汽车节能技术研究论文

郑州交通职业学院毕 业 论 文论 文 题 目 ： 汽车节能技术研究所 属 系 别 汽 车 运 用 工 程 系专 业 班 级 09级 汽 车 运 用 技 术 5班姓 名 崔 腾 飞学 号 200908010010510指 导 教 师 房 颖撰 写 日 期 2012 年 5 月摘 要汽车节能技术是用于改进汽车能源消耗的技术。除了推广应用替代燃料之外，解决能源短缺问题的根本措施是大力开发和推广应用汽车节能技术。长期以来，人们一直致力于汽车节能技术的研究开发，不同历史时期，出现了众多的技能技术。本文就是围绕现在汽车节能技术展开讨论。文章首先引出了汽车节能的重要性，然后界定了能源和节能的概念；接着阐述了汽车能源消耗的若干主要因素；其次介绍了目前汽车节能技术的应用现状以及不久的将来汽车节能技术的发展趋势和改进部分；最后针对目前汽车节能技术的应用现状，详细提出了提高汽车节能效率的主要途径和方法，诸如注重发动机结构、完善汽车传动系统、控制车辆自重，合理选材以及驾驶员应养成良好的驾驶习惯等等。关键词：汽车， 能源， 节能， 因素， 途径AbstractAuto saving technology is used to improve fuel consumption of technology. Besides promotion application alternative fuels besides, solve the energy shortage is the fundamental measures vigorously developing and application auto saving technology. For a long time, people have been devoted to the research and development of automobile energy-saving technology, different historical period, appeared numerous skills technology. This paper is the car around now discuss energy-saving technology. This article first raises the importance of auto saving, then define the concept of energy and energy conservation; Then elaborate on the car several key factors energy consumption; Secondly introduces the present situation of the application of car energy-saving technologies and the near future auto saving technical development trend and improve parts; Finally in view of the present situation of the application of car energy-saving technology, detailed car are put forward to improve efficiency, the main ways and methods such as attention engine structure, perfect auto transmission system, control vehicle self-respect, selection and the driver should develop good driving habits, etc. Keywords: automobile, energy, energy saving, factors, way 目 录1 引言 .12 能源和节能的概念 .13 汽车能量消耗的主要因素 .13.1 热量转变为机械功时的损失 .23.2 指示功率转变为有效功率时的机械损失 .23.3 