中国汽车节能与排放技术

中国汽车节能与排放技术中国汽车节能与排放技术 梁沛沛 （42110227）自汽车发展人类意识到节能与排放以来，节能与排放就成了一个经典不衰的话题，大 师为什么要进行节能与排放呢，我们可以从以下几点出发。 交通运输的角度看汽车产业的节能减排。交通运输，它是汽车使用环节而不是和汽车 制造环节，汽车的本质属性是一种交通运输的工具，这是汽车最根本的属性。现在汽车受 到越来越强的节能环保的约束，单靠技术，只能解决部分的问题而不能解决全部的问题， 这样就要求从新的视角、从汽车使用环节引入变革，通过在使用环节的变革引入新的汽车 使用模式来回应节能减排这样一个挑战，这是一个新视角。 从展望未来来看，美国、欧盟、日本，或者是说 OECD 国家运输民用商业和非能源用途 是它能源的主要几个消耗部门。运输部门平均 OECD 的水平，能源消耗量占它的总能源消耗 量的 32%。美国是 40%，欧盟是 27%，日本是 24%。而我国经过全口径测算，交通能源消耗 占整能源消耗比重，目前是 14%到 15%的比例，远低于发达国家 32%的平均水平。从这样一 个比较来看，我国未来交通能源的消费还有一个很大的提升空间，但是从另外一个角度来 看，如果我们达到美国、欧盟，OECD 国家的平均水平，未来需要多少能源！由此可见，汽 车节能减排是必然的趋势走向。 从环境方面看，汽车发展对环境发展带来的主要问题是大气污染、噪声污染。随着机 动车数量的日益增加，中国大气污染已有工业污染、煤炭烟气型向光化学烟雾型转变。大 城市中，汽车对自然环境的污染包括大气污染、噪声污染和振动等，汽车排放的尾气主要 成分是 CO，HC，NOX 和颗粒物等，而这些主要集中在人口聚居的城市，通常在城市中心交 通排放的 CO 形成的污染物浓度占 CO 浓度的 90%95%，HC 和 NOX 占 80%90%。据国家环 保总局统计，2005 年我国机动车尾气排放在城市大气污染中的分担率已达到 80左右。汽 车废气直接影响到人们的身心健康和生活质量，众所周知的城市温室效应，与汽车排放的 废气和颗粒物有很大的关系。汽车的噪声和振动已成为污染居民生活环境和学校、机关、 医院等敏感设施的突出因素。另外，道路与汽车交通对生态环境产生了很大影响，影响土 地、绿化和水质，汽车占据了本可以用于城市生活和经济活动的有限空间，使居民失去了 健康的生活环境。 综上所述，汽车节能减排是对交通发展、能源利用以及环境保护的可持续发展，是必 然要求和最终导向。 汽车发展由最早的十八世纪早期探索阶段到如今的新世纪的创新阶段，多层次多方面 的探索使得汽车逐步完善甚至趋向于完美，那么是从什么是开始人类开始意识到需要节能 减排的呢？这主要从环境方面说起。 汽车保有量的不断增加使汽车排放物对人类健康的危害越来越明显。公众越来越注意 到环境保护问题，各国竞相制定了环境保护法规，限制汽车排放物。 最早立法的是美国加利福尼亚州，规定 1961 年新车应装有防止曲轴箱窜气的装置。 1966 年以后，又规定新车需符合 CO、HC 的排放浓度限值（七工况法）。 1971 年增加了对 NOX 的限制。曲轴箱强制通风系统（PCV）、废气再循环系统（EGR）、 排气三元催化系统、分层燃烧系统、稀混合气燃烧系统等新措施和新技术不断推出，缓解 了汽车排放对人类健康和环境的威胁。 1980 年，美国公布实行的综合平均燃油经济性法规（CAFE）促进了汽车节能技术的快 速发展。与此同时，寻求其它能源（代用燃料）在汽车上应用的研究也受到广泛注意，特 别是甲醇燃料、液化石油气和压缩天然气燃料已有一定的商业应用。中国在改革初期对汽车在节能减排研究已经有了一定进展，比之 60 年代中国汽车油耗 已经降低了 10%，但与发达国家有相当大的差距，2000 年一辆汽车的废气排放量只相当于 1970 年的 1/32。 而如今，世界各国以汽油车为起点 ，改善发动机燃烧状况，降低油耗，提高其排污性 能指标，或者是开发清洁能源汽车发动机，已经成为现代汽车工业的必然趋势。其中从技 术方面入手便是实现节能减排的一大关键。 