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超级发动机 让汽车更省油

(2010-03-04 10:15:56)
标签:

汽车

环保

燃油经济性

内燃机

温室气体

美国

杂谈

分类: 文章选登
内燃机新技术

●硬件和软件技术的发展使得汽车内燃机更节油。
●美国环保局和交通部分别从减少温室气体排放和降低燃油消耗的需求出发,提出了新的法规,强制轿车、SUV、皮卡等车型在2012年到2016年之间以每年4.4%的比例提高能效,此后可能会进一步提高该比例。
●缸内直喷(direct injec-tion)、可变气门正时(variable valve timing,VVT)、断缸(cylinder deactivation)等技术可以减少发动机废热和摩擦造成的能量损失。

   
    撰文  本·奈特(Ben Knight)
    翻译  白云龙
    审校  帅石金


     全世界对汽车的需求量越来越大。考虑到温室气体排放的严峻形势,科学家和工程师正努力寻求更好的汽车动力源,包括纯电动汽车和燃料电池车等。虽然这些技术 及其他替代方案显示出良好的应用前景,但从近期来看,由于内燃机(internal-combustion engine)仍处于汽车动力的绝对主导地位,进一步提升内燃机效率仍是降低化石燃料消耗的最重要途径。

     庆幸的是,现在有很多技术能够提高内燃机的效率。更好地控制燃烧室中油气混合的比例、控制汽油在其中的点火方式,或者控制利用这些能量的机械装置,可以使传统内燃机达到与油电混合动力发动机相当的效率水平。

     2008年下半年汽油价格快速上涨使更多消费者开始关注汽车的燃油经济性,此后一段时间的油价下跌又削弱了这种需求。但是,燃油经济性和温室气体排放法规的强制实施将改变这一状况,你每更换一次爱车,都会明显发现发动机的节能效果又提升了。

     内燃机被广泛用作汽车、卡车、摩托车和摩托艇等交通工具的动力源。它最大的优点在于,使用的燃料(汽油)相对来说储量丰富、价格便宜且能量密度较大,而最 大的缺点是效率一般。目前效率最高的车用汽油机的效率值只有20%~25%,即燃烧汽油产生的能量中只有20%~25%用以驱动汽车前进。柴油机和油电混 合动力的效率较高,能达到25%~35%,但成本也相对昂贵。氢燃料电池车,例如本田的概念车FCX Clarity可以将氢气能量的60%转化为动力。

     尽管内燃机技术已经发展很多年,但还是有许多地方可以继续改进。最近美国环保局的研究显示,从1987年到2006年,美国汽车发动机的效率大约每年提升 1.4%,这些提升主要通过提高燃烧效率和热效率、降低机械摩擦损失和附件消耗等手段来实现。然而这种改善并没有降低对汽油的消耗,反而满足了市场对于排 量更大、动力更强劲以及性能更高的汽车的需求。

 

▲对四缸发动机及类似产品进行改进,可以延缓全球变暖趋势。

 
  新标准推动节油

     一些即将施行的法规将确保未来汽车动力效率的提升主要用于提高汽车实际的燃油经济性。2008年起,中国出台了相应法规,分阶段对不同排量的汽车燃料消耗 量限值作出规定 (参见《轻型商用车燃料消耗量限值》)。美国环保局正在制定汽车温室气体排放标准,美国交通部已经完成了更严格的企业平均燃油经济性标准(CAFE)。这 两个机构必须在2010年4月1日之前推出一个综合两方面要求的最终标准。美国国会要求交通部尽“最大可行性”强制执行节能规定,在2011年到2030 年之间提高美国轿车、轻型卡车的平均燃油经济性。基于该项提议,第一阶段的标准将在2012年到2016年之间每年按照4.4%的比例提高大部分轿车、 SUV、皮卡和小型客货车的燃油经济性,使大部分车的油耗低于6.6升/百千米的限值。到2020年甚至2030年,该限值还将更加苛刻。

      该法规还将改变温室气体以及燃油经济性目标的计算方法,并影响汽车制造商。为了避免像如今的法规一样,对美国所有轿车或轻型货车设置单一标准,新法规将根 据车辆的占地面积,即车辆四个轮子所确定的矩形区域面积,来设定燃油经济性标准。根据每一家汽车公司轿车和小货车的销量,计算出该公司产品占地面积的加权 平均值,然后根据这个数字制定该公司唯一的油耗限值。


 
      高效发动机
     [未来的选择]
       由于竞争激烈,汽车制造商不会过多报道他们未来将使用的技术的成本和收益,但美国   国家道路交通安全局在2008 年对众多技术策略进行了评价。注意,不同技术 常会获得重复收益,综合应用这些技术获得的收益会少于它们的累积收益。
 

    这种方法意味着,汽车公司将不再为了“达标”而大量制造小型轿车,因为新标准对各种车型进行了综合考虑,目的是要汽车公司设计出能效更高而二氧化碳排放量 更低的产品。对于汽车制造商来说,多生产一些大排量车或者卡车也不再有坏处。新标准的实施并不是鼓励或者限制某一种车型,而是为了使所有车型都能尽可能提 高能效,真正做到经济节油,并且在技术上具有可行性。
 

本文选自《环球科学》2010年第3期《超级发动机  让汽车更省油》

 



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