毕业论文探讨内燃机车是否会面临淘汰.doc

河南机电高等专科学校毕业设计（论文）河南机电高等专科学校毕业设计（论文）探讨内燃机车是否会面临淘汰年 级：学 号：姓 名：专 业：指导老师： 年 月摘要随着新能源汽车,特别是电动汽车的推广,传统的内燃机企业是否会受到冲击,从而变得“黯淡”呢? 然而在未来的20年内，汽油和柴油仍将是汽车主要的能量来源，但传统汽油机汽车的市场份额将在此后明显下降，而柴油车仍将在重型车辆领域继续保持很高的市场份额；新能源汽车的近期解决方案是传统内燃机新技术和替代燃料汽车；中期方案是混合动力汽车大幅度降低油耗和排放；远期方案是纯电动汽车和燃料电池汽车，特别是资源极为丰富、且完全没有污染的氢燃料电池汽车或将重新定义世界汽车产业发展格局。 关键词：新能源，燃料汽车，纯电动汽车AbstractWith the new energy vehicles, in particular the promotion of electric vehicles, conventional internal combustion engine company will be the impact, thereby becoming dark mean? However, in the next 20 years, gasoline and diesel vehicles will continue to be the main source of energy, but conventional gasoline engine vehicle market share will be decreased thereafter, while the heavy-duty diesel vehicles in the area will continue to maintain a high market share; new short-term solution for energy vehicles is the traditional internal combustion engine technology and alternative fuel vehicle; medium-term program of hybrid vehicles significantly reduce fuel consumption and emissions; long-term plan is a pure electric vehicle and fuel cell vehicles, particularly rich in natural resources, and no pollution-free hydrogen fuel cell vehicle will redefine the pattern of world auto industry. Keywords: new energy, fuel vehicles, electric vehicles目录第一章 概述4第二章 新能源汽车112.1混合动力汽车112.2纯电动汽车112.3燃料电池汽车122.4氢动力汽车132.5燃气汽车162.6生物乙醇汽车18第三章 传统汽油机223.1工作原理223.2新技术分析24第四章 传统柴油机334.1工作原理334.2新技术分析34结论37致谢语39参考文献41引言无论从今年的底特律车展,还是从国家出台的一系列政策来看,新能源汽车正在变成各个厂家角逐市场的下一个“法宝”。然而,随着新能源汽车,特别是电动汽车的推广,传统的内燃机企业是否会受到冲击,从而变得“黯淡”呢? 无论是传统的汽车,还是现在热议的新能源汽车,烧的终究还是能源,只不过是所用能源的结构发生了变化。”按照一般的说法,汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源,利用除此以外的能源提供动力的汽车均可称为新能源汽车。随着新能源汽车的推广,传统的内燃机企业的发展路又在何方？第一章 概述近年来新能源汽车越来越多的走进我们日常生活中，实际上,我们平时所说的新能源很大一部分都是在汽油或柴油中添加了其他燃料,而新能源汽车也就是以这种燃料来驱动的汽车。一般认为新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源车包括有：混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）、燃料电池汽车（FCEV）、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等等。“不管燃料的形式怎么变换,只要是可燃烧能源变成的动力,都需要内燃机的转化。作为内燃机,通过能量转化为高压高温能量,再驱动连杆转动将势能转化为动能。” “另外,从燃烧能源的角度来看,新能源车燃烧的还是能源,仍然需要一个载体。而内燃机就是把这种所谓的新能源转化为动力的平台。以前我们燃烧的都是石化产品,对内燃机的要求不是太高,而新能源燃料的使用,会促使内燃机在一些技术,如密封性等方面进行改进,从而适应新燃料的需要。