汽車節能技術分析

王帥，孫洋，張瑩，張正明

（華晨汽車集團控股有限公司，遼寧 沈陽 110044）

汽車節能技術分析

王帥，孫洋，張瑩，張正明

（華晨汽車集團控股有限公司，遼寧 沈陽 110044）

隨著我國經濟持續快速發展和城鎮化進程加速推進，今后較長一段時期汽車需求量仍將保持增長勢頭，由此帶來的能源緊張和環境污染問題將更加突出。加快培育和發展節能汽車與新能源汽車，加快實施汽車節能技術推廣應用，既是有效緩解能源和環境壓力，推動汽車產業可持續發展的緊迫任務，也是加快汽車產業轉型升級和國際競爭優勢的戰略舉措。

節能汽車；節能技術分析；新能源

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

前言

節能汽車是指以內燃機為主要動力系統，綜合工況燃料消耗量優于下一階段目標值的汽車。發展節能汽車是降低汽車燃料消耗量，緩解燃油供求矛盾，減少尾氣排放，改善大氣環境，促進汽車產業技術進步和優化升級的重要舉措。

近年來，汽車節能技術推廣應用也取得積極進展，通過實施乘用車燃料消耗量限值標準和鼓勵購買小排量汽車的財稅政策等措施，先進內燃機、高效變速器、輕量化材料、整車優化設計以及混合動力等節能技術和產品得到大力推廣，汽車平均燃料消耗量明顯降低。但總體上看，汽車節能關鍵核心技術尚未完全掌握，燃料經濟性與國際先進水平相比還有一定差距，節能型小排量汽車市場占有率偏低。

為應對日益突出的燃油供求矛盾和環境污染問題，世界主要汽車生產國紛紛加快推進技術研發和產業化，同時大力發展和推廣應用汽車節能技術。節能汽車已成為國際汽車產業的發展方向，未來10年將迎來全球汽車產業轉型升級的重要戰略機遇期。

1、節能目標分析

根據2012年6月28日國務院頒布《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)》中已明確制定乘用車平均燃料消耗量發展目標，2015年當年生產的乘用車平均油耗降至6.9升，到2020年降至5.0升；節能型乘用車4.5L。

2013年03月20日為進一步完善汽車節能管理制度，實施乘用車企業平均燃料消耗量管理，按照規劃要求，工業和信息化部、發展改革委、商務部、海關總署、質檢總局制定

了《乘用車企業平均燃料消耗量核算辦法》。歐、美、日基本或已經完成2020乘用車燃料消耗量標準的制定；2025年及以后標準研究與制定啟動或列入規劃。

本文針對國內汽車企業的整體情況和節能數據，重點對傳統汽車的節能路線進行分析。

2、汽車節能途徑

目前認為可以通過5個方向來降低整車油耗：

a) 減少車輛行駛所需能量：減少行駛阻力；

b) 提高熱動能量轉換效率：實現高效燃燒；

c) 減少能量傳輸過程損失：提高傳輸效率；

d) 降低輔助系統能量消耗：降低輔助能耗；

e) 優化車輛能量供需管理：改善能量管理。

2.1 減少車輛行駛所需能量：減少行駛阻力

汽車行駛阻力(F)平衡方程：

式中：Ff為滾動阻力

Fw為空氣阻力

Fi為坡度阻力

Fj為加速阻力

其中滾動阻力（Ff）是指車輪在路面上滾動時，由于輪胎與路面之間的相互作用而引起的能量損失。從設計角度來看，減少行駛阻力主要可以通過減輕整車重量和降低滾動阻力系數兩方面來實現。

汽車的輕量化和小型化是實現減小滾動阻力（Ff）實現節油目標的主要途徑之一。

來自大眾公司的數據，重量每減少100 kg，每百公里可節省燃油約0.3-0.5升，每百公里CO2排放可減少8-11克；并且可縮短加速時間，提高車輛操控性，更好的制動響應。

