浅谈未来汽车发展趋势

浅谈未来汽车发展趋势

摘要：我国的环境污染为典型的能源消费型污染，而以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式是造成能源环境问题不可忽视的原因。能源的使用和消费结构、方式是造成我国环境问题的主要原因之一。为了达到节能减排的目的，提高汽车发动机的动力性和经济性是实现降低污染排放的有效途径。现在，汽车发动机的燃烧过程已经趋于完善，机械的加工技术也不断的精密化，因此，要解决汽车对能源紧缺和环境污染造成的影响，还需要探索其他途径。

关键词：污染；能源；节能减排；发展趋势；探索

1 引言

1886年1月4日,德国人卡尔·本茨获得了第一件内燃机汽车制造专利证，从此人类社会开始进入现代汽车时代[1]。汽车为人民提供了交通便利，但是传统的以石油为燃料的汽车也对环境造成了严重的污染。近年来，呼吸道疾病、癌症、头痛等发病率迅速增加，均与环境恶化有关。随着汽车进入家庭的增多，汽车排放的污染已成为城市大气污染的重要因素，越来越引起人们的广泛关注。本文结合我国环境能源供求现状，分析汽车发动机技术与汽车制造过程的发展趋势，提出减少污染和节省能源的措施。

2 我国环境能源供求现状

2.1 我国当前能源发展中的环境问题

我国的环境污染为典型的能源消费型污染，而以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式是造成能源环境问题不可忽视的原因。能源的使用和消费结构、方式是造成我国环境问题的主要原因之一。据了解，目前全国85%的二氧化碳、90%的二氧化硫和73%的烟尘都是由燃煤排放的，大气污染中仅二氧化碳造成的经济损失就占GDP的2.2%。

专家分析，目前我国主要面临以下能源环境问题：一是燃煤过程中排放的二氧化硫造成严重的酸雨污染。20世纪90年代中期，我国由于酸雨和二氧化硫污染造成农作物、森林和人民健康等方面的经济损失约为1100多亿元，已接近当年国民生产总值的2％，成为制约我国经济和社会发展的重要因素。二是化石燃料燃烧产生的二氧化碳引起的全球气候变化。我国的二氧化碳排放量居世界第二位，占全世界的13%。大量使用矿物燃料产生的二氧化碳会使全球气候变暖。能源引起的环境污染治理已成为我国国民经济发展中必须考虑的重大问题，并将制约未来我国的社会经济和能源发展。

2.2 汽车对环境的污染

发动机是汽车的动力装置，汽油是汽车的常用能源。而汽车在行驶过程中，由于汽油燃烧不充分会产生尾气。汽车最大，最直接的污染是尾气。汽车对环境都有哪些污染呢？

2.2.1 排放污染

排放废气，是汽车对环境污染的主要弊端，在发动机气缸内，汽油与空气混合并燃烧，大部分生成二氧化碳(CO2 )和水(H2O)，同时生成一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫(SO2)和微粒物(PM)等污染物，这些污染物主要以汽车尾气的形式通过排气管排出，俗称尾气。此外，还有极少一部分污染物是通过曲轴箱窜气和蒸发的途径排出。据权威部门测定：一氧化碳和氮氧化合物几乎全部是通过排气管进入大气的，而大气中所含一氧化碳的75%、碳氢化合物和氮氧化合物的50%，来源于汽车的排放。与发达国家相比，我国汽车污染物的排放量是它们的 20～30倍。据北京环保部门的测定：市区大气污染在夏季的67%和冬季的30%是由汽车造成的。

2.2.2 噪声污染

噪声是汽车对环境产生的又一严重污染形式。成千上万辆汽车的发动机轰鸣声、车轮行驶声和喇叭的尖叫声都搅乱了人们宁静的生活环境，使人们烦躁不安，精神受到刺激。

2.2.3 废水污染

汽车产生的废水对环境造成的污染，也不可低估。汽车在生产中，需要大量的清水，也排出大量污水；在维修保养车辆时，同时产生大量废水，据统计，汽车生产需要大约56m3的清水，同时将产生大约28m3的废水，这些废水，严重地破坏了生态环境，使鱼虾类等水生物无法生存，人类的饮用水受到污染威胁。

2.2.4 原材料的污染

汽车生产使用的一些原材料，也对环境产生影响。生产汽车需要各种不同的材料，如钢铁、塑料、油漆、橡胶和油类等等，都会对环境产生危害，还有汽车空调器中使用的氟里昂，会破坏大气的臭氧层；摩擦衬片中的石棉，磨损后产生的石棉尘，浮游在空气中，对人肺及呼吸系统有害。

2.3如何解决汽车污染

综上所述，汽车对环境的污染已经刻不容缓，良好的环境关系着所有人的身体健康。我们应该怎么办？

2.3.1 保护环境，人人有责

作为地球上的最高等动物，人们应该尽量选用公共交通，开车出门购物要有购物计划，尽可能一次购足。多步行，骑自行车，多乘公交车，多坐轻轨地铁，少开车。开车节能：避免冷车启动，减少怠速时间，避免突然变速，选择合适挡位避免低档跑高速，定期更换机油，高速莫开窗，轮胎气压要适当。少开汽车，多骑电动自行车。

