目前石油總消耗量的40%被各類交通工具消耗,而汽車是現(xiàn)代社會最主要的交通運輸工具。隨著世界汽車保有量的不斷增加,作為不可再生能源,石油資源的供應日趨緊張。世界各國積極尋求代用燃料或者減少燃油的消耗量;各大汽車公司,如豐田、本田、福特、寶馬、大眾等都致力于新型節(jié)能環(huán)保汽車的研發(fā),取得了良好的成效。
1 汽車主要節(jié)能途徑分析
1.1發(fā)動機
發(fā)動機的效率對汽車的油耗有決定性的影響。發(fā)動機的油耗決定于發(fā)動機的結構,故想法改變發(fā)動機構:壓縮比、燃燒室形狀等,即可實現(xiàn)節(jié)能;另外,采用熱效率高的柴油機,使發(fā)動機工作在比油耗最低的80%~90%負荷下,同樣可達到省油的目的。1.2整車結構
汽車傳動系效率、總質量、汽車的外形及輪胎的結構與狀態(tài)等都與油耗有著密切的關系。提高汽車的傳動效率,采用高效率的變速器;采用高強度輕質材料,減輕汽車總質量,改善車身流線形設計;采用子午線輪胎,保持正確胎壓與胎面花紋等都起到節(jié)油效果。研究表明,汽車整車重量減輕10%,油耗可減少8%左右。1.3其他方面
改善汽車的技術狀況、駕駛技術與加強使用管理等都會起到節(jié)油的效果。
2 發(fā)動機節(jié)能新技術
汽車能源動力技術的變革是一個比較漫長的過程。在相當長的時期內,以先進內燃機為動力的汽車仍將占主導地位;開發(fā)和推廣先進內燃機汽車,是直接有效的節(jié)能方法。目前,應用較多或具有發(fā)展前景的發(fā)動機節(jié)能技術主要有如下幾種。2.1進、排氣控制技術
眾所周知,發(fā)動機氣門的開啟升程、開啟和關閉時刻,對發(fā)動機性能有重要影響。近年來,世界多個汽車公司生產(chǎn)的發(fā)動機,相繼采用了氣門升程和配氣相位控制技術,比較典型的有日本本田的VTEC、豐田VVT~i,德國寶馬的Valvetronic技術,但這些技術仍未實現(xiàn)全電子控制,而且通常僅對進氣門的升程和開閉時刻進行控制,所以發(fā)動機的進、排氣控制技術仍有較大的開發(fā)潛力。
2.2可變排量技術
可變排量發(fā)動機能夠把稀薄燃燒、分層燃燒、節(jié)氣門方式的各個優(yōu)點集中于一身。可變排量方式能夠按照負荷的變化改變發(fā)動機的排量,因而能夠大幅度降低泵
氣損失,確??杖急纫欢?,所以能夠高精度凈化排放氣體,提高燃油的經(jīng)濟性。
如本田公司的第八代雅閣全新3.5LV6發(fā)動機,采用了VCM可變汽缸管理技術。VCM系統(tǒng)能夠在3缸、4缸、6缸工作模式間自動切換。
2.3汽油機缸內直噴與稀薄燃燒技術
直接噴射汽油機直接把汽油噴入氣缸燃燒室而不是進氣歧管內,沒有節(jié)氣門,沒有節(jié)流損失;同時利用直立式進氣道與彎曲頂面活塞形成的空氣流動,使缸內混合氣分層,保證點火瞬間在火花塞周圍形成易于著火的濃混合氣,而燃燒室其余區(qū)為稀混合氣。目前,稀燃的空燃比最高可達65:1。缸內直噴與稀燃技術的采用,可以使發(fā)動機具有更高的燃燒效率,產(chǎn)生更強勁的動力。
自1995年日本三菱汽車公司將缸內直噴技術首先應用于汽車汽油機以來,日本豐田、德國奔馳、寶馬汽車公司等都在原缸內直接噴射汽油機的基礎上進行了技術改進和提高。寶馬N54發(fā)動機使用高精度燃油噴射裝置(HPI),更準確地計量混合氣量且采用高壓縮比,新型噴油器采用噴束導向式噴射方式能將燃油以錐束形式非常均勻地噴射到燃燒室內。2.4新概念燃燒方式
