1 绪 论
1.1 课题背景
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，汽车对能源的消耗与废气的排放也日渐成为人类发展的一大障碍。2002年地球峰会大会的主要目的就是敦促各国在可持续发展领域采取实际行动。各国政府在大会上纷纷提出行动计划、时间表与伙伴关系项目，特别是中国总理在大会上宣布中国已核准旨在减缓全球变暖的《京都议定书》，受到与会代表的高度赞扬。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。
（2）我国汽车化进程对石油消费的影响
随着经济的快速增长,我国的汽车化进程也越来越快。汽车化进程的快速发展加快了我国石油消费的增长。我国的原油消费量从 1990年的 1.18亿吨上升到 2005年的 3.0亿吨,其间,1996年我国开始从原油净出口国变为净进口国。在之后仅仅 10年的时间里,我国的石油进口对外依存
度上升到 40%。汽车消费占石油消费的比例不断上升。1980年,我国汽车消费占全国石油消费的比例为 12%,1990年上升到 19%,2000年上升到 21%(IEA,2005年)。而根据我国的统计资料,2004年该比例已经达到 25%。2005年我国的汽车普及率仅仅为 24辆/1000人,而2030年的汽车保有量将达到 2278万辆,普及率将上升到 152辆/1000人,汽车消费的石油在石油消费中所占比例将不断上升。世界各研究机构对 2030年我国车用石油占石油总消费比例的预测如下:IEA(国际能源署),37%(2004年);TSINGHUA(清华大学核能与新能源技术研究院),37%(2004年);ERI(中国能源研究所),41%(2005年);EDMC(日本能源经济研究所计量分析部),43%(2006年)。从以上各研究机构的预测值可以看出,我国用于汽车消费的石油消费比例在 2030年将上升到 40%[1]左右 ,所以，随着我国汽车化进程的快速发展与汽车普及率的快速增加,我国石油消费量在近几十年内将会迅速增加。
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 10～20年,欧洲的柴油机技术与美国、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。
从 2004年销售量排名前 15名车型的节油技术应用情况可以看出,节油技术的应用只集中在一部分中高档汽车,而应用得较多的技术是“电控燃料喷射技术”的一种,即 MPI(多点电喷汽油) 技术。该技术是与“三元催化技术”共同诞生的技术,是一种极其普通的技术。而我国应用像“可变气门正时与升程技术”这样新技术的车型只有“广州本田”的“雅阁”与“飞度”,以及“上海大众”的“帕萨特”等少量车型。同时,由于很多节油技术的采用要求成品油具有较高的质量,例如,具有代表性的节油技术——直喷技术、稀薄燃烧技术、透平增压技术、共轨喷射技术、尾气再循环技术等都需要燃油中的硫含量与多环芳烃含有量保持较低水平,但是我国目前的油品质量没有达到这些要求,譬如硫含量还相当高,所以也造成了很多节油技术无法采用。随着当前我国国民经济与汽车工的快速发展,以及由此带来的能源消耗与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 本文研究内容
目前，节能技术在汽车设计、制造以及使用方面已得到了广泛的应用，并朝着多元化的趋势发展。因此针对这个发展的趋势，本文重点从两方面入手进行研究：发动机节能技术、整车节能技术。从技术层面寻求降低汽车油耗的的方法，达到节约能源的目的。
2发动机的节能技术
发动机节能是汽车节能技术的关键。发动机节能技术的核心是提高发动机的燃烧效率，而提高热效率就是组织好发动机各个工作过程，减少各种损耗，以及正确选择汽车动力机械的机型。
