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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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發(fā)動機10大傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù) 已有7人參與
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根據(jù)政府和汽車行業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的說法，歷史悠久的內(nèi)燃機將很有可以繼續(xù)存在很長一段時間。雖然汽車電氣化的推動者們預測內(nèi)燃機即將走向終點，但是美國能源信息署認為到2035年，99%的輕型和重載車輛，特別是商用車，都將依然搭載傳統(tǒng)內(nèi)燃機。 為了保持石化燃料技術(shù)在商用車和乘用車上不斷升級，創(chuàng)新技術(shù)持續(xù)應用，相關(guān)研究也一直沒有間斷。提高內(nèi)燃機的效能是改善車輛燃油經(jīng)濟性的一種最有發(fā)展前景、最具成本效益的短中期方法，實驗測試表明當前發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性可以提高超過50%，甚至達到75%。 政府部門積極推廣插電式混合動力系統(tǒng)，不過卻沒有達到預期效果，美國平均每年銷售1650萬輛汽車，其中的99%仍然是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機車型�；旌蟿恿筒咫娛交旌蟿恿囆碗m然使用了電氣化系統(tǒng)，但內(nèi)燃機依然是不可或缺的重要組成部分。目前新一代鋰離子電池正處在研發(fā)階段，若能成功應用在混合動力車上，未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢還很難預測，但現(xiàn)在其正處于技術(shù)瓶頸階段，內(nèi)燃機的地位仍然穩(wěn)固。 美國聯(lián)邦平均燃油經(jīng)濟性法規(guī)要求在2025年之前，新車燃效要達到54.5英里/加侖，從而促使汽車制造廠商推進電氣化進程。采用這樣的標準并不能完全降低內(nèi)燃機市占率，其實僅僅有1%到3%的車輛無法達到該要求必須添加插電式混合動力系統(tǒng)。 美國現(xiàn)在可正常行駛在道路上的轎車和卡車總計2.53億輛，根據(jù)能源部的數(shù)據(jù)，美國范圍內(nèi)超過60%的石油燃料消耗和25%的溫室氣體排放都是由車輛產(chǎn)生的。權(quán)威專家們極力推薦利用插電式技術(shù)來改善車輛造成的環(huán)境污染問題，汽車行業(yè)投入大量資金進行技術(shù)研發(fā)，不過特斯拉等公司帶來的挑戰(zhàn)也是前所未有的。 政府部門沒有把所有精力都放在插電式電池技術(shù)上，除此之外還推進氫燃料電池、替代能源和創(chuàng)新內(nèi)燃機的研發(fā)。根據(jù)密歇根大學交通運輸研究所的調(diào)查，從2007年10月到2015年6月，美國范圍內(nèi)銷售新車的燃油經(jīng)濟性從5.3英里/加侖增加到了25.4英里/加侖，而那些可以讓1加侖燃油推動汽車前行超過50英里的技術(shù)也即將應用在量產(chǎn)車型中。 無論喜歡與否，燃油經(jīng)濟性都是政治、環(huán)境等方面的一個綜合性話題，內(nèi)燃機必須在這種大形勢下找到一個合適的立足點。汽車制造廠商往往都有大量的技術(shù)儲備，來滿足各種各樣日趨嚴格的燃油經(jīng)濟性和二氧化碳排放量法規(guī)要求。根據(jù)美國環(huán)保署報告，先進的發(fā)動機技術(shù)幫助提高燃油效能，節(jié)省了車輛整個壽命周期的運營成本，相關(guān)效能和成本評估是依照16.6萬英里的使用期限、2.81美元/升的燃油價格完成的，對比標準為燃油經(jīng)濟性22英里/加侖的汽車。 1.增壓進氣系統(tǒng) 簡單來說，機械增壓和渦輪增壓技術(shù)是壓縮更多空氣的兩種辦法，燃燒室中的燃油量也因此相應增多。