从结构上来看,新能源汽车最大的一个特点是电子化控制系统的应用,而这些技术的使用,会带来内燃机在结构上的改进。” 不得不承认,环保、节能的需求对传统内燃机行业来说是一个促进,而不能说是冲击” 各大汽车跨国企业在不断加大电动车争夺的同时，依然不放弃对传统燃油车技术的改进，采取了两条腿走路的模式。 中国本土企业在传统的内燃机技术方面，远远落后于跨国企业。而在以电动车为代表的新能源汽车领域，中国企业和国外企业基本处于同一起跑线。而且，中国的市场庞大，在新技术通过规模化降低成本方面有先天优势。中国政府非常支持鼓励电动汽车的发展，国家发改委联合科技部共同成立了新能源汽车的专家委员会，将新能源汽车列入汽车产品公告，为进入市场奠定了基础；国家颁布了关于提高大排量汽车消 费税率的相关政策，为新能源汽车的发展创造了优势条件。据了解，当前世界各国都加紧了对新能源汽车的研究开发。以“能源新政”为执政纲领的奥巴马政府大力推动混合动力汽车的生产和使用。在美国同一车型的混合动力车比装配传统发动机的车贵3000多美元，但政府对每辆车实行2000美元到4000美元的税收优惠政策，高出的价格被政府的优惠政策冲抵，这意味着有些混合动力车的售价比普通轿车还便宜。美国还政府宣布，将对每台新能源汽车补贴7000美元，希望到2015年，美国年销售本土生产的插电式混合动力汽车达到100万台。同时，为了不让自己由对进口石油的依赖变成对外国锂电池的依赖，也在扶持电动车和锂电池制造企业，美国能源部也于去年批准了250亿美元的贷款。英国政府也将出台一系列计划支持混合动力汽车的开发和产业化进程，并从一开始就投入2000万英镑政府采购款用以购买低排放和零排放汽车。低排放汽车技术将为英国汽车制造业带来至关重要的 发展机遇。为此，预计，未来6年政府将投入2.5亿英镑用于技术开发，并向大学和研究机构投放7000万清洁汽车的研发。中国新能源汽车产业始于21世纪初。2001年新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题，并规划了以汽油车为起点，向氢动力车目标挺进的战略。“十一五”以来，我国提出“节能和新能源汽车”战略，政府高度关注新能源汽车的研发和产业化。2006-2007年，我国新能源汽车产业的发展取得了重大的进展，我国自主研制的纯电动、混合动力和燃料电池三类新能源汽车整车产品相继问世；混合动力和纯电动客车实现了规模示范；纯电动汽车实现批量出口；燃料电池轿车研发进入世界先进行列。2008年，新能源汽车在国内已呈全面出击之势。2007年12月，长安汽车自主开发的中国首款混合动力汽车杰勋HEV的量产下线。2008年或将成为我国“新能源汽车元年”。2008年1-6月，我国新能源汽车累计销量366辆，同比劲增107.95%。仅仅在2008年6月一个月内就完成100辆的销售。2008年1-12月新能源汽车的销量增长主要是乘用车的增长，1-12月新能源乘用车销售899台，同比增长117%，而商用车的新能源车共销售1536台，1-12月同比下滑17%。结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的发展趋势，预计到2025年后，我国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50%左右，而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料等新能源汽车将迅猛发展。我国新能源汽车产业刚刚起步，并没有具备明显优势的技术方向，所以国家有关部委在选择具体的新能源汽车道路时采取了多管齐下的策略，对各种可行的技术都予以一定的支持。发展新能源汽车符合中国国家战略：二十一世纪的中国面临两个严峻问题：一是能源，二是环保。解决能源的最有效办法就是节能。能源结构中，中国石油对外依存度已超过50，对外依存度过高，不利于中国的国家安全。因此，节能的当务之急就是减少石油用量。而石油的最大用量就是汽车，因此，减少汽车的石油用量是重中之中。解决环保的有效办法就是减排。汽车尾气的排放已成为城市空气污染的罪魁祸首。发展新能源汽车，不仅能够节能，不仅能够减少甚至完全不用石油；而且能够减少甚至完全没有尾气排放。新能源汽车替代传统燃料汽车，也许只是时间问题。各国纷纷加快发展新能源汽车的步伐，上至政府、下至企业，都在开足马力发展这种车型及其配套设施。在金融危机下，它更成为拉动汽车产业、刺激经济复苏的重要一环。在德国专家们指出，要推动电动汽车和混合燃料车在全球的普及，除了技术突破和标准统一外，相关基础设施建设也必须同步开展，像建路边加油站一样，各国都必须尽快建立起高效的“汽车充电站”网络。 在近期举行的德国汉诺威工业博览会上，许多企业都提出了自己的“汽车充电站”建设方案，德国电力设备制造商威图公司提出的方案是，在停车场中普及汽车充电系统，该系统可以自动监测电池的剩余电量和所需要的充电时间。在美国汽车耗能方式的转变将对全球节能起到决定性作用，而这一转变很大程度上有赖于各国政府推行的可再生能源战略。