2.1 发动机节能原理
发动机循环热效率是衡量发动机燃油经济性的重要参数之一，根据热力学定律可以推导出汽油机、低速柴油机、与高速柴油机的理想循环热效率分别为：
汽油机定容加热（奥托）循环的热效率：
= （2-1）
低速柴油机定压加热(狄塞尔)循环的热效率：
（2-2）
高速柴油机混合加热循环的热效率：
（2-3）
式中：- 压缩比；
К- 绝热指数；
λ - 压力升高比；
ρ- 预胀比。
在混合加热循环的热效率表达式中，ρ=1时，即转换为ηtv,λ=1时即转换为ηtp。从以上三种理想循环的热效率公式可知，要提高发动机的热效率，应尽量提高压缩比ε与绝热指数κ。
实际发动机循环受到各种损失与因素的影响：工质具有不同的成分、比热、分指数与不同的高温分解特性等，因此直接影响发动机工作过程的组织与热效率：由于换气损失、传热损失、时间损失、燃烧损失、涡流与节流损失、泄露损失、机械损失等不可避免损失的存在，发动机实际热效率远远小于理想循环的热效率。
提高发动机的热效率，关键是组织好进、排气过程、喷油过程、燃油过程，减少各种损失。主要措施有：提高压缩比，稀燃技术，直喷技术，增压、中冷技术，可变进气技术，改善进排气过程，改善混合气在汽缸中的流动方式，改进点火配置提高点火能量，优化燃烧过程，电控喷射技术，高压共轨技术，绝热发动机技术等。
2.2 汽油机电控喷射系统
由于化油器式汽油机具有许多先天性的难以控制与改进的缺点，现在已经被汽油喷射系统所代替。化油器与汽油喷射系统有同一个设计目标：在任何工况下都应向发动机提供最佳的空气—燃油混合气。电控喷射系统可以根据工况非常精确的控制发动机空燃比，保证动力系优良的运转性能，减少燃料消耗。
汽油喷射系统也经历了长期发展过程，从单点喷射（SFI）到多点喷射(MPI),从机械控制喷射到机电控制喷射到电子控制喷射，从连续喷射到间隔喷射到顺序喷射，从节气门喷射到进气门前喷射到缸内直接喷射。
随着汽油喷射系统的发展，发动机管理系统也由原来的喷射系统与点火系统分别控制发展到由同一控制单元集中控制，有些公司的管理系统甚至也将传动系统的管理与发动机的管理系统集成在一起。随着电子节气门的出现，对于进气量控制也不再由驾驶员直接操纵节气门开度，而是由发动机管理系统来对进气系统与进气量进行控制。
2.3 稀燃技术
从发动机的燃烧理论知道，混合气过量空气系数λ>1.1时，发动机具有较好的燃油经济性，但是目前汽油机大量采用的带有三元催化废气净化的电控喷射系统，必须严格保持λ<1，故此限制了油耗进一步降低。采用稀燃技术可以在λ远大于1的条件下保证发动机正常运转，不仅能提高燃油经济性，而且具有较好的排放性能。
（1）着火极限问题与解决措施
由于受到着火极限的限制，过浓或过稀的混合气在压缩行程终了时，不能点燃，无法着火。在一般条件下，当过量空气系数λ≥1.4时，过稀的混合气便达到了着火极限，相当于空然比汽车节能产品A/F≥20.58。
稀薄燃烧技术发动机的空然比可以高达50—100，远远大于着火极限。为保证顺利点火所采取的措施主要有加强雾化、组织一定的气流运动、改进点火系统与采用分层燃烧技术。
加强雾化，可以使燃油的颗粒细化，油粒均匀分布，增加蒸发气化面积以增大燃烧率，例如，把直径为3mm的油滴雾化成直径为30µm的细油滴1百万颗，由于质量燃烧率大致反比于油滴直径平方值，则燃烧率可增加1万倍。因此，燃油的雾化质量直接影响发动机的燃烧特性。
利用螺旋进气道、切向进气道产生绕气缸中心线的进气涡流，或组织绕其旋转轴线平行于曲轴的翻滚气流，或通过活塞顶的燃烧室形状组织挤流，可以加快燃烧室内气流速度。
改进点火系统，包括提高点火能量，优化点火位置，增加点火持续时间，以及提高点火区域的温度等，可以促使发动机燃料的完全燃烧，提高燃油的经济性。
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