有效功率转变为汽车动功率时的传动损失 .24 目 前 重 点 开 发 、 推 广 的 汽 车 节 能 技 术 .34.1 混合动力汽车技术 .34.2 高效汽油机、柴油机技术 .34.3 高效载重汽车及发动机技术 .34.4 轿车、轻型车的柴油化技术 .35 汽车节能应采取的主要途径 .45.1 注重发动机结构 .45.1.1 冷却系对热效率的影响 .45.1.2 发动机换气过程对油耗的影响 .55.1.3 发动机的负荷率影响 .65.2 完善车辆结构 .75.2.1 变速箱 .75.2.2 后桥 .85.2.3 轮胎 .85.3 控制车辆自重，合理选材 .95.4 提高底盘传动效率 .95.4.1 加强对传动机构的调整、保养 .105.4.2 合理选用与加注车辆齿轮油 .105.4.3 加强对行路机构的保养和调整 .105.4.4 制动器工作状况的调整 .115.5 养成良好的行驶状况和驾驶习惯 .116 汽车节能技术的新发展趋势 .116.1 混合动力汽车技术 .126.1.1 氢燃料与电驱动混合动力技术 .126.2 均质压然发动机技术 .126.3 其他类型发动机（非活塞式内燃机）技术 .126.4 先进高效的传动系技术 .126.5 先进柴油车技术 .126.6 燃料电池汽车技术 .137 结语 .13参考文献 .14致 谢 .1511 引言大家知道，汽车工业的飞速发展是人类文明的一大骄傲。与此同时，汽车对能源的消耗和废气的排放也日渐成为人类发展的一大障碍。汽车工业对可持续发展应做出的贡献就是减少燃油的消耗量、降低排放。采用先进科学的节能措施减少汽车废气对大气的污染、改善人类生态环境、节省石油资源。随着国家节能政策的逐步实施，国家对汽车燃油经济性标准的要求越来越严格，同时随着燃油价格的持续上涨，消费者对汽车产品的燃油经济性也越来越关注。 除了汽车保有量增加这个原因外,造成我国汽车燃油消耗量巨大的另一个原因是我国的汽车技术整体比欧美、日本等发达国家落后 1020 年,欧洲的柴油机技术和美国、日本的混合动力汽车的研制成功以及可替用燃料的不断研制，把汽车能耗进一步降低，而我国老旧车比例高达 25%,汽车每百公里平均耗油比发达国家高 20%以上。我国现在行驶的乘用车很多是从国外引进的上世纪 80 年代的车型,即使是最近几年生产的汽车,节油技术的采用也非常有限。随着当前我国国民经济和汽车工的快速发展,以及由此带来的能源消耗和环境问题的日益突出,交通节能减排工作的重要性不断增加，而汽车节能减排则又是其中的重要组成部分,重要性不言而喻。考虑到当前我国的汽车节能技术发展的实际状况,除了要积极推进以混合动力、燃料电池、柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术的不断发展外,另一个推进汽车节能减排工作的措施就是大力研究开发适合我国现阶段汽车行业技术现状以及适合大量在用汽车的高性能汽车节能产品 1。2 能源和节能的概念中华人民共和国节约能源法中规定了能源和节能的概念。能源，是指煤炭、原油、天然气、电力、焦炭、煤气、热力、成品油、液化石油气、生物质能和其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。节能，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理的利用能源。节能是国家发展经济的一项长远战略方针 2。3 汽车能量消耗的主要因素汽车依靠发动机发出的动力，通过传动装置推动汽车前进，而发动机是依靠燃2料在气缸内燃烧，放出热量，使燃气的温度和压力增加，体积膨胀，推动活塞做功而获得动力。在此过程中，燃料燃烧后只有一小部分能量转化为有用功，其余大部分以不同形式分别损失在发动机本身和汽车传动装置中。汽车能量转换时的损失情况，可分为以下三点：3.1 热量转变为机械功时的损失燃料发出热能的损失，主要是排气、散热、漏气等造成的。发动机工作时气缸内热量的利用程度，用指示功率表示，它是指气体膨胀推动活塞在单位时间内所做的功。指示功率=（推动活塞做功的有效热量）/（燃料总热量）上式说明，推动活塞所做功的有效热量越多，发动机的指示功率越高，则热量损失越少。