拋開那些價格昂貴又吃油的汽電混合引擎車和柴油噴射引擎車吧,它們也許適合好萊塢那群「好酷族」,但這些車子和甚囂塵上的氫燃料電池汽車,都不是未來幾年的汽車走向。
最近汽車廠悄悄在努力的,是改造出讓汽油燃燒效率提高一倍的引擎,不僅替消費者省錢,更與今天的引擎模式較相近。
這種稱為「均質充氣壓縮點燃」 (HCCI, homogeneous charge compression ignition)的引擎,在各車廠實驗室裡開發已經十多年,最近因電腦模擬技術提升,加上高油價的壓力,各國政府與車廠紛紛砸錢與人力,加速推動這種新引擎上市。
HCCI引擎最吸引人的地方,就是它結合了柴油引擎的燃油效率,卻保持汽油引擎的清潔。
結合汽油與柴油的優點
傳統汽油引擎是由火星塞點燃油氣混合物來產生動力,而HCCI引擎內的油氣混合物會先被活塞壓縮,直到引擎內溫度升高到足以點燃油氣混合物,引擎就被發動,此一原理類似柴油引擎。而且除了汽車,這種引擎也可以轉換用在巴士、卡車、汽船,甚至發電廠的備用發電機。
過去二十五年,人類投入數十億美元研發更經濟、乾淨的汽油引擎,今天最新型的汽油引擎,已經有接近廢氣「零排放」的能力。
降低氮氧化物廢氣量
但相較之下,這些「零排放」的汽油引擎還是比柴油引擎耗油。柴油引擎的高壓縮點火系統,燃油效率較高,而且在低速行駛狀態下,引擎供油也自然減少,因此較省油。
它的缺點是,因為壓縮點火,所以引擎較重、溫度較高,因此排放燃油後的氮氧化物也較多,污染程度也較高。
HCCI引擎就可以互補雙方的優缺點。發明人瑞典朗德大學教授約漢森(Bengt Johannson),利用汽油引擎的好處(將油氣在燃燒前先充分融合),並結合了柴油引擎壓縮點火的效率(這就是命名「壓縮點燃」的由來),先用活塞壓縮油氣。
因為引擎的油氣混合較好,HCCI引擎溫度也比汽油或柴油引擎都低,所排放的氮氧化物廢氣量自然也較少。另外,因為在油進入引擎前已充分與氣融合(命名「均質充氣」的由來),留在汽缸中未充分燃燒的油量也減少。
因此,廢氣中不僅氮氧化物廢氣含量少,煙塵量也少。唯一的壞處是,像其他兩種引擎一樣,HCCI引擎的排放廢氣中,仍含大量未充分燃燒的碳水化合物與一氧化碳,須藉助其他化學劑來淨化排放的廢氣。
既然如此,為什麼HCCI引擎一直沒能成功上市?
省油一倍
原因不在需要重新投資完全不同體系的新生產設備(像氫燃料電池那樣)︱︱HCCI可以直接在傳統汽油引擎廠生產,而是因為HCCI引擎在車行速度極低或極高時,會有運轉不順現象。
好消息是,新的超級電腦及模擬科技,讓美國科學家們發現,只要汽缸內油氣溫度調整幾度,就可以解決這個問題。
方法之一,是在油氣進入汽缸前,用電子加熱器先將油氣加溫。另個方法,是將之前燃燒的熱氣重新回流到引擎中,為將進入汽缸的油氣加熱。第三個方式,是將氧氣先注入汽缸,來控制引爆燃燒的快慢。
除了更精確地控制引擎的燃燒過程,車廠還需要發展出能在更低溫度發揮作用的廢氣淨化劑,還要可以大量生產。
當然,日本車廠已經等不及了。日產已經開始推出一款運用HCCI引擎原理,卻不以它為名的柴油引擎車。其他大車廠也陸續準備推出燃燒效率沒有那麼高,但控制比傳統汽油引擎精準的類似裝備車。
因為,大家都知道,今天打出「省油一倍」的新車款,是市場不可擋的需求。
未來十年,隨著中國、印度和其他亞洲國的新興中產階級,換掉腳踏車、摩托車,換上汽車,全球開車人口將增加一倍。汽油價格,將只有一條不歸路可走,那就是往上。
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