节能汽车：帮力汽车工业节能突围

　　正在如许一个以能源和天气为卑的时代，人们对新能源汽车赐与了史无前例的关心和投入，但不成否定，现正在汽车仍次要依赖石油驱动。石油着世界经济的成长，同时也是地域争端的次要诱因。更主要的是，我们所剩的石油曾经不多了。策动机，把每一滴汽油和柴油的操纵率提拔到极致、拆上电池用电力来辅帮或从导驱动、往内燃机和电池里灌上各类生物燃料甚至液态氢倾泻了人类百年聪慧和的汽车正正在不竭改革动力单位，而不变的环节词持之以恒：节能、环保、可持续。“毋庸置疑，新能源汽车是目前汽车的支流成长趋向，做为新能源汽车的弥补，节能汽车也应惹起脚够的注沉。”工业大学传热强化取过程节能教育部沉点尝试室从任马沉芳传授出格强调“节能汽车”的概念。近日，正在接管《科学时报》记者专访时，马沉芳指出，非论将来将是什么正在支撑我们的汽车前进，至多今天，我们没有来由不关心保守内燃机对每一滴石油的燃烧取操纵。马沉芳：新能源汽车次要指纯电动、油电夹杂动力和燃料电池三种，它们素质都是以电化学蓄能为根本的。节能汽车指的是内燃机取余能热功转换相连系的夹杂动力汽车、压缩空气动力汽车等，节能汽车的素质是通过余能收受接管和物理蓄能实现内燃机效率的提高，进而实现汽车节能。内燃机取排气余热收受接管相连系的夹杂动力汽车指的是操纵内燃机的废气余热，通过朗肯轮回和无机朗肯轮回，从而提高策动机的功率，降低策动机的油耗。这是节能汽车出格是沉型卡车的一个主要成长标的目的。因为这种新型夹杂动力安拆以结合轮回取代了单一的奥托轮回（汽油机）或DESEL轮回（柴油机），实现了内燃机余能的收受接管，能够显著提高汽车的燃油经济性。这种新型夹杂动力汽车不单正在学术上具有主要意义，并且将为汽车动力的成长供给了主要计谋标的目的。节能汽车的另一个主要标的目的压缩空气动力汽车，也叫气动汽车，其根基道理是将高压压缩空气注入高压储气罐，压缩空气膨缩驱动膨缩机输出机械能从而驱动汽车运转。压缩空气动力汽车取其他汽车比拟有以下几个长处：一是无燃料燃烧，排放的是无污染、低温的空气，是实正的“绿色”概念汽车。二是正在气动策动机工做过程中高压气体膨缩后温度大幅降低，排出的尾气温度远低于温度，低温的尾气能够做为空气动力汽车制冷空调的冷源而不需要额外制冷系统，同时也不必配备油箱、火花塞和消声器，可使车出产成本降低20%。三是空气不成燃，汽车平安性好。四是取保守汽车比拟，其策动机工做时无燃料燃烧过程，所以策动机对材料要求低、布局简单、尺寸小、质量轻、制价低、设想和制制容易。五是其能量的传送快速，储存容易，介质来历便利、洁净，所需的电力容易获取；充气设备和社会根本扶植费用不高，较容易建制。整车利用和出产费用低，且可操纵现有气脱手艺、汽车设想和制制手艺，研制和开辟周期短。六是压缩空气罐烧毁后比电池污染小。七是比电池寿命长，并且机能不阑珊。气动汽车可以或许满脚空气污染严沉城市对低排放、零排放汽车的火急需要，可替代部门城市和室内交通东西，如城市公交车、参不雅逛船、活动小车及室内搬运东西车等，具有很好的市场使用前景，能够获得降低城市污染的优良社会、效益。《科学时报》：为何正在新能源汽车之外需要出格强调理能汽车的概念？以纯电动车为财产标的目的的新能源汽车的成长能否将挤压节能汽车的成长空间？马沉芳：之所以正在新能源汽车概念之外出格强调理能汽车的概念，次要是基于我国节能减排的现实需求。据公开数据显示，2009年我国出产内燃机约6700万台，此中1379万台为汽车配套，总功率达1千瓦，比2008年增加10%摆布。11亿千瓦，这是如何一个概念？截至2009岁尾，我国电力拆机总容量8。74亿千瓦，按规划，将来5年，平均每年的拆机容量添加约1亿千瓦。