汽車新能源與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究

胡 燁

（吉林省城市技師學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130102）

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)總量的不斷增長(zhǎng)，人們生活水平逐漸提升，汽車作為代步工具進(jìn)入千家萬(wàn)戶，為人們的出行帶來(lái)極大便利。傳統(tǒng)汽車能源主要以汽油為主，汽油是石油經(jīng)過(guò)提煉加工而成的，隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸提高，汽車的污染問(wèn)題已經(jīng)被越來(lái)越重視，節(jié)能減排將成為汽車行業(yè)發(fā)展的重要方向。

在這樣的背景下，新能源汽車逐步進(jìn)入人們的視野，現(xiàn)在已經(jīng)得到越來(lái)越多人的認(rèn)可。未來(lái)新能源汽車將會(huì)極大提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，汽車新能源與節(jié)能技術(shù)在研發(fā)和應(yīng)用方面將具備極大潛力。

1 發(fā)展汽車新能源與節(jié)能技術(shù)的意義

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的持續(xù)推進(jìn)，工業(yè)污染逐漸加劇，各國(guó)也逐漸重視起環(huán)境友好型工業(yè)的發(fā)展，解決污染問(wèn)題的最根本途徑，就是重視能源轉(zhuǎn)型。以汽車工業(yè)為例，全球汽車保有量在發(fā)展中國(guó)家的數(shù)量持續(xù)上升，這加劇了石油的消耗過(guò)程，可能會(huì)超過(guò)60%。加上石油供應(yīng)不太穩(wěn)定，國(guó)際油價(jià)起起伏伏，這也使新能源汽車發(fā)展更具現(xiàn)實(shí)意義。由此可見，汽車新能源與節(jié)能技術(shù)的發(fā)展未來(lái)有巨大推廣意義。

新能源汽車主要有氫動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃?xì)鈩?dòng)力、混合動(dòng)力汽車等類型。其中，混合動(dòng)力汽車以日本汽車企業(yè)生產(chǎn)的為主，技術(shù)相對(duì)成熟，且在日本、歐洲與北美市場(chǎng)反應(yīng)良好；純電動(dòng)汽車、氫能源汽車、燃?xì)鈩?dòng)力汽車等各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)也取得了一定突破，在部分試點(diǎn)取得了較好的反響。

2 汽車新能源技術(shù)

2.1 汽車氫動(dòng)力技術(shù)

氫動(dòng)力技術(shù)是很多汽車品牌推崇的理想節(jié)能技術(shù)之一，該技術(shù)主要是強(qiáng)化對(duì)性能較好儲(chǔ)氣裝置的應(yīng)用，可以對(duì)多層復(fù)合金屬材料進(jìn)行中空設(shè)計(jì)，在維持液態(tài)狀態(tài)的同時(shí)儲(chǔ)存氫氣燃料，使生產(chǎn)成本更加可控，也無(wú)需擴(kuò)大機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間。如果氫動(dòng)力技術(shù)趨向成熟，則汽車最終的污染排放物是水，可以真正實(shí)現(xiàn)污染零排放，體現(xiàn)了無(wú)污染的特征，彰顯了汽車技術(shù)的環(huán)境友好型發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)

純電動(dòng)車核心可以利用電力驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各裝置的控制，在驅(qū)動(dòng)動(dòng)力上以車載電源為主，應(yīng)用電機(jī)完成對(duì)車輪的驅(qū)動(dòng)。以電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)為主生產(chǎn)的純電動(dòng)汽車，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的廢氣污染，而且電機(jī)在振動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)較大噪聲，從而避免對(duì)人體產(chǎn)生的噪聲傷害。電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)以電動(dòng)汽車電池的應(yīng)用為主，但是此類汽車動(dòng)力電池?zé)o法同時(shí)兼顧控制成本、提高容量和安全性。為實(shí)現(xiàn)在大范圍的推廣，純電動(dòng)汽車首先應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格篩選先進(jìn)的蓄電池，這個(gè)過(guò)程往往需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。從當(dāng)前的情況來(lái)看，受到人們推崇的蓄電池類型有鋰聚合物電池、氫鎳電池、鋰離子等。此外，電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，沒有較多復(fù)雜的運(yùn)轉(zhuǎn)部件，這為日后的維修與保養(yǎng)提供了很大便利。

