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[其他] 开创性的压缩空气混合动力

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发表于 2015-3-16 23:04:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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开创性的压缩空气混合动力

开创性的压缩空气混合动力

        标致雪铁龙与博世公司共同合作最新研发的压缩空气混合动力系统将大幅削减排放。该系统具有先进的设计理念,而且便于在车上应用,有朝一日可能成为汽车产业的选择。
        开创性的研发成果
        标致雪铁龙(以下简称为“PSA”)目前正在开发一种开创性的动力总成解决方案,能够大大削减排放并且提高燃油经济性。该方案不需要高科技的电池技术或者昂贵的稀土材料,也不依赖于某种特殊的能量补充基础设施或者维修服务网点。PSA称之为“压缩空气混合动力技术”。这项有趣的创新技术是由PSA及其合作伙伴供应商博世公司共同研发而成的,在许多方面都有可能成为动力总成发展的里程碑。
        标致2008和雪铁龙C3的技术样车(见图1)里面安装有压缩空气混合动力系统,使用PSA最新型的1.2L连续可变气门正时3缸汽油发动机和压缩空气共同驱动车辆,百公里油耗低至2L(燃油经济性高达140m/g)。PSA希望到2015年或2016年,该系统能够帮助其旗下所有车型将平均二氧化碳排放量降至116g/km。
       

开创性的压缩空气混合动力

开创性的压缩空气混合动力

        图1 在短短两年多的时间中,PSA的压缩空气混合动力团队已经对四代标致2008和雪铁龙C3的技术演示车进行了测试和评估

        整套系统由以下几个部件组成:存储压缩空气的高压气罐,安装于车身底部的中央贯通槽内;充当膨胀瓶的低压气罐,安装于后轮扭转梁式悬架系统的横梁上;由液压马达和液压泵组成的液压动力单元,安装在发动机舱内的变速器上。
        PSA变革加速流程与突破性创新部门的执行经理Karim Mokaddem博士说:“电控变速器驱动系统在整套动力系统的整合中起到至关重要的作用,其将来自内燃机的能量和来自压缩空气罐的能量以最高效的方式整合。”他补充到:“因此,我们在研发过程中针对变速器也做了非常多的工作,它确实是整个系统的控制核心。”
        第四代原型
        Karim Mokaddem博士说:“我们的团队在2011年开始着手研发压缩空气混合动力系统,研发的进展很快。在这样短的时间内,我们从零开始,仅用了两年多就取得了一定的成果。”
        目前,该团队已经成功开发出四代压缩空气混合动力系统原型机,并且进行了真实世界的测试和全面分析。在这个过程中,他们尽可能寻找可能影响该技术在PSA长期发展的负面因素,并且确保这些因素在掌控之中。在Karim Mokaddem博士的工作中,确保公司不会赔钱是一项保险的举措,“我们决定,在这项技术研发中不赔钱。因此每逢研发进程到达一个里程碑,我们会在对未来前景和开发风险进行评估之后再继续进行。”举个例子,在项目的早期,为了使该系统比现有的动力总成解决方案更加具有竞争力,整个系统的构型被完全推翻并重新设计。
        “在研发这四代技术原型机的过程中,一个关键点是我们积累了知识,增加了系统控制层面的竞争优势。”对于Karim Mokaddem博士,最后一点是十分重要的,“在这项技术的背后,不仅仅是我们能够控制来自于发动机的能量,同时我们也能控制来自于液压部件的能量。这在很大程度上归功于我们设计的很智能的变速器。”
        压缩空气混合动力系统在现实中能够提供三种驾驶模式。在空气模式(ZEV)下,只有存储在压缩空气罐中的能量驱动汽车。高压空气降压时,体积膨胀,空气将会推动气罐中的活塞,将对应体积的液压油(Karim Mokaddem博士称之为“能量载体”)推出气罐,驱动液压电动机,通过耦合的传动系统驱动车辆。在这种模式下发动机不会起动,因此车辆行驶的时候不会消耗任何燃料,也不会有任何污染物排放。在汽油发动机模式下,标致2008和雪铁龙C3原型车由3缸发动机独立驱动。在混合驱动模式下,汽油发动机和液压动力单元同时驱动车辆。控制系统会根据当前的行驶状况,使它们工作在最佳状态。为了保证混合驱动模式的持续运行,液压电动机的能量来自于两个途径:其一,高压空气罐,PSA声称它储存了足够的能量以满足驾驶员的需要;其二,直接使用液压泵(从制动过程中回收能量或者直接从发动机获得能量)。
        Karim Mokaddem博士表示这项技术具有非常大的潜力,尤其是在汽车行业的B级车和C级车市场。PSA通过计算认为,空气模式可以覆盖到城市驾驶80%的时间,可以减少45%燃料消耗。事实上,最近的一个标准测试循环的结果显示,压缩空气混合动力系统的油耗为2.9L/100km(97.4m/g),二氧化碳的排放量为69g/km。
       

开创性的压缩空气混合动力

开创性的压缩空气混合动力

        图2  压缩空气混合动力系统能很好地适应现有的车身结构,如乘员空间,模块化和油箱容积等重要的参数都能保持不变

        “更重要的是,压缩空气混合动力系统还有其他优点,包括由于传动系统的自动化带来的平顺驾驶体验,而且该技术与现有的平台高度兼容,车身机构、乘员空间、模块化,甚至油箱容量都可以保持不变(见图2)。”Karim Mokaddem博士补充道。
        新的供应商
        目前,Karim Mokaddem博士及其团队的工作重点是压缩空气混合动力系统的进一步发展。他们至今已经提出了与系统内部运行相关的80多项专利的申请。不过,Karim Mokaddem博士也已经充分认识到PSA将要面临的挑战:“该混合驱动系统的产业化将会是整个项目在未来所要面临的巨大障碍。我们在技术原型车中使用的部件和子系统来自航空航天和其他类似的行业,这意味着它们不适合大批量生产的市场需求。这是我们需要继续努力跨过的一道坎,但有些东西我们不能自己生产,这也是我们与博世公司合作开发的原因。”
        最后,Karim Mokaddem博士说:“如果要在2016年把这一技术推向市场,我们需要与唯一供应商合作,要求其具有生产系统所需零部件的能力和工艺控制水平,以满足该混合驱动系统在未来大规模投放市场后带来的对液压、气动及其他部件的巨大需求量。尽管目前只有博世公司具有这种能力,但是假设这项技术能实现我们的预期,在汽车市场被广泛应用,那么很快就会有很多新的零部件供应商加入到竞争的行列。”
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