中國汽車動(dòng)力可持續(xù)發(fā)展同時(shí)面臨城市大氣污染和能源雙重難題。隨著汽車節(jié)能、降噪技術(shù)的進(jìn)步以及新能源、新動(dòng)力汽車的發(fā)展，部分燃油汽車將會(huì)被采用新能源、新動(dòng)力的汽車替代，污染和能源問題將逐漸得到改善。
汽車清潔化的過程，要受到各國排放法規(guī)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)又要顧及節(jié)能的要求和所能接受的成本，是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。隨著汽車節(jié)能、降噪技術(shù)的進(jìn)步以及新能源、新動(dòng)力汽車的發(fā)展，部分燃油汽車將會(huì)被采用新能源、新動(dòng)力的汽車替代，污染和能源問題將逐漸得到改善。
清潔汽車的動(dòng)力與燃料
對(duì)于點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)來說，主要的代用燃料是甲醇、LPG、天然氣（CNG、LNG）、氫。壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要代用燃料是二甲醚。表1列出未來可能的汽車動(dòng)力與燃料。
以不同燃料為動(dòng)力的汽車的排放及綜合性能的對(duì)比情況見表2，其中：甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)排放和燃油費(fèi)與汽油機(jī)相當(dāng)，但在續(xù)駛里程、燃料供給設(shè)備及車輛價(jià)格上比汽油機(jī)稍差。二甲醚是超清潔燃料，合成汽、柴油繼承性最好。
國內(nèi)外清潔汽車動(dòng)力研發(fā)進(jìn)展
LPG汽車動(dòng)力
氣體動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展可以分為七個(gè)階段：
第一代是采用混合器供氣系統(tǒng)，特征為：結(jié)構(gòu)簡單、無反饋控制、改造方便、比汽油機(jī)功率低、可能回火。
第二代是采用反饋式混合器供氣系統(tǒng)，特征為：改造容易、但功率降低、難以滿足排放法規(guī)強(qiáng)化要求?，F(xiàn)在LPG車較多采用。
第三代是電控混合器供氣系統(tǒng)，特征為：電控減少排放、但使功率降低。
第四代是電控氣態(tài)噴射系統(tǒng)，特征為：雙燃料車用，功率少許降低、不需要燃料加壓泵、可以滿足排放法規(guī)要求。
第五代是電控液態(tài)噴射系統(tǒng)，特征為：雙燃料車用，功率與汽油車相同、能滿足排放法規(guī)、需要燃料加壓泵。
第六代是點(diǎn)燃式缸內(nèi)直噴系統(tǒng)，特征為：直噴，提高熱效率、需要開發(fā)燃料加壓泵等技術(shù)、排氣更清潔，是未來發(fā)展的系統(tǒng)。
第七代是壓燃式缸內(nèi)直噴系統(tǒng)。特征為：需要專用的LPG燃料、直噴熱效率與柴油機(jī)相同、需要開發(fā)燃料加壓泵等技術(shù)、排氣更清潔。
天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)（CNG、LNG）也具有相似的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
醇（醚）類汽車動(dòng)力
甲醇
甲醇是一種無色而易揮發(fā)的易燃液體，辛烷值高、抗爆性好、含氧量高，使用甲醇汽油可以有效降低汽車的CO和HC的排放，而未燃甲醇及醛類的排放則明顯較普通汽油高，就目前排放法規(guī)而言，使用醇類燃料無疑對(duì)降低排放和炭煙十分有利。由圖3可知，甲醇作為汽車燃料具有兩條技術(shù)途徑，既可以作為現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，又可以作為新型燃料電池動(dòng)力的燃料，由于具有較大的適應(yīng)性，可長期利用為汽車的能源。
