[科普中国]-汽车节能

背景

汽车，作为一种便捷的交通工具，正在越来越多的被广泛使用。根据LMC Automotive的历年数据，我们不难发现，全球汽车销量每年都在增加，而且增加的量级都是百万辆。可想而知，生活中汽车的数量将会是一个多么庞大的数字。

绝大部分汽车仍然消耗的是以石油为基础炼制的燃油。作为一种被广泛运用的不可再生能源，被称为“工业血液”的石油，其珍贵性毋庸置疑。在燃烧燃油的同时，汽车会排放有害尾气。

汽车的尾气污染大气的主要元凶。据有关调查显示，中国的大雾天气中，汽车尾气所造成的污染占79 % 。全世界空气污染最严重的20个城市中，中国就占了13个，而21名以后又是一串中国城市的名字。所以，汽车的节能减排是必须更是必然的。1

汽车节能技术和燃料替代品的应用是当今乃至未来世界汽车技术创新的核心环节，是未来汽车企业生存发展的关键。

我国汽车产业发展政策中，把“推进电动汽车、混合动力汽车的研究和开发，加快代用燃料汽车的推广使用，促进汽车工业实现跨越式发展”作为汽车产业结构调整的战略举措。当前由于汽车动力的主要原料石油资源的不可再生性，导致国际、国内油价的不断攀升，有购车欲望的消费者都把目光集中在汽车节能与环保上，节油、环保汽车倍受消费者亲赖。

因此，汽车制造业也都把汽车节能技术和汽车燃料替代品的应用作为占领市场销售份额和汽车技术创新的战略性研究。2

汽车本身因素汽车发动机性能发动机性能对燃油经济性有影响。发动机的种类决定了有效燃油消耗率的大致范围，热效率由低到高的顺序是：二冲程发动机、四冲程汽油机、二冲程柴油机、四冲程柴油机。

汽油机由于压缩比比柴油机的压缩比小得多，其热效率很难与柴油机相比，所以汽车行业中柴油机的应用面越来越广。近年来广泛采用的电控电喷技术使发动机的性能产生了一次质的飞跃。

整车的燃油经济性动力系统各部分参数的匹配对燃油经济性有影响。动力系统各部分参数的匹配，主要包括发动机、变速箱和主减速器。当发动机工作在中等偏大负荷的一段转速范围内有效燃油消耗率最低，燃油经济性最好，所以我们希望能使发动机尽量工作在这个范围。

合理选择变速箱和主减速器的参数可以使发动机更多地工作在这个范围，而这个最低燃油消耗率的范围随发动机的不同而有所改变，因此要根据汽车的具体特点和对它的使用要求对发动机、变速箱和主减速器要进行最合理的搭配。

同样，合理搭配变速箱和主减速器时小排量的发动机能获得最佳的燃油经济性。然而，小排量发动机由于功率较小，必然使汽车的动力性较差，若要求汽车具有一定的加速能力，则只能选择大排量或中排量的发动机，这时中等排量的发动机在提供足够加速性的前提下，还能获得较好的燃油经济性。2

变速箱挡位挡位数多，可以提高汽车的动力性，有利于汽车的加速与爬坡；同时，挡位数多也增加了发动机工作在低燃油消耗率附近的机会，也有利于获得较好的燃油经济性。但挡位数过多不但会使结构过于复杂，反而会对燃油经济性产生负面影响。如果让同一位有经验的司机来驾驶，装配液力变矩器和自动变速箱的汽车的燃油经济性总会略逊于装备普通机械式离合器和手动变速箱的汽车。专家研究发现，若一辆轿车的总重量减少 10%，燃油消耗可以降低 3%—4%。 当今汽车制造选材中铝与复合材料比例的日益增加就是为了降低车重。

汽车车身形状风阻系数小，可以降低汽车行驶时所受的空气阻力，这在高速时尤为明显。例如对老款 Audi100 轿车通过改变车身形状改变风阻 系数的研究发现，当汽车的风阻系数由 0.42 降低到0.3 时，以 150KM/h 等速行驶的油耗可降低25%左右。

汽车轮胎选择选用合适的轮胎也可以使汽车节省燃油。经过实践考证，子午线轮胎综合性能较斜交轮胎要好，它的滚动阻力较小，可比斜交轮胎节省燃油 5%—7%。 米其林集团针对中国经济型轿车市场推出高科技轮胎产品 Energy XM1。 使用该轮胎可以使每辆轿车节油 5%。此外，的汽车装备的附件越来越多，如空调、动力转向和各种电器等。毫无疑问，这类设备越多，汽车越费油，因为这些设备的主要能源最终都来自于发动机。2

