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盘点发动机10大传统节能技术-【新闻】

发布时间:2021-04-15 16:33:19 阅读: 来源:矿用通信电缆mhyvp厂家

盘点发动机10大传统节能技术

根据政府和汽车行业内专业人士的说法,历史悠久的内燃机将很有可以继续存在很长一段时间。虽然汽车电气化的推动者们预测内燃机即将走向终点,但是美国能源信息署认为到2035年,99%的轻型和重载车辆,特别是商用车,都将依然搭载传统内燃机。

为了保持石化燃料技术在商用车和乘用车上不断升级,创新技术持续应用,相关研究也一直没有间断。提高内燃机的效能是改善车辆燃油经济性的一种最有发展前景、最具成本效益的短中期方法,实验测试表明当前发动机的燃油经济性可以提高超过50%,甚至达到75%。

政府部门积极推广插电式混合动力系统,不过却没有达到预期效果,美国平均每年销售1650万辆汽车,其中的99%仍然是传统的内燃机车型。混合动力和插电式混合动力车型虽然使用了电气化系统,但内燃机依然是不可或缺的重要组成部分。目前新一代锂离子电池正处在研发阶段,若能成功应用在混合动力车上,未来汽车行业的发展趋势还很难预测,但现在其正处于技术瓶颈阶段,内燃机的地位仍然稳固。

美国联邦平均燃油经济性法规要求在2025年之前,新车燃效要达到54.5英里/加仑,从而促使汽车制造厂商推进电气化进程。采用这样的标准并不能完全降低内燃机市占率,其实仅仅有1%到3%的车辆无法达到该要求必须添加插电式混合动力系统。

美国现在可正常行驶在道路上的轿车和卡车总计2.53亿辆,根据能源部的数据,美国范围内超过60%的石油燃料消耗和25%的温室气体排放都是由车辆产生的。权威专家们极力推荐利用插电式技术来改善车辆造成的环境污染问题,汽车行业投入大量资金进行技术研发,不过特斯拉等公司带来的挑战也是前所未有的。

政府部门没有把所有精力都放在插电式电池技术上,除此之外还推进氢燃料电池、替代能源和创新内燃机的研发。根据密歇根大学交通运输研究所的调查,从2007年10月到2015年6月,美国范围内销售新车的燃油经济性从5.3英里/加仑增加到了25.4英里/加仑,而那些可以让1加仑燃油推动汽车前行超过50英里的技术也即将应用在量产车型中。

无论喜欢与否,燃油经济性都是政治、环境等方面的一个综合性话题,内燃机必须在这种大形势下找到一个合适的立足点。汽车制造厂商往往都有大量的技术储备,来满足各种各样日趋严格的燃油经济性和二氧化碳排放量法规要求。根据美国环保署报告,先进的发动机技术帮助提高燃油效能,节省了车辆整个寿命周期的运营成本,相关效能和成本评估是依照16.6万英里的使用期限、2.81美元/升的燃油价格完成的,对比标准为燃油经济性22英里/加仑的汽车。

1.增压进气系统

简单来说,机械增压和涡轮增压技术是压缩更多空气的两种办法,燃烧室中的燃油量也因此相应增多。第二次世界大战中的一些战斗机曾经使用了增压技术,而技术的产生还要追溯到更早时期。现在通过计算机辅助技术的推广,更小尺寸的发动机和增压条件下输入更多燃油及空气变成了现实。

增压进气系统的引入,使得小排量发动机的动力和自然吸气大排量发动机输出的动力相当,同时又能够满足法规要求的燃油经济性和二氧化碳排放量测评标准。增压技术是保证发动机动力输出和燃油效能的权宜之计,当然具体可以节省多少燃油是因人而异的,需要参考驾驶者的操控风格。

燃油效能提升:2%到6%。

寿命周期节省费用:400到1300美元。

2.停缸技术

车辆越来越多地采用自动化系统控制的技术,在高速公路等低负载工况下,能够让一台八缸发动机的其中四个气缸停止运转,或者六缸发动机中的其中三个气缸停止运转。停缸技术又可以称作“多重排量”、“按需排量”、“主动燃油管理”、“可变气缸管理”技术等。这种技术理念是非常实用的,举例来说一辆额定功率450马力的雪佛兰CorvetteC7在高速路上行驶,燃油经济性数据达到30英里/加仑燃油,这是以前很难想象的事情。

燃油效能提升:4%到10%。

寿命周期节省费用:800到2100美元。

3.汽油发动机燃油直接喷射系统

该先进技术的帮助下,燃油直接喷射到进气道中,然后与空气形成燃油混合气,吸卷进入气缸中。类似技术还包括“气缸直接喷射”和“火花点火直接喷射”,可以让燃油混合气的温度更低一些,形成更高的燃气压缩比,从而进一步提高动力性能和燃油效能。

燃油效能提升:2%到3%。

寿命周期节省费用:400到600美元。

4.可变气门正时和升程

进气阀门控制新鲜空气流入气缸,排气阀门控制废气流出气缸。进气阀门和排气阀门什么时刻打开,以及打开多长时间都影响着发动机效能。参考发动机当前转速和负载状况,可变气门正时和升程系统自动优化阀门开启时刻和举升时间。与传统配时固定的气门举升系统相比,创新系统在各种工况下的燃油效能更高。可变气门正时和举升系统包括可变气门驱动技术、可变凸轮正时技术、凸轮配气相位技术、电子升程控制技术等。