两者比拟，内燃机正在中国工业成长中的地位一目了然。能够必定，正在能够预见的将来，内燃机的感化仍将不成替代。而取此同时，内燃机成长面对节能减排的庞大挑和。2009年我国石油进口依存度达51%，而内燃机石油耗损量约占全国总耗损量的2/3，是名副其实的用油大户。排放方面，内燃机废气污染占我国绝大大都城市非供暖季大气污染的50%以上，是城市最次要的大气污染源。机械工业是整个工业的根本，内燃机又是机械工业的根本，可是，越根本的工具往往越容易被轻忽。以汽车取内燃机为例，虽然动力总成是汽车的焦点，但人们对整车的关心度远弘远于内燃机。2009年国度出台的10大财产复兴规划中，汽车、配备制制、船舶都取内燃机相关，内燃机并未遭到脚够注沉。正在方兴日盛的新能源汽车财产中，保守内燃机节能手艺也常常遇冷，远比不上电动车的“热力十脚”。当前，国度高度注沉新能源汽车成长。因为新能源汽车取保守汽车比拟，最底子的变化表现正在动力系统。因而，有概念认为新能源汽车将挤压内燃机的成长空间。对此我认为，新能源汽车是保守汽车手艺的传承，是汽车手艺的支流成长趋向，成长新能源汽车是国度持久计谋选择，是汽车工业寻求可持续成长能源的必然选择。但新能源汽车手艺难度大，需要一个比力长的研发取推广周期，正在将来20年，内燃机汽车仍然是支流汽车，新能源汽车对国度节能减排并不克不及起到立竿见影的结果。因而正在鼎力成长新能源汽车的同时，国度应积极成长节能汽车，节能汽车可能是将来20年内汽车工业节能减排的最次要手段。马沉芳：界的石油能源耗损布局中，内燃机所占的份额很大，2006年和2007年我国内燃机所耗损的燃油约为1。9亿吨和2亿吨，正在昔时全国原油耗损总量3。23亿吨和3。46亿吨中所占比例均接近60％。从目前汽车所用策动机的热均衡看，用于动力输出功率一般只占燃油燃烧总热量的30％～45％（柴油机）或20％～30％（汽油机），以废热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55％～70％（柴油机）或70%~80%（汽油机），次要包罗轮回冷却水带走的热量和尾气带走的热量。因而内燃机余热收受接管是降低内燃机能耗的环节手艺办法之一。美国能源部对内燃机节能潜力的评估成果认为，策动机余热能收受接管的节能潜力达60%以上。美国Argonne国度尝试室正在阐发了各类内燃机的节能手艺后认为，余热能收受接管利器具有最大的节能潜力。做为全球最大的策动机制制商，美国康明斯（Cummins）公司认为，通过余热能的收受接管操纵，到2015年可使内燃机的效率达到60%摆布。取此同时，2010岁首年月，美国能源部长朱棣文颁布发表启动3。75亿美元（拨款1。87亿美元）提高沉型卡车和乘用车效率的研究打算，此中策动机余热能收受接管操纵是该项目支撑的次要环节手艺。该项目投资中60%的资金用于沉型卡车的节能，其余40%的资金投入来支撑轻型客车的节能。到2030年该手艺正在汽车中普遍采用后，每天可以或许节约1亿升汽油和柴油，降低汽车20%的碳排放。美国此项打算反映了新能源汽车的最新动向，此举能给我们以和自创。总的来说，从目前的进展来看，通过对内燃机余热能的梯级操纵，取得10%～20％的能量操纵效率的提高完满是可能的。我国2009年石油耗损量约为3。74亿吨，此中内燃机耗油为2。24亿吨，因而通过对内燃机余热余压操纵的研究，可节约石油3360万吨摆布，削减CO2排放1。05亿吨摆布。马沉芳：国际上很是注沉内燃机废气余热的操纵。美国能源部同时赞帮6个团队进行汽车余热操纵研究，这6个团队几乎涵盖了相关范畴各大公司及国度尝试室，美国能源部的方针是通过余热操纵手艺的使用使柴油机热效率正在10~15年后提拔至60％。