德国政府日前表示，到2020年，可再生能源要占全部能源消耗的47%，因此2020年德国境内的新能源汽车要超过100万辆，从而帮助德国实现这一目标。在今年年初德国政府通过的500亿欧元的经济刺激计划中，很大一部分用于电动汽车研发、“汽车充电站”网络建设和可再生能源开发。近两年来，作为环保车型中的“佼佼者”，纯电动车和混合动力车在法国市场上具有独特的优势，这与政府推出的“新车置换金”密不可分。根据这一政策，车主在更换新车时，购买小排量、更环保的新车可享受200欧元至1000欧元的补贴，而购买大排量、污染严重的新车则须缴纳高至2600欧元的购置税。在这些补贴、征税等政策的指导下，众多汽车商和消费者都将目光投向了更为环保的小排量汽车。去年，二氧化碳排量在每公里140克以下的汽车占了新车销售市场63%的份额。在出台措施发展小排量汽车的同时，法国政府还为发展新能源汽车制定了一揽子方案。总统萨科齐在去年的巴黎国际车展上宣布，法国政府将投入4亿欧元，用于研发清洁能源汽车；政府还计划采取一系列举措，鼓励汽车行业逐步向节能环保的方向发展。除了为研发投入大笔资金外，法国还准备采取配套措施，保证电动车等环保汽车的顺利运行，如在工作场所、超市和住宅区等大幅增加充电站的数量，从而使充电如同加油一样便捷。萨科齐许诺说，对购买二氧化碳排放量在60克公里以下的“超级环保车”，政府将给予5000欧元的高额补贴，这项政策会一直持续到2012年，并将扩展到更多车型。在政府优惠政策的带动下，汽车生产商们也都闻风而动，雷诺-日产联盟预计在2010年到2011年间将第一批电动车投入市场，并从2012年开始批量生产；标致-雪铁龙则与日本三菱公司合作，准备在2011年初推出环保电动车；法国电池生产商博洛雷集团及其合作伙伴意大利的皮宁法里纳公司也计划从2010年起联手试水电动车市场。法国环境与可持续发展部宣布，法国电力公司和日本丰田公司联合研制的100辆新一代可充电混合动力车将在今年年底驶上法国街头。这100辆新车由锂电池和传统燃料联合驱动，由于尚处于测试阶段，它们将主要出租给企业和机构。这将是可充电混合动力车第一次大规模在法国上路行驶。此外，电力公司还将建设几百个充电站，以保证这些新型车的行驶。日本政府前所未有的金融危机使全球汽车市场需求低迷，而日本环保车的销售和生产却呈现良好势头。许多车型供不应求，由于销售量大，一些新型环保车的交货时间不得不被延迟。如果没有日本政府的大力扶持，日本社会难以形成这种环保车的产销热潮。为促进环保车的普及，日本从2009年4月1日起实施“绿色税制”，它的适用对象包括纯电动汽车、混合动力车、清洁柴油车、天然气车以及获得认定的低排放且燃油消耗量低的车辆。前3类车被日本政府定义为“下一代汽车”，购买这类车可享受免除多种税赋优惠。此外，日本实施低排放车认定制度。高、中档轿车和经济型轿车都可以向国土交通省申请接受低排放车认定。消费者可根据所购车辆的排放水平享受不同的减税待遇，购置以天然气为燃料或混合动力车等低公害车辆的地方公共团体，还可得到政府的补助金。日本的锂电池供应商占有较大的优势地位，并已开始着手制定统一的锂电池规格、安全标准、充电方式。在日本政府的支持下，节能环保汽车成为日本汽车产业复苏新引擎。在日本政府的积极扶持下，日本主要汽车生产厂家也无一例外地提出了自己的环保车战略。作为生产混合动力车的先驱者，丰田公司宣布在未来几年里，将混合动力车车型增加到10种；本田公司推出了新型混合动力车“INSIGH T”，采用独创的混合动力系统，大大降低了成本，实现了不足190万日元(约13万元人民币)的低售价；日产公司也将于2012年批量生产纯电动汽车，投放日本和欧洲市场；三菱汽车也计划在2010年前实现纯电动汽车的商业化。美国推动汽车发展深陷困境的美国汽车业，在努力摆脱生存危机的同时，力争在新能源汽车方面有所突破。发展新能源汽车不仅获得了美国政府明确支持，美国汽车厂商和一些科研机构等也都在采取相关行动，这使新能源车市场化进程明显加快。第二章 新能源汽车新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料，但采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括有：混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池汽车(FCEV)、氢发动机汽车以及燃气汽车、醇醚汽车等等一、 混合动力汽车混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。混合动力汽车的优点是：1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池， 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。二、纯电动汽车电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。有专家认为，对于电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。 