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油老虎

　　飞行汽车、太阳能汽车和两轮直升机汽车，这些存在于科学幻想中的汽车如今已纷纷现世，无不彰显着人们在汽车制造技术领域所取得的巨大进步。然而人们在探索清洁能源汽车的道路上却步履蹒跚。尽管全电动车和半自动化汽车技术已实际应用，但在未来几年内，人们能在汽车领取获取实际成果的一定是节油技术。

　　目前，高耗油汽车正在逐渐淡出人们的视线。美国密歇根大学交通研究所的分析报告表明：2013年春季的节油汽车销量已达到历史最好水平。这些汽车燃烧一加仑汽油可行驶24.6英里。尽管如此，汽车节油技术仍有极大潜力可以挖掘。按照美国国家标准，到2025年，各汽车生产商出售的轿车和轻型卡车平均油耗必须达到54.5英里/加仑。

　　众所周知，在美国行驶于高速公路上的汽车每年都会排放超过150亿吨的温室气体。而良好的燃油消耗性能可以让人们更好地控制燃油消耗及减少尾气排放。虽然油耗性能最好的轿车和轻型卡车售价较贵，但节省下来的燃油费用也是一笔不小的数目：一个典型美国家庭年收入的4%都将用于购买汽车燃油。

　　密歇根大学交通研究所的科学家布鲁斯·贝尔佐夫斯基表示，当油价冲破4美元/加仑的关口后，汽车的燃油消耗性能成为了人们在购买汽车时的必要考虑因素之一。虽然在2008年前，油耗性能好的汽车价格还没有在全美上涨，但从2008年起，此类汽车价格已全面上涨，且汽车消费者也更亲睐于购买油耗性能好的汽车。贝尔佐夫斯基说道：“买车人都会觉得‘我们要加一次油而跑得更远’。”

　　全美科学研究委员会的一份报告指出，到2050年，要将汽车的耗油量和温室气体排放量在2005年的基础上减少80%，这在技术上是完全可行的。但仅仅依靠提高传统电动汽车的效率，还不足以实现这个目标；而普通汽车的油耗必须达到180英里/加仑才能达到这个目标，这在技术方面显然困难重重。正因如此，可替代燃料和全电动车有了用武之地。

　　无论汽车采用何种能源作为动力，要达到节能减排的目的，都必须提高能源利用率。特别是，提高以汽油为动力的汽车能效可以在短时间内产生巨大的改变。

　　据统计，在公路上行驶的汽车消耗了美国燃油总量的1/3。而实际上，燃油产生的能量只有1/4被汽车用于驱动行驶，这表明提高燃油利用率空间极大（燃油产生的能量大部分转变为发动机的热能）。提高发动机的工作效率成为最方便也最经济的节能减排方法。科学家、产业研究人员和汽车生产商认为可以通过多种方法来实现这一目的。

　　新型轮胎技术

　　只要对轮胎在设计上稍作调整就可以减少滚动阻力，滚动阻力即磨损的轮胎在滚动时与地面产生的摩擦力。如同骑自行车一样，已经磨损严重的自行车轮胎每踩一圈都要用更大的力气去踩脚踏板。同理，只要通过使用先进材料和良好的设计来减少汽车轮胎的磨损和变形，就能在保持轮胎转动的同时减少能源消耗。

　　对发动机进行革新改造

　　全美科学研究委员会能源和环境系统理事会高级科学家艾伦·克兰认为，只要对发动机的传动系统进行改进，就能大幅度地提高发动机的工作效率。一套由更多变速级别、双离合器传动及减摩涂层零件的设计可以让发动机有更高的输出效率并降低能量消耗。

　　被称之为“气缸惰化”的技术成为汽车生产商制造低油耗汽车的新选择。在高速公路匀速行驶时，汽车只需要发动机最大输出动力的一半就可以保持行驶，只有在加速、爬陡坡、拖挂载物及其他特殊状况时，人们才需要一个动力更强的发动机。

　　全美科学研究委员会的研究员布兰顿·斯科特尔表示：“之所以人们会选择让六缸发动机的其中三个气缸工作而不是全部六个气缸同时工作。是因为发动机气缸工作数量的减少，可以让人们在驾驶时既达到输出最优化动力的同时又能节省汽油。”

　　缩小发动机的尺寸也是一种提高发动机工作效率的方法，并且这种技术不会降低发动机的性能。在常规汽车中，内燃发动机首先将汽油和空气的混合物吸纳入气缸内，随后活塞将油气混合物向上压缩，随后火花塞点火，让油气混合物瞬间爆燃，由此产生动力将活塞下压，随后一个气门打开，将废气排出气缸外。随着这种工作循环汽车开始排放尾气：吸气、压缩、做功、排气。利用涡轮增压技术可以为发动机的气缸输入更多的空气，这就能够让小型发动机的每一次做功冲程产生更多动力。

