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有理有据!10年后的汽车竟是这样跑的

2021-11-07 20:56    

在众多科幻影视作品中,汽车大多数都可以悬浮飞行,似乎这已经约定俗成发展方向。事实上,未来的汽车不一定会越来越炫越来越酷,但可以肯定的是,未来的汽车会向低能耗发展。

如今主流的节能技术要数小排量直喷涡轮增压发动机了。然而它所用到的技术并不是特别高深,也不是什么新鲜玩意儿,其实相似的技术在20年前就已经出现过了,只是当时还没有大规模应用而已。

所以我们不妨大胆猜测一下,10年后,到底会流行怎样的技术呢?

均质压燃发动机+混合动力+电控涡轮技术

预计流行时间:5年后

在刚刚开幕的东京车展上,马自达展出了下一代昂克赛拉的概念车魁(kai),狭长而犀利的大灯配合流畅的车身线条,令它看起来十分前卫。这款概念车将搭载第二代SKYACTIV-X发动机,采用马自达独家的SCCI(火花塞控制压燃点火)技术,其压缩比高达18:1,可实现空燃比30:1的超稀薄燃烧,理论油耗比现款马自达发动机降低20-30%,动力也有10-20%的提升。

关于均质压燃技术的独特性,我想大家都有所了解。因为标准均质压燃发动机的燃烧过程与爆震相同,而爆震的产生与燃烧室的温度和压力息息相关,但后者不能被直接控制,所以这项技术的难点在于点火时机的掌控。为此,马自达在这款Skyactiv-X发动机上还配备了机械增压装置,使得进气温度更加可控;而在低负荷与冷启动的状态下,进气压力与温度难以达到爆震要求,因此依然需要依靠传统的火花塞点火。

均质压燃发动机也许是这几项技术中最先用于量产的,而且混合动力技术和电动涡轮增压技术也被运用到市场中,因此未来的均质压燃发动机很可能与后面两者相辅相成,不仅可以使发动机避免怠速和低负荷的工况,同时还能更灵活地调整进气压力和温度。

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六冲程/八冲程发动机

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预计流行时间:7年后

六冲程和八冲程发动机确实存在,而且它们的结构与四冲程发动机稍有不同。

一般的四冲程发动机的工作过程为进气、压缩、做功、排气,当排气冲程结束时,向灼热的气缸中喷水,使之变成高温高压的水蒸气,推动活塞继续做功。然后在下一个冲程将水蒸气排出,经冷却后回收利用,这就是六冲程发动机,它有三组气门(进气门、排气门以及蒸汽气门),且凸轮轴与曲轴的转速比为1:3。

这种发动机在六个冲程中有两个做功冲程充分利用气缸内的剩余热量,不仅能够提升效率,而且还能增加功率。不过在水循环过程中可能会携带机油,而且第五冲程有可能会对气缸壁上的油膜进行稀释,造成机油消耗过快和润滑不足等问题。

而八冲程发动机则利用了废气中的热量,其最高热效率可超过50%。它在传统的 四冲程发动机上增加了副气缸,把它作为作蒸汽做功的场所。在排气冲程结束后,将废气导入副气缸中,经历“ 废气进入-废气压缩-蒸汽做功-废气排出”的过程。不过八冲程发动机需要消耗水,而且功率质量比较小,距离投入量产还有一定距离。

飞轮电池+锂电池

预计流行时间:3-5年

飞轮是一种古老的储能元件,理论上它可以存储无限的动能。威廉姆斯车队曾在旗下的F1赛车上开发了一套飞轮KERS系统,几经辗转后,被运用在保时捷997 GT3-R Hybrid和奥迪R18 e-tron quattro上,而后者也成为了勒芒史上首辆混合动力冠军赛车。

当然,赛车上使用的飞轮电池不计成本,在超导磁悬浮技术和真空的加持下,每天的能量衰减只有2%。而在民用领域,这一数字可达到25%。尽管损耗很大,但飞轮电池在民用市场仍有用武之地。

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一个质量为50公斤的飞轮,旋转速度达到8万转/分钟时,其容量达到50kwh。如果车辆的功率为200kw,那么充满50kwh的电量只需15分钟,远快于目前的化学电池。另一方面,飞轮电池的电量可以在行驶时存储在电损较少的锂电池中。如此一来,即解决了充电慢的问题,又用“较低”的成本解决了飞轮能量衰减的问题。不过静止时采用大功率的方案可能会导致发热问题,同时电控系统也比较复杂,如果解决了这些问题,相信量产也是指日可待。

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