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基于节能减排目标的新型车用动力装置研究与展
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摘要：0 引言 近年来，为了实现节能减排的重要目标，除了传统内燃机之外， 用于汽车的动力装置成为了业界的重要关注点，针对新型车用动力装置的开发过程已得以广泛推行。 以汪克尔发
0 引言
近年来，为了实现节能减排的重要目标，除了传统内燃机之外， 用于汽车的动力装置成为了业界的重要关注点，针对新型车用动力装置的开发过程已得以广泛推行。
以汪克尔发动机为例，在20 世纪60 年代中期，业界普遍认为该类发动机可以充分满足多方面要求。 该类发动机运行平稳、结构紧凑，因此，即便装在重型车辆上也能满足当时全新的正面碰撞安全要求。 后来，美国颁布了排放标准，很快发现，除油耗高外，汪克尔发动机的燃烧室使未燃碳氢化合物排放同样较高。 因此，推广该类发动机的计划被迫放弃。 由此可知，找到可用于替代传统内燃机的新型动力装置，并将其逐步推广，依然任重道远。
1 新型动力装置的类型
表1 对几类动力装置进行了比较，随后将逐个仔细讨论。 从表中的对比可以看出，考虑到需要在轿车实际使用中印证技术性能和可靠性， 除表中所列的条件外，似乎只有经改制燃用酒精、植物油或氢的内燃机具备相应的优点[1，2]。 若考虑其他种类的发动机，高温燃气轮机和电力驱动更具优势[3-5]。 首先在市场上出现的电力驱动可能是内燃机和电动机的混合动力系统，纯电力驱动会晚些出现。
表1 新型动力装置与传统内燃机的比较包括油箱在内的功重比燃用酒精的发动机装置类型 一次能源类型对油箱或储存容器的要求车辆的能耗废气净化所需投入与内燃机成本的比较煤、天然气、生物质油箱体积较大 低于汽油机 低 低 高燃用氢的发动机太阳能、水能重、成本高昂（金属氢化物、冷冻容器）与汽油机相当，但能耗较高很低 很高 中电力驱动高 很低煤、水能、核能、太阳能电池重、容量大，成本高昂 转换损失高低于传统内燃机汽车，高于电站混合动力系统 同上需要两类储能装置：电池与油箱液体燃料部分成本较低与汽油机及柴油机相当 中 中燃气轮机矿物燃料、煤粉、生物质与汽油机及柴油机相当与柴油机相当NOx 排放低，需要燃烧优化措施高 高斯特林发动机所有一次能源与汽油机及柴油机相当与柴油机相当 很低 高 中
2 燃用酒精和氢燃料的新型发动机
通常而言， 酒精燃料可以从矿物能源或生物质中获取。酒精燃料之所以能在活塞式发动机上使用，是由于其点火性能良好，热值高，比功率大。 但是其容易损害橡胶和合成材料，这在设计供油系统时必须加以考虑。酒精冷起动性能差，因此需要掺入15%的汽油以便于起动。德国早在20 世纪70 年代即已对“M15”混合燃料开展了相关试验，该类燃料由15%甲醇及85%汽油组成。甲醇可从当地的煤资源中提炼， 该项目的目的是减轻德国当地对石油进口的依赖。 在该项目的研究中， 有数百辆采用M15燃料的汽车行驶了数年。在目前的一些研究中，部分新型发动机能交替燃用酒精和汽油， 以及视燃料来源情况燃用两者按任意比例混合的燃料。 就是这样一种可用多种燃料的汽车， 需要一个传感器来测定油箱中汽油与酒精的混合比， 一个电子控制装置可用来在整个工况范围内调节喷油和点火。 迄今为止的所有酒精发动机工作方式与汽油机类似。 然而也可采用类似于柴油机的系统来燃用甲醇和乙醇，整机压缩比可高达21。 这种系统是在直喷式柴油机燃烧系统的基础上加装外部点火装置。 这一概念对于在一些地区消除臭氧的形成将有特别的意义。
就氢燃料而言， 戴姆勒·奔驰公司和宝马公司最近几年研制的试验车表明， 汽油机经改制后很适于燃用氢燃料，即可将氢燃料中所含的化学能转化为机械能。 混合气形成和燃料供给需要特殊的方法。与目前的连续燃油喷射过程类似，气态氢燃料被喷射到进气门处。 因为气态燃料容积较大，所以需使用多孔喷嘴。 若氢燃料的贮存状态为液态，则还必须配备一个蒸发装置。 由于氢燃料的点燃范围很宽（在空气中的浓度从5%～75%都可进行参与燃烧），因此在浓混合气和稀混合气的条件下都可参与燃烧。从安全考虑，更倾向于稀薄燃烧。 但这样会影响功率输出。
另一个在轿车中用氢作为燃料的方案是采用燃料电池和电动机。 在燃料电池中，氢与氧在相对较低的80～90℃温度下参与反应，反应产物是水。 这一过程在没有氧化氮形成的情况下即可输出可用的电能。 将氢转化为电能的效率在50%～60%之间。 因为现代电机的工作效率较高，因此这种燃料电池——电机系统的综合效率比目前传统汽车的动力系统更高。其缺点是造价过高，且质量较大。该系统的总质量是同功率汽油机的10 倍。 如果成本和质量问题得以解决，燃料电池将会成为另一种较为现实的轿车驱动系统。
文章来源：《内燃机与配件》 网址: http://www.nrjypj.cn/qikandaodu/2021/0613/976.html
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