減小滾動阻力系數，應用低滾阻輪胎可有效降低滾動阻力系數，滾阻下降10%，燃料消耗量約降低1%，滾阻降低20%，燃料消耗量約降低1.5%。

除此之外，合適的胎壓對滾動阻力影響也較大，滾阻下降10%，燃料消耗量約降低1%；滾阻降低20%，燃料消耗量約降低1.5%。

降低空氣阻力（Fw）可以通過車輛外形空氣動力特性優化，包括外形設計優化和底盤封裝。車輛進氣通風裝置優化，例如智能格柵系統等目前已經應用的技術。

2.2 提高熱動能量轉換效率：實現高效燃燒

2.2.1 進排氣系統優化

進排氣系統優化目前主流廠商都已經應用進氣VVT、排氣VVT、進排氣同時調節VVT和進排氣獨立調節VVT等可變氣門技術；可變進氣歧管技術分為分段可變進氣歧管和無級可變進氣歧管技術。

2.2.2 優化油氣供應

優化油氣供應技術中渦輪增壓和缸內直噴技術是當前的主流，增壓發動機相對相同功率的自然吸氣發動機，排量可減少30%左右。汽油缸內直噴技術采用類似柴油機的方式，將燃油直接噴入氣缸，直噴主要分為均質壓燃技術（HCC）、分層燃燒技術、稀薄燃燒技術。直噴技術可以實現中低負荷稀薄燃燒，空燃比可達40:1，提高壓縮比，燃油熱效率較高，

省去了節氣門，減少了節流損失和泵損失，目前大眾TGDI和TFSI、寶馬GDI等都是應用了直噴技術。

2.2.3 改善燃燒過程

目前主要分為可控燃燒速率（CBR）和可變壓縮比（VCR），通過控制進氣氣流的組織形式（渦流和滾流）來改善燃燒，盡量縮短明顯燃燒期。

2.2.4 減少發動機熱損失

發動機熱管理技術已成為發動機節能、降低排放、提高動力性、可靠性及發動機壽命的重要措施。

2.3 減少能量傳輸過程損失：提高傳輸效率

對目前國內986款車型的調查顯示，手動擋（MT）占比66.3%，其次是自動擋(AT)占26.1%（如圖5所示），不同的變速器的效率不同，油耗也有不同。

根據對國產和進口車輛的測試數據進行對比，未來的變速器節油形式主要途徑是多擋化和速比優化，如圖6為不同的形式對油耗的比較。相比之下，DSG、DCT和CVT等變速器傳遞效率較高，對油耗貢獻較大，多擋化和優化速比都可以對油耗產生一定貢獻，經過數據統計提高傳遞效率約可以節油6%-8%左右。

2.4 降低輔助系統能量消耗：降低輔助能耗

主要途徑有高效空調（空調系統優化），電動助力轉向（EPS），發動機冷卻風扇智能控制，弱化催化器加熱功能，高效率發電機等。

2.5 優化車輛能量供需管理：改善能量管理

主要措施為減少非驅動時的能量消耗，怠速起停系統（Start-Stop），斷缸燃燒，制動能量制動能量回收（RBS ）等技術。

3、結論

綜上所述，整車可通過減少行駛阻力、實現高效燃燒、提高傳輸效率、降低輔助能耗、改善能量管理5個方面來降低油耗，但是節能措施中6MT及以上變速器、高效空調、怠速起停系統、電動助力轉向系統等都能在平時起到節油作用，但現有工況測試法（NEDC）中體現不充分或不能體現。基于此，本文針對華晨企業特點，提出華晨的節油技術路線如下：

1）行駛所需能減少車輛行駛所需能量方面，主張整車輕量化（高強度鋼+鋁合金）、低滾阻輪胎和外形優化；

2）熱動能量轉換效率方面，推薦缸內內直噴和渦輪增壓（小型化）、氣門控制技術和減少熱損失（熱管理）和機械損失；

3）能量傳輸過程損失，主推CVT+DCT等高效節能變速器應用和多檔化及速比優化；

4）輔助系統能減低輔助系統能量消耗消耗，應用高效發電機；

5）車輛能量供需管理，應用怠速啟停、制動能量回收和斷缸燃燒等技術。

[1] 王兆. 乘用車燃料消耗量標準節能技術分析報告.中國汽車技術研究中心，2013.

[2] 邵毅明,邊耀璋. 汽車新能源與節能技術[M] .人民交通出版社。2008-03.

[3] 陳禮璠. 杜愛民、陳明. 汽車節能技術[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4] 陳軍, 袁華堂. 新能源材料[M].北京：化學工業出版社，2010.

[5] 王智文. 汽車輕量化技術進展. 汽車輕量化技術創新戰略聯盟.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

王帥，就職于華晨汽車工程研究整車集成處。