淺談我國節能汽車技術未來發展方向

汪坤

成都理工大學工程技術學院 四川省樂山市 614000

1 中國節能汽車技術發展路徑與未來方向

1.1 節能汽車的發展愿景

響應《中國制造2025》中關于汽車低碳化、信息化、智能化的發展要求，與新能源汽車協同發展，通過大幅降低各類車型能耗水平，保障國家能源戰略安全，以能源利用的高效化及低排放應對氣候變化，助力汽車工業提前達成CO2峰值目標，突破并掌握關鍵核心技術，實現戰略轉型升級發展，最終有力支撐我國汽車工業從大到強的轉變。

1.2 總體節能技術發展路徑

乘用車領域同步執行結構與技術節能的發展路徑，以提升混合動力及48V系統應用占比、動力總成優化升級重點，以降低摩擦、替代燃料、輕量化及小型化為支撐，全面降低傳統汽車的能耗水平。

商用車領域以動力總成升級優化、混合動力、智能網聯技術為重點，大幅提升整車效率；以優化空氣動力學性能、輕量化、替代燃料為支撐，在減少車輛運行能耗損失的同時，實現車用能源低碳化、多元化發展。

1.2.1 乘用車節能路徑

（a）大力發展混合動力。混合動力車型節油效果明顯，而國內也已不同程度地掌握系統結構及關鍵零部件的研發能力及產業化能力，大規模發展混合動力的條件已經具備。因此，應在2020年推動混合動力車型初步規模化（銷量占比達到8%左右）及產品成本大幅下降；到2025年將銷量占比提升至20%，通過發動機優化及電機、電池性能改善將平均油耗降低至3.6L/100km；到2030年將銷量占比提升至20%，通過先進燃燒、輕量化、低風阻等技術將平均油耗進一步降低至3.3L/100km。

（b）動力總成持續升級優化。當前乘用車汽油機熱效率普遍在35%左右，仍存在15%左右的節能提升空間，同時通過發展多檔位自動變速器和提升變速器效率，可再實現8%左右的節能提升。因此，在前期應逐步通過先進增壓直噴、提高壓縮比等技術將汽油機熱效率提升至40%；在中期通過雙噴、復合增壓等技術將汽油機熱效率進一步提升至44%；在后期則通過均質充量壓燃（HCCI）等技術將汽油機熱效率進一步提升至48%；同步配合6檔及以上自動變速器的升級換代，降低整車油耗水平。

（c）提升電子電器節能效果。大力發展以48V系統為代表的先進電子電器產品技術，顯著改善傳統動力乘用車能耗水平，并在此基礎上，加快發展電動空調，推動EPS、自動充氣、換檔提示等技術逐漸成為車輛標配，并持續降低車載用電設備的電能損耗。

1.2.2 商用車節能路徑

（a）動力總成升級優化。商用車柴油機熱效率還存在較大提升空間，自動變速器應用率也較低。因此應在前期發展低速高轉矩柴油機，結合電控優化、高壓共軌等實現熱效率達到50%，同時重點發展小后橋速比，以實現高效傳動。在中期應發展發動機熱管理技術，通過電控風扇等附件電子化結合自動變速器使得發動機長期工作在高效區域，實現熱效率達到52%的目標。在后期通過朗肯循環等先進熱管理技術進一步優化發動機節能效果，實現熱效率達到55%的目標。

（b）逐步發展混合動力。目前，混合動力技術已經在公交客車中實現較大規模的應用。鑒于其具有成本高和節油度高的雙重特性，建議前期重點開展系統結構型、關鍵零部件的研究，在中后期成本下降，逐步從中型商用車向重型商用車推廣，從而顯著降低車輛能耗。

（c）利用智能網聯技術提升運行效率。國外已開展車輛隊列、道路預見性系統、降低空置、駕駛人改善助手等新型節能技術的研究，預計將在2020年后小范圍應用。在實際運行過程中，道路環境、行駛路線、駕駛員行為等對商用車油耗的影響極大，結合國外趨勢與國內現狀，建議在前期重點跟進，中后期重點研發并掌握相關技術，并在車聯網基礎上實現運行能耗的大幅降低。