一般四行程汽油机的指示功率为 0.25-0.35，热量损失达 65%-75%；柴油机的指示功率为 0.4 左右，热量损失达 60%。3.2 指示功率转变为有效功率时的机械损失发动机工作时活塞所承受的力，经过连杆使曲轴旋转，经飞轮输出动力。由于部分指示功率要消耗在发动机本身的摩擦损失上，所以从飞轮上实际输出的有效功率要小于指示功率。为表明发动机指示功率的利用程度，可用机械效率表示。机械效率=（有效功率）/（指示功率）汽油发动机的机械效率约为 0.7-0.9，说明发动机的功由活塞经曲轴到飞轮时，摩擦损失达 10%-30%。表 3-1 为柴油机和汽油机热量分配表。 表 3-1 柴油机和汽油机热量分配表热量分配 转变为有效功的热量 /%冷却水带走的热量/%废气带走的热量/%不完全燃烧损失的热量/%其他热损失/%柴油机汽油机30-3519-2525-3230-4020-2521-250-26-1310-207-16注：其他热损失包括机件摩擦损失和发动机外表面热辐射损失等。3.3 有效功率转变为汽车传动功率时的传动损失发动机发出的有效功率，经过传动装置传到驱动轮时，由于一部分有效功率损失在传动装置中，所以驱动功率又小于有效功率。为表明有效功率的利用程度，可用传动效率来表示。传动效率=（驱动轮功率）/（有效功率）不同车辆的传动效率大约为 80%-95%，即有 5%-20%的有效功率消耗于传动装置中。直接档因为是动力直接从中间轴传递，在变速器内部不经过齿轮传递，所以光3从传动效率应来说，直接档比其它档位稍高。发动机及附件能耗占 60%，克服空气阻力的能量占 21%，能量转化为机械能传到轮胎，用于克服轮胎滚动阻力做功的能量占 13%。汽车节能的关键是降低热能损失和降低摩擦。4 目 前 重 点 开 发 、 推 广 的 汽 车 节 能 技 术4.1 混合动力汽车技术混合动力汽车技术具有非常突出的节能效果，技术相对成熟，而且在国际上已经实现产业化和商业化。此外，混合动力技术对所有以内燃机为动力的汽车，具有普遍的适用性，具有几乎可以实现在任何节能技术的基础上，进一步大幅度提高节能效果的可能性。因此，国家应重点支持混合动力技术的开发、产业化和推广应用。根据技术的难易程度，建议首先在城市公交客车上自主研发开发和推广应用混合动力技术，然后，利用自主研发和引进技术相结合的方式，在轿车上应用混合动力技术。建议实现混合动力汽车的产量占汽车总产量的 5%以上。为此，国家需要在以下一个方面，予以支持：混合动力汽车用电池技术与专用电机的开发和产业化；发动机电控技术与电机控制技术的开发和产业化；整车性能优化控制技术与制动能量回收技术的开发和产业化；在起步阶段，给予混合动力汽车适度的政策激励 4。4.2 高效汽油机、柴油机技术内燃机的技术进步是汽车节能的关键。在内燃机节能技术方面，国家应重点支持以下几个方面：汽油机缸内直喷技术及稀薄、分层燃烧技术；柴油机高压喷射技术（如：高压共轨燃油喷射技术等） ；柴油机多次喷射技术；可变气门正时技术；废气涡轮增压技术；可变气缸技术。4.3 高效载重汽车及发动机技术我国目前载重汽车品种短缺，技术相对落后。发展高效的载重汽车，是在现代物流高度发展的形势下，提高运输效率，降低车用能源消耗的重要措施。因此，国家应重点支持载重车用大功率高效率柴油机的开发和产业化工作，以及系列化载重汽车的开发和产业化。4.4 轿车、轻型车的柴油化技术柴油化是实现节能的重要途径，随着汽车进入家庭的步伐加快，轿车和轻型车等燃油消耗非常可观。建议国家应重点支持，轿车和轻型汽车柴油化的工作，应关4注以下两个方面：轻型高速柴油机技术的研究开发；车用柴油品质的提高和质量保证；整车轻量化技术，整车轻量化是汽车节能的重要措施，应积极开展新型高强度、轻质材料（如：镁合金、非金属材料等）的研究和应用工作 5。5 汽车节能应采取的主要途径5.1 注重发动机结构发动机的油耗对汽车的油耗有决定性的影响，而发动机的油耗取决于发动机的结构。发动机的压缩比高、有完善的供油系统及合理的燃烧室形状、采用电子点火系统等都能降低发动机的比油耗 6。下面就以上几方面对比油耗的影响逐一分析：5.1.1 冷却系对热效率的影响发动机中通过缸壁传给冷却水的热量,在各过程中的比例大致为:膨胀过程 70%-80%,排气过程 15%-20%,压缩过程 5%-10%。可见冷却损失大部分发生在膨胀过程中，此过程的温度和压力下降，造成发动机的功率损失。