浅谈我国节能汽车技术未来发展方向

汪坤

成都理工大学工程技术学院 四川省乐山市 614000

1 中国节能汽车技术发展路径与未来方向

1.1 节能汽车的发展愿景

响应《中国制造2025》中关于汽车低碳化、信息化、智能化的发展要求，与新能源汽车协同发展，通过大幅降低各类车型能耗水平，保障国家能源战略安全，以能源利用的高效化及低排放应对气候变化，助力汽车工业提前达成CO2峰值目标，突破并掌握关键核心技术，实现战略转型升级发展，最终有力支撑我国汽车工业从大到强的转变。

1.2 总体节能技术发展路径

乘用车领域同步执行结构与技术节能的发展路径，以提升混合动力及48V系统应用占比、动力总成优化升级重点，以降低摩擦、替代燃料、轻量化及小型化为支撑，全面降低传统汽车的能耗水平。

商用车领域以动力总成升级优化、混合动力、智能网联技术为重点，大幅提升整车效率；以优化空气动力学性能、轻量化、替代燃料为支撑，在减少车辆运行能耗损失的同时，实现车用能源低碳化、多元化发展。

1.2.1 乘用车节能路径

（a）大力发展混合动力。混合动力车型节油效果明显，而国内也已不同程度地掌握系统结构及关键零部件的研发能力及产业化能力，大规模发展混合动力的条件已经具备。因此，应在2020年推动混合动力车型初步规模化（销量占比达到8%左右）及产品成本大幅下降；到2025年将销量占比提升至20%，通过发动机优化及电机、电池性能改善将平均油耗降低至3.6L/100km；到2030年将销量占比提升至20%，通过先进燃烧、轻量化、低风阻等技术将平均油耗进一步降低至3.3L/100km。

（b）动力总成持续升级优化。当前乘用车汽油机热效率普遍在35%左右，仍存在15%左右的节能提升空间，同时通过发展多档位自动变速器和提升变速器效率，可再实现8%左右的节能提升。因此，在前期应逐步通过先进增压直喷、提高压缩比等技术将汽油机热效率提升至40%；在中期通过双喷、复合增压等技术将汽油机热效率进一步提升至44%；在后期则通过均质充量压燃（HCCI）等技术将汽油机热效率进一步提升至48%；同步配合6档及以上自动变速器的升级换代，降低整车油耗水平。

（c）提升电子电器节能效果。大力发展以48V系统为代表的先进电子电器产品技术，显著改善传统动力乘用车能耗水平，并在此基础上，加快发展电动空调，推动EPS、自动充气、换档提示等技术逐渐成为车辆标配，并持续降低车载用电设备的电能损耗。

1.2.2 商用车节能路径

（a）动力总成升级优化。商用车柴油机热效率还存在较大提升空间，自动变速器应用率也较低。因此应在前期发展低速高转矩柴油机，结合电控优化、高压共轨等实现热效率达到50%，同时重点发展小后桥速比，以实现高效传动。在中期应发展发动机热管理技术，通过电控风扇等附件电子化结合自动变速器使得发动机长期工作在高效区域，实现热效率达到52%的目标。在后期通过朗肯循环等先进热管理技术进一步优化发动机节能效果，实现热效率达到55%的目标。

（b）逐步发展混合动力。目前，混合动力技术已经在公交客车中实现较大规模的应用。鉴于其具有成本高和节油度高的双重特性，建议前期重点开展系统结构型、关键零部件的研究，在中后期成本下降，逐步从中型商用车向重型商用车推广，从而显著降低车辆能耗。

（c）利用智能网联技术提升运行效率。国外已开展车辆队列、道路预见性系统、降低空置、驾驶人改善助手等新型节能技术的研究，预计将在2020年后小范围应用。在实际运行过程中，道路环境、行驶路线、驾驶员行为等对商用车油耗的影响极大，结合国外趋势与国内现状，建议在前期重点跟进，中后期重点研发并掌握相关技术，并在车联网基础上实现运行能耗的大幅降低。