优点:技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。缺点: 目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的13，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。三、燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高23倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。 单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。 近几年来，燃料电池技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制造厂，如戴姆勒克莱斯勒、福特、丰田和通用汽车公司已经宣布，计划在2004年以前将燃料电池汽车投向市场。目前，燃料电池轿车的样车正在进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。 与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点： 1、零排放或近似零排放。 2、减少了机油泄露带来的水污染。 3、降低了温室气体的排放。 4、提高了燃油经济性。 5、提高了发动机燃烧效率。 6、运行平稳、无噪声。燃料电池汽车缺点1、燃料种类单一2、需高质量的密封3、造价太高四、氢动力汽车氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。中国长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火，并在2008年北京车展上展出了自主研发的中国首款氢动力概念跑车“氢程”。随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，而石油等资源却捉襟见肘，另一方面，吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。最终的解决之道当然不是限制汽车工业发展，而是开放替代石油的新能源，燃料电池车的四轮快速又安静地滚过路面，辙印出新能源的名字氢。几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。电曾经被认为是汽车的未来动力，但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而目前（指2009年）的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机，只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候，氢动力燃料电池的出现，犹如再造了一艘诺亚方舟，让人们从危机中看到无限希望。 以氢气为汽车燃料这种说法刚出来时吓人一跳，但事实上是有根据的。氢具有很高的能量密度，释放的能量足以使汽车发动机运转，而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水，没有污染。因此，许多科学家预言，以氢为能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术，它对汽车工业的革命性意义，相当于微处理器对计算机业那样重要 优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。 缺点：氢燃料电池成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照目前的技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外最致命的问题，氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。五、燃气汽车燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为燃料的汽车。近年来，世界上各国政府都积极寻求解决这一难题，开始纷纷调整汽车燃料结构。燃气汽车由于其排放性能好，可调正汽车燃料结构，运行成本低、技术成熟、安全可靠，所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车。目前，燃气仍然是世界汽车代用燃料的主流，在我国代用燃料汽车中占到左右。美国的目标是，到年，公共汽车领域有的汽车使用天然气，的出租车和班车改为专用天然气的汽车；到年，德国天然气汽车数量将达到万至万辆，加气站将由目前的座增加到至少座。业内专家指出，替代燃料的作用是减轻并最终消除由于石油供应紧张带来的各种压力以及对经济发展产生的负面影响。近期，中国仍将主要用压缩天然气、液化气、乙醇汽油作汽车的替代燃料。