2.3 燃料電池

燃料電池汽車的工作原理：將燃料電池放在動(dòng)力核心位置，通過(guò)燃料電池產(chǎn)生對(duì)電機(jī)的推動(dòng)力量。燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)主要包含儲(chǔ)氫系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、燃料電池系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池等結(jié)構(gòu)，燃料電池本質(zhì)上是電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，在一定反應(yīng)條件下實(shí)現(xiàn)燃料電池能量化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)階段氫氧燃料電池是燃料電池的主要形式，通過(guò)氫氣與氧氣合成水的反應(yīng)過(guò)程釋放電能。

2.4 新能源可燃冰

可燃冰的開發(fā)與探測(cè)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。在世界各國(guó)致力于新能源的尋找時(shí)，類似天然氣水混合物的新能源——可燃冰，逐漸受到了人們的關(guān)注。與煤和石油相比，可燃冰燃燒值高出數(shù)倍。由于在常溫環(huán)境下，可燃冰的特性與天然氣較為相似，因此也有“固體瓦斯”“天然氣冰”的別稱。未來(lái)可燃冰可以替代煤與石油，具有較大開發(fā)與推廣價(jià)值。但是可燃冰的開采難度較大，如果不注意安全就會(huì)產(chǎn)生較大事故，因此如何提升開采安全性，還需要研發(fā)人員的進(jìn)一步努力。

2.5 太陽(yáng)能技術(shù)

強(qiáng)化太陽(yáng)能電池技術(shù)的應(yīng)用，可以提升太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)化率，防止資源產(chǎn)生過(guò)多消耗，減少汽車運(yùn)行成本。在電池技術(shù)上，現(xiàn)階段太陽(yáng)能汽車中光伏電池板主要以硅電池、薄膜電池為主。在車體技術(shù)上，當(dāng)前成型的太陽(yáng)能汽車車體以車身形狀扁平情況居多，以流線型線條為主，設(shè)計(jì)原則主要以實(shí)現(xiàn)車的安全行駛以及最大限度實(shí)現(xiàn)能量吸收為基準(zhǔn)。在車底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，主要分為承載式、半承載式與無(wú)載荷組合式殼體。理論研究表明，3種底盤在車輛重量與強(qiáng)度上并無(wú)明顯差異，但是在荷載重心方面卻存在著較大區(qū)別，承載式和無(wú)承載式主要是車體承載，半承載式主要是艙壁承載。

在電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)上，國(guó)內(nèi)以太陽(yáng)能電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為主，主要是太陽(yáng)能光伏電池成本較高，而且蓄電池容量相對(duì)受限，無(wú)法有效滿足各種工況之下的汽車動(dòng)力要求，所以現(xiàn)階段的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以內(nèi)燃機(jī)混合驅(qū)動(dòng)方式居多。在太陽(yáng)能混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，汽車系統(tǒng)會(huì)根據(jù)具體情況（道路情況、天氣情況等）作出具體選擇：勻速行駛時(shí)以太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)為主，加速爬坡時(shí)以混合驅(qū)動(dòng)為主，靜止時(shí)進(jìn)入蓄電池充電狀態(tài)。

3 汽車節(jié)能技術(shù)

3.1 汽車混合動(dòng)力技術(shù)

在各項(xiàng)汽車新能源與節(jié)能技術(shù)中，汽車混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，也是人們相對(duì)熟悉的、在市場(chǎng)上反響較好的一種技術(shù)，其中豐田汽車的應(yīng)用成績(jī)較好。當(dāng)前技術(shù)研發(fā)背景下，汽車混合動(dòng)力技術(shù)可分成汽油機(jī)與電機(jī)混合、柴油機(jī)與電機(jī)混合兩種。在工作原理上，混合動(dòng)力技術(shù)主要是應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)互相配合，從而在汽車需要爬坡或加速時(shí)，提供所需要的瞬時(shí)爆發(fā)力，在汽車處于高速巡航狀態(tài)時(shí)，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的出力，降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗。此外，混合動(dòng)力技術(shù)還包含能量回收技術(shù)，回收、利用汽車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量。

通常情況下，混合動(dòng)力汽車可以選擇單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。以電機(jī)輸出功率在混合動(dòng)力系統(tǒng)功率中整體占比來(lái)看，可以分為4 種：混合動(dòng)力系統(tǒng)、完全混合動(dòng)力系統(tǒng)、中混合動(dòng)力系統(tǒng)和輕混合動(dòng)力系統(tǒng)。其中，混合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用的是混合動(dòng)力，是在內(nèi)燃機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)一步啟動(dòng)電機(jī)而提供的動(dòng)力；完全混合動(dòng)力系統(tǒng)主要應(yīng)用高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，混合程度可超過(guò)50%，是混合動(dòng)力技術(shù)的未來(lái)重要發(fā)展方向；中混合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用高壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，如果汽車負(fù)荷較大，在發(fā)動(dòng)機(jī)功率不夠的情況下電機(jī)可以起到一定輔助作用；輕混合動(dòng)力系統(tǒng)則主要采用集成啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)汽車減速或制動(dòng)時(shí)可以對(duì)吸收少部分能量，在汽車平穩(wěn)行駛中發(fā)動(dòng)機(jī)可以保持等速運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 藍(lán)驅(qū)技術(shù)

