鄭文豪

（重慶大學(xué)，重慶 400044）

0 引言

傳統(tǒng)汽車主要使用汽油、柴油以及混合油等燃油，汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)燃燒效率較低，并且不能達(dá)到節(jié)能減排的目的，燃油燃燒后會(huì)排放含有一氧化氮等有害氣體，除此之外，當(dāng)汽車設(shè)備質(zhì)量不好或者老化時(shí)，其燃料不能夠充分燃燒，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，污染大氣層。汽車廢氣加上光化學(xué)反應(yīng)會(huì)形成光化學(xué)煙霧，降低能見度，對(duì)動(dòng)植物以及建筑材料都存在不良影響，污染空氣，影響日常人們的生產(chǎn)生活，造成眼睛黏膜受刺激以及呼吸疾病等。汽車除了排放溫室氣體和有毒有害氣體，還會(huì)使不可再生能源面臨枯竭，大量開采使用石油資源。而研發(fā)新型能源與節(jié)能技術(shù)，很大程度上能夠緩解日益嚴(yán)峻的資源枯竭問題，改變以汽油柴油為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)汽車燃油的節(jié)能環(huán)?；陌l(fā)展，提高汽車能源利用率，已經(jīng)成為汽車行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)，該文以新能源汽車取代原有的燃油汽車為目的，完成汽油柴油向汽油天然氣等混合動(dòng)力轉(zhuǎn)變，再向電能清潔能源轉(zhuǎn)變，對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行遏制并保障不可再生能源的利用率。當(dāng)前研制新能源汽車是汽車行業(yè)的熱門方向，為此對(duì)汽車新能源及節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 汽車新能源技術(shù)的應(yīng)用

1.1 電力驅(qū)動(dòng)

電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要通過電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)汽車行駛，以車內(nèi)的電池作為驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行的能源。電動(dòng)汽車在行駛過程中，必須確保電池的容量，由于汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)電能存儲(chǔ)會(huì)出現(xiàn)電池容量下降的問題，因此在純電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，一方面須增加電池體積，純電動(dòng)汽車?yán)秒姵啬芰吭?，例如鋰電池以及蓄電池等，而電池能量源體積過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)難度增加[1]。另一方面，可以通過太陽能從中提取可再生能源，作為清潔能源其發(fā)電技術(shù)和光伏產(chǎn)品被大量廣泛使用，并逐漸滲入新能源汽車領(lǐng)域，能量來源利用自然界的太陽光照，通過光伏電池將光能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在電池中，從而為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力，該過程燃料成本忽略不計(jì)，行駛過程無尾氣排放且減少對(duì)不可再生燃料的消耗，進(jìn)而由電池提供電能驅(qū)動(dòng)汽車行駛。除純電力驅(qū)動(dòng)以及太陽能驅(qū)動(dòng)技術(shù)外，在電力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，混合動(dòng)力汽車發(fā)展較為成熟，在不同場(chǎng)合下由燃油機(jī)和電動(dòng)機(jī)相結(jié)合使用，相比傳統(tǒng)燃油汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式更為靈活，且續(xù)航能力也比傳統(tǒng)汽車強(qiáng)，混合動(dòng)力汽車在爬坡等場(chǎng)合發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)提供動(dòng)力，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)氣體排放量。其電力驅(qū)動(dòng)具體應(yīng)用方法見表1。

表1 電力驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方法

其中混合動(dòng)力汽車使用更為廣泛，可以自由選擇燃料組合方案汽車行車要求，電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)有效結(jié)合，能源消耗量的不斷降低，同時(shí)避免汽車燃料尾氣的排放，其混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)更為成熟一些?；旌蟿?dòng)力技術(shù)具備汽油與電動(dòng)機(jī)混合、柴油與電動(dòng)機(jī)混合2 種技術(shù)方式，混合動(dòng)力汽車在高速行駛時(shí)，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的消耗油量大幅度的下降，從而極大地減少混合動(dòng)力系統(tǒng)的爆發(fā)力，并且混合動(dòng)力汽車最大特點(diǎn)是能夠回收能量，其中在電動(dòng)汽車高速行駛時(shí)能夠進(jìn)一步體現(xiàn)混合動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)[2]。