汽车代用燃料能否扩大应用，取决于中国替代燃料的资源、分布、可利用情况，替代燃料生产与应用技术的成熟程度以及减少对环境污染等；替代燃料的生产规模、投资、生产成本、价格决定着其与石油燃料的竞争力；汽车生产结构与设计改进必须与燃料相适应。燃气汽车可行性分析1、 燃料经济性好2、 使用性能好3、 有校好的抗爆性4、 减少对大气的污染以燃气替代燃油将是中国乃至世界汽车发展的必然趋势。我国应尽快组织力量，制定出国家级燃气汽车政策。考虑到我国能源安全主要是石油的状况，发展包括燃气汽车在内的各种代用燃料汽车，已是刻不容缓的事，根据国情应该做到：一是要限制燃气价格，使油、气价格之间保持合理的差价，如四川省、重庆市的油、气差价，即可保证燃气汽车适度发展；二是鉴于加气站投资大，回收期长，政府适当给予一定补贴，在加气站售出的气价和汽车用户因用气节省的燃料费用之间，调节好利益分配；三是对加气站的所得税，应参照高新技术产业开发区政策，采取免二减三的税收政策；四是将加气站用电按照特殊工业用电对待，电价从优；另外，对加气站用地，能按重大项目和环保产业对待，特事特办，不要互相推诿、扯皮，积极采用国外先进建站标准，科学确定消防安全距离，节省土地资源。 六、生物乙醇汽车乙醇俗称酒精，通俗些说，使用乙醇为燃料的汽车，也可叫酒精汽车。用乙醇代替石油燃料的活动历史已经很长，无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟，近来由于石油资源紧张，汽车能源多元化趋向加剧，乙醇汽车又提到议事日程。 目前世界上已有40多个国家，不同程度应用乙醇汽车，有的已达到较大规模的推广，乙醇汽车的地位日益提升。在汽车上使用乙醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使汽车缸内燃烧更完全，可以降低尾气的害物的排放。特别关注：物理燃料电池汽车，这是2009年关于新能源研究领域的最新方向，原名称叫做“热磁振荡发电技术”， 当应用于汽车等可移动的动力设备领域时，因可能会成为氢燃料电池的替代方案，又叫做“物理燃料电池”。目前已处于前期开发研究阶段。1、工作原理通过对处于磁路中的一段软磁体迅速加热并冷却，使其温度在其居里点上下周期性地振荡，引起磁路线圈中的磁通量周期性地增减，从而感应出连续的交流电。能量是通过燃烧产生热能，再直接转化为电能的。它的技术原理是物理原理，而通常概念中的电池，均属化学原理，两者不是一回事。 2、优点采用外燃方式，发电过程高效平稳，对燃料性质要求不高，甚至可以用固体燃料作能源。能使热能直接高效地转化为电能，少了一个机械传动的中间环节，计算值在40以上；运动部件只有一个活塞，省去了机械传动系统，因此使用寿命长，维护少，实现成本低，技术难度小。目前的燃料电池是通过低温化学作用产生电能，因需要催化剂、燃料要求高等，难以商业转化。这项技术完全克服了化学燃料电池的上述弱点。各种能源方案优缺点综合分析表 类别能源来源能源效率排放制造成本 使用成本 维护成本 补充燃料 功率重量行驶里程 配套设备 普通内燃机受限低差一般一般一般方便大轻400完善纯电池力一般最高无高最低高不方便 小重500完善氢燃料电池 困难高无高最高高不方便 小一般600可扩展 上表中，能源来源、能源效率、排放三项指标确定了方案的新能源特征，即政府的政策支持力度；制造成本、使用成本、维护成本三项指标确定了方案的市场成本，补充燃料、功率、重量、行驶里程、配套设备四项指标确定了方案的竞争力，即用户接受程度。从上表中可以看出，纯电池力、氢燃料电池虽然具有较优的新能源特征，但市场竞争力弱，混合动力则具有微弱的优势。因此，混合动力属于过渡方案，纯电池力属于辅助方案，而氢燃料电池属于难以实施的方案。物理燃料电池则兼顾了新能源特征、市场及用户的诸多优点，所以具有广阔的开发前景。混合动力汽车是现实的解决方案。由于混合动力汽车技术的先进性和实现的现实性，节能、环保效果明显，采用混合动力汽车是现阶段解决环保和能源问题最为切实可行的方案。但是，混合动力汽车是在牺牲了部分环保利益的基础上来满足目前人们对汽车环保的基本要求的，在结构上和生产工艺上都存在很大的局限性。因此，混合动力汽车是传统汽车时代向电动汽车时代的过渡车型技术。但在现阶段，混合动力汽车还将得到快速发展和应用，据估计会有20年以上的较长市场周期。 纯电动汽车等待技术突破。由于目前纯电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车，而且成本较高，因而它在混合动力汽车和燃料电池汽车技术的日益完善和成本有效控制的竞争下发展空间不断缩小，发展前景不是十分乐观。只有随着太阳能电池技术的发展和突破，纯电动汽车才可能重新迎来一个不错的发展局面。 氢燃料电池汽车技术由于具有能源安全、环保、高效率等优势，是最有前途的车用能量，也是未来汽车的主要能量源，将成为汽车新能源的最终解决方案，推动现在的“石油经济”上升为“氢经济”。但是，发展氢燃料电池汽车要克服三大困难：一是制造氢燃料电池组成本高；二是氢的储存与携带困难；三是加氢站等基础设施缺乏。