发动机的工作温度，对发动机的热效率有很大影响。发动机启动时，由于水温较低，燃油雾化不良，发动机不能正常工作，加之低温时机油的黏度较大，摩擦损失功率增加，这些都会使油耗增加。发动机启动后，有的驾驶员怕熄火，求升温快，往往加大油门，这不仅严重浪费燃油，而且增加了发动机的磨损。为了节省燃油和保护发动机，应待发动机水温升到40C 以上才能起步行驶。温度 20C 时，汽油的蒸发率为 50%，而在 30C 时蒸发率为 75%。发动机温度过低，燃料蒸发性差，混合气雾化不良，油滴增多，各缸进气不均匀，混合气偏稀，不易燃烧或火焰传播速度减慢，燃烧不充分，因而油耗增加。发动机温度过高，空气热膨胀过大，降低了发动机的充气系数，破坏了空燃比，使混合气偏浓，燃料燃烧不完全，也导致燃料消耗增大。发动机工作温度过高或者过低不但使燃料消耗增加，也会导致发动机磨损增加，使用寿命受到影响。如果温度太高，会造成发动机的早期磨损。经理论计算和长期实践证明，发动机正常工作的温度是：水箱出口处水温在75-85C 范围内（水温表的温度保持在 80-90C 之间） ，发动机舱内温度保持在30-40C。供给发动机的燃料所放出的热量，在发动机中经过一系列复杂的过程，只有 20%-35%转变为有用功，而其余的热量将随废气、冷却介质等不同途径排出发动机。向发动机供给的燃料所放出的热量恒等于转变为有效功和各散失的热量之和，5称为发动机的热平衡。发动机热平衡各部分组成的值是随发动机转速和负荷等情况的改变而变化，所以掌握好行车温度，减少不必要的热量损失，对汽车节油有着很重要的影响。发动机的工作温度对油耗的影响非常大，为了使发动机有合适工作温度，现在通常采用风扇离合器，适时调整发动机的工作温度 7。5.1.2 发动机换气过程对油耗的影响 换气过程可以用充气效率和换气损失来评价。改善换气过程的目的，是使充气过程中充气效率提高和换气损失减少。目前，汽车用发动机的最高转速为，汽油机7000r/min，柴油机 5000r/min。发动机高速运转时，换气过程的持续时间大大缩短，工质流速明显提高，充气效率明显下降、换气损失也会增加，影响混合气形成和燃烧，使发动机性能恶化。所以，换气过程对发动机的性能影响很大，改善换气过程主要通过以下几方面：首先是进、排气门，时面值是评价气门流通能力的参数，其定义为气门的瞬时开启截面积在气门开启期间内的积分。传统的发动机通常采用一进一排的两气门结构。增大气门直径可以扩大气门流通路截面积，提高充气效率.在两气门结构中，进气阀盘直径可达活塞直径的 45%-50%，气门与活塞面积之比为 0.2-0.25，进气门比排气门一般大 15%-20%；但由于受到结构限制，进一步增大比列已经很困难。为了进一步增大进气门流通截流面积，普遍采用多气门技术。多气门中应用最多的是四气门，即两个进气门和两个排气门。此外，三气门和五气门也可见到。一般情况下，四气门较容易布置驱动机构，此种结构的进气门流通截面积可以提高 30%-50%，充气效率的提高使发动机的功率得到明显提高，经济性也有所改善。多气门（四气门或五气门）技术还具有易实现可变技术、单个气门运动件质量减小、有利于发动机高速化等优点。对于低速工况而言，由于气体流速相对较低而减弱了缸内工质的运动，可能会带来不利的影响，但可以在发动机低速工况下通过关闭某一进气道来实现加速气流运动，获得需要的气流形式与涡流强度，这便是进气系统的可变技术。其次是配气机构，配气机构的基本功能是在运动惯性力许可的前提下，尽可能的提高气门的流通能力，即提高气门的时面值。由于运动惯性力与配气机构的运动质量以及运动加速度有关，改进配气机构主要是减小配气机构的运动质量、摩擦阻力以及优化凸轮型线等，以更有利于配气机构的高速化。进、排气道的改进也是减小进、排气系统阻力的重要措施之一。进气道不仅要保证高的流通性能，而且还要满足发动机组织工质运动的要求。例如，直喷式柴油6机中，常通过进气道产生一定强度的进气涡流，以提高可燃混合气的形成，改进燃烧。这就要求对进气道进行特别的设计。排气道的改进不仅可以减小排气系统的阻力，对增压机还可以提高废气可利用程度。此外，进、排气系统中的空气滤清器、排气消音器、以及催化转化器等，在保证主要功能的同时，要尽量降低气体流动阻力，减少对换气过程产生不良影响。合理确定配气定时，