人为驾驶因素人为因素也很多，良好的保养可以使汽车保持良好的性能，而这可以降低油耗。对于同一辆车，良好的使用习惯也可以得到省油的效果。2

装备手动变速箱的汽车在不同的情况下选用合适的挡位可以使汽车跑的又快又省油，下面有几种方法可以使汽车在行驶中节省燃油：

先暖车后起跑：冬季气温低，是否先做“暖身”才让汽车起跑，燃料消耗的区别是明显的。一般来说，冬天出门前先热车一到三分钟，让水温达到 40℃以后才起步。并且让车子稳定行驶 1至2 公里后再加速。这样可以减少燃油的消耗，也对车子的引擎和汽车部件都有好处。

柔和起步：挂低挡起步，缓缓地踩下油门踏板，缓慢加速。让汽车达到一定挡位速度时，学会听着发动机的声音来逐步把挡位从低换到高。这可以减少发动机的升温时间，增加燃油的利用率。如果启动时轰大油门来提速，这样不但伤车也会大大增加耗油量。

使用经济车速：一般轿车的经济时速处在 60Km/h~80Km/h 之间。当汽车运行在经济时速时是最省油的。无论车速过高或过低对节油都不利。车速低时，活塞的运动速度低，燃烧不完全。车速高时，进气的速度增加导致进气阻力增加，这些都使耗油增加。

轻抬油门：轻抬油门能省油。如果猛抬油门，则会使发动机转速突然降低而起到牵阻作用，抵消一部分行驶惯性，并使汽车产生“颤动”，而使耗油量增加。

换挡及时：换挡要快而及时，特别在斜坡上行驶，换挡的时间越短，汽车的动力性就发挥得越好，就越能节省燃料。如果换挡不及时，并且手脚配合不好而空踩油门，那必然大大地增大油耗。

减少使用制动：制动实质上是一种能量转化的过程，制动意味着能量的消耗。所以在通过交叉路口、下坡，都应提前抬起油门，如果车子性能好，也可以挂空挡溜车，使汽车自然减速达到“以滑代刹”的目的。

保持车距：如果道路拥塞，而前车又经常刹车，就应该和前车保持足够的跟车距离，这样可以既可以从容减速，有可以减少制动次数，以达到省油的目的。

高挡行车省油：一般来说，尽可能使用高速挡行车，少用中间挡。在广州等城市进行考察，像这样的城市路况，当时速达到 40 公里以上时，足可以换上五挡了。当然，也不要在高挡位拖档行驶。要学会听发动机的声音来换挡，并且要了解自己的车况。当发动机要“发抖”前，就要把挡位降下来，让车速提上去再换回高挡。

学会安全滑行：汽车在行驶中，

挂空挡靠汽车本身的动能或下坡的势能继续行驶，称为滑行。滑行时一般发动机怠速运转，发动机只消耗很少的油，因此滑行是一种节油操作方法。滑行可分为加速滑行、减速滑行和下坡滑行。加速滑行是在平坦、宽直、行人和车辆都较少的道路上，先加速，当车速达到一定数值后，挂空挡，利用汽车惯性行驶。若车加速性能良好，加速时所用的时间短，耗油也少。加速滑行过程就是省油过程。减速滑行是指需要减速时，提前换入空挡，采取以滑代刹的方法。减少了不必要的制动所消耗的动力，不但可以省油，还可以减少机件的磨损。但必须保证安全行车。切记雪后及雨后不要空挡滑行。

装备自动变速箱的汽车很多人却会忽视挡位的选择。一般装备自动变速箱的轿车除空挡和倒挡外还有三个挡位，分别是 1挡、2 挡和D 挡，其中 1挡减速比最大，D 挡减速比最小，

也就是说当发动机转速一定时，使用 1 挡比使用D 挡车速要低。很多朋友为了省力，始终在 D 挡驾驶，如果在郊外车辆较少车速较快的国道和高速公路上行驶，这样驾驶确实既方便又省油，但是在需要频繁加速的城市中驾驶，D 挡反而会费油。

因为在加速时会出现发动机负荷过高的情形，导致发动机热效率下降，有效燃油消耗上升。因此，在城市中行驶时大家应该勤快一点，适时地在 2 挡和D 挡间转换，便可以跑的又快又省油。

车速对汽车油耗的影响是非常大的，汽车以不同车速等速行驶时，百千米油耗的变化随着车速的增加，等速百千米油耗明显增加。这是因为，汽车在等速行驶时，遇到的阻力主要是车轮的滚动阻力、车内运动件的摩擦阻力和车身的空气阻力，其中车轮的滚动阻力和车内运动件的摩擦阻力在不同车速下的差别很小，而车身的空气阻力却会随车速的增加迅速增大，使油耗迅速上升。2

