探討汽車新能源與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的研究

李騰 王永

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南商丘 476000）

進(jìn)入21 世紀(jì)，社會(huì)邁入了一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，很多行業(yè)都發(fā)生了較大的變化，但在高速發(fā)展的背后，其能源消耗和環(huán)境污染問題日益突出，已經(jīng)不得不引起人們重視。汽車燃油消耗和廢氣排放是能源危機(jī)和環(huán)境污染的主要誘因，而且這幾年汽車的普及率明顯上升，人們對(duì)汽車的使用頻率也越來越高，也進(jìn)一步增加了能源消耗率和廢氣排放量，對(duì)于我國(guó)可持續(xù)發(fā)展造成不利影響。傳統(tǒng)的汽車燃料主要以石油為主，石油燃燒之后產(chǎn)生的產(chǎn)物會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。為了緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染，亟需在汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用新能源和節(jié)能技術(shù)，這也是未來汽車行業(yè)發(fā)展的主要方向。汽車行業(yè)作為我國(guó)一大主體行業(yè)，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用，但是背后存在的問題也不得不重視，需要做好整體規(guī)劃工作，加大汽車新能源和新技術(shù)的應(yīng)用力度，從而有效推動(dòng)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。

1 汽車新能源發(fā)展現(xiàn)狀分析

我國(guó)汽車有著一定的發(fā)展歷史，在之前的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，汽車燃料基本都是以汽油和柴油為主，這兩種燃料對(duì)于汽車運(yùn)行也是不可或缺的。在這幾年發(fā)展中，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平提升，全國(guó)汽車使用量急劇提升，汽車越來越普及；與此同時(shí)，對(duì)于燃料的需求也與日俱增。汽車所使用的燃料存在一定的局限性，而且具有不可再生性。燃料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生部分污染物質(zhì)，當(dāng)車輛數(shù)量比較少的時(shí)候，這種污染物質(zhì)對(duì)環(huán)境不會(huì)造成明顯的影響，而當(dāng)汽車數(shù)量非常龐大的情況下，所排放的污染物質(zhì)成倍增長(zhǎng)，超出了環(huán)境凈化的負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)造成非常不好的影響，近年也可以明顯感受到生態(tài)環(huán)境在逐漸變差。為了改善這一問題，很多汽車公司做出了不少努力，優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)、積極開發(fā)汽車新能源［1］、應(yīng)用節(jié)能技術(shù)等，從而達(dá)到一個(gè)相對(duì)理想的管控效果。

我國(guó)汽車新能源技術(shù)最早可以追溯到20 世紀(jì)90年代，已經(jīng)具有汽車新能源產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在汽車新能源技術(shù)方面取得了較大突破。從生態(tài)角度來講，汽車新能源和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用有利于生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，降低汽車污染指標(biāo)。在這幾年發(fā)展中，我國(guó)汽車普及數(shù)量越來越大，汽車尾氣排放量也越來越大，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了不利影響。汽車尾氣排放量過大，造成的影響也是多方面的，這些尾氣如果被人體吸收，會(huì)損害人們的身體健康，還會(huì)引起霧霾天氣，增加溫室效應(yīng)，所以對(duì)于汽車新能源和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用是非常有必要的。從我國(guó)發(fā)展角度來看，通過汽車新能源和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，能夠降低我國(guó)對(duì)石油產(chǎn)品的依賴程度，緩解石油進(jìn)口壓力，使能源能夠得到充分利用，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展［2］。

2 汽車節(jié)能技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 汽車混合動(dòng)力技術(shù)

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，汽車廣泛普及，我國(guó)也越來越重視汽車節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用?；旌蟿?dòng)力就是目前常用的節(jié)能技術(shù)之一，主要通過發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)有效銜接，通過能量轉(zhuǎn)化的方式達(dá)到節(jié)能目的?；旌蟿?dòng)力具有一定的分化性，可以劃分為3類，分別是增程式混合動(dòng)力、并聯(lián)式混合動(dòng)力、混聯(lián)式混合動(dòng)力，不同混合類別具有不同的性能優(yōu)勢(shì)，作用范圍也有所區(qū)別。