傳統(tǒng)的汽油機采用火花塞電極放電點燃缸內的混合氣,易自燃而引起敲缸;傳統(tǒng)的柴油機采用壓燃的方式點火,易產(chǎn)生NOX和碳煙。均勻充量壓縮燃燒HCCI是綜合了傳統(tǒng)的壓燃式和點火式發(fā)動機的優(yōu)點的全新燃燒方法,可以同時實現(xiàn)排放和燃料消耗的降低。根據(jù)研究表明,該方式燃燒在燃燒室內多個位置同時開始,并且沒有可辨別的火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象,但HCCI燃燒的開始取決于空氣和燃料形成的混合氣的自燃特性,故燃燒相位調整及控制是實現(xiàn)HCCI的關鍵。因此,對于即將在實車上的應用,將會出現(xiàn)“雙重模式”發(fā)動機,即利用了低負荷下HCCI燃燒的優(yōu)點和高負荷下火花點燃式燃燒或傳統(tǒng)柴油機燃燒的優(yōu)點。
除HCCI之外,還有低溫預混合燃燒MK,預混壓縮點火燃燒PCI,當量燃燒,汽油機分層燃燒系統(tǒng)等新的燃燒方式的應用。2.5發(fā)動機新燃料
目前世界各國研究的發(fā)動機新燃料主要有:醇類燃料、二甲基醚、天燃氣、植物油、生物柴油等。新燃料的實際應用也取得較大進展:巴西汽車廣泛使用乙醇,我國東北三省、河南、安徽等省為試點進行乙醇汽油推廣使用,燃料/汽油雙燃料發(fā)動機也在汽車(尤其是出租車)上投入使用。
除了前面所述的發(fā)動機節(jié)能技術外,
還有激光點火技術、陶瓷發(fā)動機以及進一步改進EFI燃油噴射系統(tǒng)等?;旌蟿恿ρb置的使用;柴油機電控技術的推廣,采用高壓共軌、單體泵或泵噴嘴等能使噴油壓力達100MPa以上的噴油系統(tǒng)等也為提高燃油經(jīng)濟性提供選擇的方向。
3 我國汽車節(jié)能技術研究現(xiàn)狀與對策
我國是一個能源資源相對缺乏的國家,國家“十一五”規(guī)劃和“十七大”都對汽車的節(jié)能減排提出了要求。多年來,一汽集團、上汽集團、長安汽車以及清華大學、吉林大學、華南理工大學等企業(yè)和高校一直致力于汽車節(jié)能減排技術的研究。電控燃油噴射系統(tǒng)的普及,進、排氣控制技術、柴油機電控技術的應用以及電動汽車、混合動力汽車等的開發(fā),標志著我國汽車節(jié)能技術已跨上了一個新臺階。
2007年11月,國家發(fā)改委召集國內主要汽車生產(chǎn)商、相關高校及協(xié)會等啟動“節(jié)能與新能源汽車技術政策研究”項目,該項目包括能源供應與需求分析、目標制定與技術選擇、配套政策與保障措施研究3個子課題以及高效內燃機技術在內的6大技術專題;力爭通過研究分析,提出我國節(jié)能與新能源汽車技術政策。
從我國的能源政策及汽車工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看,我國汽車節(jié)能技術應用與發(fā)展將集中在以下幾個方面:開展柴油機電控技術的研發(fā),在轎車中推廣柴油機;大力研發(fā)高效節(jié)能的零部件;大力開發(fā)和應用進、排氣控制、缸內直噴及稀燃等發(fā)動機新技術;開展燃氣(天燃氣、液化石油氣)、乙醇汽油等替代燃料的研究和推廣使用;優(yōu)先發(fā)展混合動力汽車技術,加大動力電池系統(tǒng)、混合動力專用發(fā)動機以及電力電子技術的研發(fā)力度。