因此，目前氢燃料电池技术在小型轿车上的应用还处于概念阶段，预计氢燃料电池汽车将在20年之后才能开始实现产业化并逐渐增加市场份额第三章 传统汽油机一、工作原理汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。(1)吸气冲程活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力逐渐降低，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点汽缸内气体压力小于大气压力。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340400K。(2)压缩冲程压缩冲程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力可达8002000kPa，温度达600750K。(3)做功冲程当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力达3 0006 000kPa，温度达2 2002 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，最终，其压力降至300500kPa，温度降至1 2001 500K。在做功冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180。(4)排气冲程排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点的压力稍高于大气压力，即排气终点温度Tr=9001100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。二、新技术分析(1)缸内直喷技术缸内直喷技术（GDI），燃油以细微滴状的薄雾方式进入汽缸，而不是以蒸汽的方式。这也就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时，实际上对发动机的汽缸起到了冷却的作用。这种冷却作用降低了发动机对辛烷的需要，所以其压缩比可以有所增加。而且正如柴油一样，采用较高的压缩比可以提高燃料的效率。采用GDI技术的另一个优点是它能够加快油气混合气体的燃烧速度，这使得GDI发动机和传统的化油器喷射发动机相比，可以很好地适应废气再循环工艺。采用计算机来模拟进出燃烧室的燃料和空气流的情况是一项突破性的技术。燃烧室和活塞的形状、喷油脉冲的能量和方向、活塞和发动机热量的运动情况都会影响油气混合物雾滴的位置。这项技术采用了 指燃油分层喷射。燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。大众FSI发动机利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。FSI特点是：能够降低泵吸损失，在低负荷时确保低油耗，但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体。FSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择2种运行模式。在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比（14.6-14.7）燃烧。在这两种运行模式中，燃料的喷射时间有所不同，真空作动的开关阀进行开启/关闭。在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，因此，由于进气阻力减少，开关阀打开。而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵吸损失，由于直喷化而使压缩比提高到12.1，即使在均质理论空燃烧比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。进一步说，在FSI发动机中，在低负荷与高负荷之间，作为第三运行模式而设定均质稀薄燃烧，在这种运行模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，开关阀被关闭。这时，阻碍燃烧的废气再循环（EGR）暂不进行。与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油的喷射量.所以实际上FSI发动机有三种工作模式：分层稀薄燃烧，均质稀薄燃烧，均质理论空燃比燃烧。(2)涡轮增压发动机增压技术是一种提高发动机进气能力的方法。它通过采用专门的压气机，预先对进入气缸的气体进行压缩，提高进入气缸的气体密度，增大进气量，更好地满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。在不增加发动机排量的基础上，可大幅度提高功率和扭矩。但涡轮工作有迟滞现象，并且保养费用高。(3)机械增压发动机机械增压的压缩机直接被发动机的曲轴带动，它的优点是响应性好。但是它本身需要消耗一部分能量，因此机械增压不能产生特别强大的动力，尤其是在高转速时，从而影响到发动机转速的提高。