节能减排，尤其是车用发动机的节能减排具有非常重要的社会意义和必要性，主要体现在人类对能源和环境保护的要求越来越高。与此同时，政府和用户对节能减排的要求也越来越高。车用发动机本身的节能减排是一个系统工程，需要建立完善的、能真正实施的发动机开发流程和开发模式，以及各子系统和零部件的有机协调。

AI：当前，节能减排已被国家提高到战略层面，我国实现节能减排目标面临的形势十分严峻，尤其对于汽车的节能减排，其重要性更是不言而喻。您认为，要实现汽车的节能减排应采取哪些措施？

倪计民教授：汽车节能减排的具体措施总体涉及以下几大方面：（1）应用环境，包括城市规划、道路规划、道路管理以及驾驶者的驾驶习惯等；（2）汽车开发技术，比如轻量化技术、摩擦损失、滚动阻力、电能消耗和制动能量回收，以及合适的配套技术等；（3）发动机的开发技术，首先是需要根据汽车行驶特点对发动机进行总体规划设计，以及对各子系统，如冷却系统、润滑系统、进排气系统、供油系统、增压系统、电控系统（不仅仅是发动机ECU，而是把发动机和整车整合在一起）、废气后处理系统以及燃油的品质等确定边界条件；（4）在各子系统范围内对零部件确定边界条件，在各自的边界条件范围内进行整机－子系统－零部件的开发设计和优化匹配。

AI：零部件企业面临降价的压力越来越大，行业竞争也日趋激烈。您如何看待目前零部件企业在配套过程中面临的问题？根据您多年来与零部件企业的合作经验，您有何建议？

倪计民教授：目前，国内汽车和发动机的产量在不断攀升，同时对产品质量的要求正在日益提高，而且价格日趋下降，整车和发动机的降价压力直接转嫁到零部件供应商，从而使得零部件供应商的利润空间越来越小。另外，就是企业之间的竞争日趋强烈，有些企业为了达到占有市场的目的，不惜打价格战，这都给零部件供应商带来了非常大的压力。在这种状态下，他们如何生存，如何提高产品的质量？

我们一直在提倡自主开发，国家也已出台了非常有利的产业政策。在资金方面，很多国内企业有着非常雄厚的实力，收购罗孚和沃尔沃就是很好的例子。可以说，国内企业应用的研发软件和测试设备都达到了世界先进水平。我们同样有相当多的研发人员，但是为什么产品质量仍无法与世界先进水平相抗衡？我认为，关键在于两个方面，即开发平台和零部件基础。政府和企业在积极提倡汽车和发动机产品开发平台概念，即利用平台去引领汽车零部件企业，但如果零部件企业的现有能力有限的话，我觉得更应该关注的是零部件企业的集成能力，以零部件集成去支撑这一开发平台。

图1  产品开发全过程

国内零部件企业面临的主要问题包括：（1）从过去按图样生产转向独立自主开发；（2）从单件生产到集成供货，如集成的润滑模块、集成的热管理模块，再比如SCR系统，不只是能够提供单个的传感器、喷嘴或泵，而是需要向主机厂提供整个SCR系统；（3）参与主机厂的技术开发与合作，在开发初期就与主机厂进行技术开发与合作，而不是等到图样出来以后按图生产。

在开发过程中，我认为需要实施“整车－发动机－子系统－零部件”的开发模式，比如在发动机的开发过程当中，需要知道与工作机械配套时的要求是什么，在这方面我们的体会比较深。在为企业做动力总成优化匹配的项目，我们根据实物建立计算模型，希望客户提供模型和数据，往往遇到的问题是数据不全，这就说明客户在这方面做的工作是不够的，企业建立模拟计算、设计、试验的数据库是十分重要的。

同时，要注意在产品（整机、子系统或零部件）开发过程中设计、计算和试验相协调，只有这三方面有机地协调起来才能保证发动机的高性能，图1所示为产品开发全过程。

AI：您认为，若要实现车用发动机的节能减排，从整机开发以及发动机的供油系统、润滑系统、热管理系统及排气后处理等技术层面主要有哪些措施？

倪计民教授：在整机开发设计方面，首先应提出总体要求（技术、指标和用途），比如要求采用哪些技术，如增压系统，EGR系统或采用SCR技术等。对于发动机本身而言，每一个零部件最终都会影响到发动机的性能。以供油系统为例，什么样的喷油规律才可以使发动机的性能最理想？值得注意的是，并不是说很好的零部件拼起来就可以提高发动机的性能。如何把这些先进技术用好才是关键。另外，对每个子系统要进行分析，哪些因素对发动机性能的影响最大，然后根据这些最敏感的因素进行优化设计，以实现“最协调”。再比如，我们刚刚完成了为某自主品牌车型优化进排气系统。进排气系统的优化有很多软件可供选择，我们选择了某三款软件进行建模、标定和优化，最终效果非常理想，发动机的充气效率在低速低负荷时提高了10%（见图2）。再以润滑系统为例，开发一个油泵，要根据车辆的使用状况和润滑系统进行综合分析，找到这个最低的需求，然后考虑油泵的可变排量的开发。可变排量的原理就是在高速区时不需要很高的油压和流量，最终效果也是非常好的。对于一个油泵企业，如果只考虑跟原来产品的流动性能对比，则限制了可变排量油泵的开发潜力。目前，我们正在按照这样的思路跟国内企业合作进行可变排量油泵的开发。

图2  发动机进排气系统优化

再比如热管理系统，首先要建立一个热管理系统模型，要求其功耗最小。传统的设计方法是用水泵和风扇通过循环水量和风量的调整使得这个功耗最小。通过多年的实践，我们提出了一套切实可行的优化方法。

至于排放后处理技术，世界领先的技术是否适合于国内生产的发动机，这首先需要我们对发动机进行分析。前不久，国内对关于排放的两条技术路线，即选择SCR还是EGR的讨论比较多，但现在却不了了之。毕竟每个发动机企业的产品不一样，市场定位也不一样，因此需要怎样的技术路线也不一样。

AI：最后，请您为我们简单介绍一下同济大学汽车学院发动机节能与排放控制研究所目前研究领域的情况。

倪计民教授：在过去30年的时间里，我们主要的研究领域是车用发动机，我们不仅研究发动机本身，同时也在研究如何使发动机与工作机械（如整车）更好地进行匹配。

在发动机领域，我们的研究方向主要有：（1）发动机产品开发方法和技术，包括开发流程和体系建设、发动机CAE和新技术；（2）仿真技术和设计，包括工作过程分析、气体流动优化设计、配气机构优化设计、轮系动力学和振动、发动机排气总成优化、发动机电控策略、整机和发动机热管理、发动机冷却系统、发动机润滑系统、动力总成优化匹配及发动机结构分析等；（3）试验和测试技术，包括试验室规划设计、试验方法、动态测试技术和试验设计(DoE) ；（4）零部件开发和设计，包括塑料缸盖罩设计、气缸垫设计和技术、曲轴箱通风系统及零部件、排气总成设计和优化、EGR及系统设计和产业化、增压技术和增压器设计及SCR技术等；（5）替代能源，如醇类燃料（甲醇、乙醇）、CNG和LPG等。

在发动机与整车匹配方面，我们的重点研究方向包括：动力装置结构配置技术、整车和发动机热管理、整车动力总成匹配及NVH等。