【文章內(nèi)容簡介】 電池汽車；三橫：電池、電機、整車控制技術(shù)，這樣來進行了發(fā)展 。并且提高到國家能源安全這樣一個比較重要的角度來做這個事情，當然在十一五，當然十五就已經(jīng)把這個投入，我們國家投資發(fā)展到十億以上，十一五試圖把十五成果更加實用化，大型的投資提高了 20 億左右。 從后兩個五年計劃比較大的投入，產(chǎn)生的結(jié)果來看。因為在當時提的是，我們和國外站在同一起跑線上，但是經(jīng)過十年左右的發(fā)展，我們已經(jīng)全面地落后，就是從整體技術(shù)上來講，方方面面都與國外有了更大的差距，無論是在電池還是在做電機以及整車技術(shù)上，這個當然是現(xiàn)實，不是誰說，我跟人家同步或者什么，這個基本上是趨勢，我們國家推出 “十城千輛 ”， 政府有了補貼，這樣拿單子的基本上是國外的，你的電機、電池、整車控制器，自己的產(chǎn)品基本上拿不出來，基本上還是用國外的這些方案。實際上我們需要反思，這十年來，這新能源發(fā)展的 5 路，走得對還是不對，從大的方向上來講，你是不是找到了這個新能源汽車的關(guān)鍵？這個需要我們進行反思的。 第二，談一談我們國家在新能源汽車方面技術(shù)的進展，當然從三縱三橫來談一談，首先電機，當然電機確實技術(shù)上還是有了非常大的進步，但是總體體現(xiàn)是投入不足，到現(xiàn)在為止，還沒有形成一個能夠提供在汽車上可以用的電機產(chǎn)品，現(xiàn)在還是一個樣機的階段，一個做個十臺八 臺，沒有上百臺的電機的出現(xiàn)，因此電機主要的差距一個是效益方面，我們電機效率基本上無論是充電還是發(fā)電效率跟國外差十個百分點左右。 另外，就是它的壽命和可靠性，這些還有比較大的差距，第二個橫向的技術(shù)就是電池了，電池也是一樣的，到目前為止，說的廠家一些資金投入有一些了，現(xiàn)狀還是拿不出，這個能夠產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品出來，因為很多企業(yè)從宣傳來講，它都說他的電池研發(fā)怎么樣，但是實際上還是拿不出實際的東西來，這個電池差距主要體現(xiàn)幾個方面，充、放電的效力，你的充電效率和放電效率跟人家有很大的差距，第二就是一致性，你充多少，有的好， 有的沒有，這個一致性還是有很大的差異，其他 [綜述 圖片 ]的由于一致性導致的差異的可靠性或者性能優(yōu)一定的差距的。 整車控制器來講，我們國家跟國外差距小一些，整車的控制器差距小一些，基本上由于電池、電機的制約，當然使得整車集成方面存在著非常大的障礙，這個還是現(xiàn)狀，另外一個在動力和自動變速這兩個方面，我們國家變速這一塊跟國外有很大的差距，新能源汽車，如果還是手動擋，這個是不可行的，現(xiàn)在我們有一些混合動力汽車是手動擋，混合動力汽車有混合驅(qū)動模式，還有發(fā)動機驅(qū)動模式，還有兩個一起驅(qū)動模式，一個人靠手動擋怎么適應這樣一 個，你的驅(qū)動模式是自動變化的，而你的換擋還要手動，這個根本就是不可能實現(xiàn)的，所以必須要有自動變速的重力耦合器，才能實現(xiàn)這樣一個技術(shù)。 另外三縱，混合動力汽車，從現(xiàn)在來講，實際上我們過去都開發(fā)了一些混合動力汽車，并且很多混合動力汽車得到了國家的獎勵，但是實際上拿出來用得時候，基本還都是不可用的，基本上是一些驗收工程的東西，這樣相對來說比較多，這樣純電動汽車，由于技術(shù)門檻比較低，純電動汽車在這些里面技術(shù)門檻比較低的車，這些有一些應用，但是由于他成本問題，一次購車的成本以及它的應用的成本，是一個區(qū)域內(nèi)應用的設(shè)備 ，主要是局限在區(qū)域用的車，不可能是一個大范圍的用車。 當然燃料電池的車子，我們國家從燃料電池的汽車，也可能和國際上差距最小的品種，從燃料電池來講也是跟國際上差距最小的，當然這個燃料電池汽車，我自己感覺也是最不實用的，由于他的成本的問題，是現(xiàn)有汽車的幾十倍的成本，由于應用受到限制，從國外來講也沒花很大的力氣在做這個事情。 