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摘 要：为了减少不可再生能源的消耗，减缓汽车尾气排放对环境的压力，国内外投入了大量的人力物力发展新能源和新能源发动机技术。本文介绍了当前各类新能源发动机，纯电动、氢气、天然气发动机、混合动力组合、增程式发动机的关键技术及研究现状，阐明了各类新能源发动机的研究热点和研究瓶颈，从结构、功能、动力等方面对比分析了发动机性能的优劣，提出了将来新能源发动机的发展趋势。
关键词：新能源发动机;研究现状;发展趋势
一、新能源发动机性能比较
能源和环境压力推动各国对新能源发动机技术的不断改进和创新，因而开发出了氢气发动机、天然气发动机、电动发动机、和混合动力组合机构的发动机。电动机和混合动力组合机构已经生产并投入市场。电动汽车的优点在于电能利用率高，性能好，对环境污染小。但是由于电池技术的限制，导致电池价格贵，寿命短，同时电池的储电量还不能满足人们对行驶里程的要求。混合动力发动机具有排放性能良好、动力性能佳和低油耗的优点，但结构复杂、控制难度大，成本高。
氢气发动机与油动发动机结构相似，对油动发动机较小的改动可以实现氢气驱动的要求。改造后的氫气发动机功率大、重量轻，但由于氢气存贮困难，改造后的结构容易发生早燃和回火现象，限制了氢气发动机的发展。天然气抗爆性好，为提高天然气发动机效率提供了可能，但喷气技术有待提高，使用中仍存在一些问题，其中最为突出的是发动机功率下降、发动机腐蚀与早期磨损的问题。
二、新能源发动机
2.1 电动机
电动机技术相对成熟，目前有直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。直流电动机由于换相刷的存在，工作过程中摩擦严重时易产生火花，基本上被交流电动机取代，交流电动机可以分为异步电机、永磁电动机和开关磁阻电机3大类。因此，交流电动机的驱动原理是将蓄电池中的直流电转变为交流电来驱动交流电动机工作，进而驱动汽车行驶。目前，永磁电动机多用于混合动力汽车、与油动发动机配合使用。而开关磁阻电机，工作过程中能产生较大的功率，效率高，用于大型的汽车，如客车等。纯电动汽车如小型轿车多使用异步电机驱动。
2.2 氢气发动机
氢气可燃性好，燃烧速度快，燃烧产物无污染，同时储量丰富，非常适合作为动力能源。因此，对氢气动力发动机的研究一直是新能源发动机领域内的研究热点。但氢气热值与汽油热值相等的情况下，体积是汽油的3000倍，所以氢气的存储一直是研究难点。同时发动机本身也存在限制，氢气发动机与传统的油动发动机相似，都属于点燃式发动机。可以通过对汽油机和柴油机进行改装实现，目前可分为采用化油器、进气喷射的预混式和缸内直喷式。预混式是通过喷射预先混合后的气体进入气缸点火，空气和氢气的混合在外部完成。该方式的输出功率低，容易发生回火和早燃现象。而缸内直喷式将氢气直接喷入气缸，不会产生回火，在低压喷入时也容易发生早燃，如果喷入低温氢气则会增加成本，高压喷入氢气会导致氢气和空气混合不充分，热效率低，但可以避免早燃现象。因此，高压缸内直喷发动机可以通过热效率补偿等方式提高性能。
2.3 天然气发动机
天然气发动机与氢气发动机相似，都是基于燃烧速度快，燃烧产物清洁的优点，以它作为燃料的动力机构。天然气发动机主要分为2类：火花点火天然气发动机和压燃天然气发动机。火花点火天然气发动机又可以分为汽油-天然气两用燃料发动机和单燃料发动机。汽油天然气两用发动机用混合器式机械系统控制天然气的供给，不足的是混合器会降低发动机的效率。而单燃料发动机专用于天然气，采用电控进气口多点顺序喷射系统控制，具有专门的天然气喷射器。压燃天然气发动机是混合器式或进气口喷射式双燃料发动机，当气缸活塞运动到上止点时，喷入少量柴油，在高温作用下柴油引燃，进而点燃天然气与空气的混合气体。但与氢气发动机存在相似的问题，燃气存储困难，喷气技术不够成熟，导致发动机的效率低下，这是目前天然气发动机的研究难点。
