有关汽车在节能和环保方面有哪些技术
1、缸内直喷
与传统的歧管喷射不同的是,缸内直喷(GDI)就是将燃油喷嘴安装于气缸内,直接将燃油喷入气缸内与进气混合。喷射压力进一步提高,使燃油雾化更加细致,同时,喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制,以及活塞顶形状等特别的设计,使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合,能量转化效率更高,增加发动机工作效率同时提升燃油经济性。
点评:早在50-70年代,缸内直喷技术便已经存在,但是最终因电控技术尚不成熟、成本过高、氮氧化物排放不达标等一些原因而被搁置下来。如今,随着车企技术能力的提升,加之油耗标法规的推动,搭载缸内直喷发动机的车型在市场上越来越常见。业内人士指出,未来三到五年时间内,车企基本都会采用这一技术。
不过,相比传统的进气道喷射式发动机(PFI),采用GDI技术虽然降低了燃油消耗,但其颗粒物排放却大于传统的PFI,而从技术人员对此的反馈来看,这似乎并不是大问题,通过后处理或其他技术是可以解决的。
2、自动停缸
停缸技术也称为可变排量技术,是指发动机在部分负荷下运行时,通过相关机构切断部分气缸的燃油供给、点火和进排气,停止其工作,使剩余工作气缸负荷率增大,以提高效率,降低燃油消耗。
点评:近两年,通用、本田、克莱斯勒、大众、福特、奔驰等多家企业都在其新车型上搭载了这一技术。并且随着各种计算机及电子控制装置在汽车上的大量应用,这一技术本身也越来越完善,应用范围也从大排量发动机逐渐扩展到了小排量发动机上。
当然,停缸技术在实际应用中也有难点,例如实现气门关闭的停阀机构、空间布置和切换速度等必须适用于目标发动机,另外停缸也会导致发动机和整车的振动与噪声(NVH)性能恶化,而由此所带来的软硬件的增加又会导致停缸发动机成本的增加。不过基于这一技术可以有效节省能耗,车企们已经设法推出各种方案来解决这些问题。
3、分层燃烧
分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。其基本原理是,发动机在吸气行程活塞到达下止点时,ECU控制喷油嘴先进行一次小量的喷油,使气缸内形成稀薄混合气。
而在活塞压缩到上止点时再进行第二次喷油,利用活塞顶的特殊结构让火花塞附近出现混合气相对浓度较高的区域,然后利用这部分较浓的混合气引燃汽缸内的稀薄混合气,从而实现气缸内的稀薄燃烧,这就可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果,使得发动机的油耗更低。
点评:了解缸内直喷的人士大多对分层燃烧也有所耳闻,从技术的角度来看,两者关系匪浅:缸内直喷是分层燃烧的实现基础,而分层燃烧又是缸内直喷能够省油的重要手段。目前,国外许多车企都有自己的缸内直喷分层燃烧发动机,而就国内来说。
也有一部分车企在此方面在做相关的尝试,但由于分层燃烧对于油品的要求较高,所带来的成本也相对较高,此外还需解决氮氧化物的排放问题等,目前其在国内的应用还不是很广泛。不过,随着国内油品质量的提升等方面的进步,此类适应高效低耗趋势的发动机会有不错的前景。
4、阿特金森循环
1882年,英国工程师JamesAtkinson(詹姆斯·阿特金森)在使用奥托循环(四冲程循环)内燃机的基础上,通过一套复杂的连杆机构,使得发动机的压缩行程大于膨胀行程,这种巧妙的设计,不仅改善了发动机的进气效率,也使得发动机的膨胀比高于压缩比,有效地提高了发动机效率,这种发动机的工作原理被称为阿特金森循环。
点评:这一技术除了应用在马自达的创驰蓝天发动机上,更为普遍的应用是在混动车型上,如丰田系的普锐斯、卡罗拉、雷凌等混动版,雷克萨斯的CT200、RX450h混动版等。这主要是因为,其与混动系统结合所发挥的作用更为明显:
车辆起步阶段,通过电动机驱动可以保证动力性能。而在中高速匀速行驶时,由于阿特金森循环发动机的热效率高,又可以有效提高燃油经济性。未来几年,随着市面上混动车型的逐渐增加,阿特金森循环发动机的应用无疑也会越来越多。
5、可变气门正时系统