正在欧洲，英国帝国理工学院正在瞻望内燃机的成长趋向时，将内燃机废热能的操纵做为到2050年的环节手艺挑和。法国正在2007年启动了heat2power打算；3所一流大学Lund，Charlmes，KTH开展内燃机余热收受接管的结合研究。日本文部省正在2005年发布的第八次手艺预见查询拜访演讲中，将内燃机余热能的操纵列为将来30年手艺成长的100个主要课题之一。宝马公司曾经正在1。8升四缸策动机上别离采用水和酒精的朗肯轮回收受接管废气和冷却水的高暖和低温余热鞭策膨缩机，试验成果表白，可添加15%的引擎输出效率以外，油耗表示更取1。5升的车款相当。日本本田公司通过高温废气换热发生高压蒸汽，驱动膨缩机发电收受接管余热，膨缩机最大可输出32kW电，热效率最大可提高13％。康明斯正在美国能源部的支撑下进行了操纵8级车用内燃机余热驱动无机朗肯轮回发电的研究，方针是提高10％的燃油经济性。目前曾经完成了第一代样机的设想制制和测试。此外，美国卡特皮勒公司开辟了固定式天然气策动机的无机朗肯轮回废气余热发电系统，该系统样机使策动机系统的燃气操纵效率达到了47%。对于空气动力汽车而言，早正在内燃机发现之前，压缩空气动力汽车的概念就被提出并被普遍使用于等欧洲城市的轨道交通。目前法国MDI汽车公司是此项手艺的代表。到2008岁尾，他们曾经设想制制出5种型号的压缩空气动力汽车，其策动机的功率从4马力到75马力。此中一款车型可达200km～300km的续航里程，最高时速110 km/h，接电自充气时间正在4个小时摆布，而正在加气坐充气时间只需3分钟。马沉芳：取国外同业比拟，我国节能汽车的研究较少。我国科技部先后正在“十五”和“十一五”期间别离设置了两个内燃机“973”项目，这两个项目都是由牵头，次要进行内燃机高效燃烧手艺的研究。2010年科技部核准了内燃机国度沉点尝试室舒歌群传授牵头申请的“973”项目“高效、节能、低碳内燃机余热能梯级操纵根本研究”，工业大学吴玉庭研究员做为此中课题二“内燃机余热能热力单位和材料机能强化设想和集成优化的研究”的课题担任人。正在“十一五”“863”中也设置了一个内燃机废气余热收受接管的预摸索性专题课题，正在该课题的支撑下工业大学对内燃机废气余热收受接管开展了预摸索研究，目前正正在搭建尝试台进行尝试验证。气动汽车方面，国度天然科学基金委和国度科技部设置了响应课题，浙江大学、工业大学、合肥工业大学开展了一些研究工做，取得了必然进展。总的来说，国内对节能汽车的研究还方才起步，跟国外差距很大，因而很是有需要设置项目进行系统研究，以推进我国节能科学理论的成长。内燃机废气余能的收受接管涉及废气余热的收集传热、热功转换、热电间接转换以及压力能转换等方面。热力学、传热学、材料、机械和节制等多个学科以及这些学科的交叉是内燃机余热操纵的理论根本。只要控制了这些环节科学手艺，才能使系统总能操纵效率显著提高，收受接管获本进一步降低，进而才有可能鞭策其大规模贸易化成长，实现内燃机余热余压的无效操纵。柴油机余热热功转换是一项近年来才兴起和遭到注沉的新能源汽车手艺，其研究次要集中正在欧洲取美国。大汽车和柴油机厂商都正在全力开辟柴油机余热热功转换，也有越来越多的策动机厂商正正在或即将跻身到该手艺的研究使用中。但虽然如斯，目前该项手艺照旧处于示范试验、系统机能优化改良阶段，很多环节手艺还没有被完全霸占。我国是最大的沉型卡车出产国，柴油机余热热功转换系统的研发和使用对我国汽车工业的成长具有主要的计谋意义，而目前国内企业尚未开展该手艺的研发。该项手艺目前还并不成熟，谁先控制先辈可行的手艺，谁将把握最大的商机，率领整个策动机余热热功转换新动力系统的成长。