电动汽车的终结者将是柴油发动机?

日期:2013/7/19     来源:中国汽车     已阅读:2625 次   返回 关闭  打印

不要小看特斯拉在其S型豪华电动汽车上的成功。自从去年上市至今,该款车型的销量已经超过了同级别汽油动力款。但不出意外的话,电池动力汽车的前景可能永远不会再次像这样光芒闪耀了。《经济学人》专栏作家Babbage日前撰文称,电池动力阳光灿烂的日子即将被柴油发动机终结。主要观点包括:

1、最新一代的柴油发动机采用了141左右令人惊讶的低压缩比,这使得发机动在减重、提升燃油效率和碳排放等方面取得了突破。

2、最新型柴油汽车两大优势依然保持了下来,那就是卓越的中程扭矩和更好的燃油经济性,后者不仅优于同类的汽油动力汽车,现在甚至也超过了混合动力车。

3、实际上,柴油发动机的效率已经比汽油发动机高出30-35%。清洁、低压缩比的新一代柴油发动机将把燃油经济性再度提升20%以上。这样一来,以等效的每升油公里数计算,柴油车将与如今许多电动汽车的经济性基本一样。而它们的一大优势则是,驾驶者将没有行驶里程焦虑和充电方面的担心。

过去几年开发出来的全新一代柴油发动机轻巧而动力十足,完全不同于我们父辈时期那种轰隆作响、耗油惊人的奥尔兹汽车(Oldsmobile)发动机。今年晚些时候,美国人将第一次有机会体验到真正先进的柴油发动机汽车,有机会知道为什么欧洲人选择了柴油发动机,而不是混合动力车、全电动车甚至是汽油动力汽车。新发动机的领导者当属完全重新设计的2014年款马自达6,该款车型共有两种发动机选择,一种是2.5升四缸汽油发动机,另一种是2.2升涡轮增压柴油版。柴油版的燃油经济性高了30%,并能提供巨大的牵引动力。汽油版车型虽然也很好,但选择它而非柴油版的驾驶者将错过很多东西。

马自达并非准备了先进柴油发动机的唯一一家汽车制造商。比如,自2010年以来,三菱汽车也开始在欧洲销售配备了1.8升和2.2升新一代柴油发动机的车型。作为对其混合动力车型的风险对冲,丰田汽车也已经测试了几种全新的柴油款设计。

更低的汽缸压力

最新一代的柴油发动机与其“共轨技术”前辈(出现于20世纪90年代后期)最显著的差异就在于,它们采用了141左右令人惊讶的低压缩比,而不是更常见的16-1或更高比率。相比20世纪70年代的喷射技术,这方面更是差异极大。汽缸压力的减小幅度可能听起来微不足道,但它引发了一种良性循环,产生了以前无法获得的有益效应。

1、较低的汽缸压力减少了发动机内的热应力和机械应力。其结果就是,传统上用来防止柴油发动机本身开裂的重型铁铸件可以替换为较轻的铝铸件。这一变化导致新马自达柴油发动机重量减轻了25公斤(55磅)。较低的汽缸压力意味着,活塞、活塞环、气门、曲轴等其它发动机部件的重量也可轻25%。因为发动机重量的减轻,车辆的制动、悬挂部件和车身也将不需要像以前那样粗旷。所有这些降低的重量都转化为了更高的燃油效率。据工程咨询公司里卡多(Ricardo)的分析,家用汽车的重量每减少10%,其燃油经济性就将提升4%以上。

2、缸内压力较低的另一个好处是,发动机内运动部件的重量减轻,它们产生的内部摩擦也随之减小,这也帮助提高了燃油效率。而且,由于具有了较小的转动惯量,发动机旋转速度得以更快、更自由,这也有助于提高效率。马自达新的”Skyactiv-D”发动机每分钟最高达到5200转,在目前使用中的柴油发动机中,这个转速以前从未达到过。

总而言之,柴油机发动机效率改善带来的好处远远超过了降低压缩比造成的动力损失。实际上,柴油发动机的效率已经比汽油发动机高出30-35%。新型的低压缩比柴油发动机很可能效率更高。