從新能源汽車的前景來講，我覺得今后的道路非常艱辛，絕不是一帆風順的就走得通的，也不是國家拿點財政，給點補貼，或者說刺激你有一定的規(guī)模就能解決的問題，我自己的感覺就是新能源汽車假如采用目前的方 案，混合動力、純動力、燃料電池新材料來講，新的資源來講，假如說沒有突破的話，現(xiàn)在新能源汽車是不可能普及應用的。 因為新能源汽車的目標當然從我們國家來講，從世界來講，首先是能源安全，很可能現(xiàn)在是放在第一位的，然后很可能才是節(jié)能，才是它的低碳，才是環(huán)保等等。 由于能源的安全，很高的成本是可能需要要做的事情，但是由于受資源的限 6 制，因為你節(jié)能，節(jié)省了很多能源的資源，但是新能源汽車消耗的材料都是地球上稀缺的材料。比如說做電機的，你的銅的材料，前一些日子智利發(fā)生地震，銅發(fā)生一些反彈，智利銅影響不是很大，智利地震的時候， 他現(xiàn)在是世界上 85%的銅礦在他們那里，而它的儲量只有兩億噸，全球目前的儲量不超過三億噸，銅的銷量我們國家去年一年是 800 萬噸，銅金礦的儲量 200 萬噸左右，另外 200萬可能是回收銅產(chǎn)生的，但是如果做新能源汽車都是新增的銅的消耗，必須采用礦山銅用的，不是回收銅的，很可能冶煉了以后可能還要用到那個行業(yè)，新增的只有那么多儲量，不可能保持普及或者增長，你做導向必須要有新的東西出來，沒有新的替代銅的材料出來，新能源汽車量非常小，這個矛盾是不突出的，你等到量增大了，你的矛盾就會非常突出，現(xiàn)在有的銅的儲量不足以支撐新能源汽 車一個品種新增的一些量。 另外，你的有色材料，制造電機的有色材料也是稀缺有色材料，地球上資源并不多，真正這個電機都拿它做他的材料，以后他會受到很大的制約。 今后，假如說新能源汽車不能在制造新能源汽車的資源方面有突破的話，它的前景并不樂觀，所以我在這里所說的描繪了一個相對來講并不是很光明的前景，但是為了能源的安全，你必須要走這條路，因此這個路將會是非常艱辛的。 提高發(fā)動機動力性的途徑 渦輪增壓技術(shù) 其實簡單的來說就是其利用發(fā)動機排放的尾氣來驅(qū)動空氣壓縮機，以此增大氣缸單位時間的進氣流量 ，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加 40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發(fā)動機在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。就拿我們最常見的 渦輪增壓發(fā)動機來說，經(jīng)過增壓之后，動力可以達到 發(fā)動機的水平，但是耗油量卻比 發(fā)動機并不高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。 不過也有它的缺點，其中最大的就是動力輸出的滯后性，現(xiàn)在全世界很多國家的汽車制造商都熱衷于這項技術(shù)，并在不斷研發(fā)與改進，以前在中國幾乎這就是一個盲區(qū)， 隨著近幾年自主品牌的快速發(fā)展，像奇瑞和吉利等的這種技術(shù)也很快就會出現(xiàn)在量產(chǎn)的車型當中。 燃油直噴技術(shù) 就像是從化油器到電噴一樣，直噴技術(shù)又是發(fā)動機供油系統(tǒng)的一大改革， N多年后一樣會像電噴代替化油器那樣取代了電噴普及在所有的汽油發(fā)動機上。 在構(gòu)造上，傳統(tǒng)多點噴射系統(tǒng)的噴油嘴是位于進氣歧管前方，在引擎需要供油時，由計算機計算出最佳的供油量并與進入引擎的空氣混合后，經(jīng)由進氣閥門到達汽缸內(nèi)部，并進行壓縮、爆炸等動作。至于缸內(nèi)直噴系統(tǒng)，則是將噴油嘴置于汽缸內(nèi)部，其特色在于引擎燃油的取得不需要經(jīng)過氣門的開 啟，而能夠藉由計算機主動控制噴油時間、壓力與噴射量。與傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)相較，缸內(nèi)直噴不受限于傳統(tǒng)機械構(gòu)造的進氣方式，而且能夠依照引擎所需隨時調(diào)整空燃比例等特點，均使其表現(xiàn)擁有無限的想象空間。 7 圖 1 燃油直噴系統(tǒng) 眾所皆知，內(nèi)燃機在一般工作狀態(tài)中所需的理想油 氣比例為 1： ，這種調(diào)配是傳統(tǒng)化油器的專長，不論天候、溫度，永遠進行著一成不變的工作。然而在少數(shù)狀態(tài)下如冷車啟動、怠速運轉(zhuǎn)、急加速或低氣壓環(huán)境等，這樣固定的供油方式實際上并無法全面滿足引擎的運轉(zhuǎn)需求，甚至可能因而產(chǎn)生黑煙、燃燒不全與馬力不足等狀況。至于噴射供油系統(tǒng)，則相對顯得智能許多，其中樞系統(tǒng)會隨時偵測引擎溫度、進氣流量、轉(zhuǎn)速變化、震動狀況，并依照實際需求調(diào)整供油量與點火時間，因此在動力輸出、燃油經(jīng)濟與排污表現(xiàn)上可以取得相當不錯的平衡。 但是由于引擎構(gòu)造的先天限制，噴射引擎所吸進油氣的時間只有在氣門 開啟狀態(tài)下才能進行，故行車計算機所能控制的因子其實也相當有限。直到缸內(nèi)直噴系統(tǒng)問世后將噴油嘴內(nèi)移到汽缸內(nèi)部后，才開啟了全新的視野，其能直接由計算機主動決定噴油時機與份量，至于氣門則僅看管“純空氣”的進入時程，兩者則是在進入到汽缸內(nèi)才進行混合的動作。 也由于油、氣的混合空間、時間都相當短暫，故缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的噴油嘴必須輔以高增壓系統(tǒng)，以大幅提高燃油的噴射壓力與效率，并達到高度霧化的效果，期有更佳的混合表現(xiàn)。此外，缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的燃燒室、活塞也大多具有特殊的導流槽，以供油氣在進入燃燒室后能夠產(chǎn)生氣旋渦流，藉以提高混 合油氣的霧化效果與燃燒效率。 在構(gòu)造改變之后，供油動作已完全獨立于進門與活塞系統(tǒng)之外，中央計算機也因而擁有更多的主導權(quán)。于是乎，超乎傳統(tǒng)噴射理論的稀薄燃燒與更多元的混合比便得以發(fā)生。 在穩(wěn)定行進或低負載狀態(tài)下，采用缸內(nèi)直噴設(shè)計的引擎得以進入 Ultra lean(精實 )模式。在此設(shè)定下，引擎于進氣行程時只能吸進空氣，至于噴油嘴則在壓縮行程才供給燃料，以達到節(jié)約效果。根據(jù)實際測試，其最高能達到 1： 65的油、氣比例，除了節(jié)能表現(xiàn)相當驚人，整體動力曲線也能夠維持在相當高的平順程度。然而本模式由于會產(chǎn)生相當大量的 NOx(硫化物 )與高溫氣體，所幸在近期由于技術(shù)與材料科學的突破，故也已得到相當程度的解決。 升的奧迪 A6L 的百公里油耗僅為 11 升。這要歸功于 FSI 發(fā)動機的缸內(nèi)直噴技術(shù)。 FSI 發(fā)動機與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，最大的亮點在于發(fā)動機的經(jīng)濟性提高了 15%。奧迪 FSI 增加了火花塞點燃式發(fā)動機的扭矩和輸出，與常規(guī)的點燃式發(fā)動機相比， FSI 可將燃油直接噴入燃燒室，從而增大了輸出功率并降低了燃油消耗。 8 分層燃燒技術(shù) 在這里舉例大眾的 FSI 發(fā)動機 大眾 FSI 發(fā)動機利用一個高壓泵，使汽油通過一個分流軌道（共軌）到 達電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點是在進氣道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流，使進氣流形成最佳的渦流形態(tài)進入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。如果稀燃技術(shù)的混合比達到 25： 1 以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混合氣，混合比達到 12： 1 左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。 