2.3.2 改进当前汽车

2.3.2.1 推广小排量汽车

这样做既节能又环保，而且这类车的价格比较便宜，一般在8万元以下，在家庭经济承受范围之内 。同时，可降低制造的材料成本。 

2.3.2.2 使用混合动力汽车

在遇到堵车时的燃油消耗量、尾气排放量等要远远低于仅靠汽、柴油内燃机驱动的车，排放量下降约80％，可节省燃料50％。而与纯电动车、燃料电动车两种电动车相比，混合动力车在动力性能、续行里程、使用方便性等方面具有优势，因而最具商业价值和量产可能。

2.3.3 推广新能源汽车

随着能源危机的持续加剧，石油的耗尽目前来看是必然趋势，而传统能源产生的大量废气也使得汽车对自然环境造成了严重破坏。因而能源的清洁化和多样化也是未来汽车发展的重要趋势，未来汽车新能源的发展趋势，主要集中在以下一些能源：

2.3.3.1 氢能源汽车

氢能源汽车可以说是完全清洁且取之不尽的能源，氢的燃烧只产生水，同时其燃烧放能又是所有元素中最大，同质量的汽油和氢气，氢气燃烧放能是汽油的5倍，所以氢能源是未来汽车十分理想的一种能源。

2.3.3.2 电动汽车

电动汽车零污染零排放，随着大容量电池和快速充电技术的研发，目前已有大量续航能力达200KM的电动汽车问世。

2.3.3.3 太阳能汽车

太阳能汽车利用太阳能电池板储能和供能，在阴天和雪天都可为汽车进行能源补充，随着目前大容量太阳能电池板的研发，未来太阳能汽车的投产并不遥远。更安全、更经济、更环保，是未来汽车发展不可抗拒的趋势，相信随着技术的进步，未来汽车一定可以实现技术、经济和环保的完美结合。

时下，越来越多的人提到了“低碳”。“低碳生活”(low-carbonlife)，就是指生活作息时所耗用的能量要尽力减少，从而减低碳，特别是二氧化碳的排放量，从而减少对大气的污染，减缓生态恶化。“低碳生活”节能环保，有利于减缓全球气候变暖和环境恶化的速度。减少二氧化碳排放，选择“低碳生活”，是每位公民应尽的责任。

3 汽车发动机的发展历史

汽车发动机技术的发展进步历来备受人们的关注。最早的汽车发动机，要追溯到18世纪中叶，那时，瓦特发明了蒸汽机，不久，法国的居纽（N.J.Cugnot）首次把蒸汽机用到了车子上。1770年，他制作出了世界上第一辆蒸汽机车，时速是3.5公里,第二年，古诺对蒸汽汽车进行了改进，使得时速达到了9.5千米，而且可以牵引4-5吨的货物。

    到了19世纪的1858年，里诺发明了煤气发动机。煤气发动机是利用煤气和空气的混合气体来取代往复式的蒸汽，并通过电池和感应线圈产生的电火花将混合气体点燃爆发。煤气发动机是汽车内燃机的初级产品，有气缸、连杆、活塞和飞轮，它的压缩比是零。

    1867年，德国人奥托对煤气发动机进行了改良， 制成一台卧式气压煤气发动机，其工作效率有了极大的提高。奥托对其进一步研究，最终提出了内燃机的四冲程理论，该理论是内燃机发明的重要理论基础。之后，德国人奥姆勒和卡尔•本茨就是根据奥拓的这一理论基础，分别研制出了具有现代意义的汽油发动机，为现代汽车的发展奠定了基础。不得不说，四冲程发动机应用在汽车上使得汽车发动机技术有了质的提高。它的平衡性和燃烧效率都比较好，即使到了现代，汽车的发动机技术也基本都是采用的四冲程技术。

汽油发动机发展的一个重要分支就是转子活塞发动机，它由1957年德国人汪克尔发明，其零件数比往复活塞式汽油少了40%，而且体积小、质量轻、转速高、功率大。后来，汪克尔又将转子活塞发动机改制成新型的旋转活塞发动机，其转速为5500转/分，功率是22.79千瓦。

    发动机在其工作形式确定以后，其技术也在不断完善。汽车发动机的技术大概有以下几种：化油器式发动机、电喷发动机、缸内直喷发动机等。

4 汽车发动机的发展趋势

时代发展到今天，汽车发动机技术也达到了前所未有的水平。各种新技术、新材料和新工艺不断出现，在改善汽车发动机性能和水平方面都有了长足的发展，同时，汽车发动机设计工艺也得到了不断的发展，电子燃油喷射、多气门、增压、排气催化转换、废气再循环等设计工艺越来越在发动机上得到了广泛的应用。目前，全球日益严重的能源和环境危机，要求汽车发动机的发展不论在节能减排、经济性等方面有新的突破，也在动力性、可靠性等方面要求汽车发动机有新的进展。

