内燃机动力节能技术之三:交通出行立体化

当狄塞尔发明柴油机时，就曾在内燃机上试过使用气体燃料、酒精及植物油，最终由于成本和科技水平所限而不得不放弃。而当石油能源主宰人类动力系统百年以后，在其日近垂暮之年，人们不得不将目光再次回到原点，求解于天然气、醇醚燃料、生物质燃料。一个世纪的轮回后，当人们发现，即使是以现代的科技，将这些燃料用于内燃机依然困难重重，不能尽如人意。这让我们不得不钦佩先行者狄塞尔的智慧和勇气，另一方面，也让我们看到，人类的智慧，必将为自己点亮前行的光明。

1.天然气动力

在国际上，天然气汽车技术已相当成熟。2008年3月的日内瓦车展上，天然气能源的应用成为环保的主角，车展现场展出了数款天然气作为燃料的车型，奔驰天然气紧凑型运动旅行车B170NGT、通用汽车公司天然气SUV车型雪佛兰科帕奇、法国的PGO和德国的BRA共同开发的PGO Cevennes涡轮增压天然气跑车以及已经上市并得到瑞士用户广泛好评的大众途安2.0L和菲亚特Pandal.2L天然气汽车等。

与国外相比，当前我国天然气汽车在技术上存在较大的差距，制约我国天然气汽车发展的瓶颈同样也是关键零部件，如喷嘴、高精度减压器等。康明斯西港公司开发的柴油引燃、缸内直喷天然气发动机，具有和增压柴油机一样高的热效率，而我国在这方面还是空白。但我国也取得了一些研发成果，如我国已能开发、生产基于多点顺序喷射的单燃料LPG汽车，但生产的数量不多；在轻型车上能够进行采用闭环电控多点顺序喷射技术的天然气汽车的开发和生产，与国际水平相差不大；在重型天然气发动机方面，上柴、玉柴等企业能够生产满足国Ⅲ、国Ⅳ排放标准的增压中冷、稀薄燃烧天然气发动机，与国际水平相当；玉柴的YC6G220P-30LPG重型发动机，已应用在广州的公交车上。

大众途安2.0L

日本、韩国等生产基于多点顺序喷射的单燃料汽车，其发动机及汽车整体布置均专为燃油LPG设计，故发动机可在最佳状态下工作，整车重量变化不大。而国内的天然气汽车基本上沿用原汽柴油汽车的底盘，使气瓶的安装产生困难。如出租车在行李箱安装气瓶后，放行李的空间就非常小了。

2.混合燃料动力

混合燃料动力区别于混合动力的发动机与电动机交替工作的方式，是将常规汽柴油与代用燃料混合的动力，以常规汽柴油为主，将各种代用燃料，包括醇醚燃料与汽柴油掺混，并对发动机进行适当设计，其将有可能成为主流燃料技术。由于混合燃料中的待用燃料可减少汽柴油消耗，因此发展混合内燃机也是缓解目前石油紧缺问题的有效手段之一。

在典型的混合燃料车型中，帕杰罗TR4Flex是一款可以使用汽油、乙醇以及它们的混合燃料的新型生物燃料FFV车型。该车可以在乙醇比率在0～100%的混合燃料的条件下变更发动机控制，同时改变为最适合的燃烧状态，变更一部分发动机零配件和燃料系统的工作数据，确保耐久性可靠性。Scorpion是基于本田AcuraTL-S改装的跑车，它的燃料是汽油和氢的混合，其中氢占30%～40%。其氢燃料是汽车本身分解水获得，所以只用加水，不用加氢（当然另外还需加汽油）。Scorpion的六十英里原地起步加速时间是3.5秒，动力可高达450马力。每加仑汽油可跑四十英里。(www.xing528.com)

目前，我国成熟的混合燃料技术主要用在现有汽油车和柴油车上，如E10（90%汽油，10%燃料乙醇）和柴油与低比例生物柴油混合。与国外相比，还存在较大的差距。

3.氢燃料动力

氢燃料动力，不同于燃料电池汽车，是以储存的氢气直接作为传统发动机的燃料。宝马正是这个领域的开路先锋，其2008年发布的Hydrogen7即是氢燃料动力的代表作品。该车动力完全是由燃烧氢产生的，而不是氢燃料电池，氢燃料发动机基于宝马760i所装备的汽油机，拥有电子气门控制和双凸轮轴可变气门正时系统等技术亮点，并按照双模驱动进行了相应改进。在汽油模式下燃油直接喷射，氢燃料则通过集成在进气系统中的特殊管路供给。氢的燃烧速度比普通汽油快10倍，为充分利用这一潜能，Hydrogen7中的V-12发动机需要由电子气门和双凸轮轴可变气门正时系统来保证极为灵活的发动机管理系统，使气体循环和喷射节奏与氢/空气混合气的特殊特性完美匹配。Hydrogen7是迄今离我们最近的一款氢动力车，它清楚地证明了液氢完全可以用来作为汽车的一种能源。

马自达RX-8HydrogenRE型跑车是一款氢燃料概念汽车，它采用了马自达独有的转子发动机，由于转子发动机爆发性强，灵活高效，特别适合与氢燃料的结合。而且转子发动机使用氢燃料只需要很小的更改。以上两款氢燃料汽车目前都已达到了实用阶段，制约其量产的主要原因是成本和相关设施的普及。

高效低排放氢内燃机是国家“863”计划唯一立项的氢燃料重点项目，2007年6月，我国自主研制的第一台高效低排放氢内燃机在重庆长安汽车集团成功实现点火，它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术已经获得了突破性的进展。

4.涡轮蒸汽机动力

当前发动机的热效率只有40%左右，而另外的60%中被废气所带走的大部分能量有没有可利用的价值？2006年宝马公司给出了一个答案，那就是利用涡轮蒸汽机回收大部分发动机废气所带走的热能，作为发动机另一种“燃料”形式，提升发动机效能并降低油耗。其工作原理基于蒸汽机：在两个循环系统中，液体被加热成蒸汽用以驱动发动机，内燃机废气经过换热器成为能量源。这项技术使废气中80%以上热能得以回收利用。

在测试中，装有创新性辅助系统的宝马1.8L四缸发动机的油耗降低了15%，输出功率却增加了10kW，同时，转矩也增加了近20N·m。这些增加的功率和效率好比是“无中生有”，因为它们完全来源于废气和冷却液中浪费掉的热能，不增加任何的燃油消耗。这个研究项目符合宝马高效动力理念，即低排放、低油耗，而且驾驶动力更充沛，性能更出色。