汽車節(jié)能技術(shù)與新能源技術(shù)應(yīng)用的探析

江俊豪

惠州市技師學(xué)院 廣東省惠州市 516003

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球汽車保有量不斷增長，汽車的能耗問題和尾氣排放問題日益受到人們的關(guān)注。在現(xiàn)階段，絕大部分汽車仍以內(nèi)燃機(jī)作為唯一或主要的動(dòng)力裝置，消耗的能源主要是汽油和柴油等化石燃料，其所帶來的能源問題和環(huán)境問題日益凸顯。為了緩解以上兩個(gè)問題，汽車節(jié)能技術(shù)和新能源技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文就汽車節(jié)能技術(shù)與新能源技術(shù)的應(yīng)用展開探討與分析。

1 汽車節(jié)能技術(shù)與新能源技術(shù)應(yīng)用的必要性

1.1 能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的必然性

傳統(tǒng)燃油汽車消耗的能源主要包括汽油和柴油，它們均屬于化石燃料，該類型的能源是不可再生能源。化石燃料形成的周期以上百萬年計(jì)，而以現(xiàn)今已經(jīng)勘探的數(shù)量來計(jì)算，這些能源可能會(huì)在幾百年內(nèi)被消耗掉絕大部分。因此，節(jié)約汽車的能源消耗，改變汽車的能源類型，豐富汽車的能源結(jié)構(gòu)，成為汽車行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展所必須重視的問題。汽車節(jié)能技術(shù)能夠有效節(jié)省車用汽油和柴油的消耗，提高化石燃料的使用效率，節(jié)能減排。汽車新能源技術(shù)能夠改變汽車能源結(jié)構(gòu)，使用新能源部分或完全代替汽油和柴油的使用，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排。

1.2 社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然性

社會(huì)在不斷發(fā)展，其發(fā)展模式必須牢牢抓住“可持續(xù)發(fā)展”這一核心思想。可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想注重的是經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與環(huán)境的協(xié)調(diào)性發(fā)展。許多車企在發(fā)展初期，為了謀求生存，更多注重的是階段性發(fā)展，而忽視了對(duì)未來的長遠(yuǎn)規(guī)劃。為了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和擔(dān)負(fù)起企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，大部分車企已經(jīng)把“可持續(xù)發(fā)展”的觀念深入到企業(yè)文化，逐步開展節(jié)能技術(shù)的研究，不斷降低汽車對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗，提高傳統(tǒng)能源的使用效率。同時(shí)，積極探索新能源汽車技術(shù)，以進(jìn)一步改善汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 汽車節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 缸內(nèi)直噴分層燃燒技術(shù)

缸內(nèi)直噴分層燃燒技術(shù)是將燃油直接噴入缸內(nèi)，與燃油的進(jìn)氣歧管噴射相區(qū)分。這種燃油噴射方式，配合噴油嘴的安裝位置、結(jié)構(gòu)形式和噴射壓力，能夠使得混合氣濃度在缸內(nèi)沿軸向方向呈梯度分布，形成上濃下稀的混合氣布局[1]。上部較濃的混合氣因靠近火源，能夠快速起燃，而下部較稀的混合氣則能夠保證火焰?zhèn)鞑サ目煽啃?，從而提高缸?nèi)的燃燒效率，實(shí)現(xiàn)提效節(jié)能。

2.2 增壓技術(shù)

增壓技術(shù)是一種利用壓縮器對(duì)空氣進(jìn)行壓縮增壓后再送入缸內(nèi)燃燒的技術(shù)。在相同的進(jìn)氣沖程內(nèi)，進(jìn)氣門的開啟時(shí)間是一定的，將空氣進(jìn)行壓縮后再送入氣缸，能夠使得單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入缸內(nèi)的空氣質(zhì)量增加，從而實(shí)現(xiàn)同一循環(huán)內(nèi)噴油量的增加，輸出功率的增加，同時(shí)改善缸內(nèi)燃燒狀況，提升效率。增壓技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)相同輸出功率需求下的發(fā)動(dòng)機(jī)小排量化，從而降低整車油耗。增壓技術(shù)可分為機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓和雙增壓等。德國大眾車系的TSI發(fā)動(dòng)機(jī)屬于雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.3 高壓共軌技術(shù)

高壓共軌技術(shù)常用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的起燃方式是壓燃。這種起燃方式的燃燒效率很大程度上取決于柴油的噴射時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間以及霧化等級(jí)，而高壓共軌技術(shù)就是提升柴油噴射綜合性能的關(guān)鍵技術(shù)。高壓共軌技術(shù)利用高壓油泵產(chǎn)生較高的燃油壓力，然后將高壓力的燃油存儲(chǔ)在共軌管內(nèi)，根據(jù)控制器的信號(hào)實(shí)時(shí)對(duì)柴油的噴射時(shí)刻和噴射時(shí)間的調(diào)節(jié)[2]。這種噴射技術(shù)的特點(diǎn)是將燃油壓力產(chǎn)生的過程和燃油噴射的過程分割成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過程，從而實(shí)現(xiàn)高效控制，提升燃燒效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.4 整車輕量化技術(shù)

對(duì)于整車而言，其總質(zhì)量與其油耗之間存在必然的關(guān)系。在行駛條件和技術(shù)條件相同的情況下，整車總質(zhì)量較重的車輛其油耗要高于整車總質(zhì)量較輕的車輛。整車輕量化技術(shù)主要涉及整車零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、材料優(yōu)化和加工工藝優(yōu)化等三方面[3]。近年來，輕量化材料受到了較多的關(guān)注，包括高強(qiáng)度鋼、碳纖維、鋁合金、鎂合金和復(fù)合材料等。與整車輕量化緊密相連的是整車碰撞安全性能，如何解決輕量化技術(shù)和安全技術(shù)之間的矛盾成了進(jìn)一步發(fā)展輕量化技術(shù)的關(guān)鍵。

