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【关键词】节能环保;汽车新能源;节能技术;应用研究
0.引言
在经济和科技高速发展的同时,能源危机和环境污染正成为影响人类生存和发展的重要问题,节能与环保正成为21世纪人类社会和谐发展的主题。汽车燃油消耗和废气排放,已经成为能源危机和环境污染的主要诱因,为了人类社会的可持续发展,急需在汽车工业中应用新能源与节能技术,以降低能源消耗和环境污染。研究汽车新能源与节能技术已经成为汽车发展的重要方向,汔车动力正从汽油向清洁柴油、混合动力、燃料电池等方向过渡。本文就当前汽车新能源与节能技术的发展和应用进行了简要的探讨。
1.汽车节能技术
1.1汽车混合动力技术
汽车混合动力技术是当前汽车新能源与节能技术中发展较为成熟的一项技术,也是人们较为熟悉的技术。在汽车混合动力技术方面,丰田作为先行者凭借混合动力的环保理念取得了极好的成级。目前所采用的汽车混合动力技术,有汽油机与电动机混合、柴油机与电动机混合两种。实际上,混合动力技术主要是应用电动机和发动机相配合,以获得加速成和爬坡等工况下所需要的爆发力,而在汽车高速巡航状态时,则减少发动机出力,从而减少发动机的油耗。此外,混合动力技术还有能量回收技术的应用,在汽车制动情况下,可以将制动所产生的热量进行转变,提供给电动机作为能量。
通常情况下,混合动力汽车可以选择单独使用电动机驱动。从电机输出功率在整个混合动力系统功率中所占的比重来看,可分为混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、完全混合动力系统。第一种混合动力系统所采用的混合动力,是在内燃机上增加启动电机的方是所获取的,所采用的启动电机是发电启动一体式电动机,以此为基础控制发动机启动和停止。轻混合动力系统则采用集成启动电机,这一第汽车减速成和制动时,能够吸收部分能量,而在汽车行驶过程中发动机则等速运转。中混合动力系统采用高电压电机,当汽车在加入或大负荷状态时,电机辅助驱动以补充发动机自身功率的不足。完全混合动力系统采用高压启动电机,其混合程度可达50%以上,是当前混合动力技术发展的主要方向。
1.2蓝驱技术
蓝驱技术是在原发动机和车型基础上进行优化,以降低汽车燃油消耗的节能技术。相较于普通车型,应用蓝驱技术的车型调整了变速箱3挡到5挡的传动比,使汽车在高速成巡航状态下能够更省油。同巅,蓝驱技术还从空气动力学原理出发,对车身设计进行了优化,如底盘高度、风阻系数、胎压、滚动阻力等。
1.3汽车压燃技术
目前汽车所采用的往复式内燃机,所采用的燃料主要为汽油和柴油,汽油采用火花塞点火,柴油采用活塞压燃方式点火,点火方式的不同使得紫油机压缩比比汽油机更高,燃油效率相对较高,但汽油机所采用的火花塞点火方式,使其发动机工作震动小,噪音小。汽车压燃技术则是将两种技术进行融合所产生的新技术,采用汽车压燃技术的发动机,其技术结构相较于普通发动机更为复杂,其压缩比更高,燃料能在同一时间燃烧,从而提高了燃油使用率,同时由于采用了稀薄的混合气压缩点燃,能有直接通过调节喷油量来调节扭矩而不用节气门。此外,由于采用压燃技术,发动机燃烧温度极低,能有效减少辐射热传递,且燃烧周期短,其燃烧过程更多是化学反应,在目前污车节能技术中发展相对成熟。
2.汽车新能源
2.1氢动力技术