甲醇在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用已基本不存在技術(shù)難題。在混合燃料車中的應(yīng)用可分為：1）低比例甲醇汽油M3/M5可和汽油一樣使用，發(fā)動(dòng)機(jī)不作任何改動(dòng)。在歐洲等地曾大量當(dāng)做汽油銷售。一般需要添加助溶劑，以防燃料分層。2）中比例甲醇汽油（M15），發(fā)動(dòng)機(jī)只需作調(diào)整，技術(shù)問題較容易解決。曾在歐洲等國進(jìn)行跨國界車隊(duì)示范，必須添加助溶劑。3）高比例甲醇汽油M85/M90，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改裝優(yōu)化，其功率、排放和熱效率都優(yōu)于原汽油機(jī)。在歐、美、加、日等國曾進(jìn)行大量研究開發(fā)，并有產(chǎn)品或樣品問世。
由于甲醇加油站有限，行駛里程受限制，使用戶不便，故開發(fā)了一種甲醇汽車，該汽車可使用汽油或醇與汽油以任何比例混合的燃料甲醇，由燃料傳感器識(shí)別成份，通過電腦提供發(fā)動(dòng)機(jī)最佳運(yùn)行參數(shù)。這樣就不會(huì)受到加油站限制。
甲醇在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，需采用助燃措施，其中普遍的助燃措施是采用火花助燃或電熱塞助燃。
二甲醚
二甲醚可以從中國儲(chǔ)量豐富的煤、天然氣和生物質(zhì)中提煉，含氧燃料，有利于減少燃燒生成的煙度和微粒；同時(shí)，可以使用更大的廢氣再循環(huán)率（EGR），降低NOx排放。其低熱值只有柴油的64.7%，理論空燃比低，為了達(dá)到柴油機(jī)的動(dòng)力性，必須增大二甲醚的循環(huán)供油量。二甲醚的十六烷烷值比柴油高，遠(yuǎn)高于其它代用燃料，因此在柴油機(jī)上燃用二甲醚不像甲醇、乙醇、液化石油氣和天燃?xì)饽菢有枰捎弥即胧?。二甲醚在常溫常壓下的蒸發(fā)壓力為0.5MPa，隨著溫度的升高，其蒸發(fā)壓力也增大。在發(fā)動(dòng)機(jī)使用條件下，為防止氣阻現(xiàn)象發(fā)生，燃料供給系統(tǒng)的壓力將遠(yuǎn)高于柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)（輸油系統(tǒng)）。二甲醚的汽化潛熱幾乎是柴油的兩倍，由于蒸發(fā)吸熱降低缸內(nèi)混合氣溫度，有利于抑制NOx的生成。
二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：其功率比原柴油機(jī)高10%至15%；噪聲低5至10dB(A)（接近汽油機(jī)的噪聲）；熱效率比柴油機(jī)高2%至3%（相對(duì)值高6%至7%）；在全部轉(zhuǎn)速負(fù)荷范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無煙燃燒；它的NOx、HC、CO排放分別為原柴油機(jī)的30%、40%、50%；柴油機(jī)燃用二甲醚可以達(dá)到歐洲III和美國超低排放（ULEV）標(biāo)準(zhǔn)，并有潛力達(dá)到歐洲Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。
主要存在問題：在常溫常壓下為氣體，需裝瓶使用（20℃時(shí)，飽和蒸汽壓力為0.5MPa）。粘度為柴油的1/10，使用時(shí)潤滑性，密封性較差，燃油系統(tǒng)要重新設(shè)計(jì)。目前二甲醚用作汽車燃料還處于研發(fā)階段，要真正替代LPG、LNG以及石油燃料，必須要考慮生產(chǎn)成本。在最近的一段時(shí)間里應(yīng)格外注意與LPG的競爭。
車用乙醇汽油
車用乙醇汽油是在汽油中加入一定比例的變性燃料乙醇而形成的一種新型混合燃料，已被一些國家用作為汽車燃料。燃料中的乙醇既是一種能源，又是一種良好的汽油增氧劑和高辛烷值調(diào)和組分，用以代替四乙基鉛和MTBE（甲基三丁基醚）。用乙醇作增氧劑，可顯著降低汽車尾氣中的有害排放物（主要是HC和CO）。同時(shí)乙醇也是一種可再生能源。這樣，在汽油中加入一定比例的乙醇作燃料，就能收到節(jié)約石油、凈化空氣和轉(zhuǎn)化過剩的糧食等多種功效，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了一條有效的途徑。
混合動(dòng)力
