变速器相联，电机通过皮带传动与发动机曲轴相连，电机既可作为发动机，又可作为电动机。BSG系统结构简单、质量轻，对整车原有结构改动小，成本低。

BSG是一项轻度混合动力技术，节油效果约为5%。不同于电动汽车技术，BSG只是对传统汽柴油发动机的工况进行优化，在怠速、启动等情况下提高燃油效率，因而节油效果只有5%。但BSG技术的成本很低，在大批量生产的前提下，为现有乘用车加装BSG只需增加1 000元左右的成本。

2 整车降油耗实例

某车原基本配置：1.8T+5AT+BSG，整备质量1 590 kg，结合上述降油耗内容，表2是该车降油耗实测数据。

表2 整车降油耗实例

【1】 王望予.汽车设计[M].4版.北京：机械工业出版社,2004.

【2】 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.

【3】 杨金展，张伟.汽车轮胎的选用与维护[J].汽车运用，2009(4).

DiscussionontheAutomobileConsumptionReductionMeasuresandSuggestions

LV Yeye

(Automotive Engineering Institute,Gunggzhou Automobile Group Co.,Ltd., Guangzhou Guangdong 511434，China)

The necessity and urgency of vehicle fuel consumption reduction were illustrated. Several measures of reducing fuel consumption were put forward. The advantages and disadvantages of the measures were analyzed and an example was given.

Automobile；Fuel consumption reduction；Fuel economy；Measures

2014-06-11

吕叶叶(1983—)，女，学士，研究方向为汽车电喷系统。E-mail：lvyeye@gaei.cn。