氢动力目前主要应用于宝马和本田两个汽车品牌之中。在宝马汽车中,应用了一套绝热能力极佳的储气系统,该系统采用多层复合金属材质,采用3mm中空设计,可以有效的将槽内温度保持在-250℃,用以储存气动力技术所采用氢气燃料,能有效的将氢气维持在液态情况下。虽然这个储气系统体积庞大,但能够省却安装冷却机构的空间,因此可以不增加体积和生产成本,同时不用增加机械结构。不过氢动力技术最初设计的目的,并不是纯粹氢燃料动力,而是采用汽油/氢气双燃料,真正使用氢单一燃料的车型在首批产品中仅有5辆。
采用氢气作为燃料,其烧烧特性同汽油并不相同,在采用汽油/氢气双燃料时,很难将燃烧效果最佳化,既便达到了,在进行汽油和氢气燃料切换时,汽车动力也会产生明显的落差。为此,在实际应用中,对两种燃料的动力曲线进行了限制,使得汽车动车受到部分限制,以使乘客感受不到切换时动力上产生的落差。
2.2电力驱动技术
电力驱动是将汽车汽油发动机和柴油发动机替换为电动机,采用电能作为能源,为汽车行驶提供动力。这种技术所采用的燃料清潮,同时输出扭矩大,应用在汽车中有较好的经济效益。但是,采用电力驱动技术,其难点在于动力充电的问题,以及充电后汽车续航能力的问题,虽然目前应用电动力技术的汽车已经开始量产,但这两个问题依然没能得到良好的解决。实际上,电池技术是新能源汽车研究的关键性技术之一,目前主要集中在电池安全性、可靠性、轻量化等方面,需要重点支持驱动电机系统、电动空调、电动转向、电动制动等能力。根据规划,我国2015年,纯电动乘用车、插电式混合动力乘用车最高车速成不低于100公里/小时,驱动能力与成本都将进一步得到改善。
2.3燃料电池技术
燃料电池技术,是采用氢气、甲醇等作为燃料,经过化学反应产生电流驱动汽车的一种新能源技术。燃料电池的能量是由氢气与氧气发生化学作用所产生的,而不是经过燃烧产生的。这一过程是直接将氢气、甲醇等转变为电能,整个过程不会产生有害物,同时能量转换效率比内燃机更高,是一种理想的节能环保技术。但在实际应用中,单个燃料电池所提供的动力极为有限,通常需要结合成燃料电池组,以获得足够的动力。目前,燃料电池技术已经被广泛应用于福特、丰田、通用等汽转公司,具有极高的价值。
3.结束语
当前全球都面临着能源问题,主要表现为能源储量不足、能源利用效率低、现有能源结构污染严重等方向。需要积极研究新能源作为替代,开发新的节能技术,从而降低汽车的能源消耗与环境污染,促进人类社会的持续发展。 [科]
【参考文献】
[1]史永基,高雅利,王宇炎.新能源汽车节能减排技术研究进展[J].传感器世界,2011(07).
[2]李志达,望义熙,周世权.太阳能车机电控制系统的研究[J].汽车电器,2010(11).
文章首先对新能源汽车的发展现状进行分析论述,并总结了新能源应用后对节能技术发展的推动作用。其次重点探讨系能源汽车中节能技术的应用形式,以及节能目标的实现原理。最后对新能源汽车发展期间常见的一些问题进行整理,论述有效的改进方法,促进技术得到更好的应用。
关键词:
汽车新能源;汽车节能;节能技术
1我国新能源汽车的发展现状
随着我国经济不断的发展进步,汽车行业也得到了大力发展,成为人们日常出行中的重要交通工具,但同时也增大了能源的损耗,油品燃烧所产生的废气被直接排放到空气中,增大了空气污染的速度。采用新能源代替油品消耗,能够节省大量的石油资源,同时在汽车的尾气排放治理中也取得了理想的成绩。因此新能源汽车应用得到了高度重视,各大汽车生产企业在对产品进行设计时,也会重点考虑在使用中新能源是否能够得到充分的燃烧,为汽车行驶提供动能。其中应用最广泛的是压缩混合气体,配合汽油使用后能够为汽车行驶提供充足的能量,同时也减少了汽油的损耗量,混合气体在压力作用下进入到燃烧装置中,被点燃后所释放出的能量可供汽车行驶运行,并且这样的环境下所进行的动力传输形式更合理,不会造成使用隐患问题。检测汽车排放尾气中的成分,可以发现仅仅有少部分氮氧化合物,排放量在环保部门规定的标准范围内。