3、在碳排放方面也有很多好处。在一个典型的柴油发动机中,点火过程并非由一组火花塞顺序引燃来完成,而是由被挤压在气缸的空气的热量引发。由喷射器,自动点火的时机由喷油嘴控制,后者在极端高压下向每个气缸喷射需要的精确数量的燃料。为了获得最大的燃油效率,喷油仅在活塞到达其冲程的顶部、气缸压力最大时进行。

不幸的是,燃料和冲程死点中心的空气之间的混合很少能够达到完全燃烧所必需的充分程度。因为点火在氧气(来自高度压缩的空气)过剩的情况下发生,因此这种不完全燃烧产生了烟尘颗粒和形成烟雾的氮氧化物,这成了传统柴油发动机的诅咒。

现代的清洁型柴油发动机牺牲了一些动力,来换取燃烧率的提高。其做法是延迟喷射,即直到活塞在气缸内开始回落时才喷入燃油。延迟喷油和缸内的下降让燃料有机会与空气进行更好的混合。但即便如此,清洁柴油发动机仍然需要一个昂贵的催化还原系统,后者将尿素溶液注入到排气装置,来清理氮氧化物。它们还需要微粒过滤器来捕获烟尘。

采用了较低的压缩比后,上述装置大部分都不再需要。燃料不仅可以毫无困难地在气缸顶部冲程死中心燃烧,而且尿素喷射系统也不再需要——这种系统的装料盒每6个月左右就需要重新填充一次。

4、柴油发动机在寒冷天气中启动困难开始的的老毛病也得到了解决。设计人员采用了压电式多喷嘴喷油器,它们可以在任何模式下以最适合发动机运行条件喷射燃料。同时,由于现代发动机上的阀门具有可变的升降及定时功能,因此,当发动机在低温环境下异常启动时,排气阀可以小幅度张开,这样热废气可以被吸回汽缸,帮助发动机迅速升温。

笔者的第一款柴油车是大众高尔夫,数十年前在英国购买。早晨起来后,这款车需要发动机的预热塞对发动机内部进行足足一分钟或以上的预热。然后,它会突突地蹒跚起步,发出像一罐钉子一样的嘎嘎声。笔者上一次开的柴油车是去年在希思罗机场租用的一辆奔驰E220。这款车噪音、振动很小,平顺性很好,很少体现出柴油车长期以来的特征。正因如此,笔者一直没有意识到这是一辆柴油汽车,直到停下来加油,油箱门里面的警告标志才透露出实情。

电动车终结者?

重生后的最新型柴油汽车有望更优雅,更难以和汽油车区分。当然,柴油车的两大优势依然保持了下来,那就是卓越的中程扭矩和更好的燃油经济性,后者不仅优于同类的汽油动力汽车,现在甚至也超过了混合动力车。

而这一切还只是开始。丰田已表示,将把它从2.2升低压缩比柴油发动机上获得的经验和技术应用到更小型号的发动机上。与此同时,马自达已经秘密设计了一款超级柴油机,使用了前所未有的8.51的压缩比。该公司另一款柴油发动机的内部零件非常之轻,以至于在没有涡轮增压器的情况下发动机转速能达到7000转每分钟;而且,该款发动机仅用一只传统催化转换器即可满足美国50个州的排放标准。

凭借其古老的1.4升柴油发动机,大众POLO仍然在英国和欧洲其它国家保持着非电动车中最好的燃油效率记录,其联合循环的燃油经济性仅为每百公里3.8升。丰田混合动力车普锐斯表现如何?在最经济的燃油车排行榜上,普锐斯仅位于第20位,燃油经济性为每百公里4.2升,并且具有较高的二氧化碳排放量。比普锐斯具有更好燃油经济性的19辆车采用的都是清洁柴油发动机。

笔者预计,清洁、低压缩比的新一代柴油发动机将把燃油经济性再度提升20%以上。这样一来,以等效的每升油公里数计算,柴油车将与如今许多电动汽车的经济性基本一样。而它们的一大优势则是,驾驶者将没有行驶里程焦虑和充电方面的担心。

 
 
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