1、电喷技术电喷技术是隨着电脑技术的成熟和价格的下降，而将电子控制应用到汽油发动机的供 油系统，从而实现了对发动机供油和进气的精确和连续控制，使发动机在最经济油气混合 比下运行，很好的克服了化油器对供油和进气量阶段性控制的不足，是汽油发动机一个化 时代的进步，从而使发动机更节油，有害排放更低。成本增加一般但效果明显。二、多气门技术多气门技术代替两气门技术有效的降低了发动机的进气阻力特别是在高速时的进气阻 力，很好的改善了发动机的高速性能，提高发动机的升功率，使发动机的动力性明显提高， 所以对同等质量的汽车可可配置排量更小的发动机而达到节油的目的。节能效果一般成本 半增加一般。三、可调气门技术可调气门技术是指对发动机的气门进行动态的适应，随着发动机转速的变化适时的调 整气门开闭时机，从而使发动机在更经济的配气相位下运行而达到节能减排的目的。效果 不是很明显成本增加也不多，我但可以作为一个卖点。四、涡轮增压技术涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子 更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加 40%甚 至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我 们最常见的 1.8T 涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到 2.4L 发动机的水平， 但是耗油量却比 1.8 发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降 低尾气排放。不过在经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高，因此 发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到 影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。投入较大但效果明显。五、混合动力技术混合动力技术是目前是燃油动力汽车中最有效的节能技术在市区有时能耗可下降 50%，排放可下降 80%，分为串联、并联、和混联三种，其作用机理是，发动机为动力源， 用电机助力驱动或电机驱动的方式，并对制动能量回收、在需要最大动力时用电机助力， 或用电瓶的电能补充发动机的动力不足，从而可选用功率较小的发动机，并使发动机始终 在其最佳或相对最佳工作区稳定运行。而达到节能减排的目的。但该车增加了电动机、发 电机、和储能控制设备生产成本增加太大市场推广难度大，但效果很好。六、全密封活塞应用技术全密封活塞应用技术就是指，用具有全密封“0”窜气的活塞环，替代现有的活塞环使 发动机高压气体下窜量，降至最低，并实现对磨损量的自动补偿，该技术分为单向全密封 和双向全密封两种，单向全密封加工简单，但对机油的控制性较差，双向全密封（专利号 200820029948.X）很好的提高了机油控制性能，通常一道气环的窜气量是 27%，两道在 8% 左右而全密封活塞环可降低到 1%以下，并将这一优势一直保持到发动机大修，在维修市场 上使用 1000 多台，实际节油 10%20%，通常柴油机比汽油机节油明显，多气门比两气门明显，增压的比常压的明显，台架试验节油 14.06%，并有效减少了下窜废气对机油的污染。 每台车增加成本 2050 元，从而达到节能减排的目的。是一种投资少效果好的新技术。七、单向离合器传动技术单向离合器传动技术是指在汽的传动系中串联一个单向离合器，这样就可实现动力的 单向传动。当汽车作匀速前行时只需要很少的动力就能保持，但此时发动机的转速却很高， 也就是说发动机是在一种高速小负荷的低效区运行，当加油时发动机对汽车作急加速，当 放开油门时发动机转入怠速而汽车在滑行并减速，这样一来就有效的延长了发动机在高效 区的工作时间，从达到节油的目的，如果操作得当通常能有 10%左右的节油。