减少尾气排放 本田揭秘新型汽车环保术

2008-02-03 10:32:32来源: 汽车电子设计

  为了深入了解本田公司怎样使其开发的车型提高环保性能,汽车制造厂商与托马斯布拉克曼(Thomas Brachmann)做了交流,他是本田公司在欧洲的研发机构的技术公共关系部主管。

  本田公司承认他们在努力减小其汽车制造过程对环境的破坏。这一点已经写入了本田公司的公司政策声明中,而且公司还在竭力减少汽车尾气排放。

  近期在欧盟立法中心布鲁塞尔召开了“环保周”会议,各个汽车制造厂商和ThomasBrachmann聚于此地,汽车制造企业希望了解可以从本田的环境工程战略中借鉴些什么。

  公司正在努力解决工业界两个技术难点,他们都对于私家车的推广至关重要。“就是汽车动力源问题和相关的能源转化技术问题,”Brachmann说。“一般来说,第一项技术发展是能够促进第二项技术的,但是为了能够可持续发展,这两项技术必须同时满足环保和高效节能的要求。”

  本田为了解决二氧化碳排放的问题已经进行了十多年的研究,他们开发了高级动力总成系统和能量转化技术。和本田一样,所有汽车制造商也都投入了大量的研发资金来开发一项重要技术——氢能源汽车,其排放的尾气中只有水蒸气,而没有任何污染物。然而,本田在这一领域的研究进展可能比其他制造商还是要显著一些。

  动力总成和能量转化技术是相辅相成的。“汽车对环境的影响决定于汽车燃料传动系统技术水平,即所谓的发动力到车轮的路径管理,”Brachmann说,“本田还决定投资研究可再生能源的开发,一方面为鼓励创新和技术改进,另一方面也为使现有的和未来的汽车车型更加清洁环保。”公司在各个领域都取得了显著成果。

  新型发动机技术

  在研究以氢燃料电池为动力的汽车的同时,本田也密切依照工业界现有的法规,开发传动发动机技术。15年前研发的1.5升VTEC-E型发动机,是利用本田的VTEC技术研发的第一款节能发动机。之后发动机技术研究成果仍在继续,适用于小型车的1.4升i-DSI发动机具有更好的燃烧效率和低污染的尾气排放,最近研发的新一代的1.8升i-VTEC发动机是本田公司的最新成果。

  和1992年的VTEC-E型发动机相比,1.8升i-VTEC发动机将尾气中二氧化碳的排放降低了10个百分点。此外,由于使用了本田的IMA等混合动力技术,使得这款发动机有更大的节能潜力。Brachmann相信:“有了现在的动力总成,Civic混合动力汽车已经在1.5升VTEC-E型发动机的基础上提高了30个百分点,这已经是极限值了。”

  本田正积极研究可变气缸管理技术,在美国和日本它已经被应用到v6的发动机,它还应用于Civic混合动力汽车以进一步提高发动机效率。

  不过,正如Brachmann指出,传统内燃机的燃烧效率上仍可以在缺的显著成果。这是可能的,只要运用具有连续可变气门升程技术与气门正时控制技术的系统,这将进一步提高燃油效率和发动机输出功率

  在不断进步的VTEC技术基础上,本田的先进VTEC发动机可实现连续可变进气门升程的技术。

  “有了应用于i-VTEC发动机上的VTC机构,我们现在能做到连续可变控制进气门升程,开关时刻和相位,”Brachmann解释道。“怠速工况时,A-VTEC使进气门升程降低到了最低水平,并保持阀门打开一个极端的时间,这样有效增加进气速度,为改善燃烧效率。”

  当发动机运行在高转速和高负荷工况下,进排气阀门敞开足够长的时间,得到最大的空气摄入量,从而能够增加输出功率。而在怠速或小负荷工况下,进气阀门升程减少,同时相位角增加,以缩短进气门开启时间。这极大地降低了喷油损失,同时又有助于提高13%的燃油效率和显着增大输出功率。