传统发动机的气门正时系统,是一种配气相位即气门开启关闭一成不变的机械系统,这种配气系统很难满足发动机在多种工况对配气的需要,不能满足发动机在各种转速工况下均输出强劲的动力要求。
而可变气门正时系统(VVT)是一种改变气门开启时间或开启大小的电控系统,通过在不同转速下为车辆匹配更合理的气门开启或关闭时刻,来增强车辆扭矩输出的均衡性,提高发动机功率并降低车辆的油耗。
点评:整体来看,可变气门正时系统已经成为了比较大众化的技术,目前市场在售的车型已经有很大部分的发动机装配了这一系统。就国内自主品牌来说,虽说这方面技术水平不一,但也取得了不少的进展。
而在具体的技术应用上,各厂家的做法有所不同,其中双可变气门正时技术是近两年较常见的方式,具体来说,它是通过可变气门正时系统与可变气门升程技术结合的方式,为发动机在各种工况和转速下提供更高的进、排气效率。
混合动力汽车技术具有非常突出的节能效果,技术相对成熟,而且在国际上已经实现产业化和商业化。此外,混合动力技术对所有以内燃机为动力的汽车,具有普遍的适用性,具有几乎可以实现在任何节能技术的基础上,进一步大幅度提高节能效果的可能性。因此,国家应重点支持混合动力技术的开发、产业化和推广应用。根据技术的难易程度,建议首先在城市公交客车上自主研发开发和推广应用混合动力技术,然后,利用自主研发和引进技术相结合的方式,在轿车上应用混合动力技术。建议实现混合动力汽车的产量占汽车总产量的5%以上。为此,国家需要在以下一个方面,予以支持: 1)混合动力汽车用电池技术与专用电机的开发和产业化; 2)发动机电控技术与电机控制技术的开发和产业化; 3)整车性能优化控制技术与制动能量回收技术的开发和产业化; 4)在起步阶段,给予混合动力汽车适度的政策激励。
2.高效汽油机、柴油机技术
内燃机的技术进步是汽车节能的关键。在内燃机节能技术方面,国家应重点支持以下几个方面: 1)汽油机缸内直喷技术及稀薄、分层燃烧技术 2)柴油机高压喷射技术(如:高压共轨燃油喷射技术等) 3)柴油机多次喷射技术 4)可变气门正时技术 5)废气涡轮增压技术 6)可变气缸技术
3.高效载重汽车及发动机技术
我国目前载重汽车品种短缺,技术相对落后。发展高效的载重汽车,是在现代物流高度发展的形势下,提高运输效率,降低车用能源消耗的重要措施。因此,国家应重点支持载重车用大功率高效率柴油机的开发和产业化工作,以及系列化载重汽车的开发和产业化。
4.轿车、轻型车的柴油化技术
柴油化是实现节能的重要途径,随着汽车进入家庭的步伐加快,轿车和轻型车等燃油消耗非常可观。建议国家应重点支持,轿车和轻型汽车柴油化的工作,应关注以下两个方面: 1)轻型高速柴油机技术的研究开发 2)车用柴油品质的提高和质量保证。 5.整车轻量化技术 整车轻量化是汽车节能的重要措施,应积极开展新型高强度、轻质材料(如:镁合金、非金属材料等)的研究和应用工作。
5.氢燃料与电驱动混合动力技术
氢燃料内燃机具有热效率高、清洁环保、对氢气质量要求低、技术继承性好、性价比高等优点,其研发已经受到国外大的汽车公司的高度重视。氢燃料内燃机与电驱动系统的混合动力技术的应用,进一步提高了发动机的动力性、经济性和环保特性。因此,应对此项技术,从战略的高度予以高度重视,并不失时机地投入关键技术的研发和产业化。首先可以从天然气参氢的研究和应用开始,然后开发氢燃料发动机,并于已趋成熟的混合动力技术结合,为未来的车用动力提供解决方案。
6.均质压然发动机技术
均质压然发动机技术是一项比较前沿的活塞式内燃机的燃烧技术,目前上述于研究阶段。但均质压然发动机与混合动力的组合,可以回避发动机难以实现均质压燃的工况,具有重要的实用价值。应在各自单元技术相对成熟时,实现二者的优化配合。
7.其他类型发动机(非活塞式内燃机)技术
随着技术的发展,其他类型的发动机(如,转子式发动机、甚至燃气轮机等),也会在汽车应用领域得到应用,因此,应予以重视。
8.先进高效的传动系技术
传动系是动力总成的重要组成部分,提高其工作效率非常重要。除了机械式传动系外,目前,利用电力电子技术开发的电传动系统,受到人们的重视。
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