燃油效能提升:1%到11%。

寿命周期节省费用:200到2300美元。

5.发动机启停系统

了解混合动力系统的车迷朋友们大概都知道启停系统的基本原理,该装置被广泛应用在混合动力和插电式混合动力车型中。简而言之,当车辆停止前进,启停系统可以自动关闭发动机;当制动踏板被驾驶者释放而踩下油门的时候,发动机立刻开始重新运转。提高效能的理念也非常明了,就是阻止怠速状态的燃油浪费。

汽车制造厂商还从混合动力车型中引入了动能回收制动系统,把刹车过程中损失的机械能转化成电能,储存在电池组中用于驱动自动起动机。所谓的微混合动力车型就使用了这类装置,与真正意义上的混合动力系统不同,储存的电能不是用来驱动牵引电动机。除了12伏系统之外,更高电压等级的电池组存储转化能量,之后为空气调节系统、资讯娱乐系统等设备提供能量。

燃油效能提升:2%到4%。

寿命周期节省费用:400到800美元。

节省燃料的另外一种方法是优化发动机能量的传输效率,全新变速器与汽油、柴油发动机完美搭配,尽可能提高燃油利用率。

6.更多档位的自动变速箱

克莱斯勒、现代、福特和大众等汽车制造企业已经宣布将设计研发拥有10个档位的自动变速箱。在传统4档位自动变速箱基础上增加的每个档位,都帮助发动机始终处在一个最优的工作状态,因此提高了潜在效能。测试显示的平均效能提高率数据如下:5档2%到3%;6档3%到5%;7档5%到7%;8档6%到8%;档位越高,效能提高水平越大。增加档位的理念可以作为电气化的一种替代解决方案,让传统车型也能够符合法规标准要求。

燃油效能提升:2%到8%。

寿命周期节省费用:400到1700美元。

7.无级变速器(CVT)

无级变速器与混合动力系统的联系更加紧密,应用在传统车型上有着很多优势。无级变速器使用一对直径可调节的皮带轮,通过皮带或者链条连接,而不是传统的齿轮组,能够创造出无限多个不同的传动速比。得益于连续性换档操作,能量传输不会出现中断,山路工况下也不需要低速从动装置,有助于造就更好的燃油效能。

燃油效能提升:1%到7%。

寿命周期节省费用:200到1500美元。

8.双离合自动变速箱(DCT)

双离合变速箱又被称作自动化手动变速箱,融合了手动变速箱和自动变速箱二者的优点。手动变速箱的传输能量损失率较低,但是操控起来没有自动变速箱方便。使用双离合变速箱换档时不需要驾驶者人工踩下离合器,只需要控制方向盘上的升降档拨片即可,当然也可以直接选择自动变速箱模式。系统工作由电子元件控制,并通过液压或者电动机设备执行换档操作。也许有不少传统人士认为只有手动变速器才能带来驾驶乐趣,不过高性能跑车和赛车应用双离合变速器已经有了很长一段时间。

燃油效能提升:7%到10%。

寿命周期节省费用:1500到2100美元。

另外还有一些其他技术可以提高燃油效能。

9.轻量化技术

简单外加轻量化是设计制造高性能灵活跑车永恒不变的定律,更轻的车身还可以额外提高燃油经济性。轻量化车型需要更少的能量来驱动,汽车制造厂商们也非常热衷于轻量化理念,因为与其他设计目标不会发生冲突。常用的一些做法有,采用高强度钢、铝合金以及其他轻量化材料(例如碳纤维),或者降低驱动系统的尺寸大小。与此同时,车辆必须满足日趋严格的安全标准,材料选择和技术应用要完美地结合在一起。各种解决方案综合起来提高了车辆轻量化水准,也许还存在某些设计不利于燃油效能提高,但整体来说现在的汽车产品正在往更好的方向发展。

燃油效能提升:每降低5%的重量,提高2%到4%的效能。

寿命周期节省费用:400到800美元。

10.低滚动阻力轮胎

毋庸置疑,轮胎对于汽车来说非常重要,它们是车辆与道路之间的唯一接触点,不过同时也会带来一定程度的摩擦阻力。传统的低粘性橡胶很难控制摩擦阻力,而现在的低滚动阻力化合物材料可以更好地降低阻尼系数。低滚动阻力橡胶的基本理念是能量守恒,虽然降低了能量损失,动力性能也受到影响。高性能跑车暂时不会采用低滚动阻力轮胎,因为它们无法提供充足的侧向加速度和粘附特性等级;普通车型非常适合装配这种轮胎,帮助提高燃油效能。

燃油效能提升:1%到3%。

寿命周期节省费用:200到600美元。

美国能源部的车辆技术办公室致力于推动内燃机技术的研发,以便早日把节能产品应用在各种乘用车和商用车上。大型重卡是一种非常常见的商用车,虽然只占汽车保有量的4%,但是却消耗了20%的燃油。混合动力系统等多种内燃机补充技术都处在研究和开发阶段,不难相信未来总会有合适技术应用在量产车型中。回收发动机废热能量、超低摩擦阻力的润滑油、先进的燃烧技术、替代燃料也都属于内燃机技术的重要研究课题,内燃机退出历史舞台还是很久之后的事情。

两年之后续航里程在200到250英里的电动汽车就有可能问世,很多电池专家也在全力研发锂离子电池组之外的其他创新产品,他们希望早日发现能够改变行业格局的电池技术,到那时内燃机才真真正正受到严重威胁。虽然很多人预见到了汽车电气化能够带来的好处,但是没有人知道这个目标什么时候可以实现。

汽车电气化时代到来之前,制造厂商们依然会尽力研发内燃机技术,做到更低的尾气排放、更高的效能,直到替代驱动技术确实全面超越内燃机。

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