汽车已经成为全世界范围内最主要的交通工具。也是我国国民经济的支柱产业之一。据统计，截至2017年底，国内汽车保有量2.17亿辆，其中新能源汽车153万辆，占比不足1%。传统能源汽车的大量使用，加剧了能源危机和环境污染。另一方面，汽车节能管理法规日益严格，如国家颁布的（（乘用车燃料消耗量限值》强制规定，到2020年国内车企生产的乘用车（含新能源）新车平均燃料消耗量需降低至5L/（1 00km）。在此形势下，应用节能技术来降低燃料消耗量对传统能源汽车至关重要。目前在采用内燃机为动力的乘用车领域节能技术主要是围绕提高发动机热效率，提高传动系统效率，实现车辆轻量化，减少CO2温室气体排放的技术进行开发创新，具体有以下三个方面。

    一、发动机节能技术
    发动机是汽车的“心脏”，是将燃料化学能转变成机械能并输出动力的装置。目前节能环保发动机正在朝着小排量增压型的方向发展。丰田汽车公司采用的“三双”技术，包括“双循环”、‘双喷射”和“双涡管”系统，在发动机不同的工作状况下，采取不同的工作方式，使自然吸气发动机的热效率提高到40%，达到燃油消耗和动力绝佳平衡，代表着当今传统能源乘用车发动机节能环保技术的主流。

    1. Otto循环＋Atkinson循环发动机技术
    从燃料化学能到输出功的能量转换，是由燃烧效率、循环热效率和机械效率三个环节所组成，其中循环热效率是核心的环节，因为作为热力循环的热功转换是热能机械最本质的体现，也是发动机原理最基本的内容。过去传统汽油发动机在理论上都是按接近等容放热循环模式工作，称为Otto奥托）循环，等容放热线如图1超膨胀比理论循环P-V及T-S图上的（a）、（b）所示。
    如果将等容放热循环模式改为等压循环放热模式，即将图1中的绝热膨胀线zb延为zb'，再按b'a进行等压放热回到压缩始点a，这种循环叫做Atkinson（阿特金森）循环，它是一种超膨胀比发动机。相比Otto循环，Atkinson循环增加了图所示bb' ab大小面积的有效功或热量。但是，由于Atkinson发动机的活塞曲柄连杆机构较为复杂、摩擦损失大、可靠性差以及成本高等原因，当时并没有得到推广运用。随着可变气门正时技术的发展，美国工程师拉夫·米勒（RalphHMiller）在1947年利用可变气门相位技术控制进气门早关，实现了膨胀比和压缩比分离的米勒循环。

    米勒循环的初始目的是通过降低有效压缩比降低进气温度，从而降低汽油机的爆震趋势，以便利用增压技术，提高汽油机的功率密度和发动机热效率。后来发展成了采用进气门晚关的米勒循环，进气门晚关的米勒循环利用进气门延迟关闭时刻，使得压缩行程初期进气门仍保持一定的开度，随着活塞的压缩上行，部分进入缸内的工质被推出汽缸流回进气管，这样在汽油机部分负荷工况下，利用这种进气回流控制负荷，可以保持较大的节气门开度，提高进气管和进气行程缸内压力，有利于降低泵气损失，再结合减小燃烧容积提高压缩比技术，便形成了具有高膨胀比的Atkinson循环的效果。于是汽车界把这种基于进气门晚关用于降低泵气损失的高膨胀比的米勒循环发动机称为Atkinson循环发动机。
    由于Otto循环汽油发动机的压缩比因燃烧时爆震等因素受到限制，使得发动机的压缩比等于膨胀比。而Atkinso门循环可使进气门关闭后才是压缩行程的实际开始点，而膨胀行程还是和原Otto循环相似或稍长（延迟排气门开启正时，使得膨胀压力压力下降后开始进行排气行程，降低排气损失），这样膨胀比大于有效压缩比，即膨胀比εe＝（膨胀行程量＋燃烧室容积）／燃烧室容积＞压缩比ε（压缩行程量＋燃烧室容积）／燃烧室容积，εe=（Vc+Vs" ）/Vc >ε=（Vc+Vs）/Vc，获得图1所示bb"a"，ab大小面积的膨胀功或热量，提高热效率，从发动机万有特性图显示，图2所示为丰田双循环发动机万有特性图），双循环发动机低燃油消耗区范围显著扩大。如果在Atkinson循环的基础上，再引入废气再循环（exhaust gas recirculation、EGR）技术，用来降低最高燃烧温度，可以控制NOx的生成与排放。同时，外部EGR在抑制爆震、改善缸内燃烧相位等方面也有积极影响。在同等负荷条件下，还可以再加大节气门开度，从而进一步降低泵气损失、改善燃油经济性。

    由VVT控制的Otto循环＋Atkinson循环的配气相位和产生的效果（图3），图4所示黄色线框部分是丰田双循环发动机与传统发动机的性能指标对比。

[1] [2] [3] [4]  下一页