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节能减排的又一路径:以二冲程发动机降低油耗

 2012-02-23 08:55:09 来源:转载 浏览量:0
        如果说解决未来能源危机的最好途径是以电动车为代表的新能源汽车,那么在电动车未全面普及时毋宁说还有一条传统的内燃机路线,其代表作品可能是以EcoMotors公司的OPOC发动机为代表的二冲程发动机。

  在美国十几家致力于创新型发动机研发和四五家专注于二冲程发动机研发的公司中,成立于2008年初的EcoMotors International公司(以下简称EcoMotors公司)是其中成长较快的一家。由于它发明了一种独特的OPOC(Opposed PistonOpposed Cylinder——对置式活塞、对置式气缸)发动机,是目前世界上惟一一款曲轴位于中央、两侧形成两组对置式活塞的发动机结构,很好地解决了节能、散热与动平衡的问题。因此,EcoMotors的OPOC发动机有可能率先成为大批量生产的新式二冲程发动机。

  日前,在美国底特律EcoMotors公司的总部,中国媒体一行走进了这家颇具神秘色彩的公司,领略了其独特的设计思路和商业想法。

  巧妙设计结构使OPOC具有超越

  四冲程发动机的能力

  作为下一代动力推进系统,EcoMotors的OPOC发动机是由该公司完全自主研发,并具有专利设计的模块化内燃机系列产品。它的结构特点是,每个模块包括两个对置式活塞和对置式气缸,它们之间连接着一根曲轴,每个气缸内的两个活塞做相向运动。

  OPOC发动机的巧妙之处在于,其消除了传统发动机的气缸盖和气门控制组件,提供了一个高效、小巧紧凑和具有简单核心的发动机内部结构,并使发动机完全实现自我平衡。它的另一大优点是在加工工艺和大多数零部件上可承继传统发动机的生产模式,并且可以全面使用现有的汽油、柴油、乙醇等传统燃料,在此基础上还可灵活增加模块,通过电控离合器彼此相连进行组合,以增大发动机功率,并可加入电机从而实现混合动力组合。

  由于具有四冲程发动机的排放优点和二冲程发动机结构简单的优势,OPOC发动机仅相当于传统发动机一半的体积和重量,具有相当于传统发动机一半的活塞运动速度和非常低的活塞侧向力,其摩擦损失相比传统发动机可减少一半。由于没有气缸盖结构,其传热损失可减少30%~40%;没有相应的气门机构,又可节省5%的能量损失。再加上配备EcoMotors公司独特的电控涡轮增压系统后所具有的良好扫气能力,OPOC发动机优化后的燃烧系统显著提高了功率密度,其比功率可超过1马力/磅(2.2马力/公斤),可以较大地降低燃油消耗并降低废气排放量;单组模块节油能力达15%,多组模块或加入电机之后,由于可使用停缸技术,节油比率可达45%或更高。

  此外,由于OPOC发动机没有气缸盖和气门机构,设计结构简单,相比传统发动机减少了50%的零部件,使它的生产效率和使用耐久性大大提高。又由于OPOC发动机所有的内部作用力可相互抵消,具有像一台完全平衡的多缸四冲程发动机的平衡特性,因而具备低噪音和低振动的特性,完全打破了通常人们对二冲程发动机油耗高、噪音大、排放不好的固有印象。

  希望拥有像苹果公司产品

  一样的未来

  说到EcoMotors公司,就不得不提及它经验丰富的管理团队和具有眼光的投资人。

  在EcoMotors公司管理团队的主要成员中,彼得·霍夫鲍尔(Peter Hofbauer)教授为EcoMotors公司创始人、董事长兼首席技术官。他曾在大众/奥迪公司领导全球动力总成的开发,领导开发了大众/奥迪公司第一款获得年度最佳发动机称号的现代柴油机,并在动力传动系统和增压系统方面多有建树。首席执行官唐·朗克尔(Donald L. Runkle)是原通用汽车公司工程技术副总裁、雪佛兰发动机总工程师、别克动力总成部总裁,他还在德尔福公司担任过三个运营部门的总裁,领导开发了包括世界十佳发动机在内的多款具有世界水平的发动机。总裁兼首席运营官约翰·克雷迪(O.John Coletti)是原福特汽车公司高性能车全球执行总监,领导开发了包括1994年度最佳车型野马在内的多款畅销运动型汽车和十佳发动机。在这一经验丰富的优秀管理团队的带领下,EcoMotors公司目前已具有150多项专利,开发出了20多台发动机并有20多辆相关车辆投入生产。在EcoMotors公司的投资人方面,维诺德·科斯拉(Vinod Khosla)有“全球技术领域投资之王”称号,是风险投资公司的创始人,目前已投资超过80家清洁技术和信息技术公司,是著名的太阳微电脑系统公司(Sun Mircosystems)的联合投资人。另一位主要投资人就是大名鼎鼎的微软公司董事长比尔·盖茨,他对于EcoMotors公司OPOC发动机的评价是:“在发展经济、低排放的运输工具中,OPOC技术是一个重要的基石。”

  OPOC发动机从大功率的柴油发动机研发起步,其功率可实现从几千瓦到几百千瓦,配置组合非常灵活,并且适用于轿车、卡车、农用车、船舶、固定式发电机、非道路机械等,包括任何采用传统汽油或柴油作为动力的设备。目前,EcoMotors公司已经与北美主要的卡车制造商纳威司达公司就联合开发和商业协定签订了合作协议,与中国安徽省的中鼎公司也签订了发动机开发方面的协议。在与其他公司合作方面,包括来自汽车发动机厂、商用车厂、发电机组、工程机械、航空、军用等方面公司的咨询与合作意向正在洽谈中。

  安徽中鼎公司的一间办公室就位于EcoMotors公司总部。据了解,中鼎公司有一支四五十人的团队,目前正在致力于OPOC发动机项目的应用开发。在国内的湖南大学,也有一支由原EcoMotors公司海归博士率领的十几人的团队从事着数据分析、计算等EcoMotors公司外围的工作。

  据EcoMotors公司首席执行官唐·朗克尔分析,到2030年时,中国汽车总产量将达到3000万辆,如果要从目前的1800多万辆的产销量跃升至3000万辆级别,则大致需要新增40个以上的发动机工厂。唐·朗克尔认为,如果用EcoMotors公司的OPOC发动机形式建设这40家发动机厂,其建厂投资成本能节省三分之一,未来新增产能产品的二氧化碳排放和油耗可减少20%~30%,生产运营成本也能降低不少。他非常有信心地表示:“要建新厂就建OPOC工厂,建其他新厂就没什么意思了。”

  集成电路取代二极管,移动电话取代传统座机,MP3取代胶木唱片,从世界电子产品消费市场来看,里程碑式的跨越式发展决定了产品的更新换代步伐。唐·朗克尔认为,其OPOC发动机具有与苹果公司iPhone手机媲美的能力,在实质内涵上还要远远超过它。“在中国这样巨大和迅速成长的市场上,OPOC发动机可提供更快的回报;并且不需要很多技术开发资金或大规模的基础设施投资,即可在经济和降低碳排放方面获得巨大效益。”EcoMotors公司的几位高管都认为,凭借中国这一容量最大、发展最快的市场,与苹果公司的iPhone、iPad和iPod等几款电子产品在全世界流行类似,OPOC发动机由中国首先发展起来并迅速扩展到全球市场是极有可能的。

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