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当前汽车节油技术面面观

日期:2006-11-06    来源:国际商报  作者:晨喻

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2006
11/06
17:44
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关键词: 当前 汽车 节油 技术 面面观

伴随着汽车保有量的增长,世界石油能源的消耗量越来越大,能源危机和环保呼声也日渐高涨,如何在技术上实现节油?从当前的汽车节油技术来看,笔者认为大致可分为三大派,一派是基于现有的汽油发动机或柴油发动机,利用各种先进技术提高其节油效果,改善其燃油经济性的现实主义派;在这派之外,由于石油的不可再生性,目前许多国家和汽车制造商在动力总成方面的研究已经超越了以油为能源的范畴,而将目光盯在了新能源之上。而新能源技术,也可以分成两大派,一派,是以混合动力代表的折衷主义派,说它是折衷主义,是因为它并没有摆脱对石油的依赖,而是过渡性地采用传统的内燃机和电动机作为互补性动力源;另一派,则是以氢燃料电池为代表的理想主义派,由于它彻底摆脱了对石油的依赖,并且零污染,被认为是未来汽车发展的终极方向。

  节油现实主义

  我们先来看看现实主义流派,说到现有的汽油发动机节油技术,多气门、可变气门进气系统、气缸状态自动切换、汽油直接喷射、本田的i-VTEC、丰田的VVT-i等,都被较多地提及,相比较来说,新一代CVT的节能作用似乎就不那么广为人知。CVT(ContinuouslyVariableTransmission),指的是无级变速,和传统自动变速箱采用齿轮传动、液力耦合的传动方式不同,CVT无级变速箱由于采用传动钢带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力,能够实现传动比的连续改变,不仅消除换档和扭矩传输时的冲击感,而且还可以确保行驶途中发动机保持最佳扭矩,从而提高整车的燃油经济性和动力性,达到节能的目的。根据数据显示,由于CVT可以使发动机在经济油耗状态下工作,油耗性能比传统的AT节省约15%。此外,CVT在环保方面同样发挥着不可忽视的作用。经过计算,每年100万台装载CVT车辆的CO2减排效果相当于20万台混合动力车。

  上一代CVT由于技术的局限性,只适合较小排量的汽车,而新一代的CVT在这方面已突破了这一局限。以日产的XTRONICCVT为例,它最高可应用于排气量3.5L级引擎之上。这种CVT最引人注目的地方是,尽管增大了扭矩,但金属传动带本身的宽度与面向2.0L的CVT一样被控制在了30mm。通过改进构成金属传动带的每个基本“环节”的表面粗糙程度,满足了扭矩增大的要求。另外连接“环节”之间的金属带的数量方面,也由8个增加到了12个,确保了耐用性。可以说,新一代CVT技术成功地克服了CVT在中、大排量汽车发动机方面的技术难题,为CVT的更为广泛的应用(尤其在中高级轿车上)铺平了道路。因此,在现有汽油发动机节油技术领域,笔者认为CVT值得大力关注。

  而在此之外,采用先进的柴油机,也可以大幅度节约燃料。由于柴油机工作原理与汽油机不同,柴油机工作效率高达45%,居内燃机之首。与普通汽油机相比,柴油机可以节油15%~30%。在欧洲,柴油乘用车已达到在册汽车的50%,而在我国,柴油车在轿车保有量的比重仅为0.2%。

  先进柴油技术因其成熟、实用,无需对相关的基础设施进行大规模建设和改造,是实现节能、环保目标的捷径。我国政府有关人士也认为应将发展先进柴油技术作为汽车能源战略的重要组成部分之一。但这有两个前提:一是鼓励发展先进柴油机技术,而不是“老”的柴油技术;二是发展先进柴油技术要与柴油“清洁化”相配合,显著提高油品质量。

  事实上,柴油轿车在我国的实际推广过程中确实面临油品质量、燃油供应、排放法规和政策支持缺乏等诸多挑战,加上柴油机依然要依赖石油资源,不能成为最终的替代燃料。因此,从节油技术角度来说,柴油汽车听上去似乎最现实,但似乎也最遥远。