  本田的混合动力技术

  Brachmann说,尽管混合动力技术出现已将近10年,但是混合动力技术常常被误解,需要以一种消费者可以接受和信赖的方式向他们解释。"关键是要向社会正确的宣传这些新技术和并解释这些技术的研究意义。"他说。"我们在降低排放上不断取得进展的同时,我们更加关注的是绿色无污染排放,即尾气中只含有二氧化碳,甲烷和其他法规中没有禁止排放的气体。

  二氧化碳排放是在各阶段的汽车能量传递环节都有,而不是只在汽车提供驱动力时才有二氧化碳排放。然而,80%的二氧化碳排放量,是在汽车行驶于城市道路上及汽车点火时喷油的瞬间。,因此本田特别重视这些问题,"本田提供的解决方法之一是混合动力技术。"说Brachmann。

  本田推出第一款混合动力轿车是在1999年,第二款的本田混合动力轿车于2001年上市。本田公司认为,混合动力技术可以被集成在整车平台中,从而降低整体成本。"我们现在有超过8年的研究汽车混合动力技术的经验,我们需要通过进一步提高机构效率和降低制造成本,来提高混合动力汽车的市场竞争力,”Brachmann说。"我们相信,混合动力技术更加适用于小型车辆。”

  基于上述预测,我们正在开发一种全新的,有特定用户群的混合动力汽车,预计在2010年完成,他将满足家庭用车的需要。

  最新Civic混合动力汽车使内燃机的输出功率达到70千瓦。它是基于1.3升i-DSI发动机设计,但引入了一个新开发的非常先进的三阶段i-VTEC引擎。

  此外,电动汽车的功率已经提高了5至15千瓦,比之前的电动汽车功率提高50%。尽管功率增加了,燃油经济性比过去提高0.3l/100km,从而使在新的欧洲行驶工况下的二氧化碳排放量只有109g/km。

  "混合动力的市场竞争力在于它结合了内燃机的优点和电力发动机的有点;前者在中高负荷工况下性能优良,后者在低负荷下表现优良,"Brachmann说。"值得一提的是,新一代的Civic混合动力技术IMA能够使汽车在低速怠速行驶时仅靠电力驱动。这一技术刚刚实现,因为内燃机可以通过气门阀机构调节而完全暂停工作。"

  所有四个活塞在气门紧闭的燃烧室内运动,这将大大降低泵气损失和气体交换损失。这些降低的损失将使下一循环中的燃烧效率提高。这意味着可以产生更多的电能储存在电池中。

  稀释氮氧化物的催化转换器

  相比汽油发动机,柴油发动机的功率更大,而且能够节省百分之二十至百分之三十的燃料。

  但是,柴油发动机的缺点是由于其稀薄燃烧的燃烧特性会产生了大量氮氧化物(NOx)。挑战就在于怎样使柴油更清洁。“问题关键就是降低氮氧化物和颗粒物质的排放,这需要投入巨大精力来改进柴油机动力系统及其相关的尾气后处理装置,”brachmann解释说。“我们正在努力的目标就是减少85%的氮氧化物排放量,并减少75%的颗粒物相比,从而满足现有的欧4标准。”

  柴油微粒过滤器,可显着降低颗粒物的排放量。在设法减少氮氧化物排放量的过程中,本田公司的第一步是改善燃烧过程。第二步是发展新的氮氧化物催化转换器(INC),它大大减少了污染物排放量。

  基于现有的量产发动机,本田公司新设计了一种较浅的燃烧室,以改善燃烧过程。共同压电共轨燃油喷射系统能够达到2000bar的高气压,进一步改进了燃烧过程。最后,结合催化转换器,布置在地板下的柴油微粒过滤器和其后的稀释贫氮氧化物催化转化器,本田公司使废气排放更清洁了。