汽车尾气中的污染物汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中公认的对环境和人类健康影响很大的污染物有一氧化碳CO，碳氢化合物HC，氮氧化合物NOx以及微粒PM，一氧化碳。

一氧化碳和血液中输氧的载体血红蛋白的亲和力是氧的200 ～ 250倍。一氧化碳与血红蛋白结合生成羰基血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，削弱了血液对人体组织的供氧能力。当空气中一氧化碳的体积分数超过0． 1%时，人就会出现头痛、心悸等中毒症状; 当超过0． 3%时，则可在30min内使人死亡。而且一氧化碳对全身的组织细胞均有毒性作用，尤其对大脑皮质的影响最为严重。

碳氢化合物。碳氢化合物包括碳氢燃料及其不完全燃烧产物、润滑油及其裂解和部分氧化产物，如烯烃、芳香烃、醛等数百种成分。烯烃对人的呼吸道粘膜有强烈的刺激作用，经过代谢转化会变成对基因有毒的环氧衍生物。同时烯烃也具有很强的光化学活性，是与NOx一起在紫外线作用下形成毒性很强的“光化学烟雾”的来源之一。芳香烃则会对人的血液、肝脏以及神经系统造成严重危害。

醛类是刺激性物质，对呼吸道粘膜和血液都有毒害作用。氮氧化合物。氮氧化合物中主要的有害物是NO2。NO2具有强烈的刺激味，能够引起人的咳嗽、气喘，甚至造成肺气肿和心肌损伤。NOx是在地面附近形成含有毒臭氧的光化学烟雾的主要原因之一。

微粒。汽车排尾气中的微粒直径一般小于0． 3 μm，可以长期悬浮在空气中。人体的呼吸系统无法过滤掉这类直径的微粒。所以，这类微粒能够深入人体肺部并造成机械性超负荷，损伤肺部内各种通道的自净机制，加剧其他污染物的毒害作用。这些微粒往往还会吸附多种有机物质，如PAH，具有不同程度的诱变和致癌作用。1

汽车污染物的治理加强国家政策力度(1) 不断提升排放标准

汽车生产厂商作为企业，利润最大化是其始终追求的。为了促使汽车生产厂家改进产品以降低上述有害气体的产生源头，一个国家就必须对汽车尾气排放建立相应的法规制度。

我国于

1983年颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准。在1989年至1993年我国又相继颁布了《轻型汽车排气污染物排放标准》、《车用汽油机排气污染物排放标准》二个限值标准和《轻型汽车排气污染物测量方法》、《车用汽油机排气污染物测量方法》二个工况法测量方法标准。

自2000年起，我国开始了新一轮尾气排放法规的制订和实施，《汽车排放污染物限值及测试方法》、《压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法》等相继制订出台。

这些法规的出台，促使汽车生产厂商采用更加先进排放控制技术。近年来更加严格的排放限值，从2004年的欧Ⅱ到2008年的欧Ⅲ再到2012年的欧Ⅳ的实施。

在未来，我国仍然需要不断提升排放标准，控制排放限值。我国的排放标准借鉴于欧洲标准，但比欧洲标准略低。2000年出台的标准条例，仅使我国汽车尾气排放标准达到国外九十年代初的水平。和国外相比，我国仍然有着巨大的差距。

(2) 积极发展公共交通事业

为有效的缓解汽车排放污染问题，必须树立公共交通优先发展的理念，将公共交通放在城市交通发展的首要位置。大力发展公共交通事业是很多发达国家正在采取和使用的政策。这也是我国必然要经历的一个发展过程。1

采用替代燃料(1) 醇类燃料

醇类燃料主要包含甲醇、乙醇。二者的来源都十分广泛，制取方式也十分多样。甲醇可以从天然气、煤炭和分类垃圾中制取，而乙醇则主要是从含有糖或淀粉的农作物中经发酵后制成。醇类燃料的辛烷值高，有利于提高发动机的动力性能和经济性能。

高含氧量的醇类燃料，也有利于燃料的完全燃烧，从而降低CO和HC的排放。在相同条件下，醇类燃料的燃烧速度高于普通燃油，燃烧的持续期较短，有利于提高热效率。醇类燃料的着火极限比普通燃油浓，使用也更加安全。