藍(lán)驅(qū)技術(shù)實(shí)際上是在固有車型與發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的優(yōu)化產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)汽車燃油消耗的節(jié)能效果。與普通車型相比，車體應(yīng)用藍(lán)驅(qū)技術(shù)則變速箱三擋到五擋的傳動(dòng)比也產(chǎn)生一定變化，使汽車即使處在高速巡航狀態(tài)可以達(dá)到省油狀態(tài)。另外，藍(lán)驅(qū)技術(shù)還基于空氣動(dòng)力學(xué)原理優(yōu)化了車身設(shè)計(jì)，改變了車身機(jī)構(gòu)如滾動(dòng)阻力、底盤高度、胎壓、風(fēng)阻系數(shù)等參數(shù)。

3.3 汽車壓燃技術(shù)

當(dāng)前，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)主要以往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)為主，燃料通常為汽油與柴油，汽油點(diǎn)火方式為火花塞點(diǎn)火，柴油點(diǎn)火方式為活塞壓燃方式。在點(diǎn)火方式存在差異，也會(huì)使柴油機(jī)壓縮比更高于汽油機(jī)，進(jìn)一步提高了燃油效率。相應(yīng)地，汽油機(jī)應(yīng)用的火花塞點(diǎn)火方式也會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較小的噪聲與振動(dòng)。汽車壓燃技術(shù)本質(zhì)上也是兩種技術(shù)的有機(jī)融合，如果發(fā)動(dòng)機(jī)采用了汽車壓燃技術(shù)，在技術(shù)結(jié)構(gòu)上和普通發(fā)動(dòng)機(jī)相比，更加復(fù)雜，產(chǎn)生更高的壓縮比。燃料可以在同一時(shí)刻燃燒，以此提升了燃油使用率。此外，可以通過(guò)對(duì)滴噴油量的調(diào)節(jié)來(lái)完成對(duì)扭矩的調(diào)節(jié)，避免應(yīng)用節(jié)氣門。而且，壓燃技術(shù)可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度，降低熱輻射傳遞，減少燃燒周期，因此技術(shù)應(yīng)用相對(duì)成熟，未來(lái)推廣價(jià)值較大。

3.4 汽車可變排量技術(shù)

汽車可變排量技術(shù)的實(shí)質(zhì)也就是通過(guò)電腦控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排量的調(diào)整，進(jìn)而提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)能耗的降低。汽車運(yùn)行階段，可變排量技術(shù)可以結(jié)合汽車在不同行駛狀況下動(dòng)力需求的差異，進(jìn)而調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)有效排量，令做功氣缸長(zhǎng)時(shí)間處在大負(fù)荷狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能要求。可變排量技術(shù)的研發(fā)最早可追溯至20 世紀(jì)80 年代，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)還不夠成熟，運(yùn)行缺陷較多。隨著汽車技術(shù)飛速發(fā)展，技術(shù)產(chǎn)生了較大變化，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度的控制技術(shù)方面現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了汽車排量的控制。基于空氣熱脹冷縮原理，如果汽車處于怠速或制動(dòng)狀態(tài)，汽車內(nèi)部的熱氣管道就會(huì)持續(xù)輸送熱空氣至發(fā)動(dòng)機(jī)部位，維持內(nèi)燃機(jī)燃燒，從而利于內(nèi)燃機(jī)在較好工況下工作、減少噴油量。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)汽車行業(yè)也發(fā)生了較大變化，但目前在汽車重要零部件的研發(fā)方面，我國(guó)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大距離要追趕。因此，相關(guān)技術(shù)的研發(fā)既要放眼未來(lái)，也要致力于傳統(tǒng)汽車技術(shù)的改進(jìn)，保證傳統(tǒng)與現(xiàn)代兩者并行，不能只看重節(jié)能技術(shù)與新能源汽車的研發(fā)。由此可見，改革與創(chuàng)新應(yīng)并重，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)與新能源汽車的共同發(fā)展。

作為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量，汽車行業(yè)應(yīng)在節(jié)能減排原則下，注重新能源與節(jié)能技術(shù)在生產(chǎn)中的推廣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙贏。