汽車&環保:汽車行業與車輛用戶為了環保做出了多大努力呢?

  • 燃油動力汽車
  • 新能源汽車
  • 汽車環保關鍵詞:節能減排。分析商品車的環保貢獻可以區分為兩個陣營,其一為燃油動力汽車在剛需的前提下,如何實現以節油而減排或以清潔燃油的方式減排。其二則是新能源汽車對宏觀的能源革命的推動力,兩個階段有兩種不同的技術發展方向,首先從“油動車”開始解析。

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    燃油動力汽車-節油減排

    技術推動力1:內燃機技術升級。

    往前退十年,NA自然吸氣發動機是汽車的主要發動機類型,這種機器的特點是依靠發動機運行中產生的負壓,以及車輛行駛中撞風面的正壓為內燃機引入空氣;利用常壓空氣為內燃機噴射的燃油助燃,這種技術成熟且可靠但是與節油減排相悖了。因為NA吸氣技術只能以常壓(標準氧濃度)的空氣助燃,燃燒效率與轉化成為的扭矩很低,比如曾經被視為“黃金排量”的2.0L發動機,其峰值扭矩不過200N·m左右,如果有一種技術能夠讓扭矩倍數級提升的話會怎樣呢?

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    氧氣是燃油的助燃劑,同時也是燃油的“興奮劑”;參與燃燒的氧氣越多,等量燃油反應的速度就會越快,這就等於在固定時間內在燃油的能量充分冗餘的前提下,用相同的燃油(耗油量)反應出更大的能量。所以提高進入內燃機的【空氣氧濃度】能夠有效提升扭矩,因為這些能量最終要通過活塞連桿曲軸等機械結構轉化為扭矩;能提升進氣氧濃度的方式為渦輪增壓系統,其本質為一臺空氣壓縮機,利用高轉速的渦輪葉輪將大體積的空氣壓縮為小體積,這一過程等於增加了單位體積內的氧分子數量(氧濃度),參考下圖組。

    圖1:渦輪增壓器的結構特點,利用內燃機正常運行時的排氣高壓,以“廢氣利用”方式實現不增加功耗的空氣壓縮。

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    圖2:空氣被壓縮的標準概念,就像是棉花糖被擠壓變小一樣,棉花糖被壓縮是擠壓出間隙中間的空氣,空氣的壓縮是擠壓縮小了空氣分子中的間隙。

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    圖3:氧濃度的提高實現了燃燒產生的火焰溫度大幅增長,高溫實際為分子運動產生的結果,那麼火焰溫度越高則等於分子運動強度越大,轉化成為的動力也就越強了。

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    發動機消耗相同的燃油轉化成為的扭矩更大,在相同轉速下輸出的功率(馬力)也就會越大;反之在不需要大馬力的前提下,則能夠以大扭矩低轉速的狀態運行,而低轉速等於低油耗,所以渦輪增壓技術能夠實現節油。目前的2.0T優秀髮動機可以達到400N·m的峰值扭矩,倍數級的增長決定了油耗的大幅降低,這是內燃機技術升級為節油減排做出的最大貢獻。

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    技術推動力2:排氣淨化系統升級。

    渦輪增壓技術實現了燃油更加充分的燃燒,理論上減少了因燃燒不充分產生的排放物。不過這還是不能達到最極致的標準,於是在排氣淨化系統中加入催化劑,利用某些貴金屬將尾氣中的一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)以及碳氫化合物(HC)進行處理,以實現車輛內部完成生態淨化循環系統,這也是對汽車節油減排的重大貢獻。

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    而且隨著排放要求的不斷提升,排放標準從國1已經升級到國6-B(共計七個階段),每個階段中車企都需要隨著標準的提升,對車輛的製造標準進行提升。從結果反推汽車行業的技術發展:排氣淨化標準提升會影響排氣背壓的升高而影響性能,車企則需要通過內燃機技術提升而補償性能,最終實現的是汽車性能的均衡並同時實現節油減排,也就說是排氣淨化能力的升級也一定程度的推動了技術升級。

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    新能源汽車-全面推動第四輪能源革命

    • 常規能源
    • 新能源

    新能源汽車是電力驅動的汽車,電是一種“新”能源嗎?似乎電的發明已經經過了三個世紀,看似是不太“新”的。然而饞常規能源指的煤炭石油天然氣,這些能源的利用是從“智人時代”就開始了,電能相比這些能源自然還是年輕很多, 不過這並不是定義為新能源的核心因素——核心為【可再生能源】。

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    常規能源的石油煤炭等燃料是不能再生的,說白了就是用一些少一些、最終一定會耗盡。想要在能源耗盡之後不造成物流運輸的癱瘓,那麼在此之前就要找到一種替代能源,否則全球都會停擺、人類文明必然會倒退。而宇宙詞賜予人類的能源包括:太陽能,風能,地熱能,水力發電,核電以及海洋能等等,這些能源是取之不盡用之不竭的,且理論上都可以驅動汽車。但也都必須轉化為電能後才能有效貯存並且驅動電動機,所以電就成為了未來能源的唯一選項,在物理學很難再有突破的前提下應該不會再有什麼變數了。

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    重點:電動汽車的推廣有兩點重要意義。其一為實現終端零排放,電驅車輛依靠的是電流轉化為電磁場,利用與永磁體互斥的磁場力驅動車輛行駛;整個能量轉化過程中不存在燃燒與排放,所以在汽車保有量最大的城市(人類聚居區)中,電動汽車的價值遠遠超過了燃油動力汽車的所有技術升級。不過因短期內還無法解決動力電池成本偏高的問題,續航里程仍有很大提升空間的電動車的全面普及還需要時間。

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    其二為電動汽車的普及還有驅動能源變革的作用,因為動力電池在汽車上的平均使用週期僅僅為10年左右。但是這些電池在被汽車淘汰後並不會被“報廢”,而是通過分揀測試後將大量的汽車淘汰電池送入電力領域,作為儲能電站使用的電池可以再用30/50年(區分不同類型的電池會有時間差異)。在這一漫長的階段中,儲能電池容量的增加可以基本解決棄電問題,同時可以有效調整峰谷電耗並增加風力光伏等清潔電能發電量,最終實現清潔發電替代傳統火力發電。

    汽車&環保:汽車行業與車輛用戶為了環保做出了多大努力呢?


    總結:新能源汽車對節能減排有決定性的貢獻,未來實現無限能源或綠色出行必然需要依靠這種技術。燃油動力汽車的技術升級則為“過渡”“緩衝”,是在電驅車尚無能力全面替代油動車之前的最後的努力。而真正為之付出努力與貢獻的還是各大車企的技術研發團隊,其次則是數億汽車用戶了,所以幾乎每臺車與每個人都是環保的參與者,都在為了讓這個世界變得更美好一些在努力。

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    編輯:天和Auto-汽車科學島

    責編:天和MCN

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