混合動(dòng)力是解決汽車排放與節(jié)能的有效途徑，具有良好的繼承性，目前在國外已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，中國處于樣車研發(fā)階段。發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)通常采用并聯(lián)或混聯(lián)的方式。表3給出國外典型混合動(dòng)力轎車的結(jié)構(gòu)型式和主要參數(shù)。并聯(lián)方式結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能效果好，排放也比燃油動(dòng)力汽車為佳。
燃料電池
燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。該裝置的最大特點(diǎn)是反應(yīng)過程不涉及燃燒，因此能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，可高達(dá)60%至80%，實(shí)際使用效率是普通內(nèi)燃機(jī)的2至3倍。質(zhì)子交換膜燃料電池是今后汽車最理想的驅(qū)動(dòng)電源。
燃料電池動(dòng)力是無污染、高效率、應(yīng)用廣、無噪聲、具有連續(xù)工作和積木化的動(dòng)力裝置。美國、加拿大、德國、日本、法國等國家的汽車公司都對(duì)燃料電池的研發(fā)投入了大量資金。零排放的燃料電池汽車在國外和中國都已投入示范運(yùn)行，是本世紀(jì)汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的技術(shù)。研發(fā)重點(diǎn)是：使用輕質(zhì)材料，提高燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率；提高質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)快速冷啟動(dòng)能力；研究具有負(fù)荷跟隨能力的燃料處理器等。目前燃料電池研發(fā)處于領(lǐng)先地位的是加拿大巴拉德公司。
汽油發(fā)動(dòng)機(jī)
汽油機(jī)是乘用車的主要?jiǎng)恿?。目前國外已具有達(dá)到超低排放汽油車的技術(shù)。目前研發(fā)主要技術(shù)：1)可變進(jìn)氣系統(tǒng)：可變進(jìn)氣、分層充氣、可變配氣機(jī)構(gòu)（可變氣門升程、可變凸輪相位）、EGR、電磁或電液驅(qū)動(dòng)氣門機(jī)構(gòu)。2)燃燒系統(tǒng)：缸內(nèi)直噴、稀燃。3)電控系統(tǒng)：控制模式優(yōu)化、控制精度改善。4)增壓中冷：可變渦輪增壓器。5)排氣后處理：三元催化、NOx捕集器。6)汽油改質(zhì)：無鉛、低硫、加含氧物、減少芳香烴和稀烴、加清凈劑、高辛烷值。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
柴油機(jī)是商用車的主要?jiǎng)恿ΑＤ壳凹夹g(shù)也能達(dá)到歐Ⅳ、歐Ⅴ排放法規(guī)的要求。研發(fā)重點(diǎn)是：1）高壓噴射：共軌系統(tǒng)、單體泵。2）噴油規(guī)律控制：多次噴射、小噴孔。3）燃燒系統(tǒng)：均質(zhì)壓燃。4）進(jìn)氣系統(tǒng)：可控渦流、多氣門，EGR（水冷）。5）增壓中冷：可變渦輪增壓器。6）電控系統(tǒng)：控制模式優(yōu)化、控制精度改善。7）排氣后處理：氧化催化、DeNOx、顆粒捕集器、選擇性催化還原（SCR）、連續(xù)再生捕集系統(tǒng)（CRT）。8）柴油改質(zhì)：低硫、高十六烷值。
小結(jié)
清潔汽車動(dòng)力的研發(fā)是汽車持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在本世紀(jì)燃油汽車還是主流，低排放的汽油機(jī)和柴油機(jī)是清潔汽車的主要?jiǎng)恿?。氣體和液體代用燃料是解決中國近期汽車大氣污染和節(jié)約石油資源的有效技術(shù)措施。混合動(dòng)力汽車是實(shí)現(xiàn)節(jié)能、低排放的現(xiàn)實(shí)技術(shù)，已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)是實(shí)現(xiàn)汽車跨越式發(fā)展的技術(shù)，已進(jìn)入樣車示范運(yùn)行，可望成為本世紀(jì)中期以后的重要車種。
（轉(zhuǎn)載）