2.4 增程式电动车
从原理上讲，增程式电动车采用电机产生的动力驱动车辆，应该可以划归于纯电动车型，但是由于其内部可以采用内燃式发动机为电池充电，增加里程，所以它也与混合动力车型很相像，定位众说纷纭。特别需要注意的是，增程发动机只在电力匮乏或高速行驶时启用。
增程式电动车不论工作在纯电动模式还是增程模式下，其车轮始终仅由电机独立驱动。增程器一般不会很大，多采用一缸两缸最多三缸的发动机。在电池电量低的时候启动带动发电机发电。
2.5 混合动力组合机构
混合动力是指将电动机与辅助动力单元结合使用。辅助动力单元是一台小型的燃料发动机，这样的结合使用不仅充分发挥燃料发动机的动力性能，还能达到减少尾气排放、降低噪声的目的。目前的混合动力通过燃料发动机和电动机的串联、并联和混联方式实现。串联混合动力发动机是将发动机与发电机串联使用，通过发动机工作驱动发电机产生电力供给电动机工作，进而驱动汽车行驶。串联结构简单，在行驶过程中不受路况的影响，工作稳定，但对电池的性能有较高的要求。并联式中电动机和发动机都与变速器相连，既可以独立工作，也可共同驱动，因此结构相对复杂，受路面状况影响比较大，更适合城市和高速路上行驶，其能量利用率高。
结语
针对环境污染严重的问题，发展新能源汽车是解决环境问题的必要手段。但目前新能源汽车还存在诸多问题：如电动机的电池技术不够完善，电池储能少，寿命短，气体燃料的液化技术急需优化，气动发动机的气密性还需增强等问题。这些问题的解决，是普及新能源汽车的必要前提。
参考文献
[1]窦汝振，李磊，宋建锋.电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势[J].变频器世界，2017，（2）：73-74.
[2]杨英哲.氢能源发动机的研究现状及发展趋势[J].河南科技，2017，（3）：93-93.
关键词：新能源发动机;研究现状;发展趋势
一、新能源发动机性能比较
能源和环境压力推动各国对新能源发动机技术的不断改进和创新，因而开发出了氢气发动机、天然气发动机、电动发动机、和混合动力组合机构的发动机。电动机和混合动力组合机构已经生产并投入市场。电动汽车的优点在于电能利用率高，性能好，对环境污染小。但是由于电池技术的限制，导致电池价格贵，寿命短，同时电池的储电量还不能满足人们对行驶里程的要求。混合动力发动机具有排放性能良好、动力性能佳和低油耗的优点，但结构复杂、控制难度大，成本高。
氢气发动机与油动发动机结构相似，对油动发动机较小的改动可以实现氢气驱动的要求。改造后的氫气发动机功率大、重量轻，但由于氢气存贮困难，改造后的结构容易发生早燃和回火现象，限制了氢气发动机的发展。天然气抗爆性好，为提高天然气发动机效率提供了可能，但喷气技术有待提高，使用中仍存在一些问题，其中最为突出的是发动机功率下降、发动机腐蚀与早期磨损的问题。
二、新能源发动机
2.1 电动机
电动机技术相对成熟，目前有直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。直流电动机由于换相刷的存在，工作过程中摩擦严重时易产生火花，基本上被交流电动机取代，交流电动机可以分为异步电机、永磁电动机和开关磁阻电机3大类。因此，交流电动机的驱动原理是将蓄电池中的直流电转变为交流电来驱动交流电动机工作，进而驱动汽车行驶。目前，永磁电动机多用于混合动力汽车、与油动发动机配合使用。而开关磁阻电机，工作过程中能产生较大的功率，效率高，用于大型的汽车，如客车等。纯电动汽车如小型轿车多使用异步电机驱动。