在增程式混合動(dòng)力技術(shù)中，其主要以發(fā)動(dòng)機(jī)功能體現(xiàn)為主。發(fā)動(dòng)機(jī)有著發(fā)電的功能，但是并不會(huì)直接作用于車體運(yùn)行，這種技術(shù)具有一定的串聯(lián)性，所以也被稱為串聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù)。這種技術(shù)目前還沒有大范圍應(yīng)用，只在雪佛蘭車系的個(gè)別車型中有所體現(xiàn)，但其應(yīng)用效果相對(duì)來說比較理想。增程式混合動(dòng)力技術(shù)優(yōu)點(diǎn)也明顯，只要在車內(nèi)存有一定的燃料，燃料會(huì)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，從而解決電池電量問題，應(yīng)用這種技術(shù)的車輛與直接使用汽油供能的汽車不同，當(dāng)缺乏能量的時(shí)候，可以采用充電方式對(duì)電池進(jìn)行充能，實(shí)現(xiàn)了充能多樣化，不僅可以使用汽油，也可以使用電能。增程式混合動(dòng)力技術(shù)能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)處于一個(gè)相對(duì)平衡的運(yùn)行狀態(tài)，有效降低其能耗。當(dāng)然，增程式混合動(dòng)力也存在一定的應(yīng)用局限性，這種技術(shù)對(duì)能源需要進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到有效利用，能源轉(zhuǎn)化期間中間會(huì)存在一定損耗［3］。同時(shí)，這種技術(shù)具有一定的針對(duì)性，只適合電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率要求比較高，只有發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)方面的指標(biāo)尤其是電池和輸出功率都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能保證續(xù)航。

并聯(lián)式混合動(dòng)力具有一定的分化性，在這種技術(shù)應(yīng)用下，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的能效，使發(fā)動(dòng)機(jī)有著雙重性能指標(biāo)，既可以進(jìn)行發(fā)電，又附帶著一定的驅(qū)動(dòng)性能，并聯(lián)式混合動(dòng)力在比亞的部分車型有所體現(xiàn)［4］。這種混合動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)也比較明顯，應(yīng)用成本預(yù)算相對(duì)來說偏低，具有很好的扭矩性能，在車輛行駛過程中穩(wěn)定性比較好。當(dāng)然，也存在一定的應(yīng)用缺點(diǎn)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)所能保持的運(yùn)行時(shí)間并不長(zhǎng)，對(duì)于車輛的長(zhǎng)期運(yùn)行是有影響的，車輛行駛的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)并不是同時(shí)運(yùn)行，一般只有發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，所以節(jié)能效果相對(duì)來說一般。

混聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù)有著很好的調(diào)控性，具有多功能屬性特點(diǎn)，不僅有著發(fā)電性能，還有著驅(qū)動(dòng)性能，在凱美瑞的個(gè)別車型中有所體現(xiàn)。這種技術(shù)綜合了并聯(lián)式混合動(dòng)力和增程式混合動(dòng)力兩者的優(yōu)點(diǎn)，通過動(dòng)力分割的方式，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力分化，將發(fā)動(dòng)機(jī)的功動(dòng)力進(jìn)行分化處理，使之可以作用在不同層面，一部分動(dòng)力轉(zhuǎn)化到車輪驅(qū)動(dòng)，另一部分動(dòng)力進(jìn)行發(fā)電，將能量進(jìn)行層級(jí)轉(zhuǎn)化，使電動(dòng)機(jī)能夠發(fā)電驅(qū)動(dòng)［5］。混聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù)打破了充電條件限制，使電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效低耗運(yùn)行需求。但是，這種技術(shù)目前還不完善，有不少需要優(yōu)化的地方，且其成本預(yù)算較高，加上設(shè)備的聯(lián)動(dòng)性特點(diǎn)，會(huì)增加車輛主體重量。

2.2 藍(lán)驅(qū)技術(shù)