它响应性好完全没有涡轮的迟滞现象，可以在任何时候都能输出源源不断的扭力。但高转速时会产生大量的摩擦，从而影响到转速的提高，并且噪音大。(4)可变配气相位现代引擎多采用DOHC的缸盖设计，两根凸轮轴被设置在引擎顶部，通过齿形带轮或链条从曲轴端取力，并以2：1的速度驱动凸轮轴，此时凸轮轴商凸轮的旋转推动气门进行上下往复运动，从而控制气门的开启和闭合。而我们今天要关注的，其实就是气门开合的问题。 什么要“可变气门行程”？ 活塞式四冲程发动机都由进气、压缩、做功、排气4个冲程完成，我们关注的是气门开启程度对引擎进气的问题。气缸进气的基本原理是“负压”，也就是气缸内外的气体压强差。在引擎低速运转时，气门的开启程度切不可过大，这样容易造成气缸内外压力均衡，负压减小，从而进气不够充分，对于气门的工作而言，这个“小程度开启”需要短行程的方式加以控制；而高速恰恰相反，转速动辄5000rpm，倘若气门依然羞羞答答不肯打开，引擎的进气必然受阻，所以，我们需要长行程的气门升程。往往，工程师们既要兼顾引擎在低速区的扭矩特性，又想榨取高速区的功率特性，只能采取一条“折中”的思路，到头来引擎高速没功率，低速缺扭矩，所以在这样的情况下，就需要一种对气门升程进行调节的装置，也就是我们要说的“可变气门正时技术”。该技术既能保证低速高扭矩，又能获得高速高功率，对引擎而言是一个极大的突破。 保时捷911跑车引擎采用的可变气门正时技术Variocam 控制气门行程变化的，是两组凸轮控制，一组是高速凸轮；另一组是低速凸轮。当引擎在低转速工况时，气门座顶端的控制活塞落在气门座内。这样高速凸轮只能驱动气门座向下行程而不能带动整个气门动作，整个气门由低速凸轮驱动气门顶向下行程，这样获得的气门开度就较小。反之当发动机在高转速工况时，控制活塞在液压的驱动下从气门座推入到气门顶中，把气门座和气门刚性的连接，高速凸轮驱动气门座时就能带动气门向下行程获得较大的气门开度。可变气门正时技术之二：本田VTEC 与保时捷Variocam略有相同，本田的VTEC原理接近，而控制方式不同。凸轮轴上依然布置有高速凸轮与低速凸轮，但由于本田引擎的气门由摇臂驱动，所以不能像保时捷一样紧凑。控制高低速凸轮切换的是一组结构复杂的摇臂，通过传感器测出引擎转速，传送到ECU进行控制，并由ECU发出指令控制摇臂。简单地说，就是这套摇臂能够根据转速不同自动选取1进1排的2气门工作或者2进2排的4气门工作，从而让发动机在高低速工况下都能顺畅自如。通常，转速低于3500rpm时，各有一支进气、排气凸轮工作，此时发动机近似为一台2气门发动机，这样的好处是，能够增加负压，利于进气；转速超过3500rpm时，液压系伺服系统接到发动机中央控制器ECU指令，对摇臂内机油加压，压力机油推动定时柱塞移动，使得同步柱塞将高速摇臂与主副摇臂刚性连接，此时低速凸轮虽然转动，但处于空转状态，并不参与工作，从而4支活塞共同工作，以适应高速运转。可变气门正时技术之三：宝马Valvetronic 与保时捷Variocam、本田VTEC相同的技术还有很多，例如丰田VVT-i，通用ECOtec系列引擎的VVT等等，这些技术能够改变气门升程，但是局限性在于，这些技术都只有“两段式”可调，在气门行程进行变化的一刻会感觉到顿挫感。由此，宝马对气门行程的调节煞费苦心，开发了一套可以连续可变的气门正时技术，目前号称最具科技含量的气门正时技术。与众不同的是，宝马采用的是电机驱动的方式，电机的周相运动通过蜗杆传动齿轮，准变为摇臂的控制角度变化，然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。通过改变摇臂的角度即可改变气门的行程。由于采用了电机控制，在ECU指令下电机能够“无极”变化角度，使得气门升程的改变并不影响引擎工作，没有顿挫感，也更能有针对性地对每个转速范围进行细致的配气分析。 可变气门正时技术之四：雷诺日产CVTC 雷诺、日产合并之后，多项技术都在集团内部进行共用。其中就包括日产潜心研究的CVTC连续可变气门正时系统。其原理与本田VTEC接近，也是采用液压作用改变凸轮轴同步齿形带轮与凸轮轴末端的夹角，从而改变配气正时角。 在凸轮轴与正时齿轮之间有高压油区和低压油区。只要调节两个油区之间的压力差，就能改变配气正时角了。两个油区的油压通过油压控制阀调节的。当高压油路接通时，整个油室处于加压状态，凸轮轴顺时针偏转一定角度，配气正时被推迟，重叠角增大，适用于低转速；当电磁阀控制黄色区域压力高于红色区域压力时，凸轮轴逆时针偏转一定角度，配气正时被提前，这样重叠角减小，适用于高转速。()全铝发动机我们日常所说的全铝发动机是指缸盖和缸体都是铝合金制造的发动机。而缸盖是铝合金，缸体是铸铁的发动机，一般我们还是称作铸铁发动机。现在，全铝发动机已经在大量的车型上被采用，在国外，罗孚的k系列发动机，宝马的M52直列六缸发动机，日产的VQ发动机，捷豹的-AJ-V8发动机、奔驰的V6和V8发动机、通用的LSl和北极星V8发动机、标致的2升四缸发动机和通用的新型直列四缸发动机等等都是采用铝合金制造。国内的许多小排量发动机也逐步采用全铝发动机，如国产铃木系列的发动机G13、K14等。