2 節能核心技術

2.1 乘用車節能核心技術

總體而言，應以先進汽油機、高效自動變速器混合動力關鍵技術及48V系統為研究重點，實現乘用車核心節能技術的快速突破，不斷縮小并最終消除與國際先進水平之間的差距。

具體而言，將乘用車核心技術分為發動機、變速器、電子電器、低摩擦、混合動力專用零部件和替代燃料專用零部件。該文只針對發動機核心技術進行簡要介紹。

2.1.1 發動機重點技術

（a）在基礎燃燒理論方面，逐步開展并掌握發動機高效燃燒的機理及基礎控制理論，并在此基礎上優化發動機結構。

（b）在發動機電控方面，重點掌握發動機電控邏輯開關能力實現自主設計、自主匹配、自主標定，從而提高發動機節能水平。

（c）在進排氣方面，同步發展VVT及VVL技術。VVT應實現電動VVT技術突破，并利用電動VVT逐步取代液壓VVT，后期進一步研發出電動氣門技術。在VVL方面，應在連續可變氣門升程等基礎上，開發出全可變配氣結構。

（d）在新型燃燒方面，不斷提高發動機壓縮比，在2020年達到13：1左右的平均水平，中后期進一步通過HCCI技術及配氣結構等優化，將發動機壓縮比提升至17：1—18：1，同時避免爆燃。

2.1.2 發動機支撐技術

（a）在增壓方面，未來增壓發動機應用比例將大幅提高，因此應重點在單增壓技術上，重點突破增壓旁通等關聯技術，同時發展合適尺寸增壓機型，并進一步掌握雙增壓、電子增壓+機械增壓等復合增壓技術。

（b）在直噴方面，重點推動直噴技術從25MPa向30MPa以上逐步轉變，并掌握GDI+PFI雙噴技術，以降低發動機排放。

（c）在能量管理方面，研究應用電子泵、電子機油泵等電控附件，逐步取代機械附件，優化發動機熱管理水平，使發動機長期工作在合適的溫度區間，提高發動機節油表現。

2.2 商用車節能核心技術

總體而言，應以動力總成升級優化為研究重點，加大混合動力系統（側重于載貨汽車及適合于城際工況的道路客車而言）、空氣動力學性能優化、智能網聯技術的研究和應用力度，大幅降低整車能耗水平，并實現商用車核心節能技術的快速突破，最終與國際先進水平實現同步發展。

2.2.1 重點技術

（a）在動力總成方面，通過柴油機、變速器、后橋等的優化與配合，不斷將柴油機有效熱效率提升至2020年50%、2025年52%、2030年55%。前期重點發展高壓共軌、低速高轉矩的重型柴油機，結合電控附件優化改善發動機工作環境，在長途商用車中可側重發展小后橋速比；在中后期實現可變燃油噴射規律，并將噴射壓力提高至250MPa以上，同步普及多檔位自動變速器；后期重點突破朗肯循環技術。此外，應持續開展燃燒及熱循環基礎理論的研究，拓展和深化燃燒系統優化工作，持續優化發動機電控，結合燃燒優化，同步發展SCR、EGR、ASR、柴油顆粒捕集器等后處理技術，滿足各階段排放法規要求。

（b）在混合動力方面，加快開發低成本、高節油度的混合動力系統，并逐步實現中重型載貨汽車、城際客車的大規模應用。

（c）在空氣動力學方面，前期重點研發低滾動阻力輪胎，中后期則研發、應用半長頭、車掛間距縮小、自動裙板等低風阻外觀設計，將整車風阻系數普遍降低15%以上。

（d）在智能網聯方面，在車聯網基礎行上，到2025年左右逐步研發并應用道路預見性系統、降低空載、智能調度、駕駛改善助手、車輛隊列等技術，大幅提升車輛運行效率，降低車輛能耗損失。

2.2.2 支撐技術

（a）在動力總成方面，應改善傳統系統效率，優化與發動機的匹配，使發動機長期處于高效率；利用雙級增壓技術提高低端轉矩，滿足低速化的要求；在變速頻繁的車輛中應用可變截面渦輪增壓技術，提高綜合效率。

（b）在熱管理方面，中期掌握整車熱管理技術，后期可在客車中發展車體保溫技術。

（c）在低滾動阻力方面，中期應研發出輪胎自動充氣技術，同時開展胎面結構的優化，掌握單寬胎技術。

3 結語

未來，在傳統內燃機汽車仍將占據汽車產品的重要份額，因此節能汽車是未來汽車產品的重要形態之一[1]。提高節能汽車在傳統動力汽車中所占的比例，推廣先進節能技術在節能汽車上的應用，推動其不斷向低碳化方向發展，是汽車產業降低能源消耗、減輕環境污染、最終實現低碳目標的重要保障[1]。