但该技术与 人们的操作习惯不同，很多人认为这样的操作对车辆有一定的损伤，而且不安全，同时要 学会正确的操作并养成习惯有一定的难度，所以限制了该技术的推广。八、可变压缩比技术可变压缩比技术就是根据车辆对动力的不同需求及时的改变发动机的压缩比，当进气 量很少时用高压缩比使发动机的峰值压力不下降，当进气量较多时用低压缩比使发动机有 较高的峰值压力，从而使发动机始终保持在较佳的高效工作区，提高了燃油效率而节油， 其工件机理有两种方案，一种是釆用铰接式连杆，通过改变铰接点的夹角来必变连杆的长 度来实现压缩比的改变，而铰接点的夹角是由铰接点到缸体上的撑杆的长度来决定的并实 现可控。但会使发动机的高度明显增高，第二种方案是在缸体的主轴座孔内加装一个偏心 套，通过转动偏心套的角度来改变曲轴中轴线到上止点的距离并实现可控，来改变发动机 的压缩比。但发动机与机体和调整器的联接还有要克服的一些技术问题，该技术可能效果 很好但成本较高，仅是一种设想，从样机到台架试验还有很长的路。九、联合循环余热助力技术发动机中有 70%以上的能量以热能的形式散发而浪费，随着液压气动技术的成熟对发 动机余热的利用已成为可能，其机理是用发动机的冷确水和尾气通过热交换器对工作介质 加热，使之汽化并成高压气体，进入储能罐，通过气动马达作功，从气动马达排出的汽体 介质进入冷凝器液化，通过液压泵加压进入热交换器完成一个工作循环。该技术在小车上 由于空间受限可能效果不如大车，大车上空间较大便于布置，助力方式可选用，皮带联动 助力、电力联动等。在 60 年代有人对此作过尝试但由于当时液压气动技术所限未有成效。 但今天已不可同是而语。十、太阳能助力技术太阳能助力技术就是将太阳能汽车与汽油发动机汽车组合，在车顶和前机盖上加装太 阳能电池板，前轮由发动机驱动，后轮由电机驱动，配备超小排量发动机，发动机所带的 发电机与太阳能蓄电池并联，并配制动能量回收装置。其效果可能超过现有的混联式混合 动力车，在小车和成市公交上有较好的前景。 从技术上出发固然是极为关键的，但汽车节能减排并不能全把“宝”压在技术上，还 应该从能源、个人使用等方面出发，实现节能减排的目的。 一、推动普及高品质小排量车 小排量车车体轻，耗油自然少，反之对空气污染也就小。经济型轿车每公里二氧化碳 排放量约为 134 克，中高档轿车约为 148161 克，豪华轿车约为 198 克，目前小排量轿车 的碳排放量可以控制到 107120 克之间。一般说来，汽车重量越大越耗油，产生的二氧化 碳越多。与经济型的小汽缸车相比，大型 SUV 汽车和豪华汽车排放至少两倍以上的二氧化 碳。越野型汽车安全系数高，但比较耗油。自动档汽车的动力传递通过液压完成，在工作 中会造成动力损失，尤其是在低速行驶或堵车中走走停停时，油耗更大。我国普及小排量轿车最大的制约因素，首先是购车者爱面子、摆阔气的非理性的消费 心理。其次是地方限制微型汽车政策依然存在；国家主管部门也有所考虑，但取消不合理的地方法规尚需时日；国家相继停止个人购车贷款和经销商销车贷款，使个人和企业货币 支付能力减弱；降价对微型汽车形成打压；近年来，各汽车厂商相继宣布大幅度降价，拉 低了中国汽车市场价格，几万的轿车越来越多，消费者根据价格和配置选择的余地越来越 大，轿车降价必然波及微型车的市场；国家有关安全、节能、环保的要求越来越高，微型 车在价格不能提升的情况下成本上升，影响其企业利润。不过目前已有专家学者提出了“能源环境成本”的概念，通过价格、税收等经济手段， 由使用大排量、高耗能车辆的群体率先承担能源环境成本，付出与消费享受相当的经济代 价，作为对于环境保护和资源共享的补偿。我国自 2006 年 4 月 1 日起，调整汽车消费税收， 排量越大，税率越高，最高为 20。同时，相对减轻小排量汽车的负担，体现出国家对生 产和使用小排量车的鼓励。二、驾驶技术也很重要 在车辆技术状况相同的条件下，由于驾驶技术的高低不同，对汽车运行过程中油料的 消耗影响很大。正确合理的操作方法，可大大降低汽