第二次世界大戰(zhàn)中的一些戰(zhàn)斗機曾經(jīng)使用了增壓技術(shù)，而技術(shù)的產(chǎn)生還要追溯到更早時期�，F(xiàn)在通過計算機輔助技術(shù)的推廣，更小尺寸的發(fā)動機和增壓條件下輸入更多燃油及空氣變成了現(xiàn)實。 增壓進氣系統(tǒng)的引入，使得小排量發(fā)動機的動力和自然吸氣大排量發(fā)動機輸出的動力相當，同時又能夠滿足法規(guī)要求的燃油經(jīng)濟性和二氧化碳排放量測評標準。增壓技術(shù)是保證發(fā)動機動力輸出和燃油效能的權(quán)宜之計，當然具體可以節(jié)省多少燃油是因人而異的，需要參考駕駛者的操控風格。 燃油效能提升：2%到6%。 壽命周期節(jié)省費用：400到1300美元。 2.停缸技術(shù) 車輛越來越多地采用自動化系統(tǒng)控制的技術(shù)，在高速公路等低負載工況下，能夠讓一臺八缸發(fā)動機的其中四個氣缸停止運轉(zhuǎn)，或者六缸發(fā)動機中的其中三個氣缸停止運轉(zhuǎn)。停缸技術(shù)又可以稱作“多重排量”、“按需排量”、“主動燃油管理”、“可變氣缸管理”技術(shù)等。這種技術(shù)理念是非常實用的，舉例來說一輛額定功率450馬力的雪佛蘭CorvetteC7在高速路上行駛，燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)達到30英里/加侖燃油，這是以前很難想象的事情。 燃油效能提升：4%到10%。 壽命周期節(jié)省費用：800到2100美元。 3.汽油發(fā)動機燃油直接噴射系統(tǒng) 該先進技術(shù)的幫助下，燃油直接噴射到進氣道中，然后與空氣形成燃油混合氣，吸卷進入氣缸中。類似技術(shù)還包括“氣缸直接噴射”和“火花點火直接噴射”，可以讓燃油混合氣的溫度更低一些，形成更高的燃氣壓縮比，從而進一步提高動力性能和燃油效能。 燃油效能提升：2%到3%。 壽命周期節(jié)省費用：400到600美元。 4.可變氣門正時和升程 進氣閥門控制新鮮空氣流入氣缸，排氣閥門控制廢氣流出氣缸。進氣閥門和排氣閥門什么時刻打開，以及打開多長時間都影響著發(fā)動機效能。參考發(fā)動機當前轉(zhuǎn)速和負載狀況，可變氣門正時和升程系統(tǒng)自動優(yōu)化閥門開啟時刻和舉升時間。與傳統(tǒng)配時固定的氣門舉升系統(tǒng)相比，創(chuàng)新系統(tǒng)在各種工況下的燃油效能更高�？勺儦忾T正時和舉升系統(tǒng)包括可變氣門驅(qū)動技術(shù)、可變凸輪正時技術(shù)、凸輪配氣相位技術(shù)、電子升程控制技術(shù)等。 燃油效能提升：1%到11%。 壽命周期節(jié)省費用：200到2300美元。 5.發(fā)動機啟停系統(tǒng) 了解混合動力系統(tǒng)的車迷朋友們大概都知道啟停系統(tǒng)的基本原理，該裝置被廣泛應用在混合動力和插電式混合動力車型中。簡而言之，當車輛停止前進，啟停系統(tǒng)可以自動關(guān)閉發(fā)動機；當制動踏板被駕駛者釋放而踩下油門的時候，發(fā)動機立刻開始重新運轉(zhuǎn)。提高效能的理念也非常明了，就是阻止怠速狀態(tài)的燃油浪費。 汽車制造廠商還從混合動力車型中引入了動能回收制動系統(tǒng)，把剎車過程中損失的機械能轉(zhuǎn)化成電能，儲存在電池組中用于驅(qū)動自動起動機。所謂的微混合動力車型就使用了這類裝置，與真正意義上的混合動力系統(tǒng)不同，儲存的電能不是用來驅(qū)動牽引電動機。除了12伏系統(tǒng)之外，更高電壓等級的電池組存儲轉(zhuǎn)化能量，之后為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、資訊娛樂系統(tǒng)等設(shè)備提供能量。 燃油效能提升：2%到4%。 壽命周期節(jié)省費用：400到800美元。 節(jié)省燃料的另外一種方法是優(yōu)化發(fā)動機能量的傳輸效率，全新變速器與汽油、柴油發(fā)動機完美搭配，盡可能提高燃油利用率。 6.更多檔位的自動變速箱 克萊斯勒、現(xiàn)代、福特和大眾等汽車制造企業(yè)已經(jīng)宣布將設(shè)計研發(fā)擁有10個檔位的自動變速箱。在傳統(tǒng)4檔位自動變速箱基礎(chǔ)上增加的每個檔位，都幫助發(fā)動機始終處在一個最優(yōu)的工作狀態(tài)，因此提高了潛在效能。測試顯示的平均效能提高率數(shù)據(jù)如下：5檔2%到3%；6檔3%到5%；7檔5%到7%；8檔6%到8%；檔位越高，效能提高水平越大。