3 新能源技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 純電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)

純電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)是指只采用電力作為汽車動(dòng)力源，以電機(jī)作為汽車動(dòng)力裝置的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。從第一輛純電動(dòng)汽車的發(fā)明到現(xiàn)在，純電動(dòng)汽車已經(jīng)有約130年的歷史。純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油車的主要區(qū)別在于其動(dòng)力裝置不同，采用動(dòng)力電池和電機(jī)取代了油箱和內(nèi)燃機(jī)。在純電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展的過程中，“三電”系統(tǒng)（動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電控系統(tǒng)）的技術(shù)突破成為了其持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，我國大力推行純電動(dòng)汽車，比較成熟的車型有比亞迪E5、北汽EV200和吉利帝豪GSe等。

3.2 混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)

混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)是燃油驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的技術(shù)。在保留傳統(tǒng)燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的前提下，在整車系統(tǒng)內(nèi)增加電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)較多，既包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，又包括動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)，而且其電控系統(tǒng)需要同時(shí)完成發(fā)動(dòng)機(jī)電控和電力驅(qū)動(dòng)電控，比單一電控系統(tǒng)復(fù)雜許多?；旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)的出現(xiàn)比純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)較晚，其常被看作是傳統(tǒng)燃油驅(qū)動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榧冸妱?dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的過渡技術(shù)。但混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)有其自身的技術(shù)特點(diǎn)，它既包含了傳統(tǒng)燃油驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢，又包含了電力驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的互補(bǔ)，是一項(xiàng)綜合要求很高的技術(shù)?；旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)通?？煞譃榇?lián)式混合動(dòng)力、并聯(lián)式混合動(dòng)力和混聯(lián)式混合動(dòng)力。目前，常見車型有豐田普銳斯、豐田卡羅拉雙擎和比亞迪秦等。

3.3 燃料電池技術(shù)

燃料電池技術(shù)是一種將燃料的化學(xué)能通過化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的技術(shù)[4]。燃料電池與常見的電池裝置的結(jié)構(gòu)相類似，主要的區(qū)別在于其內(nèi)部本身并不固定存儲(chǔ)活性物質(zhì)。燃料電池本身更像是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化裝置?；钚晕镔|(zhì)和氧化劑均由外部輸入，輸入后的活性物質(zhì)和氧化劑在裝置內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。所以，只要不斷向燃料電池輸入活性物質(zhì)和氧化劑，其就能不斷產(chǎn)生電能輸出給用電設(shè)備。目前，氫燃料電池的應(yīng)用備受關(guān)注，其中，日本最為看好其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景，豐田公司開發(fā)的Mirai就是一款氫燃料電池汽車。

4 汽車節(jié)能技術(shù)與新能源技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)苛，新能源技術(shù)的發(fā)展勢不可擋，新能源技術(shù)已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的重要支撐。但是，新能源技術(shù)的發(fā)展不是一朝一夕，其發(fā)展過程中仍有許多技術(shù)瓶頸需要突破。在由傳統(tǒng)燃油車技術(shù)發(fā)展到新能源汽車技術(shù)的過渡階段，汽車節(jié)能技術(shù)與新能源技術(shù)的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步轉(zhuǎn)型的重要措施，將節(jié)能技術(shù)與新能源技術(shù)相結(jié)合已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

節(jié)能技術(shù)與新能源技術(shù)兩者相互促進(jìn)，將兩者相互結(jié)合能夠大幅提升整車的能源使用效率。以混合動(dòng)力汽車為例，其內(nèi)燃機(jī)常采用缸內(nèi)直噴技術(shù)、分層燃燒技術(shù)、可變氣門正時(shí)技術(shù)和增壓技術(shù)等節(jié)能技術(shù)，能夠在滿足整車輸出功率的條件下，有效提高內(nèi)燃機(jī)燃燒效率，減小內(nèi)燃機(jī)排量和體積，降低內(nèi)燃機(jī)油耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。利用電力驅(qū)動(dòng)零尾氣排放的特點(diǎn)，在內(nèi)燃機(jī)的低效工作區(qū)間內(nèi)，使用電力部分或完全取代內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出，能夠在滿足整車輸出功率相同的前提下，進(jìn)一步減小整車對(duì)內(nèi)燃機(jī)的依賴，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。目前，部分車企已經(jīng)開發(fā)了0.8T、1.0T和1.2T等小排量的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，與電驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，能輕易滿足最新排放法規(guī)的嚴(yán)苛要求[5]。節(jié)能技術(shù)和新能源技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用是汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本保障，兩者相輔相成，相得益彰。

5 結(jié)語

汽車節(jié)能技術(shù)與新能源技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必須關(guān)注的重要技術(shù)。不斷提高汽車節(jié)能技術(shù)，能夠在不改變汽車產(chǎn)業(yè)整體框架結(jié)構(gòu)的前提下，有效節(jié)約能源消耗。不斷開創(chuàng)新能源技術(shù)，能夠從根本上改變汽車產(chǎn)業(yè)的能源消耗類型，改善汽車產(chǎn)業(yè)的能源結(jié)構(gòu)，有效緩解能源問題和環(huán)境問題。將汽車節(jié)能技術(shù)和新能源技術(shù)相互結(jié)合應(yīng)用，能夠更進(jìn)一步解決能源、生態(tài)和環(huán)境問題的協(xié)調(diào)性問題，在可持續(xù)發(fā)展的道路上邁出堅(jiān)定的步伐。