(2) 合成油

合成油主要是指由煤炭、天然气或者生物质生产的液体燃料。多种发动机试验表明，燃用合成油产生的NOx比燃用柴油所产生的NOx平均降低13%，PM平均降低26% 。合成油中烯烃含量较少，硫含量极少，十六烷较高，是一种高质量的柴油，可以和普通柴油以任意比例互溶，从而提升普通柴油的品质。

相关实验表明，使用混合的合成油后，其CO，HC，NOx，PM的排放水平相比于普通的排放水平分别降低了23%，15%，15%和21% 。

(3) 气体燃料

气体燃料主要指天然气(NG) ，液化石油气(LGP) 等。LGP的汽化较为容易，与空气混合的均匀性大大优于汽油，有利于燃料的完全燃烧，从而降低排放。LPG的辛烷值高，抗爆性能优于汽油，允许采用较高的压缩比，有利于提升发动机的动力性能和热效率。

相关试验表明，采用电控顺序进气道气体喷射技术改造的LPG燃料汽车与原汽油机相比，CO排放显著下降。NG的辛烷值相比于汽油要高得多，具有很好的抗爆性能。作为一种清洁燃料，NG和空气很容易均匀混合，从而减少高负荷时CO、HC和NOx的排放量。NG的自燃温度远高于汽油和柴油，自燃的可能性要比汽油和柴油小的多，所以作为汽车燃料NG是十分安全的。

上述三类替代燃料，能逐步减缓汽车对石油的依赖性，对于缓解我国石油资源供需之间的矛盾，实现我国长期可持续的经济发展和环境保护都是十分有利的。

采用新能源各国都在研发和推广电动汽车。因为电动汽车能够真正的做到零排放污染。电动汽车分为蓄电池和燃料电池两大类。蓄电池式电动汽车的主要缺点是一次充电所能行驶的距离较短不利于长途运行，所以其应用和普及受到限制。

为了解决上述问题，世界范围内正在开发燃料电池式电动汽车。燃料电池的能流密度为一般二次电池的几倍至10倍。燃料电池还具有能量转化率高，燃料制取范围广，响应快等优点。1

改良汽车结构性能(1) 发动机的改良发动机是整个汽车的核心部分，污染物产生的源头也是发动机，所以改良发动机是节约能源和减少排放的主要环节。例如，近年来在车用汽油机上不断使用的废弃涡轮增压技术。所谓增压就是在空气进入气缸前将其预先压缩，从而提高空气密度，增大进气量的一项技术。当每循环供油量不变时，进气量的提高，改善了燃烧条件，从而使得燃烧更加充分，大大减少了因不完全燃烧而造成的CO和HC的排放。所以，尽管在车用汽油机上应用增压技术较为困难，但其仍得到较大的发展。例如，正在逐步推广使用的EGR系统。EGR是指把发动机排出的部分废弃回送到进气管，并和新鲜混合气一同再次送入气缸。

因为废弃不能燃烧却能吸收大量的热，使得气缸中的燃烧温度降低，削弱NOx的产生条件，减少了NOx的生成量。例如，十分火热的缸内喷射技术。缸内喷射就是将燃油喷嘴安装在气缸内，直接将燃油喷入气缸内与新鲜充量混合。喷射压力也进一步提高，使得燃油雾化效果更加优秀，实现了精准地按发动机实际工况控制喷油。同时，喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制，以及活塞顶部形状等特别的设计，使混合气能够在整个气缸内更充分、均匀的混合，使得燃油充分燃烧。除此之外，还有一系列综合应用的技术，如多气门技术，进气滚流，稀薄分层燃烧，电子控制点火正时等等。其集中体现在近年来研制成功并逐步投产的缸内直喷分层充气稀薄燃烧汽油机(GDI) 。

(2) 整车的改良

整车的改良有很多方面，在此只讨论其中的一项———汽车的轻量化技术。毋庸置疑，汽车的轻量化对于汽车节能减排的效果是十分直接而显著的。据有关国际权威部门统计，汽车燃料约60%消耗在汽车的自重上，汽车质量每减轻10%，就可以降低6% ～ 8%的油耗。

鉴于前言中汽车每年都在增加的巨大销售量。轻量化技术将大大节约能源以及减少排放。汽车的上万个零部件中，约有86 %是金属材料，其中钢铁占有率约为80 % 。这表明通过材料的轻量化来减轻汽车的自重有着巨大的潜力。高强度钢、镁合金、铝合金、工程塑料和复合材料等轻质材料的开发与应用都对汽车的轻量化发挥了重大不可磨灭的贡献。

并且，随着CAD / CAE技术在汽车行业中不断的被应用，汽车的轻量化得以从每一款汽车的设计构思前期就融入在内。此外，相关制造工艺的不断进步以及新型制造工艺的不断投入，使得汽车的某些结构能实现“以空代实”，也进一步推动了汽车的轻量化。