　　艾伦·克兰指出，尺寸缩小意味着重量变轻，只要将一辆汽车的重量降低10%，就能将耗油量降低7%。预计到2050年，汽车的重量可以在现有基础上降低40%。克兰表示：“即使人们不使用碳纤维技术也能达到该目标。现在的汽车上绝大部分零件都是采用碳钢材料制造。”

　　替换沉重的钢材

　　由铸铁和合金钢制造的零件占据了汽车重量的45%。而越来越多的尖端材料所制成的轻型零部件以模块化的方式替换掉汽车各部位的钢铁零件。日本丰田汽车公司国别经理、主管先进汽车技术的比尔·莱纳特表示，高强度钢材制作的重量更轻且强度更高的零件被用于替换掉汽车里普通钢材制造的同类零件。同时，铝质零件在汽车里的数量也越来越多。尽管碳纤维和镁合金零件现在的造价还相当昂贵，并且在工序上难以加工，但只要获得解决方法，这两种材料制造的零件使用后可以将汽车的重量降低75%。

　　介于部分汽车零部件的生产都可以单独运转，因此降低汽车的重量的做法将会产生多米诺骨牌效应。艾伦·克兰认为：“如果人们能将汽车重量降低100磅，那么就能使用一个重量更轻且尺寸更小的发动机，进而也将刹车装置的尺寸减小。同时，小尺寸的发动机也意味着汽车零部件的数量变少了，这有利于设计师在汽车空气动力学方面发挥想象力，这将产生更好的实际效益。”

　　优化汽车零件生产

　　随着电脑辅助设计技术的进步，要优化单个零件和汽车系统变得更加便捷。艾伦·克兰表示：“工具变得更加先进后，汽车生产商只要将大量生产要求输入电脑，包括油耗及其他细节，就能直接得到一个综合评估结果。”

　　如果把设计思路放在汽车的外形曲线和角度方面，人们可以为汽车发动机增加一个活动百叶拦栅，当汽车发动机不需要冷却时，利用拦栅来阻挡空气气流进入，这样就可以减少汽车5%的空气阻力，进而每行驶一英里就可以降低一克的碳排放，缓解温室气体的排放，并产生额外的燃油经济性。但事实上，仅仅调整汽车外形无法获得更大的性能提升，预计未来的节油汽车在外观上和现有的汽车区别不大。

　　虽然如此，但对汽车进行详细的数据检测，或是在实际驾驶过程中肯定会发现节油汽车与普通汽车的区别。艾伦·克兰强调：“由于节油汽车将会更轻、发动机工作效率更高，在驾驶过程中的体感会有区别。汽车的可控性会变得更好，转弯时也会变得更好控制。”通过分析未来汽车产业可能拥有的生产技术，相关研究团队认为，尽管在外观上未来汽车和现有汽车区别不大，但流线外形必然会更加明显，但汽车不会因为流线型而变得更小，更加不会牺牲汽车内部空间而致坐不进后座。

　　电脑可助人一臂之力

　　早在十多年前，混合动力汽车“普锐斯”就已经引入美国，而在当下的美国汽车市场上，混合动力汽车所占的市场份额仍旧很小，其销售量仅为全美汽车销售总量的3%。然而，混合动力汽车的某些技术完全可以成为未来节油汽车的技术基础。

　　起停技术就是一项面向未来的发明，该技术可以在汽车停止时关闭发动机，当驾驶员踩油门时再启动发动机。再生制动技术也已普遍应用于混合动力汽车中，在汽车低速运行或是刹车时，该技术可以将机械能转换成电能，为车载电池充电；电池存储的电量又能为发动机的启动提供动力。近年来，再生制动技术和起停技术已经成为了最基本的汽车设计元素。

　　谈及燃油经济性，驾驶员的驾驶方式也至关重要。如果行驶过程猛冲猛撞，或是司机笨手笨脚可能要比小心稳定驾驶的汽车油耗高出20%。某些方面，电脑智能驾驶可以让司机摆脱不良的开车方式。或许短时间内制动驾驶技术还不足以完全取代驾驶员的手动操作，但日产—雷诺公司总裁卡洛斯·戈恩在斯坦福大学演讲时称：“未来，人们将看到越来越多的汽车在行驶时，可以脱离司机的过多干预。这样的汽车可以在燃油经济性和行驶线路选择方面进行优化。”

　　不难想象，在未来的某个时刻，当汽车经过十字路口时，汽车可以完全按照事先设定好的程序减速并穿行通过，而不是让司机猛踩刹车或走环岛通过。密歇根大学运输研究所的斯科特尔表示，如果在十字路口没有驾驶员停车，汽车燃油经济性就会直接得到大幅度提升。

　　丰田汽车公司的莱纳特畅想到，对于汽车的外观、性能、功能、操控便利性和制造成本方方面面而言，只要将现有的技术有机地结合，就有可能实现人们的设想，而未来节油汽车的发展之路还很漫长。

　　（来源：史密森尼学会网站，文章有删节）（焦旭/编译）