增加檔位的理念可以作為電氣化的一種替代解決方案，讓傳統(tǒng)車型也能夠符合法規(guī)標準要求。 燃油效能提升：2%到8%。 壽命周期節(jié)省費用：400到1700美元。 7.無級變速器（CVT） 無級變速器與混合動力系統(tǒng)的聯(lián)系更加緊密，應用在傳統(tǒng)車型上有著很多優(yōu)勢。無級變速器使用一對直徑可調(diào)節(jié)的皮帶輪，通過皮帶或者鏈條連接，而不是傳統(tǒng)的齒輪組，能夠創(chuàng)造出無限多個不同的傳動速比。得益于連續(xù)性換檔操作，能量傳輸不會出現(xiàn)中斷，山路工況下也不需要低速從動裝置，有助于造就更好的燃油效能。 燃油效能提升：1%到7%。 壽命周期節(jié)省費用：200到1500美元。 8.雙離合自動變速箱（DCT） 雙離合變速箱又被稱作自動化手動變速箱，融合了手動變速箱和自動變速箱二者的優(yōu)點。手動變速箱的傳輸能量損失率較低，但是操控起來沒有自動變速箱方便。使用雙離合變速箱換檔時不需要駕駛者人工踩下離合器，只需要控制方向盤上的升降檔撥片即可，當然也可以直接選擇自動變速箱模式。系統(tǒng)工作由電子元件控制，并通過液壓或者電動機設(shè)備執(zhí)行換檔操作。也許有不少傳統(tǒng)人士認為只有手動變速器才能帶來駕駛樂趣，不過高性能跑車和賽車應用雙離合變速器已經(jīng)有了很長一段時間。 燃油效能提升：7%到10%。 壽命周期節(jié)省費用：1500到2100美元。 另外還有一些其他技術(shù)可以提高燃油效能。 9.輕量化技術(shù) 簡單外加輕量化是設(shè)計制造高性能靈活跑車永恒不變的定律，更輕的車身還可以額外提高燃油經(jīng)濟性。輕量化車型需要更少的能量來驅(qū)動，汽車制造廠商們也非常熱衷于輕量化理念，因為與其他設(shè)計目標不會發(fā)生沖突。常用的一些做法有，采用高強度鋼、鋁合金以及其他輕量化材料（例如碳纖維），或者降低驅(qū)動系統(tǒng)的尺寸大小。與此同時，車輛必須滿足日趨嚴格的安全標準，材料選擇和技術(shù)應用要完美地結(jié)合在一起。各種解決方案綜合起來提高了車輛輕量化水準，也許還存在某些設(shè)計不利于燃油效能提高，但整體來說現(xiàn)在的汽車產(chǎn)品正在往更好的方向發(fā)展。 燃油效能提升：每降低5%的重量，提高2%到4%的效能。 壽命周期節(jié)省費用：400到800美元。 10.低滾動阻力輪胎 毋庸置疑，輪胎對于汽車來說非常重要，它們是車輛與道路之間的唯一接觸點，不過同時也會帶來一定程度的摩擦阻力。傳統(tǒng)的低粘性橡膠很難控制摩擦阻力，而現(xiàn)在的低滾動阻力化合物材料可以更好地降低阻尼系數(shù)。低滾動阻力橡膠的基本理念是能量守恒，雖然降低了能量損失，動力性能也受到影響。高性能跑車暫時不會采用低滾動阻力輪胎，因為它們無法提供充足的側(cè)向加速度和粘附特性等級；普通車型非常適合裝配這種輪胎，幫助提高燃油效能。 燃油效能提升：1%到3%。 壽命周期節(jié)省費用：200到600美元。 美國能源部的車輛技術(shù)辦公室致力于推動內(nèi)燃機技術(shù)的研發(fā)，以便早日把節(jié)能產(chǎn)品應用在各種乘用車和商用車上。大型重卡是一種非常常見的商用車，雖然只占汽車保有量的4%，但是卻消耗了20%的燃油�；旌蟿恿ο到y(tǒng)等多種內(nèi)燃機補充技術(shù)都處在研究和開發(fā)階段，不難相信未來總會有合適技術(shù)應用在量產(chǎn)車型中�；厥瞻l(fā)動機廢熱能量、超低摩擦阻力的潤滑油、先進的燃燒技術(shù)、替代燃料也都屬于內(nèi)燃機技術(shù)的重要研究課題，內(nèi)燃機退出歷史舞臺還是很久之后的事情。 兩年之后續(xù)航里程在200到250英里的電動汽車就有可能問世，很多電池專家也在全力研發(fā)鋰離子電池組之外的其他創(chuàng)新產(chǎn)品，他們希望早日發(fā)現(xiàn)能夠改變行業(yè)格局的電池技術(shù)，到那時內(nèi)燃機才真真正正受到嚴重威脅。雖然很多人預見到了汽車電氣化能夠帶來的好處，但是沒有人知道這個目標什么時候可以實現(xiàn)。 汽車電氣化時代到來之前，制造廠商們依然會盡力研發(fā)內(nèi)燃機技術(shù)，做到更低的尾氣排放、更高的效能，直到替代驅(qū)動技術(shù)確實全面超越內(nèi)燃機。 |
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