2 节能核心技术

2.1 乘用车节能核心技术

总体而言，应以先进汽油机、高效自动变速器混合动力关键技术及48V系统为研究重点，实现乘用车核心节能技术的快速突破，不断缩小并最终消除与国际先进水平之间的差距。

具体而言，将乘用车核心技术分为发动机、变速器、电子电器、低摩擦、混合动力专用零部件和替代燃料专用零部件。该文只针对发动机核心技术进行简要介绍。

2.1.1 发动机重点技术

（a）在基础燃烧理论方面，逐步开展并掌握发动机高效燃烧的机理及基础控制理论，并在此基础上优化发动机结构。

（b）在发动机电控方面，重点掌握发动机电控逻辑开关能力实现自主设计、自主匹配、自主标定，从而提高发动机节能水平。

（c）在进排气方面，同步发展VVT及VVL技术。VVT应实现电动VVT技术突破，并利用电动VVT逐步取代液压VVT，后期进一步研发出电动气门技术。在VVL方面，应在连续可变气门升程等基础上，开发出全可变配气结构。

（d）在新型燃烧方面，不断提高发动机压缩比，在2020年达到13：1左右的平均水平，中后期进一步通过HCCI技术及配气结构等优化，将发动机压缩比提升至17：1—18：1，同时避免爆燃。

2.1.2 发动机支撑技术

（a）在增压方面，未来增压发动机应用比例将大幅提高，因此应重点在单增压技术上，重点突破增压旁通等关联技术，同时发展合适尺寸增压机型，并进一步掌握双增压、电子增压+机械增压等复合增压技术。

（b）在直喷方面，重点推动直喷技术从25MPa向30MPa以上逐步转变，并掌握GDI+PFI双喷技术，以降低发动机排放。

（c）在能量管理方面，研究应用电子泵、电子机油泵等电控附件，逐步取代机械附件，优化发动机热管理水平，使发动机长期工作在合适的温度区间，提高发动机节油表现。

2.2 商用车节能核心技术

总体而言，应以动力总成升级优化为研究重点，加大混合动力系统（侧重于载货汽车及适合于城际工况的道路客车而言）、空气动力学性能优化、智能网联技术的研究和应用力度，大幅降低整车能耗水平，并实现商用车核心节能技术的快速突破，最终与国际先进水平实现同步发展。

2.2.1 重点技术

（a）在动力总成方面，通过柴油机、变速器、后桥等的优化与配合，不断将柴油机有效热效率提升至2020年50%、2025年52%、2030年55%。前期重点发展高压共轨、低速高转矩的重型柴油机，结合电控附件优化改善发动机工作环境，在长途商用车中可侧重发展小后桥速比；在中后期实现可变燃油喷射规律，并将喷射压力提高至250MPa以上，同步普及多档位自动变速器；后期重点突破朗肯循环技术。此外，应持续开展燃烧及热循环基础理论的研究，拓展和深化燃烧系统优化工作，持续优化发动机电控，结合燃烧优化，同步发展SCR、EGR、ASR、柴油颗粒捕集器等后处理技术，满足各阶段排放法规要求。

（b）在混合动力方面，加快开发低成本、高节油度的混合动力系统，并逐步实现中重型载货汽车、城际客车的大规模应用。

（c）在空气动力学方面，前期重点研发低滚动阻力轮胎，中后期则研发、应用半长头、车挂间距缩小、自动裙板等低风阻外观设计，将整车风阻系数普遍降低15%以上。

（d）在智能网联方面，在车联网基础行上，到2025年左右逐步研发并应用道路预见性系统、降低空载、智能调度、驾驶改善助手、车辆队列等技术，大幅提升车辆运行效率，降低车辆能耗损失。

2.2.2 支撑技术

（a）在动力总成方面，应改善传统系统效率，优化与发动机的匹配，使发动机长期处于高效率；利用双级增压技术提高低端转矩，满足低速化的要求；在变速频繁的车辆中应用可变截面涡轮增压技术，提高综合效率。

（b）在热管理方面，中期掌握整车热管理技术，后期可在客车中发展车体保温技术。

（c）在低滚动阻力方面，中期应研发出轮胎自动充气技术，同时开展胎面结构的优化，掌握单宽胎技术。

3 结语

未来，在传统内燃机汽车仍将占据汽车产品的重要份额，因此节能汽车是未来汽车产品的重要形态之一[1]。提高节能汽车在传统动力汽车中所占的比例，推广先进节能技术在节能汽车上的应用，推动其不断向低碳化方向发展，是汽车产业降低能源消耗、减轻环境污染、最终实现低碳目标的重要保障[1]。