燃料改质发动机,未来的趋势?

文章来源:汽车天涯 发布时间:2016-05-19
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节能减排对于车厂而言是一个永不过时的话题,轻量化工程,低风阻设计以及低滚阻轮胎,锁止离合器能大范围锁止的多挡变速器以及CVT变速器的推广应有,此外最关键的就是发动机效率的优化。

迫于排放压力,欧洲车厂率先祭出了涡轮增压技术,缸内直喷也随之流行;丰田、本田依然一步一脚印,独步江湖的混合动力技术也足以应对能源危机;其他车厂纵使 想研发混合动力,但为了规避这两家企业的专利也是苦不堪言,特斯拉则干脆直接造纯电动车,一跃成为先进和超前的代名词。

无论是混合动力还是纯电动车,虽然实际体验不差并且技术日渐成熟,但终究还没达到大规模普及的时机,纯电汽车较长的充电时间是一个硬伤,混合动力车型多为轿 车,尚未装备到国内红红火火的SUV身上。传统内燃机依旧有潜力可发掘,创驰蓝天和地球梦均给出了各自的优化方案,但其实还有一项发动机优化技术值得关 注,就是燃料改质发动机。


  何为燃料改质发动机?
  燃料改质发动机是指将汽油燃料改质为其他物质以更方便燃烧的发动机。工程师此前曾提出过多种方案,但近段时间更受关注的一种方案是将燃料变成氢并与尾气再循 环(EGR)组合的方法。具体而言是使汽油燃料和尾气通过催化剂变成氢,与吸入空气混合燃烧;氢的燃烧速度极快,可加快发动机缸内的燃烧,而大量尾气再循 环降低了缸内气体的温度,同时抑制爆震,以此大幅提高汽油发动机的热效率。
  催化剂是改质发动机提高热效率的关键一环,但其实与普通汽车发动机使用的三元催化剂大致相同,主要成分是铑,从三元催化剂中去掉了铂和钯,无须太高要求的制造工艺。
  在丰田发动机热效率达到50%的设计蓝图中,燃料改质技术被视为关键一环。马自达同样对燃料改质技术寄予了厚望。本田则是保持观望状态。日产是对此技术兴致 最大的厂商之一,并且也公布了初步的研究成果:在使用单缸发动机的实验中其热效率能提高约6%,这是一个相当了不起的数据。


  为何关注燃料改质发动机?
  最大的原因还是成本,能够以较低廉的成本来提高发动机的热效率,并且效果较为显著。
  燃料改质发动机与普通汽油发动机造价差异在于催化剂和燃油喷射装置,催化剂取决于贵金属铑的市场价格以及发动机排量,但以普通家用轿车而言,增加的成本不超 过1万日元,折合人民币600元。按照日产的说法,其只需要在普通发动机的基础上,加入尾气再循环(EGR)的同时改进催化剂和燃油喷射装置构成的改质器 即可,这一措施的增加成本并不高,但效果令人惊喜。
  众所周知,当今发动机热效率的提 升基本是以0.1%为单位改进,因为内燃机的效率发掘逐渐困难。作为参考,一向以油耗表现优异的第一代和第二代丰田普锐斯,发动机的最高热效率为37%, 而第三代普锐斯的热效率为38.5%,第四代普锐斯终于迈入40%行列,从第一代车型到第四代车型,技术储备雄厚的丰田在发动机热效率中也“仅仅”能提高 3%,当然这已经是一个了不起的数字。
  而燃料改质技术对于发动机热效率能提升多少?日产在实验室做出的6%这项数据多少有些理想主义,但正常估算,2%的热效率提升不成问题,而获得2%的热效率 提升付出的成本不过六百人民币,可谓是性价比十足。若然这项技术的耐久性实验取得突破,最快将在2018年可以投入使用,而日本政府已经在推动燃料改质技 术的实用化。
  如今这项技术遇到什么难题?
  燃料改质技术虽然能够提高效率,但并不是总能发挥出真正的实力。日产分析的结果显示,氢气的生成量依赖于废气的温度,生成量从400℃以上开始增加,在 600~700℃达到顶峰,而在400℃以下几乎不生成氢气,因此需要采取措施,将催化剂配置在废气温度高的地方以生成更多氢气。
  随着时间的推移,汽油燃料中少量的硫磺成分会逐渐堆积在催化剂表面,堆积的硫磺越多,催化剂的活性越低,氢气的转化率也会随之降低。为了解决这个办法,日产给出了一个方案:在催化剂中添加稀土元素镧。添加了镧元素之后,可以活化水蒸气,促进氢气生成。
  暂时来看,对这项技术更感兴趣的是日系厂商,日系车对于发掘自然吸气发动机心得不少,欧美车厂对此又有何看法?未来这项技术与涡轮增压技术的融合情景如何,甚至能否搭配混合动力技术也值得关注。


  结语
  无论是混合动力又好,纯电驱动也好,能够为消费者提供更优秀的体验便是值得称赞的厂商。对于燃料改质发动机技术,若然能解决好耐久性问题,厂商用较低的成本提高了发动机效率,而消费者又无须复出高昂使用成本,也算得上是两全其美的技术变革。
 

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