而太陽能技術(shù)受其天氣狀況影響，在汽車新能源技術(shù)的研究中，主要將其作為輔助能源設(shè)備，且太陽能技術(shù)能夠有效降低汽車排放所帶來的環(huán)境污染問題，還可以降低電力驅(qū)動(dòng)成本[3]。電池驅(qū)動(dòng)為純電力驅(qū)動(dòng)，當(dāng)前電力廉價(jià)，純電力驅(qū)動(dòng)汽車更為節(jié)省成本，且電動(dòng)機(jī)的能量由電池供給，純電能汽車輸出扭矩更大，在保證電池安全性和輕量化的基礎(chǔ)上，主要關(guān)注電池的安全可靠性和輕便性，提升純電動(dòng)汽車的續(xù)航能力和充電樁數(shù)量，解決電量損耗的問題，從而提高驅(qū)動(dòng)效率。

1.2 氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)

相比石油燃料等不可再生能源，氫氣作為新型動(dòng)力能源，具有資源廣泛且清潔無污染的特點(diǎn)。氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)方式主要有2 種。1）燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車，即以氫氣和甲醇等物質(zhì)作為基本燃料。2）分解水驅(qū)動(dòng)，利用分解出的氫氣氧氣燃燒反應(yīng)，從而釋放大量能量，并且化學(xué)反應(yīng)過程中，化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)能可以直接轉(zhuǎn)化為電能，且化學(xué)反應(yīng)過程清潔無污染，在保障無污染的基礎(chǔ)上提高了能量轉(zhuǎn)化的效率，因此在水分解這一氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式中，高轉(zhuǎn)換效率是氫燃料電池應(yīng)用的基本特點(diǎn)，具備綠色高效的優(yōu)點(diǎn)。而當(dāng)前氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車并不是氫氣提供主要能源，主要還是以汽油燃料為主，以氫氣作為燃料電池的應(yīng)用過程中，仍存在一定難點(diǎn)，例如氫氣的儲(chǔ)存環(huán)境必須是零下250℃，只以氫氣作為單個(gè)燃料電池，氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)功率尚不能滿足汽車長(zhǎng)途運(yùn)行的要求[4]。

當(dāng)前氫能源技術(shù)應(yīng)用主要電池組組合來實(shí)現(xiàn)汽車的驅(qū)動(dòng)，主要形式是應(yīng)用燃料電源，采用汽油和氫氣的混合能源，這樣在汽車正常驅(qū)動(dòng)過程中其動(dòng)力會(huì)得到恢復(fù)，并且驅(qū)動(dòng)汽車在進(jìn)行氫氣和汽油的燃料切換時(shí)，還存在氫氣汽油燃燒效果相差過大產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的缺點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)氫動(dòng)力汽車的燃料電池時(shí)，要提高氫氣汽油這2 種燃料的重視程度，著力完善氫氣汽油能源切換過程，盡量避免振動(dòng)和噪聲2 種缺陷，改變2 種燃料的動(dòng)力曲線，從而一定程度的限制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，這是限制汽車動(dòng)力的主要方法。而針對(duì)氫氣儲(chǔ)存難點(diǎn)，在氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)過程中，使用3 mm厚度的真空外殼設(shè)計(jì)，氫氣才能保持液體狀態(tài)，金屬罐要達(dá)到-250℃的保溫效果，主要設(shè)計(jì)方法為采用能夠起到絕熱作用的真空殼壁，其液態(tài)氫氣存儲(chǔ)于金屬罐之中。這種設(shè)計(jì)方法可以避免在氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車上配置冷卻裝置和機(jī)械裝置，從而節(jié)省動(dòng)力裝置空間。除此之外，氫氣保存在儲(chǔ)氣罐中的設(shè)計(jì)方法，可以避免設(shè)計(jì)時(shí)輔助裝置過多的弊端。