2.2 氢气发动机
氢气可燃性好，燃烧速度快，燃烧产物无污染，同时储量丰富，非常适合作为动力能源。因此，对氢气动力发动机的研究一直是新能源发动机领域内的研究热点。但氢气热值与汽油热值相等的情况下，体积是汽油的3000倍，所以氢气的存储一直是研究难点。同时发动机本身也存在限制，氢气发动机与传统的油动发动机相似，都属于点燃式发动机。可以通过对汽油机和柴油机进行改装实现，目前可分为采用化油器、进气喷射的预混式和缸内直喷式。预混式是通过喷射预先混合后的气体进入气缸点火，空气和氢气的混合在外部完成。该方式的输出功率低，容易发生回火和早燃现象。而缸内直喷式将氢气直接喷入气缸，不会产生回火，在低压喷入时也容易发生早燃，如果喷入低温氢气则会增加成本，高压喷入氢气会导致氢气和空气混合不充分，热效率低，但可以避免早燃现象。因此，高压缸内直喷发动机可以通过热效率补偿等方式提高性能。
2.3 天然气发动机
天然气发动机与氢气发动机相似，都是基于燃烧速度快，燃烧产物清洁的优点，以它作为燃料的动力机构。天然气发动机主要分为2类：火花点火天然气发动机和压燃天然气发动机。火花点火天然气发动机又可以分为汽油-天然气两用燃料发动机和单燃料发动机。汽油天然气两用发动机用混合器式机械系统控制天然气的供给，不足的是混合器会降低发动机的效率。而单燃料发动机专用于天然气，采用电控进气口多点顺序喷射系统控制，具有专门的天然气喷射器。压燃天然气发动机是混合器式或进气口喷射式双燃料发动机，当气缸活塞运动到上止点时，喷入少量柴油，在高温作用下柴油引燃，进而点燃天然气与空气的混合气体。但与氢气发动机存在相似的问题，燃气存储困难，喷气技术不够成熟，导致发动机的效率低下，这是目前天然气发动机的研究难点。
2.4 增程式电动车
从原理上讲，增程式电动车采用电机产生的动力驱动车辆，应该可以划归于纯电动车型，但是由于其内部可以采用内燃式发动机为电池充电，增加里程，所以它也与混合动力车型很相像，定位众说纷纭。特别需要注意的是，增程发动机只在电力匮乏或高速行驶时启用。
增程式电动车不论工作在纯电动模式还是增程模式下，其车轮始终仅由电机独立驱动。增程器一般不会很大，多采用一缸两缸最多三缸的发动机。在电池电量低的时候启动带动发电机发电。
2.5 混合动力组合机构
混合动力是指将电动机与辅助动力单元结合使用。辅助动力单元是一台小型的燃料发动机，这样的结合使用不仅充分发挥燃料发动机的动力性能，还能达到减少尾气排放、降低噪声的目的。目前的混合动力通过燃料发动机和电动机的串联、并联和混联方式实现。串联混合动力发动机是将发动机与发电机串联使用，通过发动机工作驱动发电机产生电力供给电动机工作，进而驱动汽车行驶。串联结构简单，在行驶过程中不受路况的影响，工作稳定，但对电池的性能有较高的要求。并联式中电动机和发动机都与变速器相连，既可以独立工作，也可共同驱动，因此结构相对复杂，受路面状况影响比较大，更适合城市和高速路上行驶，其能量利用率高。
结语
针对环境污染严重的问题，发展新能源汽车是解决环境问题的必要手段。但目前新能源汽车还存在诸多问题：如电动机的电池技术不够完善，电池储能少，寿命短，气体燃料的液化技术急需优化，气动发动机的气密性还需增强等问题。这些问题的解决，是普及新能源汽车的必要前提。
参考文献
[1]窦汝振，李磊，宋建锋.电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势[J].变频器世界，2017，（2）：73-74.
[2]杨英哲.氢能源发动机的研究现状及发展趋势[J].河南科技，2017，（3）：93-93.