FSI 特點是：能夠降低泵吸損失，在低負荷時確保低油耗，但需要增 加特殊催化轉(zhuǎn)換器以有效凈化處理排放氣體。 現(xiàn)在集結(jié)了上述技術(shù)的發(fā)動機很少，但值得一提的就是大眾的 TSI 發(fā)動機，不光擁有上述技術(shù)還有機械增壓，其實就是雙增壓了，使發(fā)動機動力更加強勁，可謂是非常先進的發(fā)動機了。 要想提高汽車的動力性和經(jīng)濟性不光只對發(fā)動機進行改進，也有其他途徑，想想除了發(fā)動機外另一個主要部件就是變速器了。 連續(xù)可變氣門正時機構(gòu) 就拿已經(jīng)相當成熟的本田的 VTEC 技術(shù)為例吧， VTEC 是本田開發(fā)的先進發(fā)動機技術(shù)，也是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。 VTEC（ Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System）的意思“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”。與普通發(fā)動機相比， VTEC 發(fā)動機所不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法，它有中低速用和高速用兩組不同的氣門驅(qū)動凸輪，并可通過電子控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)進行自動轉(zhuǎn)換。通過 VTEC 系統(tǒng)裝置，發(fā)動機可以根據(jù)行駛工況自動改變氣門的開啟時間和提升程度，即改變進氣量和排氣量，從而達到增大功率、降低油耗及減少污染的目的。 目前本田車型都使用 iVTEC(智能可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng) )， iVTEC 技術(shù)作為本田公司 VTEC 技術(shù)的升級技術(shù)，其不僅完全保留了VTEC 技術(shù)的優(yōu)點，而且加入了當今世界流行的智能化控制理念。 3 氣缸蓋 氣缸蓋的工況及設(shè)計要求 氣缸蓋的作用是密封氣缸，并與活塞共同形成燃燒空間，并承受高溫高壓燃氣的作用。為了保證缸蓋與氣缸套之間的密封，缸蓋還要受到很大的螺栓預緊力(一般為爆 — 發(fā)壓 — 力的 3— 4 倍 )；氣缸蓋各部分溫度很不均勻，如缸蓋底面燃燒室部分 (稱為火力面 )溫度最高，而冷卻水套部分溫度較低，進氣道和排氣道溫度也不 相同，因此，氣缸蓋的機械應力和熱應力很大。實踐表明，“鼻梁區(qū)” (氣門座孔和噴油器孔之間的地區(qū) )所產(chǎn)生的裂紋，大多數(shù)由于熱疲勞造成。再加上氣缸蓋的結(jié)構(gòu)復雜，鑄造殘余應力也很大。因此，氣缸蓋應當滿足下列要求： 1)氣缸蓋應具有足夠的強度和剛度，： [作時缸蓋變形最小并保證與氣缸的接合面和氣門座的接合面有良好的密封。缸蓋變形過大會加速氣門座磨損、氣門桿 9 咬死和氣缸密封遭到破壞，造成嚴重漏氣，漏水和漏油，使內(nèi)燃機無法工作。 2)要根據(jù)混合氣形成和燃燒方式布置出合理的燃燒室形式，氣門和氣道布置合理，力求使內(nèi)燃機性能良好。 3)結(jié)構(gòu)力求簡單、鑄造工藝良好；力求避免氣門座之間形成裂紋。 氣缸蓋的材料 根據(jù)工作條件，氣缸蓋應該用抗熱疲勞性能好的材料鑄造。材料的導熱性愈好，膨脹系數(shù)愈小，高溫疲勞強度愈高，愈能承受熱負荷的反復作用。氣缸蓋中熱應力很大。當變形受到限制時，各種材料中產(chǎn)生熱應力的大小可以用熱應力特性數(shù) (αE/λ)表示，其中 α為材料的線膨脹系數(shù)， E 為彈性模數(shù)，λ為導熱系數(shù)。為了比較材料的熱強度，用材料的拉伸極限強度與 (αE/λ)相比而得到熱強度系數(shù)。特性數(shù)愈小，熱應力愈小，熱強度系數(shù)愈大，熱強度也愈大。目前有鑄 鐵、鋁合金和鋼三種材料的氣缸蓋。當溫度低于 250 度時，鋁合金具有相當高的熱強度，當溫度