氫動(dòng)力燃料作為一種新型的新能源燃料，在氫動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)過程中，能源存儲(chǔ)的主要應(yīng)用基礎(chǔ)是儲(chǔ)氣系統(tǒng)。主要對(duì)氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車的儲(chǔ)氣構(gòu)件進(jìn)行材料優(yōu)化，在使氫動(dòng)力燃料保持在液態(tài)的基礎(chǔ)上，對(duì)多層復(fù)合金屬材質(zhì)進(jìn)行中空設(shè)計(jì)，多層復(fù)合金屬是儲(chǔ)氣系統(tǒng)基本的應(yīng)用材料，不會(huì)增加機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間，中空設(shè)計(jì)通常為3 mm，在該設(shè)計(jì)方法的支撐下，儲(chǔ)氣系統(tǒng)的絕熱能力得到了有效提升，提高氫動(dòng)力燃料儲(chǔ)氣裝置的性能，并省略了儲(chǔ)氣系統(tǒng)的安裝空間。在制作成本上，對(duì)汽油和氫氣的動(dòng)力曲線進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)體積及生產(chǎn)成本進(jìn)行合理控制，從而提升氫動(dòng)力燃料汽車的利用效率，完成儲(chǔ)氣系統(tǒng)體積和生產(chǎn)成本的控制，并且不會(huì)影響到汽車的車體設(shè)計(jì)，而氫動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車的燃料排放是純凈水，盡管仍是雙燃料驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，但能夠?qū)h(huán)境污染降到最低。

2 汽車節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1 壓燃技術(shù)

汽車所使用的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)多是以火花塞點(diǎn)火或活塞壓燃這2 種點(diǎn)火方式為主，壓燃技術(shù)是將這2 種單一的點(diǎn)火技術(shù)相融合，其中壓燃點(diǎn)火方式的優(yōu)點(diǎn)是提升了內(nèi)燃機(jī)壓縮比，活塞點(diǎn)火方式降低了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的噪聲振動(dòng)，使汽車驅(qū)動(dòng)過程更為平穩(wěn)，因此結(jié)合兩者的壓燃技術(shù)同時(shí)具備了結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度以及壓縮比較高的特點(diǎn)，促進(jìn)了燃油使用效果的提升，從而形成了一種全新的汽車壓燃技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)[5]。壓燃技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)確保了燃油在同一時(shí)間內(nèi)燃燒，污染物排放量大的汽車應(yīng)用壓燃技術(shù)其優(yōu)點(diǎn)更為明顯，降低了汽車運(yùn)行過程中二氧化碳的排放量，使燃料壓縮程度變低并提升了燃油使用率，熱量大噪聲低，可以對(duì)空氣進(jìn)行壓縮。壓燃技術(shù)主要通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩進(jìn)而提高燃油壓縮比，主要應(yīng)用混合氣壓縮點(diǎn)燃方式，在提高燃油效率的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，同時(shí)繼承了2 種點(diǎn)火技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在汽車驅(qū)動(dòng)過程中，還能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效保護(hù)，使其在運(yùn)行時(shí)熱量產(chǎn)生少，進(jìn)而減少熱傳遞，使其成為動(dòng)力支撐的主要設(shè)備，并降低了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)幅度。壓燃技術(shù)除提高燃油效率外，還能降低汽車對(duì)環(huán)境的污染程度，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油溫度變低，從而有效控制輻射熱傳遞，對(duì)汽車噪聲控制和燃油污染等方面都進(jìn)行了優(yōu)化。

2.2 藍(lán)驅(qū)技術(shù)

藍(lán)驅(qū)技術(shù)通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化，從而達(dá)到省油的目的，調(diào)整了發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱擋位的傳動(dòng)比，將擋位換入空擋并完全釋放離合踏板，并對(duì)檔位分布和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠自動(dòng)熄火，從而節(jié)省了怠速運(yùn)轉(zhuǎn)而浪費(fèi)的燃油[6]。汽車高速行駛時(shí)，使用藍(lán)驅(qū)技術(shù)更為節(jié)能，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和車型進(jìn)行改進(jìn)，使用低滾動(dòng)摩擦輪胎，發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車啟動(dòng)時(shí)，能夠自動(dòng)重新掛入檔位，并進(jìn)行剎車制動(dòng)能量回收，最大限度地回收利用汽車在制動(dòng)或減速過程中，原本浪費(fèi)掉的多余能量，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。

3 結(jié)語

新能源及節(jié)能技術(shù)解決了當(dāng)前資源短缺和環(huán)境污染問題，在汽車研發(fā)領(lǐng)域中，新能源節(jié)能汽車已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。今后應(yīng)加大新能源及節(jié)能技術(shù)研究的扶持力度，完善技術(shù)創(chuàng)新體系且試行優(yōu)惠政策，加強(qiáng)對(duì)汽車新能源技術(shù)的開發(fā)和研究工作。