汽车使用过程中的节能技术汽车驾驶员的驾驶操作水平对汽车油耗会有影响，这一点是毋庸置疑。相关数据表明，驾驶技术这一因素所造成的油耗差异，最大可以达到10%以上。

驾驶员作为汽车行驶中最重要的主体，如果能把汽车和相关运行条件、道路状况等密切联系，提高汽车的适应性，就不难节省燃油。1

汽车保养省油招数定时检查润滑油及机油水平根据生产厂家提供的保养周期更换润滑油及机油。 （ 4S 店提供的保养周期不提倡）

好好保养引擎全合成的高级别机油是首选，需要注意的是API 标准和SAE 标准是两个截然不同的概念。 API 标准这是一个综合衡量机油质量高低的标准,SN是世界品质级别最高的机油。 SAE 标准这是衡量机油粘度的标准,又分为单式粘度和复式粘度。单式粘度有 10 种，其中冬季用油有 6种，夏季用油有 4种；复式粘度有 16 种。冬季用油 牌号分别为：0W、5W、10W、15W、20W、25W，符号W 代表冬季，W 前的数字越小，其低温粘度越小，低温流动性越好，适用的最低气温越低；夏季用油牌号分别为：20、30、40、50，W- 后面的数字越大,其粘度越大，高温油膜保持能力越好，适用的最高气温越高。

复式粘度的机油牌号中代表冬季部分的数字越小，夏季部分的数字越大，适用的气温范围就越大。东北地区比较适合使用复式粘度 5W- 30 和 5W- 40 全合成润滑油，并且适时地跑高速清除气缸积炭，从而提高燃油经济性根据生产厂家提供得更换周期，适时更换空气滤清器和机油滤芯，它们都会影响耗油量。

时常检查轮胎看看有没有不均匀的磨损现象，同时要检查有没有尖锐物体嵌在轮胎外表面而造成慢漏气。发现轮胎漏气后，尽快到售后或维修厂进行修补并做轮胎动平衡试验。时常检查轮胎的气压，以保持在最佳状态。确保轮胎气压正确。气不足或是气太多，都会增加耗油量，因此应该定时检查轮胎气压。 （只要有一个轮胎少打 40 千帕斯卡，这个轮胎就会减少 1 万公里的寿命，而且令汽车的总耗油量多 3%）。不要随意更换轮胎的大小。选择更宽的轮胎或许让你的车看来更有“跑车味”，但轮胎越宽，车轮阻力越大，会白白地浪费燃油。2

其他用粘度最低的发动机油，你的汽车手册上应有说明汽车所能用的最低发动机油粘度。发动机油粘度越低，发动机就越“省力”，也就越省油。不要热身过度。有些车主喜欢在早上开车前，热身后才上路，这是个好习惯。但热身太久无疑是跟自己的口袋过不去，同时也会缩短发动机使用寿命。另外，你其实也可以先让车子慢慢行驶一两公里来达到热身的效果。

如果你需要在车上等很长一段时间，把发动机熄火，前方车辆没动时，不要急于启动发动机，不要猛踩油门来加速，这只会大大增加耗油量，但省不了你多少时间。

不要超速。对一般汽车而言，80 公里的时速是最省油的速度，每增加 1 公里的时速，就使你的耗油量增加 0.5%。

定期清理后备箱多余的东西，不论那是一双很少用到的球鞋，还是半罐用剩的机油，都会增加汽车的负担。此外，还可以通过以油节油、磁铁节油等方法节省燃油。以油节油就是用节能机油、特殊润滑剂来达到节省燃油的目的。磁铁节油就是把高科技合金的磁铁安装在供油管上后，利用核磁共振的原理，改变燃油分子结构，将分子间距拉大并重新排列，使燃油燃烧更加充分。2

展望21世纪，全球汽车产业的可持续发展面临着能源短缺、环境污染这两大方面的挑战。对于中国的汽车产业而言，既要面对石油短缺又要面对排放法规不断严格化。这就要求中国汽车工业必须以更短的时间实现发达国家已经完成的发动机电控化、清洁化等重大技术变革，同时还必须适应中国用户的使用条件和对成本的要求。

因此，未来中国汽车工业面临的挑战将更加艰巨。我国作为世界汽车产销第一大国，而汽车又是我国新型工业化过程中最具代表性的产业之一，我国的汽车行业面临的能源压力和环境压力都在日益增加。所以，汽车的节能减排任重而道远，不是朝夕间可以一蹴而就的，而是必须作为一个长期的任务，不断努力下去!1