汽車能耗的高低反映出汽車工業(yè)的先進與落后,汽車節(jié)能技術的推廣應用,將大力推動我國汽車工業(yè)的發(fā)展。
1 汽車主要節(jié)能途徑分析
1.1發(fā)動機
發(fā)動機的效率對汽車的油耗有決定性的影響。發(fā)動機的油耗決定于發(fā)動機的結構,故想法改變發(fā)動機構:壓縮比、燃燒室形狀等,即可實現(xiàn)節(jié)能;另外,采用熱效率高的柴油機,使發(fā)動機工作在比油耗最低的80%~90%負荷下,同樣可達到省油的目的。1.2整車結構
汽車傳動系效率、總質量、汽車的外形及輪胎的結構與狀態(tài)等都與油耗有著密切的關系。提高汽車的傳動效率,采用高效率的變速器;采用高強度輕質材料,減輕汽車總質量,改善車身流線形設計;采用子午線輪胎,保持正確胎壓與胎面花紋等都起到節(jié)油效果。研究表明,汽車整車重量減輕10%,油耗可減少8%左右。1.3其他方面
改善汽車的技術狀況、駕駛技術與加強使用管理等都會起到節(jié)油的效果。
2 發(fā)動機節(jié)能新技術
汽車能源動力技術的變革是一個比較漫長的過程。在相當長的時期內,以先進內燃機為動力的汽車仍將占主導地位;開發(fā)和推廣先進內燃機汽車,是直接有效的節(jié)能方法。目前,應用較多或具有發(fā)展前景的發(fā)動機節(jié)能技術主要有如下幾種。2.1進、排氣控制技術
眾所周知,發(fā)動機氣門的開啟升程、開啟和關閉時刻,對發(fā)動機性能有重要影響。近年來,世界多個汽車公司生產(chǎn)的發(fā)動機,相繼采用了氣門升程和配氣相位控制技術,比較典型的有日本本田的VTEC、豐田VVT~i,德國寶馬的Valvetronic技術,但這些技術仍未實現(xiàn)全電子控制,而且通常僅對進氣門的升程和開閉時刻進行控制,所以發(fā)動機的進、排氣控制技術仍有較大的開發(fā)潛力。
2.2可變排量技術
可變排量發(fā)動機能夠把稀薄燃燒、分層燃燒、節(jié)氣門方式的各個優(yōu)點集中于一身。可變排量方式能夠按照負荷的變化改變發(fā)動機的排量,因而能夠大幅度降低泵
氣損失,確??杖急纫欢?,所以能夠高精度凈化排放氣體,提高燃油的經(jīng)濟性。
如本田公司的第八代雅閣全新3.5LV6發(fā)動機,采用了VCM可變汽缸管理技術。VCM系統(tǒng)能夠在3缸、4缸、6缸工作模式間自動切換。
2.3汽油機缸內直噴與稀薄燃燒技術
直接噴射汽油機直接把汽油噴入氣缸燃燒室而不是進氣歧管內,沒有節(jié)氣門,沒有節(jié)流損失;同時利用直立式進氣道與彎曲頂面活塞形成的空氣流動,使缸內混合氣分層,保證點火瞬間在火花塞周圍形成易于著火的濃混合氣,而燃燒室其余區(qū)為稀混合氣。目前,稀燃的空燃比最高可達65:1。缸內直噴與稀燃技術的采用,可以使發(fā)動機具有更高的燃燒效率,產(chǎn)生更強勁的動力。
自1995年日本三菱汽車公司將缸內直噴技術首先應用于汽車汽油機以來,日本豐田、德國奔馳、寶馬汽車公司等都在原缸內直接噴射汽油機的基礎上進行了技術改進和提高。寶馬N54發(fā)動機使用高精度燃油噴射裝置(HPI),更準確地計量混合氣量且采用高壓縮比,新型噴油器采用噴束導向式噴射方式能將燃油以錐束形式非常均勻地噴射到燃燒室內。2.4新概念燃燒方式