新能源汽车是采用混合能源供应形势来实现动能转换的,由国外传入到我国,今年来发展迅速,已经能够实现自主研究,在国内大型汽车生产厂家都得到了很好的应用。由于汽车的供能形式发生转变,在燃烧技术上自然也有明显的变化,充分运用HCCI模式,能够在基层中形成稳定的传输体系,在燃烧气体被传输前,就已经进行了压缩,提升混合气体的浓度,这样在启动的瞬间动力能够达到甚至超过单一油品功能标准,内燃机中的传输流程有所增加,但燃烧以及动能传输的时间却并没有增加,这是新能源汽车中独有的优势。
2新能源汽车的节能技术应用
2.1混合动力汽车
电能作为新型清洁能源在汽车设计生产环节得到了大力应用,处于清洁自然能源,混合动力是新能源汽车中常见的能源供应形式。通常情况下是将多种能源混合应用,汽油、天然气以及电能。这样的功能形式下将汽车不同区域的能源需求详细区分,虽然是混合动力,但燃料仍然是独立存储的,同时功能达到汽车的形式能量需求,在这样的供能形式下汽车得到了稳定的动力,能够满足各类行驶需求。燃烧油品不但行驶成本增大,同时也会造成排放尾气中污染物质含量超标。新能源汽车行驶中只燃烧少量油品,结合电能共同使用,这样在总的能量输出上是不会发生变化的,同时也节省了大量的石油资源。电能存储需要蓄电池的参与,设计阶段对蓄电池的使用年限进行了严格的检验,避免汽车更换的废品造成环境污染。汽车驾驶人员可以自由的切换供能形式,在电能与油品方面,人群基数较大的市区内应用电能,这样就不会排放出尾气,在路面状况比较复杂的野外区域应用汽油供能形式,能够节省行驶时间。
2.2电动汽车
风力发电以及太阳能发电技术逐渐的完善,使得电能成为新能源汽车设计阶段首要考虑的,电能汽车产品也逐渐增多。以电能为消耗能源来实现汽车行驶供能需要对车载蓄电池进行设计,尽量在满足蓄电需求的前提下减小体积,这样汽车的外观设计也有更大的发展空间。在系统内部电能被转换成为动能,带动发动机设备运转,汽车达到了行驶的能源供应标准,进而驱动行驶。随着新能源汽车生产以及使用数量不断的增大,城市内也建立了大量的充电站,可以为汽车的蓄电池补充电能。电动汽车可以做到零污染零排放,这一点是柴油以及汽油汽车所不能实现的,所补充的电能也由清洁环保的方法所生产出来,符合能源可持续发展理念。目前的设计生产技术能够达到合理的充电间隔时间,并且动能也完全能够达到行驶需求标准。不过电能汽车也存在一些需要改进的缺点,蓄电池部分的体积大重量大都会影响到汽车行驶速率,并且蓄电池的使用寿命是有限的,反复充电一段时间后,需要更换新的电池装置,增大了使用阶段的成本投入,相信在未来的技术发展中上述问题都能够得到更合理的解决。
2.3燃料电池汽车
燃料电池是通过气体燃烧反应来为汽车行驶提供能量的,与传统的功能形式不同,在使用阶段会将预存的氢气与空气中的氧气相互结合。这两种气体混合后得到的气体具有可燃性,被点燃后所释放出的能源补充给电池,使电能永远更持续长久的能量,解决运行使用解读所遇到的不合理问题。这种功能方式中所产生的尾气排放仅仅是水分,并不会产生污染物质,符合汽车节能设计理念。采用该种供能模式的汽车需要安装蓄电池,氢气存储装置,运行使用的成本较低,但这些基础设施的安全所占有的体积比较大,限制了对汽车外形的美观设计,该技术目前正在全面研究中,仅仅在小范围内投入使用,完全研究成功后,必然能够代替传统功能模式,成为新能源汽车的未来发展方向。
3新能源汽车技术发展中的建议