藍(lán)驅(qū)技術(shù)是在原有的發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化完善，從而降低汽車燃油能耗的一種節(jié)能技術(shù)。與大多數(shù)車型相對(duì)比，通過應(yīng)用藍(lán)驅(qū)技術(shù)的車型，對(duì)變速箱的調(diào)控率更高，變速箱3 擋到5 擋的傳動(dòng)比得到了控制，在長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下更省油。通過運(yùn)行過程中能量的回收利用，將能量進(jìn)行收集，達(dá)到一個(gè)最優(yōu)化使用，減少能耗的同時(shí)降低廢氣排放。同時(shí)，這種技術(shù)結(jié)合了空氣動(dòng)力學(xué)原理，從車身的主體結(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行了優(yōu)化，使各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到一個(gè)相對(duì)節(jié)能狀態(tài)，包括底盤高度、風(fēng)阻系數(shù)、滾動(dòng)阻力等。

2.3 汽車壓燃技術(shù)

從目前的情況來看，很多汽車基本都使用復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)的主要燃料為汽油和柴油。不同燃料所采用的點(diǎn)火方式有所區(qū)別，汽油以火花塞點(diǎn)火為主，柴油以活塞壓燃點(diǎn)火為主，不同的點(diǎn)火方式其耗能指標(biāo)不同。柴油機(jī)壓縮指標(biāo)比汽油機(jī)更高，所以燃燒效率會(huì)更高；汽油所采用的火花塞點(diǎn)火具有一定辨別性，點(diǎn)火不會(huì)有過大的震動(dòng)感，發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)感不強(qiáng)，而且噪聲不大［6］。汽車壓燃技術(shù)則是整合了兩個(gè)方式的綜合優(yōu)勢(shì)，從而演變形成的新技術(shù)，通過汽車壓燃的發(fā)動(dòng)機(jī)，在結(jié)構(gòu)上更為復(fù)雜，由多個(gè)組成構(gòu)件形成，壓縮比得到了提升，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料的同步燃燒，使得燃油效率提升，降低了其能耗指標(biāo)。采用稀薄的混合氣壓進(jìn)行點(diǎn)燃，壓力指標(biāo)處于可控狀態(tài)，能夠?qū)娪土窟M(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩的動(dòng)態(tài)控制，而不需要使用到節(jié)氣門。使用壓燃技術(shù)有著多方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壓力指標(biāo)調(diào)控，控制內(nèi)部燃燒溫度，降低輻射熱傳遞指標(biāo)，本身的燃燒周期比較短，在這個(gè)過程中不會(huì)產(chǎn)生過多的污染物質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)能耗和環(huán)保的雙重需求，具有一定的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。

3 汽車新能源應(yīng)用分析

3.1 氫動(dòng)力燃料技術(shù)

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程加快，汽車行業(yè)飛速發(fā)展，汽車規(guī)模逐漸擴(kuò)大化，對(duì)于能源的使用率也越來越高。傳統(tǒng)燃料使用存在諸多方面的局限性，排放的廢氣對(duì)環(huán)境造成非常不好的影響，為了我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展，需要加大汽車新能源開發(fā)利用。氫動(dòng)力是一種新型能源，從目前的應(yīng)用情況來看，氫動(dòng)力主要應(yīng)用在寶馬和本田兩個(gè)汽車品牌中。氫動(dòng)力具有一定的性能指標(biāo)，在寶馬汽車中，融合了專門的儲(chǔ)氣系統(tǒng)，儲(chǔ)氣系統(tǒng)的隔熱性能良好，采用多層復(fù)合的金屬材質(zhì)，阻隔性比較好，內(nèi)部設(shè)有3mm 的中空設(shè)計(jì)，可以將內(nèi)槽溫度控制在一個(gè)相對(duì)合理的范圍，保持在零下250℃左右，在低溫狀態(tài)下，可以使氫氣維持在一個(gè)液態(tài)范圍，從而達(dá)到有效利用［7］。儲(chǔ)氣系統(tǒng)的體積雖然比較大，但是可以有效代替冷卻機(jī)，從而節(jié)省了冷卻機(jī)的安裝空間，提高使用效率的同時(shí)，還能降低成本預(yù)算，不用過多增加其他類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)。氫動(dòng)力燃料技術(shù)在設(shè)計(jì)之初，并不是單純?nèi)坎捎脷錃庾鳛槿剂蟿?dòng)力，而是將汽油和氫氣混合的方式，以不同燃料提供能量。以氫氣作為主燃料，燃料性質(zhì)與汽油有著一定差異性，如果采用氫氣和汽油混合的方式，會(huì)極大程度上影響燃燒效果，無法達(dá)到一個(gè)理想狀態(tài)，兩者切換使用的時(shí)候動(dòng)力差比較明顯，也正因如此，在實(shí)際使用過程中，對(duì)兩者的運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行了限制，確保乘客切換使用的時(shí)候不會(huì)有明顯的動(dòng)力落差。