4.1 在节能减排方面的发展趋势

为了达到节能减排的目的，提高汽车发动机的动力性和经济性是实现降低污染排放的有效途径。目前，很多汽车研究机构和企业都在此方面做了大量的实验和研究，其研究重点有以下几个方面：从汽车的燃烧机理出发，通过研究发动机的燃烧模型，设计与燃烧吻合度较高的燃烧室；从发动机的机械运动过程出发，努力减少发动机运动过程中不必要的摩擦损失，以实现最大限度的提高汽车发动机的工作效率；寻找比较清洁的而且热效能比较高的新能源，以降低污染气体的排放；通过采用分层燃烧、稀燃等技术，来控制汽车发动机的燃烧进程，并加入尾气净化装置。

现在，汽车发动机的燃烧过程已经趋于完善，机械的加工技术也不断的精密化，因此，要解决汽车对能源紧缺和环境污染造成的影响，还需要探索其他途径。

4.1.1 电控喷射系统的应用

    电控喷射技术能够实现汽车发动机低排放和高热效的双重目的。该技术能够精确的控制空燃比，很好的解决发动机排放水平较差的难题。电控喷射系统允许设计者只根据发动机的动力状况来选择最优的气门重叠角，确保动力曲线保持最理想的形状。因此，电控喷射系统能够使得汽车发动机获得良好的动力性和排放性能[2,3]。

4.1.2 采用直喷柴油机

    目前，为了实现节能减排，采用直喷柴油机成为汽车发动机发展的一大趋势。据研究数据显示，非直喷柴油机的油耗比汽油机油耗要低15%～35%，而直喷柴油机的油耗比非直喷柴油机油耗又低大约15%。由此看见，直喷柴油机具有很大的节能效果。

    同时，柴油机的增压技术历史较久，技术也比较成熟，因此，它在提成功率方面有很大的优势，而且能够降低比油耗和污染气体的排放，也改善了汽车的加速性能，在很多小型汽车中更容易被采用。

4.1.3 代用燃料的探索和应用

    采用清洁的代用燃料能够实现有效降低汽车有害气体的排放目的，而且还能够降低燃料的成本。现在汽车的代用燃料主要有压缩天然气、液化石油气。我国幅员辽阔，有充足的天然气资源，也具备良好的生产条件，因此，在开发代用燃料方面有着很大的优势。其中，压缩天然气被用于发动机燃料方面已经有一定的历史，相应的技术也比较成熟，而发动机应用液化石油气方面还处于起步阶段，其中涉及到的燃料喷射技术、燃料的燃烧特性、点火控制等等技术还需要进一步研究。

4.2 汽车发动机在动力性方面的发展趋势

4.2.1 汽车的动力性指标

    汽车的动力性是衡量汽车最大限度的获得平均行驶速度的重要方面，它主要包括三个方面的指标：一是汽车的最高车速，它指汽车在水平的路况良好的路面上能够达到的最高形式速度；二是汽车的加速时间，它反映的是汽车的加速能力，通常用汽车的原地起步的减速时间以及超车加速时间来衡量其加速能力；三是汽车的爬坡能力，它主要指汽车在满载状态下在良好路面上的最大爬坡度。

4.2.2 混合动力技术的应用

    汽油混合动力技术越来越成为汽车发动机发展趋势。它可以将所有不利于提高发动机效率和排放怠速都取消掉，变成一个能够同时输出轴功率和发电的综合性“机组”，即汽油机在输出动力以驱动汽车前进的同时，也带动了发电机进行发电，这样，它可以向汽车的电瓶充电，电瓶充满后汽油机的发出功率就有了剩余，当剩余的功率过多时，就会使得发动机的运转区域脱离了最低有好状态，这时，汽油机就会自动关闭，汽车则自动转变为用电瓶的动力行驶[4]。

4.2.3  采用电磁式或霍尔式无触点断电器

    我们知道，汽油机的发动机是通过电火花点燃复合气来打火，而火花的产生依靠白金断电器来完成，但是，断电器由于高速运转很容易受到磨损，会使得发动机失火，这样势必会造成汽车动力性下降和有害物质排放过量的问题[5]。目前，采用电磁式或霍尔式无触点的断电器就解决了汽油机动力下降和排放过量的问题。

参考文献

[1] 张京明,江浩斌. 汽车工程概论[M].北京：北京大学出版社.2008

[2] 李浩荡. 燃烧室形状和喷射时刻对cNG发动机燃烧影响的研究[D]．长春：吉林大学,2006

[3] 蹇小平. 电喷汽油一cNG两用燃料汽车动力性恢复研究[J]．汽车工程.2007 (29)

[4] 张金女,储江伟,朴永守. 汽车电子装置与控制技术[J].黑龙江科学技术出版社,2005(16)

[5] 孙余凯. 汽车电子技术与技能实训教程.电子工业出版社,2005.