面对新能源汽车对我国发展带来的好处,政府需要在新能源汽车的发展道路中起到主导作用,通过宏观调控来整合国内有限的资源,从而高效的发展我国新能源技术。从新能源汽车节能方面进行突破,避免在传统汽车发展过程中所走过的弯路。同时在我国自主研发的基础上,鼓励国外投资者对国内的汽车企业进行投资,增强与国际一流新能源汽车厂商的技术交流,提升世界影响力。
4结语
新能源汽车的研发对我国的汽车工业发展来说是一个非常好的机会。通过大力发展新能源汽车,可以大幅度缩小我国汽车行业与世界汽车行业之间的差距。随着国家政策对新能源汽车的支持不断加大,我们应积极响应,通过自主研发与整合资源,切实促进我国新能源汽车健康、快速的发展。
作者:范志强 杜闯 董天宇 单位:沈阳理工大学汽车与交通学院
参考文献:
战略布局 统领未来
BYD“驭变战略”之一:为实现可持续发展,我们推动双驱战略,强化能源管理体系。在此次“世界级技术解析会”上,比亚迪重点向外界了两大“驭变战略”。其中一大战略是“双驱战略”,展现比亚迪能源管理体系的布局。比亚迪汽车始终坚持“以科技促环保”,致力于汽车动力环保技术的研发与实践。“双驱战略”分为两个层面:一是在传统燃油车和新能源车两个层面都发展节能技术,二是在新能源车领域内,个人市场推广双擎双模,公交市场推广纯电动车。从融入节能技术的自然吸气发动机、到世界同步的TID动力总成、到世界领先的绿混技术、再到双擎双模动力、以及风靡全球许多国家和地区的纯电动车,比亚迪完成了从单驱到双驱的战略布局,强化了能源管理体系,巩固了新能源汽车领军企业的地位。
BYD“驭变战略”之二:尊崇用户体验,推动智能化战略,坚持“垂直整合与集成创新”此次比亚迪的另外一大战略是针对汽车电子配置的“智能化战略”,本着“技术为王,创新为本”的企业发展理念,以用户体验为导向,比亚迪充分发挥旗下多个产业群的垂直整合优势,实现技术的集成创新与快速搭载,让“普世科技”给用户带来更安全、更便利、更享受的用车生活。
展现“技术比亚迪”
TID 与世界同步
动力技术是汽车的核心技术之一,长期为合资品牌垄断,近几年比亚迪在这一领域取得重大突破,已推出1.5TI涡轮增压缸内直喷发动机+DCT双离合变速器总成,标志着自主品牌在汽车传统动力总成方面与世界同步。
绿混技术节能新理念
此次解析会上,比亚迪的三大技术之一——绿混技术,是比亚迪能源管理体系的重要一环。它通过智能控制汽车上的能量流动,提升能量转换效率等手段来节省能耗,可谓重构了节能理念。绿混技术依托比亚迪成熟的铁电池技术,改铅酸蓄电池为铁电池,并将动力电池和起动电池合二为一,实现了整车无铅化,以及电池与整车同寿命。并在全球范围内首次将整车电压平台从12V提升到48V,大大提高车内用电效率。
绿净技术造车内氧吧
1汽车节能与电工电子设计技术
随着社会的发展和科技水平的提高,电工电子控制装置越来越多的被应用于汽车的设计和研发中,实现了对汽车运行过程中的能源控制,最大程度降低了能源的消耗和废气的排放。不仅实现了经济效益,而且实现了环境效益。同时,将电工电子技术应用于汽车设计中,很大程度上提高了发动机的运行效率,适应了新世纪的节能减排要求。
1.1汽车供油系统节能电工电子控制将电子控制技术应用于汽车的设计和研发中,实现了对石油消耗的精确控制。与传统的汽车供油系统相比,多点式的电子控制燃油喷射技术不仅能够对喷油量和喷油时间进行有效的预估和控制,而且也能够保证喷油速度的合理性,实现了石油的合理利用,而且最大程度的降低了石油的消耗。在汽车的设计和研发中应用电子电工控制技术,不仅能够降低能源和废气的排放量,最大程度降低汽车运行过程中的油耗,而且与传统的汽车相比,运行过程中的油耗计量也更加精确,有利于其经济效益和社会效益的实现,满足当今社会和环境的可持续发展要求。
