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驱动轿车市场的未来

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汽车产业是全球支柱性产业之一,其发展动态及未来发展趋势备受关注,尤其是节能减排对新能源汽车的推动,已成为全球性课题。在汽车产业中,新能源动力已处在一个比较紧要的时期,我们所使用的传统能源一般为汽油、柴油这些从石油中提炼出的燃料,而石油属于不可再生资源,且目前地球上的石油资源很有限,为了避免没有可供使用的燃料,人类开始投身开发其它可以循环利用的资源,这些资源统称为新能源。

各个国家以及汽车厂家对新能源动力科技投入了很多的精力,或许在不久的将来我们就再也不用纠结于油价了。目前,我们身边轿车的动力系统大致可分为以下七类,现分别予以解读。

1 汽油动力

汽油发动机是人类发明较早的一种动力机。汽油机一般将汽油喷入进气管同空气混合成可燃混合汽再进入汽缸,经火花塞点火燃烧膨胀做功,通常称之为点燃式发动机。

汽油发动机属于爆燃式内燃机,其优点在于体积小、重量轻、价格便宜、起动性好、功率高、扭矩区间比较宽、爆发性好、提速迅捷、最大功率时转速高以及工作中振动、噪声小。

相对柴油机而言,汽油机燃油利用率比较低,扭矩小,自身功耗较大,发动机结构较复杂。油汽混合汽进入汽缸后,由火花塞点燃。汽油机需要一套控制火花塞工作的点火系统,此系统必须精确控制火花塞放电的时间及能量的大小,才能保证汽油机正常工作。应该注意的是,汽油机的燃料供给系和点火系是汽油机上发生故障比例较高的部位。此外,由于汽油的燃点较低,汽油机的压缩比不能太高,以免油气自燃,因此其热效率和经济性较柴油机差。

汽油机汽车具有转速高(轿车用汽油机转速可高达5000~6000r/min)、质量轻、噪声小、制造和维修费用低等特点,但其燃油消耗较高,因而燃油经济性较差。故在轿车和中、小型货车及军用越野车上被广泛应用。目前我国生产的绝大多数轿车,都采用汽油发动机作为动力系统。近20年来,由于石油资源的不可再生性以及汽车废气物排放、噪声等环境污染问题日益突出,新能源发动机的呼声一浪高过一浪,但是汽油机仍然占据着汽车发动机的霸主地位。

为了更加节能环保,汽油动力汽车也开始通过各种高科技手段来降低耗能,比较有名的动力系统如大众的FSI以及福特的Ecoboost GTDi缸内直喷发动机等,通过更精确的油量控制来达到更好的燃料消耗。缸内直喷就是将汽油直接喷在发动机汽缸内,同时带有直喷技术的发动机大多采用稀薄燃烧技术,并结合电控喷油、多气门、排放后处理等多项技术,提高燃油性20%,并且可以提升10%左右的最大输出扭矩,达到了更小的油耗以及更低的污染排放效果。

为满足排放控制的要求,轿车装有废气再循环系统(EGR)。EGR是将部分废气从排气管直接引入进气管,在λ=1时,降低排放和提高部分负荷性能。引入进气管的废气可大大提高新鲜混合汽中已燃气体的比例,这样可减少可燃混合汽的发热量,增大了混合汽的热容,使最高燃烧温度下降,从而使NOx排放减少。EGR系统的任务是对进入进气系统的废气量进行最佳控制,最终保证排放物中的污染成份NOx含量更低。废气再循环程度可用EGR率来表示,其定义为:EGR率=吸入空E气G量R流+E量GR流量×100%。有资料表明,当EGR率达到15%时,NOx的排放量可减少60%,但EGR率增加过多时,将会使发动机动力性下降,HC含量上升。因此,必须对EGR率适时控制,这样既能降低NOx的含量,又可保证发动机的动力性。

20多年来,轿车用汽油机一直是以减轻环境污染和改善其性能为目际不断地发展。随着技术的进步,今天的汽油机已经达到了很高的水平,尽可能地满足人们的各种要求。现代自然吸气式轿车汽油机的升功率和升扭矩已分别达到了40~62kW/L和70~105Nm/L,在满足现行最严格的排放和噪声法规的条件下,功率和扭矩值有所提高,达到了以往赛车发动机的水平。

2 柴油动力

柴油机一般是通过喷油泵和喷油嘴将柴油直接喷入发动机汽缸,与汽缸内压缩后的空气均匀混合,在高温、高压下自燃,推动活塞做功,人们把这种发动机通常称之为压燃式发动机。

柴油机的优点是能源利用率高、燃烧充分,相对于汽油机结构简单、可靠性高。柴油机的缺点是转速较汽油机低(一般最高转速在2500~3000r/min左右,汽油机最高可达6500r/min)、扭距大、质量大、制造和维修费用高。由于工作压力大,柴油机要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度,因而比较笨重。柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高,所以成本较高;另外,柴油机振动噪声大,由于柴油不易蒸发,所以冬季冷车启动困难。油耗方面柴油机比汽油机低得多,燃烧效率更高,排放更低。随着柴油机技术的日益成熟,冬天不好启动、极速慢的缺点已经得到了克服,完全可以和汽油机一争高下,其应用范围正在向中、轻型货车扩展。

传统柴油机的特点是热效率和经济性较好,柴油发动机比汽油发动机热效率高30%,从节能、降低燃料成本的角度讲,柴油发动机的推广使用更具重大意义。柴油机采用压缩空气的方法提高空气温度,使其超过柴油的自燃燃点,这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合,同时自燃,因此,柴油发动机无需点火系。柴油机的供油系统也相对简单,因此,柴油发动机的可靠性要比汽油发动机好。柴油发动机具有功率大、寿命长、动力性能好的特点,其产生的温室效应比汽油发动机低45%,一氧化碳与碳氢排放也低,但在整车的使用寿命期其氮氧化合物及有害颗粒物排放略大于汽油机。

由于不受爆燃的限制,加之柴油自燃的需要,柴油机发动机压缩比高,热效率和经济性都好于汽油机,其燃油消耗比汽油机汽车低30%左右。同时,在相同功率下,柴油机扭矩大、最大功率时转速低,适合于载货汽车的使用。近年来,随着柴油机技术的进步,特别是小型高速柴油发动机的发展,一批先进的技术,如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用,原来柴油发动机的缺点得到了较好的解决。同时,柴油机在节能与CO2排放方面的优势,是所有热力发动机无法取代的。近年来,柴油发动机汽车的排放已达到欧、欧IV排放标准,目前已经成为欧美许多轿车的动力装置。在欧洲,柴油轿车比较普及,随着环保与可持续发展的严格要求,今后柴油汽车,特别是柴油小轿车的发展趋势将不可遏制。目前我国一汽大众已经开发捷达、宝来柴油轿车,并已在国内部分城市上市。由此可见,我国将出现越来越多的柴油轿车。