  该LNC变换器有两层结构:下面的金属铂包覆层吸收尾气中的氮氧化物,生成氨;而上层材料吸附下层介质所产生的氨,通过反应降低尾气中某些氮氧化物的含量。

  这个吸收的具体过程如下:首先,下层结构吸收氮氧化物和柴油机正常稀燃过程中生成的氧气。在铂的催化作用下,一些一氧化氮(NO)通过化学反应转化为二氧化氮(NO2)。

  其次,一氧化碳来源于发动机在短期富氧环境下燃烧。在铂的催化作用下,一氧化碳和水(H2O)反应生成氢气(H2)。这些氢气与收集的二氧化氮反应生成氨(NH3),然后堆积在LNC变换器上层。此后发动机回复正常的稀薄燃烧。

  积聚在上层的氨能够有效减少汽车尾气中的氮氧化物含量,生成无污染的氮气,释放到大气中。

  从整个后处理系统,利用上述过程原理是有可能开发出清洁的柴油动力系统。该系统首先是通过紧密耦合催化转化器来降低一氧化碳和碳氢化合物。然后,柴油微粒过滤器在排气达到氮氧化物催化转换器之前,降低排气中的颗粒物含量,之后在氮氧化物催化转换器处将氮氧化物含量减少。"其他正在研发的系统,例如那些通常装在卡车上的尾气处理装置,原理上与柴油微粒过滤器是相似的,"brachmann说。"比较起来,本田的系统非常简单,也不需要尿素。我们认为,简单化应该是汽车设计中的一个重要方面。"

  燃料电池技术

  本田在电动汽车,天然气燃料汽车和混合动力汽车上积累的技术,已经使它能够开发出成熟的燃料电池技术,如电动汽车,气体燃料储存和能量管理等,都是燃料电池汽车中的关键技术。“本田在燃料电池技术上的研发,始终考虑客户的需要,并基于实际技术条件,”Brachmann说。“我们有信心在2002年12月把第一款本田燃料电池车fcx’s,同时展示给日本政府和并上市于美国洛杉矶。到目前为止,我们在全球范围内已经销售了超过30个。这是因为我们这款车进行了碰撞测试,并取得了日本和美国政府的认证。它是唯一的被美国政府认证燃料电池汽车。”

  去年,本田公开了一款新的燃料电池汽车,fcx概念车,它是可驾驶的本田汽车展示,曾在2005年东京汽车展上展出。

  这个概念车正在进军2008年,这只是一个起点,“这款可驾驶的fcx概念车代表着本田工程师和设计师的18年来不断努力的结晶,它创造了一个真正零排放的替代汽油内燃机的产品——这将会达到甚至望超越美国和日本客户的期望。”

  为了开发出这样的紧凑型燃料电池汽车,需要开发一种新型动力总成并整合到车内。不像目前的内燃机为基础的动力系统,其组件具有不同的结构、尺寸和重量。

  燃料电池轿车的核心组件是燃料电池堆。本田公司所面临的挑战是使燃料堆栈更小,更轻和更强大。其解决方案是垂直流结合v流。这中设计是燃料电池车的功率体积比前一款提高了50%,功率重量比前一款提高了67%。

  该燃料电池堆和电机的体积已显着减少,并已能够布置在车内。在重新设计之前,它们几乎涵盖整个车辆地板下部区域。现在,他们组成一个精巧布置在中心隧道附近。此外,之前布置在后座后面的超电容,已经被一个紧凑型锂离子电池取而代之,并布置在在座位下方。最后,这两个储氢灌合并成一个整体,布置在锂离子电池的右后方。

  经过七年多的研究,本田的燃料电池堆的输出功率已经从60千瓦提高到100千瓦。其重量也由原来的202公斤降低到67公斤。

  本田的新燃料电池概念车的性能数据是非常可观的:最高时速是160公里/小时。171升的氢气罐能够使汽车连续行驶440公里。当结合电动马达的输出功率(95千瓦)燃料电池堆的输出功率为100千瓦时,达到256Nm扭矩峰值。

  “燃料电池能量潜力是如此之大,因为效率非常高,”Brachmann说:“汽油发动机能达到百分之十八的效率,混合动力发动机能够达到百分之二十八。而燃料电池系统的效率高达百分之六十。这才是燃料电池技术具有如此吸引力的真正原因。”

关键字:燃料  电池  输出  功率  效率  发动机

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/car/200802/article_17779.html
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