甚至包括一些国产发动机也采用铝合金材质了，最著名的就是东安动力开发的468发动机，这款发动机被配备在哈飞路宝和昌河爱迪尔上，获得了很大的成功。很早以前的汽车发动机就开始大规模采用全铝缸盖了。缸盖的重量并不大，所以汽车制造商喜欢它并不是因为它重量轻，而是因为它有更好的散热性能。随着发动机技术的发展，四气阀结构成为发动机的主流设计趋势。与一起的两气阀发动机相比，每缸四气阀的气缸盖比每缸两气阀的气缸盖在工作时要产生更多的热量，采用全铝缸盖是最好的解决办法。出于成本的考虑，气缸体采用全铝设计比气缸盖要晚得多。气缸体是发动机上最重的部分，因而使用铝合金材料可以减轻发动机的重量，从而达到减轻整车重量的目的。这一点对于前置前驱车型来说，显得尤为可贵，当然在另一方面，由于材料价格和加工工艺的区别，采用铝合金缸体的发动机会增加一些成本。发动机的响应性与发动机部件的运动惯性是分不开的，发动机的运动部件包括曲轴、活塞、连杆等。由于曲轴要求瞬间强度非常高，所以只能采用高强度钢来制造。活塞就没有曲轴这样的局限了，在高转速发动机上，通常都是用铝合金来制造活塞。更轻的活塞重量能产生更高的发动机转速，从而能获得更大的动力输出。使用铝合金来制造活塞，成本并不是非常昂贵，主要问题是出在摩擦阻力上。在发动机运转的时候，活塞与气缸壁之间肯定会产生摩擦。而铝和铝直接的摩擦系数是很高的，它比铝和铸铁之间的摩擦系数要高得多。这样一来，如果全铝缸体配合全铝活塞，发动机运转的时候摩擦阻力就会非常大，这显然是不可取的，这也就是为何许多发动机使用铝合金活塞，但必须使用铸铁缸体的原因。但如果为了采用全铝缸体而采用铸铁活塞，那显然是更得不偿失的。目前最主流的解决办法，就是在铝制的气缸体内镶一个钢制的气缸套，让铝合金活塞不会与铝制的气缸壁相接触。这种设计可以解决这一矛盾，当然也会增加一些成本。这种方法在70年代中期首先被雪佛兰Vega所采用。它的发动机采用全铝设计，在铝合金的气缸体内镶上了一个铸铁的缸套，当然活塞同样也是用铝合金制造的。它的摩擦阻力比全铸铁的发动机要小得多，因此它的动力得到了很大程度的提高。不仅如此，这台发动机还能获得更轻的重量和更小的运劲惯性，改善了车子的加速性、操控性和经济性。后来，这种方法被许多配备了高转速发动机的汽车所采用。还有一个解决办法，就是采用增强型金属纤维气缸套(FRM)。本田在它的NSX3.2升发动机上采用了这个技术。它的成本和升功率在铸铁缸体和镶缸套之间。这种解决办法，是在全铝的缸体上直接把金属纤维加热融化以后，通过特殊工艺把金属粒子渗透到气缸壁上，就仿佛在气缸壁上电镀了一层厚度只有0.5毫米的金属纤维。与铸铁缸体相比，它能产生更低的摩擦阻力，因而改善了转速和功率。同时，金属纤维是直接渗透到气缸缸体里的，所以它的强度非常大(相当于整个缸体的强度)。第四章 传统柴油机一、工作原理四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成。由于柴油机以柴油作燃料，与汽油相比，柴油自燃温度低、黏度大不易蒸发，因而柴油机采用压缩终点压燃着火，也叫压燃式点火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同。(1)进气冲程进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小，进气终点压力比汽油机高。进气终点温度Ta=300340K，比汽油机低。(2)压缩冲程由于压缩的工质是纯空气，因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为1622)。压缩终点的压力为30005000kPa，压缩终点的温度为7501000K，大大超过柴油的自燃温度(约520K)。(3)做功冲程当压缩冲程接近终了时，在高压油泵作用下，将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中，在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升，最高达50009000kPa，最高温度达18002000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。(4)排气冲程柴油机的排气与汽油机基本相同，只是排气温度比汽油机低。二、新技术分析共轨柴油喷射系统共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，如果把单体泵柴油喷射技术比做柴油技术的革命的话，那共轨就可以称作反叛了，因为它背离了传统的柴油系统而近似于顺序汽油喷射系统。共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。欧洲可以说是柴油车的天堂，在德国柴油轿车占了39%。柴油轿车已有了近70年的历史，而最近10年可以说柴油发动机有了突飞猛进的发展。在1997年，博世与奔驰公司联合开发了共轨柴油喷射系统 (Common Rail System)。今天在欧洲，众多品牌的轿车都配有共轨柴油发动机，如标志公司就有HDI共轨柴油发