根據(jù)政府和汽車行業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的說法,歷史悠久的內(nèi)燃機(jī)將很有可以繼續(xù)存在很長一段時(shí)間。雖然汽車電氣化的推動(dòng)者們預(yù)測內(nèi)燃機(jī)即將走向終點(diǎn),但是美國能源信息署認(rèn)為到2035年,99%的輕型和重載車輛,特別是商用車,都將依然搭載傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)。
為了保持石化燃料技術(shù)在商用車和乘用車上不斷升級(jí),創(chuàng)新技術(shù)持續(xù)應(yīng)用,相關(guān)研究也一直沒有間斷。提高內(nèi)燃機(jī)的效能是改善車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的一種最有發(fā)展前景、最具成本效益的短中期方法,實(shí)驗(yàn)測試表明當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性可以提高超過50%,甚至達(dá)到75%。
政府部門積極推廣插電式混合動(dòng)力系統(tǒng),不過卻沒有達(dá)到預(yù)期效果,美國平均每年銷售1650萬輛汽車,其中的99%仍然是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車型。混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力車型雖然使用了電氣化系統(tǒng),但內(nèi)燃機(jī)依然是不可或缺的重要組成部分。目前新一代鋰離子電池正處在研發(fā)階段,若能成功應(yīng)用在混合動(dòng)力車上,未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢還很難預(yù)測,但現(xiàn)在其正處于技術(shù)瓶頸階段,內(nèi)燃機(jī)的地位仍然穩(wěn)固。
美國聯(lián)邦平均燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)要求在2025年之前,新車燃效要達(dá)到54.5英里/加侖,從而促使汽車制造廠商推進(jìn)電氣化進(jìn)程。采用這樣的標(biāo)準(zhǔn)并不能完全降低內(nèi)燃機(jī)市占率,其實(shí)僅僅有1%到3%的車輛無法達(dá)到該要求必須添加插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)。
美國現(xiàn)在可正常行駛在道路上的轎車和卡車總計(jì)2.53億輛,根據(jù)能源部的數(shù)據(jù),美國范圍內(nèi)超過60%的石油燃料消耗和25%的溫室氣體排放都是由車輛產(chǎn)生的。權(quán)威專家們極力推薦利用插電式技術(shù)來改善車輛造成的環(huán)境污染問題,汽車行業(yè)投入大量資金進(jìn)行技術(shù)研發(fā),不過特斯拉等公司帶來的挑戰(zhàn)也是前所未有的。
政府部門沒有把所有精力都放在插電式電池技術(shù)上,除此之外還推進(jìn)氫燃料電池、替代能源和創(chuàng)新內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)。根據(jù)密歇根大學(xué)交通運(yùn)輸研究所的調(diào)查,從2007年10月到2015年6月,美國范圍內(nèi)銷售新車的燃油經(jīng)濟(jì)性從5.3英里/加侖增加到了25.4英里/加侖,而那些可以讓1加侖燃油推動(dòng)汽車前行超過50英里的技術(shù)也即將應(yīng)用在量產(chǎn)車型中。
無論喜歡與否,燃油經(jīng)濟(jì)性都是政治、環(huán)境等方面的一個(gè)綜合性話題,內(nèi)燃機(jī)必須在這種大形勢下找到一個(gè)合適的立足點(diǎn)。汽車制造廠商往往都有大量的技術(shù)儲(chǔ)備,來滿足各種各樣日趨嚴(yán)格的燃油經(jīng)濟(jì)性和二氧化碳排放量法規(guī)要求。根據(jù)美國環(huán)保署報(bào)告,先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)幫助提高燃油效能,節(jié)省了車輛整個(gè)壽命周期的運(yùn)營成本,相關(guān)效能和成本評(píng)估是依照16.6萬英里的使用期限、2.81美元/升的燃油價(jià)格完成的,對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)為燃油經(jīng)濟(jì)性22英里/加侖的汽車。
1.增壓進(jìn)氣系統(tǒng)
簡單來說,機(jī)械增壓和渦輪增壓技術(shù)是壓縮更多空氣的兩種辦法,燃燒室中的燃油量也因此相應(yīng)增多。第二次世界大戰(zhàn)中的一些戰(zhàn)斗機(jī)曾經(jīng)使用了增壓技術(shù),而技術(shù)的產(chǎn)生還要追溯到更早時(shí)期?,F(xiàn)在通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的推廣,更小尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓條件下輸入更多燃油及空氣變成了現(xiàn)實(shí)。
增壓進(jìn)氣系統(tǒng)的引入,使得小排量發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和自然吸氣大排量發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力相當(dāng),同時(shí)又能夠滿足法規(guī)要求的燃油經(jīng)濟(jì)性和二氧化碳排放量測評(píng)標(biāo)準(zhǔn)。增壓技術(shù)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出和燃油效能的權(quán)宜之計(jì),當(dāng)然具體可以節(jié)省多少燃油是因人而異的,需要參考駕駛者的操控風(fēng)格。
燃油效能提升:2%到6%。
壽命周期節(jié)省費(fèi)用:400到1300美元。
2.停缸技術(shù)
車輛越來越多地采用自動(dòng)化系統(tǒng)控制的技術(shù),在高速公路等低負(fù)載工況下,能夠讓一臺(tái)八缸發(fā)動(dòng)機(jī)的其中四個(gè)氣缸停止運(yùn)轉(zhuǎn),或者六缸發(fā)動(dòng)機(jī)中的其中三個(gè)氣缸停止運(yùn)轉(zhuǎn)。停缸技術(shù)又可以稱作“多重排量”、“按需排量”、“主動(dòng)燃油管理”、“可變氣缸管理”技術(shù)等。這種技術(shù)理念是非常實(shí)用的,舉例來說一輛額定功率450馬力的雪佛蘭CorvetteC7在高速路上行駛,燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)達(dá)到30英里/加侖燃油,這是以前很難想象的事情。
燃油效能提升:4%到10%。
壽命周期節(jié)省費(fèi)用:800到2100美元。
3.汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油直接噴射系統(tǒng)
該先進(jìn)技術(shù)的幫助下,燃油直接噴射到進(jìn)氣道中,然后與空氣形成燃油混合氣,吸卷進(jìn)入氣缸中。類似技術(shù)還包括“氣缸直接噴射”和“火花點(diǎn)火直接噴射”,可以讓燃油混合氣的溫度更低一些,形成更高的燃?xì)鈮嚎s比,從而進(jìn)一步提高動(dòng)力性能和燃油效能。
燃油效能提升:2%到3%。
壽命周期節(jié)省費(fèi)用:400到600美元。
4.可變氣門正時(shí)和升程
進(jìn)氣閥門控制新鮮空氣流入氣缸,排氣閥門控制廢氣流出氣缸。進(jìn)氣閥門和排氣閥門什么時(shí)刻打開,以及打開多長時(shí)間都影響著發(fā)動(dòng)機(jī)效能。參考發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速和負(fù)載狀況,可變氣門正時(shí)和升程系統(tǒng)自動(dòng)優(yōu)化閥門開啟時(shí)刻和舉升時(shí)間。與傳統(tǒng)配時(shí)固定的氣門舉升系統(tǒng)相比,創(chuàng)新系統(tǒng)在各種工況下的燃油效能更高。可變氣門正時(shí)和舉升系統(tǒng)包括可變氣門驅(qū)動(dòng)技術(shù)、可變凸輪正時(shí)技術(shù)、凸輪配氣相位技術(shù)、電子升程控制技術(shù)等。
燃油效能提升:1%到11%。
壽命周期節(jié)省費(fèi)用:200到2300美元。
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