1.2汽车电工电子点火节能系统传统的汽油机通过电火花点燃混合气体来实现汽车发动机的运行。由于技术水平的限制,传统的断电器在进行高速运转的过程中容易造成磨损,导致发动机的性能下降或者失火等各种问题的出现,不仅增加了发动机的维修成本,而且不利于实现节能减排的战略要求。将新型断电器应用于汽车的生产中,不仅可以降低发动机的损耗,而且有利于减少尾气排放对大气的污染。实现可持续发展的战略要求的同时,也提高了我国汽车的研发水平和运行质量。将电工电子点火系统应用于汽车生产中,不仅能够避免失火现象的发生,而且能够降低发动机的损耗,有利于改善汽车的总体性能。不仅能够使发动机长期处于良好的运行状态,而且也降低了发动机使用过程中的安全隐患。
1.3汽车电工电子的设计趋势随着我国科技水平的提高和计算机技术的不断发展,汽车电工电子技术经历了最初的真空管、晶体管到大规模集成电路的变革。汽车的控制系统已经不再是局部的控制,而是对整车系统的控制和设计。网络化、信息化和智能化等也越来越广泛的被应用于汽车设计中,满足了人们的日常需求。汽车电工电子设计在汽车工程中的应用不仅能够降低汽车的能耗,而且能够最大程度实现汽车的经济效益和环境效益,提高汽车的舒适度和安全性。在未来的汽车发展过程中,太阳能、电能、天然气等,也将会越来越多的被应用于汽车的研发和生产中,实现节能减排的要求,满足社会和环境的可持续发展。同时,汽车电工电子的设计发展也将主要集中在对网络系统、智能化系统和通讯系统的改善设计中,实现汽车运行过程中的效率和安全,最大程度保证汽车各方面性能的优化,适应人们的日常工作和生活需求。降低我国汽车行业能源消耗的同时,使我国的汽车更加具有市场优越性和国际竞争力。
2新能源节能动力汽车的研发与优化
目前,新能源和新技术越来越多的被应用于经济社会和工业生产的各个领域。在汽车的生产和研发过程中,也越来越多的应用了新技术和新材料,以实现其节能需求,满足人们对环境的要求。汽车的节能性既表现在油耗方面的节能,又体现在其最大程度减少环境污染,实现环境效益和经济效益的最大化。只有将新能源和新技术应用于汽车生产研发过程中,才能不断的完善和优化汽车的性能,最大程度降低能耗。
2.1新能源节能动力汽车新能源已经普遍被应用于汽车的生产研发中,实现其经济效益和环境效益。天然气动力汽车。随着全球能源危机的日益加剧,天然气被应用于汽车的研发和生产中,作为汽车运行的动力,不仅能够最大程度减少汽车尾气排放对大气和环境造成的污染,而且能够降低汽车运行过程中的噪音,减少发动机使用过程中的故障,延长发动机寿命,为人们提供一个绿色安全的出行环境。太阳能动力汽车。目前,石油危机越来越严重,太阳能作为一种可再生资源被应用于汽车的生产和研发过程中,不仅能够避免汽车尾气对环境和大气的污染,而且能够节约能源,满足可持续发展的战略要求。以太阳能电池为介质,将太阳能进行存储,然后应用于汽车的发动中。我国出现了越来越多的太阳能电动车,太阳能汽车的发展也将成为日后汽车发展的必然趋势。电动汽车与传统汽车不同,电动汽车很大程度简化了汽车的生产工艺,最大程度的降低了生产成本,而且有利于减少事故的发生。它通过电能发动机为汽车提供动力,降低了石油的使用率,未来几年中,电能汽车将会替代传统汽车越来越多被应用于人们的日常生活中。
2.2汽车节能优化汽车的节能优化不仅可以降低汽车使用过程中的成本,而且能够降低汽车对环境的污染。汽车生产者可以从优化减轻车体重量和减少行驶阻力两方面来实现汽车的节能优化。首先,可以通过研发新型的生产材料来减轻车体的重量,从而达到节能的要求;其次,可以通过优化汽车的配置和轮胎设计来减少行驶过程中的阻力,以达到汽车的节能优化。
3结论