  节油折衷主义

  由于石油的不可再生性,在现有汽油发动机和柴油发动机节油技术之外,汽车新能源技术开始受到越来越多的关注。比如混合动力汽车,燃料电池汽车等相关技术都已经接近商用水平。另外,天然气汽车、酒精汽车也已经越来越多地出现在人们的视野中。而在这其中,由于丰田的大力宣传和推广,混合动力最广为人知。但笔者认为,混合动力听上去虽然美,但由于技术上的局限,加上价格昂贵,注定也只会是汽车节油技术的过渡产品。

  混合动力车用传统的内燃机和电动机作为动力源,通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。混合动力系统的最大特点是油、电发动机的互补工作模式。在起步或低速

  行驶时,车子仅依靠电力驱动,此时汽油发动机关闭,车辆的燃油消耗量是零;当车辆行驶速度升高(一般达40km/h以上)或者需要紧急加速时,汽油发动机和电机同时启动并开始输出动力;在车辆制动时,混合动力系统能将动能转化为电能,并储存在蓄电池中以备下次低速行驶时使用。按照丰田的说法,混合动力车可以节省一半汽油,尾气污染自然也减少一半。

  笔者认为,混合动力车的这些特点使得它确实十分适合用于拥堵的城市路况。据美国今年进行的一项对比测试显示,在相同的城市与高速混合路况中跑5000公里下来,柴油车和混合动力车在燃油经济性方面是几乎完全相同的。其原因是,混合动力虽然在城市起起停停的路况极有效,但到了高速,还得全凭汽油发动机驱动。而从制造成本上看,混合动力必然要有内燃机和电动机两套动力,无论如何成本和车价也要高于传统单一动力轿车的水平,这也导致国产丰田1.5L普锐斯比目前市场上同排量的一般车型甚至贵一至两倍。

  目前,美国通用汽车也做混合动力,但是思路和丰田不同:混合动力主要装载在耗能较高的中大型产品,如皮卡和SUV、公交客车。大型巴士每天运行在拥堵的市区,可以充分发挥混合动力节能环保的优势。

  节油理想主义

  从长远来看,氢燃料电池技术无疑才是最理想的汽车节油技术,因为它根本就不用油。氢燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置,它可以直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。世界上第一轮燃料电池汽车研发高潮在2000年左右,当时,美国、欧洲和日本的各大汽车生产厂家,无不都在加紧开发燃料电池技术。美国时任能源部部长佩耶预测:燃料电池进入家庭、汽车和其他领域的步伐将比人们的想象要快得多。

  然而,事实却并非预料中的那么乐观。2003年7月,最早将燃料电池汽车投入商业运营之一的日本丰田汽车公司,召回了其出租的6辆燃料电池汽车。几乎与此同时,各个国家都在燃料电池汽车的试运行中,发现了一系列防不胜防、需要马上解决的难题。目前,国际社会关于燃料电池汽车未来的预测是,“要达到产业化至少要到2015之后”,第二次试运行高潮将出现在2010年左右。

  在国家科技计划的支持下,我国燃料电池技术目前也取得长足发展,在一些方面已接近或达到国外先进水平。继德国、美国、日本之后,我国自主开发出燃料电池系统及燃料电池轿车和城市客车,已分别累计运行超过6000公里。燃料电池系统功率已超过100千瓦。燃料电池轿车百公里氢燃料消耗1公斤,客车百公里耗氢9公斤,与国际先进水平相当。获得了一批技术成果,申请发明专利200多项。

  然而,燃料电池同样存在瓶颈,因为技术的跨越不等于产业的跨越,燃料电池汽车要成为真正的商品,要与现在非常成熟的内燃机车在各个方面进行竞争,必须解决寿命、成本、稳定性、耐久性、环境适应性等诸多问题,其中最为关键的是寿命和成本问题。

  综上所述,笔者认为,尽管以混合动力、氢动力为代表的新能源技术表达了汽车节油技术在明天甚至未来的发展方向,但是,从目前来看,在现有成熟的汽油发动机技术上大力推行相关节油技术产品,才是一个比较现实的节油态度。

 

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