据有关资料显示,目前石油总消耗量的40%被各类交通工具消耗,而汽车是现代社会最主要的交通运输工具。随着世界汽车保有量的不断增加,作为不可再 生能源,石油资源的供应日趋紧张。世界各国积极寻求代用燃料或者减少燃油的消耗量;各大汽车公司,如丰田、本田、福特、宝马、大众等都致力于新型节能环保 汽车的研发,取得了良好的成效。
1 汽车主要节能途径分析
1.1发动机
发动机的效率对汽车的油耗有决定性的影响。发动机的油耗决定于发动机的结构,故想法改变发动机构:压缩比、燃烧室形状等,即可实现节能;另外,采用热效率高的柴油机,使发动机工作在比油耗最低的80%~90%负荷下,同样可达到省油的目的。1.2整车结构
汽车传动系效率、总质量、汽车的外形及轮胎的结构与状态等都与油耗有着密切的关系。提高汽车的传动效率,采用高效率的变速器;采用高强度轻质材料, 减轻汽车总质量,改善车身流线形设计;采用子午线轮胎,保持正确胎压与胎面花纹等都起到节油效果。研究表明,汽车整车重量减轻10%,油耗可减少8%左 右。1.3其他方面
改善汽车的技术状况、驾驶技术与加强使用管理等都会起到节油的效果。
2 发动机节能新技术
汽车能源动力技术的变革是一个比较漫长的过程。在相当长的时期内,以先进内燃机为动力的汽车仍将占主导地位;开发和推广先进内燃机汽车,是直接有效的节能方法。目前,应用较多或具有发展前景的发动机节能技术主要有如下几种。2.1进、排气控制技术
众所周知,发动机气门的开启升程、开启和关闭时刻,对发动机性能有重要影响。近年来,世界多个汽车公司生产的发动机,相继采用了气门升程和配气相位 控制技术,比较典型的有日本本田的VTEC、丰田VVT~i,德国宝马的Valvetronic技术,但这些技术仍未实现全电子控制,而且通常仅对进气门 的升程和开闭时刻进行控制,所以发动机的进、排气控制技术仍有较大的开发潜力。
2.2可变排量技术
可变排量发动机能够把稀薄燃烧、分层燃烧、节气门方式的各个优点集中于一身。可变排量方式能够按照负荷的变化改变发动机的排量,因而能够大幅度降低泵
气损失,确保空燃比一定,所以能够高精度净化排放气体,提高燃油的经济性。
如本田公司的第八代雅阁全新3.5LV6发动机,采用了VCM可变汽缸管理技术。VCM系统能够在3缸、4缸、6缸工作模式间自动切换。
2.3汽油机缸内直喷与稀薄燃烧技术
直接喷射汽油机直接把汽油喷入气缸燃烧室而不是进气歧管内,没有节气门,没有节流损失;同时利用直立式进气道与弯曲顶面活塞形成的空气流动,使缸内 混合气分层,保证点火瞬间在火花塞周围形成易于着火的浓混合气,而燃烧室其余区为稀混合气。目前,稀燃的空燃比最高可达65:1。缸内直喷与稀燃技术的采 用,可以使发动机具有更高的燃烧效率,产生更强劲的动力。
自1995年日本三菱汽车公司将缸内直喷技术首先应用于汽车汽油机以来,日本丰田、德国奔驰、宝马汽车公司等都在原缸内直接喷射汽油机的基础上进行 了技术改进和提高。宝马N54发动机使用高精度燃油喷射装置(HPI),更准确地计量混合气量且采用高压缩比,新型喷油器采用喷束导向式喷射方式能将燃油 以锥束形式非常均匀地喷射到燃烧室内。2.4新概念燃烧方式
传统的汽油机采用火花塞电极放电点燃缸内的混合气,易自燃而引起敲缸;传统的柴油机采用压燃的方式点火,易产生NOX和碳烟。均匀充量压缩燃烧 HCCI是综合了传统的压燃式和点火式发动机的优点的全新燃烧方法,可以同时实现排放和燃料消耗的降低。根据研究表明,该方式燃烧在燃烧室内多个位置同时 开始,并且没有可辨别的火焰传播现象,但HCCI燃烧的开始取决于空气和燃料形成的混合气的自燃特性,故燃烧相位调整及控制是实现HCCI的关键。因此, 对于即将在实车上的应用,将会出现“双重模式”发动机,即利用了低负荷下HCCI燃烧的优点和高负荷下火花点燃式燃烧或传统柴油机燃烧的优点。
除HCCI之外,还有低温预混合燃烧MK,预混压缩点火燃烧PCI,当量燃烧,汽油机分层燃烧系统等新的燃烧方式的应用。2.5发动机新燃料
目前世界各国研究的发动机新燃料主要有:醇类燃料、二甲基醚、天燃气、植物油、生物柴油等。新燃料的实际应用也取得较大进展:巴西汽车广泛使用乙醇,我国东北三省、河南、安徽等省为试点进行乙醇汽油推广使用,燃料/汽油双燃料发动机也在汽车(尤其是出租车)上投入使用。
除了前面所述的发动机节能技术外,
还有激光点火技术、陶瓷发动机以及进一步改进EFI燃油喷射系统等。混合动力装置的使用;柴油机电控技术的推广,采用高压共轨、单体泵或泵喷嘴等能使喷油压力达100MPa以上的喷油系统等也为提高燃油经济性提供选择的方向。
3 我国汽车节能技术研究现状与对策
我国是一个能源资源相对缺乏的国家,国家“十一五”规划和“十七大”都对汽车的节能减排提出了要求。多年来,一汽集团、上汽集团、长安汽车以及清华 大学、吉林大学、华南理工大学等企业和高校一直致力于汽车节能减排技术的研究。电控燃油喷射系统的普及,进、排气控制技术、柴油机电控技术的应用以及电动 汽车、混合动力汽车等的开发,标志着我国汽车节能技术已跨上了一个新台阶。
2007年11月,国家发改委召集国内主要汽车生产商、相关高校及协会等启动“节能与新能源汽车技术政策研究”项目,该项目包括能源供应与需求分 析、目标制定与技术选择、配套政策与保障措施研究3个子课题以及高效内燃机技术在内的6大技术专题;力争通过研究分析,提出我国节能与新能源汽车技术政 策。
从我国的能源政策及汽车工业发展现状来看,我国汽车节能技术应用与发展将集中在以下几个方面:开展柴油机电控技术的研发,在轿车中推广柴油机;大力 研发高效节能的零部件;大力开发和应用进、排气控制、缸内直喷及稀燃等发动机新技术;开展燃气(天燃气、液化石油气)、乙醇汽油等替代燃料的研究和推广使 用;优先发展混合动力汽车技术,加大动力电池系统、混合动力专用发动机以及电力电子技术的研发力度。
汽车能耗的高低反映出汽车工业的先进与落后,汽车节能技术的推广应用,将大力推动我国汽车工业的发展。