2013年伊始,全国多地遭遇雾霾天气,北京PM2.5浓度指数多次“爆表”。空气环境的恶化促使汽车排放标准的进一步升级,自2013年2月1日起,北京市开始执行最新的“京V”标准,预计在2016年,北京市将率先实施第六阶段排放标准。《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》(即“国V”)将在2月18日二次征求意见。目前,世界排放标准共有三大体系:欧洲体系、美国体系和日本体系,全球70%左右的国家都选用欧洲体系,还有20%多采用美国体系,我国采用欧洲标准体系,见下表1。
据中国环境保护部数据显示,2011年,全国机动车排放污染物4607.9万吨,比2010年增加3.5%,其中氮氧化物(NOx)637.5万吨,颗粒物(PM)62.1万吨,碳氢化合物(HC)441.2万吨,一氧化碳(CO)3467.1万吨。
2燃油经济性
随着环境恶化与能源危机的压力与日俱增,各国纷纷将提升燃效、降低能耗作为维护国家能源安全的必要手段。美国政府在2012年8月底正式出台CAFE(CorporateAverageFuelEconomy)标准体系,要求2016年企业新车平均燃效达到35.5mpg,2025年达到54.5mpg(见表2)。为此,各汽车厂商针对2016年的要求,打算通过发动机的小型化来提高燃效并扩大混合动力车的生产。但对于2025年的指标,仅凭这些方法难以达到要求,PHEV、EV和燃料电池车(FCEV)等新一代技术的导入不可或缺。
降低油耗将涉及发动机、变速器、新能源、轻量化等多方面的技术,未来越来越多的先进技术将逐步扩大应用,当然也不可避免会带来成本的增加。在这方面,美国EPA针对CAFE做了详细分析,估计了每项技术的CO2降低、成本增加。在发动机技术和新能源技术方面的分析如下(表3):
作为中国各个自主品牌车企,未来将不得不加入这场应对燃效法规的技术战争,因此在研发及应用节能技术的过程中,必须要进行合理规划、统筹开发、并兼顾性能与成本,而EPA的分析可以作为自主品牌车企节能技术研发及应用的参考。
3汽车禁用物质管理
随着国内外市场环保法规日趋完善和消费者环保意识的不断增强,对汽车产品的环保要求越来越高,各国均陆续出台了汽车产品危险物质禁用的相关法规,2003年,欧盟通过了限制使用4种重金属(铅、镉、铬、水银)的法规。2007年,欧盟通过了新的化学品管理法规‘REACH’,要求对年使用量超过1吨的化学品进行注册、评估和授权。我国《汽车禁用物质要求》标准正在报批,预计2014年初,标准规定了汽车整车及其零部件产品中禁止使用的物质:铅或其化合物、汞或其化合物、镉或其化合物、六价铬、多溴联苯(PBBs)、多溴联苯醚(PBDEs)。汽车材料法规的意义:一是减少汽车对人类和环境影响;二是提升报废汽车利用率,促进资源可持续化发展。
汽车禁用物质的技术应用见以下几个方面(见下表4)。
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4总结
未来相当长的一个时期内,全球汽车的技术格局将呈现出多元化发展、多种技术相互融合、阶段性不均衡发展、强强联合、政府扶持的态势。汽车的环保节能作为当代社会的发展趋势,这就促使汽车技术不断升级以适应社会需求,实际上国内的自主品牌车企在节能、环保技术方面,双燃料汽车、BSG技术、电动汽车、混合动力汽车等方面的技术都取得了令人瞩目的成就,但是由于发展时间短,缺乏一定的技术积累,在技术发展的道路上在借鉴成熟技术的同时还需要不断地摸索前进。
参考文献:
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