傳統(tǒng)的汽油機采用火花塞電極放電點燃缸內的混合氣,易自燃而引起敲缸;傳統(tǒng)的柴油機采用壓燃的方式點火,易產(chǎn)生NOX和碳煙。均勻充量壓縮燃燒HCCI是綜合了傳統(tǒng)的壓燃式和點火式發(fā)動機的優(yōu)點的全新燃燒方法,可以同時實現(xiàn)排放和燃料消耗的降低。根據(jù)研究表明,該方式燃燒在燃燒室內多個位置同時開始,并且沒有可辨別的火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象,但HCCI燃燒的開始取決于空氣和燃料形成的混合氣的自燃特性,故燃燒相位調整及控制是實現(xiàn)HCCI的關鍵。因此,對于即將在實車上的應用,將會出現(xiàn)“雙重模式”發(fā)動機,即利用了低負荷下HCCI燃燒的優(yōu)點和高負荷下火花點燃式燃燒或傳統(tǒng)柴油機燃燒的優(yōu)點。
除HCCI之外,還有低溫預混合燃燒MK,預混壓縮點火燃燒PCI,當量燃燒,汽油機分層燃燒系統(tǒng)等新的燃燒方式的應用。2.5發(fā)動機新燃料
目前世界各國研究的發(fā)動機新燃料主要有:醇類燃料、二甲基醚、天燃氣、植物油、生物柴油等。新燃料的實際應用也取得較大進展:巴西汽車廣泛使用乙醇,我國東北三省、河南、安徽等省為試點進行乙醇汽油推廣使用,燃料/汽油雙燃料發(fā)動機也在汽車(尤其是出租車)上投入使用。
除了前面所述的發(fā)動機節(jié)能技術外,
還有激光點火技術、陶瓷發(fā)動機以及進一步改進EFI燃油噴射系統(tǒng)等?;旌蟿恿ρb置的使用;柴油機電控技術的推廣,采用高壓共軌、單體泵或泵噴嘴等能使噴油壓力達100MPa以上的噴油系統(tǒng)等也為提高燃油經(jīng)濟性提供選擇的方向。
3 我國汽車節(jié)能技術研究現(xiàn)狀與對策
我國是一個能源資源相對缺乏的國家,國家“十一五”規(guī)劃和“十七大”都對汽車的節(jié)能減排提出了要求。多年來,一汽集團、上汽集團、長安汽車以及清華大學、吉林大學、華南理工大學等企業(yè)和高校一直致力于汽車節(jié)能減排技術的研究。電控燃油噴射系統(tǒng)的普及,進、排氣控制技術、柴油機電控技術的應用以及電動汽車、混合動力汽車等的開發(fā),標志著我國汽車節(jié)能技術已跨上了一個新臺階。
2007年11月,國家發(fā)改委召集國內主要汽車生產(chǎn)商、相關高校及協(xié)會等啟動“節(jié)能與新能源汽車技術政策研究”項目,該項目包括能源供應與需求分析、目標制定與技術選擇、配套政策與保障措施研究3個子課題以及高效內燃機技術在內的6大技術專題;力爭通過研究分析,提出我國節(jié)能與新能源汽車技術政策。
從我國的能源政策及汽車工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看,我國汽車節(jié)能技術應用與發(fā)展將集中在以下幾個方面:開展柴油機電控技術的研發(fā),在轎車中推廣柴油機;大力研發(fā)高效節(jié)能的零部件;大力開發(fā)和應用進、排氣控制、缸內直噴及稀燃等發(fā)動機新技術;開展燃氣(天燃氣、液化石油氣)、乙醇汽油等替代燃料的研究和推廣使用;優(yōu)先發(fā)展混合動力汽車技術,加大動力電池系統(tǒng)、混合動力專用發(fā)動機以及電力電子技術的研發(fā)力度。
汽車能耗的高低反映出汽車工業(yè)的先進與落后,汽車節(jié)能技術的推廣應用,將大力推動我國汽車工業(yè)的發(fā)展。





