汽車科技大革命

專題報導 09/01/2008



能源和環境問題,並沒有減緩世人對汽車的熱愛,因此當前汽車工業的挑戰,是生產污染較少、也較節省燃料的新型內燃機汽車,這都繫於一些新構想的技術思維。

油電混合車

減低汽車消耗能源量的方法之一,是將能源回收使用。油電混合車使用內燃引擎,給汽車加速時為引擎提供額外動力的電池充電,從而減低燃料損耗。由電動馬達提供阻力到傳動系統,使汽車速度減緩的「再生性煞車」,將動能轉化成電能,可以儲存起來以備後用。油電混合車的好處,在市區駕駛時就能真正展現出來,但是長程的旅程,可能只能省下百分之幾的燃料消耗。油電混合車隊也可以成為大量儲存電力的場所,在眾多再生科技的使用上提供一臂之力。

雷射噴射

以雷射脈衝點火系統取代火星塞聽起來有點誇大不實,不過福特汽車鄧頓研究工程中心的英國政府與大學合作督察史卡利布利克 (Andrew Scarisbrick) 卻表示此舉可行。雷射點火系統可減低燃料消耗與排放,原是可以更好的控制汽缸內火星產生的位置。理想狀態下,火星應該要離汽缸壁愈遠愈好,這樣火焰前緣比較不會形成有害的一氧化氮。不過史卡利布利克表示,這項科技距離實用還有好幾年,目前這項科技的成本還是天價。

引擎天才

讓既有的內燃引擎更有效率,也是努力的目標之一。「 X 大獎基金會」 (X-Prize Foundation) 去年提出挑戰,設下價值一千萬美元的「汽車 X 大賞」,提供獎金給任何能夠開發出每加侖汽油可跑一百英哩汽車的人。

位於英國薩塞克斯的汽車工程公司「里卡多」 (Ricardo) 有些進展,他們設計出一種可以在二行程跟四行程模式之間切換的引擎。該公司聲稱這可以降低百分之二十七的燃料消耗量,排放量也可以減少大約這個量。四行程引擎在活塞的四個行程裡,分別進行空氣吸入、壓縮、內燃與排放的四個階段,而二行程引擎的活塞只會進行兩個行程。四行程引擎在恆定高速的情況下比較省油,二行程引擎則是在加速或載重大的時候比較有效率。里卡多設計的概念引擎 2/4 SIGHT ,由軟體控制水力閥,以便在巡航速度下的四行程模式,以及在加速或爬坡時的二行程模式之間進行切換。

較優電池

電動車始終無法成為主流的原因之一,在於欠缺實用的電池科技。由於鋰電池傳輸動力比其他種類的電池快很多,目前是汽車用電池的最佳候選,然而它們充飽一次電只能跑大約一百英哩左右,也必須幾年就更換一次,在極端的環境下還可能起火爆炸。因此包括開發出 Prius 油電混合車的豐田汽車在內,許多車廠都採用出力沒那麼大,但比較持久也比較安全的鎳氫電池。

像是位於美國麻州的「 A123 系統」等車廠,就在尋找延長電池壽命的新方法。電池裡的陽極會隨著反覆使用與回充而劣化,因此「 A123 系統」研發出一種圍繞在陽極上,像鳥籠的磷酸鋰鐵氧化物奈米結構,可藉此防止陽極在充電與放電的過程中縮張,從而使陽極不至於損耗得那麼快。據該公司所言,這種電池的壽命可能有傳統電池的十倍之多,雖然它們並不如一般的鋰電池那麼有力,對於鎳氫電池來說卻是相當大的改良。

掌控怪胎

即使只是小小變更一下汽車上路的操控方式,也能改善耗能效率。線控駕駛技術可以移除控制端與煞車、節流閥跟操舵機制之間的機械連動。電腦不斷從車上的感應器取得汽車操控與路況的資訊,據以計算出譬如當時最佳節流閥位置的參數。大多數的國家目前要求方向盤與車輪之間,要有一個機械連動裝置,所以車廠必須說服各國政府,讓他們相信這項科技安全無虞。

設計較佳

由澳洲南澳大學研發的電動雙座可再生能源車 (TREV) ,設計僅能承載兩人,因為根據其設計者所言,百分之九十的都市車程,所需座位不超過兩個。

出於類似的思維,位於美國加州的「阿普泰拉」 (Aptera) 公司最近推出一款雙座電動車,聲稱耗能效率最高,具有可將並肩而坐的兩人包覆於內的最低風阻外型,甚至連側照鏡都換成面向後方的攝影機與內部螢幕。這輛三輪車採用複合材料,重量僅有六百八十公斤,其嵌入式的電動馬達耗能因而較低。根據該公司所言,這輛車可以在十秒內,從停止狀態加速到每小時六十英哩,最高速度可達每小時八十五英哩。

氫燃料

在同等質量之下,氫的能源密度幾乎是汽油的三倍,用於燃料電池時所製造的廢物也只有蒸氣而已,因此經常被人們提出作為取代石油的交通燃料。大多數的大車廠都在研發某種形式的氫動力汽車。

但是在氫變成主流燃料之前,還需要克服一些主要的障礙:如何製造、運輸並儲存氫。服務於英國德倫大學的工程師西姆斯威廉斯 (David Sims-Williams) 表示,氫燃料需要基礎建設的巨大變革,這在未來很長一段時間內都不太可能發生。使用可再生能源來源生產氫,是極為沒有效率的事,而且現在絕大部分的氫是由煤或天然氣製成,這可不怎麼理想。

另一個大問題是,即使在液態,氫的密度也只有水的十分之一,所以在同等體積之下,氫的能源密度還不到汽油的三分之一。如果這些情況依舊,不但汽車的燃料槽溫度必須降到低於攝氏零下二百五十度,好使得氫保持在液態,燃料槽也必須比現有的大上好幾倍。

美國能源部於二○○三年,向科學家發佈一項挑戰,請他們研發出可以儲存足夠的氫,使其構成總質量百分之六的新材質。服務於美國加州勞倫思柏克萊國家實驗室的史威克 (Frantisek Svec) 研發出一種奈米滲透的聚合物,可將氫原子逆向吸收到其表面,使儲存氫的密度更高。目前氫僅佔這種聚合物質量的百分之一點五,距離目標還很遙遠
【知識通訊評論月刊七十一期】2008.09.01

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