很长时间以来,轿车的驱动系一直没有发生太大的变化。但随着大量新技术、新方案的应用,使得汽车更加低油耗、低成本,因此也不断获得汽车消费者的青睐。
传统的内燃机似乎陷入了困境,因为它已经经历了100多年的研发,其优化潜力已经广为人知。另一方面,进一步的改进提高往往要付出很多很多,而收获的则是很少的一点点节油。
但尽管是一点点的节油也是很有帮助的,例如钢质活塞。据悉,KSPG和马勒(Mahle)两家公司从2014年起将开始大批量生产这种轿车柴油机用的、能够节油4%的钢质活塞。在新车标准测试循环中,起动-停止驾驶辅助系统也能再节油4%,而在城市交通环境下最多可达15%。
采用可变气门控制的新方案
目前,在许多新型轿车中已经广泛采用可变气门控制技术。舍弗勒(Schaeffler)技术研发总经理Peter Gutzmer博士表示,期望新的内燃机方案会带来更多的节油潜力,采用气门行程变量控制技术和可变相位控制技术、凸轮轴调节技术、摩擦性能优化了的气门系统、部分负载工况下的气缸关闭技术(可减少油耗5%~8%)或者气门与增压器性能匹配等构成的新型内燃机。尤其是福特公司1L的小型三缸汽油机和宝马公司柴油机中使用的大陆公司增压器清楚地告诉人们:功率突破100kW/L,更低的油耗并不是不可实现的。
Peter Gutzmer博士说:“像皮带传动系或者双质量飞轮等张紧机构和缓冲机构也有节油的潜力可以挖掘。这些机构能够有效地减少发动机出现的转速波动和旋转不均匀性,能够在怠速时保持尽可能低的油耗和降低成本。”
图1 菲亚特与舍弗勒合作开发的第一种Multiair进气门电液控制系统是市场中的一个里程碑
而且所有用电的辅助设备,例如水泵和油泵等也都有着很高的节油潜力。驱动系中一个(部分)耗电的设备,例如菲亚特公司使用的Multiair或者法雷奥公司(Valeo)计划中的Superchager等都能够给新鲜空气供应的控制和燃烧带来更多的节油可能性。
驱动系下一步的优化改进目标是部分或者全混合动力系统:大众公司计划今年将向市场推出一款新型高技术节能型轿车XL1,配备的是两缸柴油机的插电式混合动力轿车,但这次是小批量的试生产。NEFZ标准中要求的混合动力每升功率至少100kW,也就是说,这款车型内燃机的总容量为2L。
替代解决方案:增程动力系统
除了插电式混合动力之外,增程动力系统也成为一种不错的替代解决方案。这种方式的优点是:小型的内燃机与车轮不是机械连接的,而是用准电动的电动机来驱动车轮的,这就省去了发动机大量的可变调节零部件,减小了发动机的体积,降低了发动机的生产成本;最后,也减少了对蓄电池容量的要求,从而也节省了蓄电池的空间占用,降低了蓄电池的成本和费用。
在小型车辆中,增程动力系统是多多少少有些优势的,而插电式混合动力系统则是大型驱动系统理想的解决方案。在插电式混合动力中,OEM厂商对过高油耗受到的影响也感到非常不舒服。相应地,购置插电式混合动力车辆的费用也比增程动力系统要高,但只有这样才能买到更多的驾驶可变性和行驶舒适性。
从中期开发的角度来看,所有的混合动力和电力驱动系统的关键都是蓄电池,由最大行驶里程和费用所决定的。奥迪公司已经做出了决定,宣布将小型电动轿车A2和R8 E-Tron重新投放市场。
正像人们所听到的那样,锂离子蓄电池的费用没有下降到成本核算时的每千瓦小时250欧元,这就破坏了预定的所有设想。目前,奥迪公司也采用了插电式混合动力技术。在2013年的日内瓦汽车展中,奥迪公司已经向世人展示了第一款奥迪A3 e-Tron混合动力轿车和i8型插电式混合动力轿车。因此,这家汽车生产厂将会在不久的将来批量生产这两种车型了。奥迪的目标可谓雄心勃勃:到2013年年底时计划销售2万辆价位提高了4万欧元的i3。据慕尼黑的负责人介绍:售价约14万欧元的i8销售似乎并不困难;这是独一无二的、也是很有名气的产品了。无论如何,i3将是电动轿车市场中的试金石,它若是跌了跟头,也仅仅是德国或欧洲市场中就能解决的问题。
图2 轿车柴油机中的钢质活塞是一种未来型的产品,它能减少燃油消耗和有害气体排放
利用镍-金属氢化物电池获得成功
丰田和本田则相反,它们批量生产的混合动力车辆已经用了几年的镍-金属氧化物蓄电池了。借助于成熟的技术和很高的产量,镍-金属氧化物蓄电池的价格明显地更具竞争优势。因此,他们抱着镍-金属氧化物蓄电池技术不放,迟迟不在大批量生产中采用锂离子技术,所以不在丰田的插电式混合动力车中使用锂离子蓄电池不是没有道理的。
还有一个原因,正如在航空应用中所展示的那样。据报道:波音公司梦幻飞机的锂离子蓄电池问题导致了美国国家交通安全委员会(NTSB)在2013年4月召开了一次听证会。若听证会对锂离子蓄电池的安全性提出了疑问,可能会对汽车工业中的电动汽车带来严重的影响,破坏了汽车工业的形象。不仅是那些愤世嫉俗的人嘲讽美国汽车界也应来人出席听证会,而且还讥讽亚洲人在锂离子蓄电池的研发中取得了进步。
在这样的“工业战争”中,液压式混合动力是真正的受益者,正如目前博世公司(Bosch)与PSA公司合作的方案那样。在它们的技术方案中,同流换热的动能作为压缩气保存起来了,在需要的时候这些存储起来的压力又会转换为液压驱动力。据液压式混合动力的研发合作伙伴介绍,这种混合动力非常适合于小型轿车,因为它比电力混合动力更加经济。
48V和更低的系统费用
另一种经济性的解决方案将会是48V的汽车启动电网,也就是法雷奥公司和海拉公司推广的系统。利用较高的启动电网可以让汽车的大功率用电器工作时的效率更高。另外,48V的启动电压更加强劲有力,可弥补内燃机起动时的动力不足。
对此,法雷奥公司计划推出皮带驱动的起动电动机,最大功率可达12kW,输出转矩高达200Nm。结合较小的蓄电池或者超级电容(双电层电容器)可以使小型发动机轿车在停车起动时或者在短距离的行驶中利用电力进行驱动。法雷奥公司承诺:这一技术可以节约15%的燃油,而这一系统的费用不会超过3位数。
获取更多评论