3.2 電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)

電力驅(qū)動(dòng)可以從字面上進(jìn)行理解，主要就是采用電能對(duì)汽車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，將汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)替換為電動(dòng)機(jī)，以電能作為供能主體。電力驅(qū)動(dòng)所使用的燃料為電能，不會(huì)產(chǎn)生污染，輸出扭矩比較大，使用到汽車中，能夠創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)生態(tài)環(huán)境也可以起到一個(gè)保護(hù)作用。但是電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)也存在一定局限性，主要問題則是在于充電問題，還有就是汽車電能續(xù)航等，雖然目前電動(dòng)車已經(jīng)批量生產(chǎn)，但是充電和續(xù)航問題始終沒有得到有效解決。為了確保電動(dòng)車的穩(wěn)定續(xù)航，人們將目光轉(zhuǎn)向了電池方面，通過提高電池指標(biāo)延長(zhǎng)電車?yán)m(xù)航時(shí)間，可以從驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向多個(gè)方面入手，做好相關(guān)協(xié)調(diào)工作。

3.3 燃料電池技術(shù)

燃料電池技術(shù)主要是通過對(duì)氫氣和甲醇的綜合利用，將它們作為主要燃料，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流驅(qū)動(dòng)汽車的一種新能源技術(shù)。這里的燃料電池，其主要電能產(chǎn)生來自氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)，不是直接燃燒產(chǎn)生的。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過程中，對(duì)氫氣和甲醇進(jìn)行了高度調(diào)控，使之轉(zhuǎn)化為電能，期間不會(huì)產(chǎn)生任何污染物質(zhì)，內(nèi)部轉(zhuǎn)化效率比較高，環(huán)保節(jié)能效果相對(duì)來說較為理想［8］。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，每個(gè)燃料電池的容量有限，所能提供的動(dòng)力指標(biāo)是有范圍限制的，需要與燃料電池組進(jìn)行結(jié)合，從而達(dá)到一個(gè)理想的動(dòng)力狀態(tài)。燃料電池技術(shù)有著多方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，不足之處也可以通過其他方式進(jìn)行調(diào)控解決，應(yīng)用價(jià)值比較高。從目前的情況來看，福特、豐田等公司都采用了燃料電池技術(shù)，運(yùn)行效果比較理想。

4 結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長(zhǎng)，很多行業(yè)的發(fā)展模式均發(fā)生了較大的變化，但在高速發(fā)展的背后，其能源消耗和環(huán)境污染問題日益突出，已經(jīng)不得不引起人們重視。汽車燃油消耗和廢氣排放是能源危機(jī)和環(huán)境污染的主要誘因，而且這幾年汽車的普及率明顯上升，人們對(duì)汽車的使用頻率也越來越高，也進(jìn)一步增加了能源消耗率和廢氣排放量，對(duì)于我國(guó)可持續(xù)發(fā)展造成不利影響。為了緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染，在汽車方面急需應(yīng)用新能源和節(jié)能技術(shù)，這也是未來汽車行業(yè)發(fā)展的主要方向。從目前的情況來看，汽車行業(yè)發(fā)展較為快速，汽車的更迭速度也較快，但要重視汽車使用所依賴的化石燃料燃燒過程中對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的問題。在如今全球環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻的背景下，更要重視汽車新能源開發(fā)利用，做好節(jié)能技術(shù)的規(guī)劃利用，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。