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[发动机] 让发动机在最佳运行状态

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发表于 2015-3-12 12:05:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
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让发动机在最佳运行状态

让发动机在最佳运行状态

        发动机的动力和速度之间存在一个最佳效率曲线,保持发动机在这条曲线上工作,可以有效降低油耗。液压混合动力车辆由于采用了先进的蓄能器,可以在众多不同的运行条件下,保持发动机运行在这个最佳效率曲线上。
        在混合动力研究领域,油电混合一直是业内的主要研究方向,现在部分研究成果已经在多种汽车产品上得以应用。它主要是通过将电动机和电池整合到动力系统,在保持车辆性能和操控性的同时,缩小发动机尺寸,提高燃油效率,减少排放。
        与此同时,液压混合动力车辆则因为其高功率密度,即可以通过较小的零部件吸收和传送高能量,以及技术的日渐成熟也开始得以成功开发。美国西南研究院(SwRI)的工程师们已经与美国环保局(EPA)协作为大型车辆开发液压混合动力技术。但是,这种技术与油电混合一样,是否能够有效应用都取决于车辆的使用工况。
        液压混合动力原理
        混合动力技术都是通过2个步骤来增强车辆效率和降低排放的。首先是通过能量回收,特别是在制动停车时损失的能量。再者是控制发动机在高效范围内运转。液压混合动力车辆的动力系统包括一台发动机、液压传动系统和一套液压蓄能器(见图1)。蓄能器就像是电池储存电能一样用来储存液压能量。制动时,液压传动系统能够从低压蓄能器向高压蓄能器抽送液压传动液,令制动时的高水平动力存储下来供之后车辆加速时利用。
        在车辆运行中制动回收能量的大小取决于车辆的行驶工况。车辆的起停工况越多,可以回收的制动能量也越多,从而燃油效率也得到了更多的提高。相反,如果混合动力车的车主没有像生产商希望的那样做到相当次数的起步停车,那么很可能会得到低于预期的燃油效率。所以如果18轮的卡车大部分时间以105km/h的速度行进,那么采用液压混合动力就变得没有任何优势;反之,如果这样的卡车经常在起步停车状况下运行,混合动力技术可以帮助降低燃油耗多达50%以上。
        因此,我们可以得知,对于需要频繁起停的车辆,如公交车或者经常在高峰时期使用的车辆,液压混合动力技术具有十分突出的优势,可以提供低成本的解决方案。
       

让发动机在最佳运行状态

让发动机在最佳运行状态

        核心技术的不断进步
        1.蓄能器的开发
        一直以来,在液压混合动力技术的研究中,焦点问题是存储液压能量的蓄能器中的零部件和系统集成。在蓄能器内部,氮气被用来挤压制动条件下流入的液压油。此时,液压油和气体必须在蓄能器中完全分开,以确保在液压系统中,气体没有被液体带走。气体的流失,特别是在高压蓄能器中,将会破坏系统储存能量的能力并且降低效率。
        这其中,氮气的重要作用就是当液压油在制动过程中被挤入高压蓄能器内,气体的压力要成倍增高。当压力越来越高,越来越多的液体被挤入蓄能器中,能量就在此时被存储下来。但是,除了增加的压力,氮气通常会在压缩过程中升温,这通常会造成能量流失。随着开放式发泡材料被集成到蓄能器中,显著提高了蓄能器的效率。目前,在起步停车交通状态下的制动能量在蓄能器中的储能效率可达98%(见图2)。
        2.蓄能器的安全
        蓄能器的安全性同样也不可忽视。SwRI已经与复合材料压力容器的生产制造商合作多年,确保他们的产品符合严苛的安全性法规。同时,相关的测试也在不断地进行着,保证压力容器在预期的最大内部压力下,能够承受极限强度。其他的评估也同时确保蓄能器在预计的寿命周期内可以承受周期性压力;检测蓄能器不会与汽车中的其他液体,包括汽油、柴油等燃料发生反应,以影响整体性能和可靠性。
        液压混合动力的其他应用
        除了制动能量的储存和再利用实现的效率收益外,液压系统也可用于驱动混合动力汽车发动机的配件。例如,运用此系统可以将散热器风扇转速与发动机转速分离,使风扇可以在任意转速下提供所需的最佳空气流动,将发动机冷却到最合适的状态。同时,发动机水泵运转在最佳速度上,提供发动机所需的冷却剂流量。因此,如果发动机在部分功率下运行或外部空气温度低,那么驱动这些零部件和发动机其他零部件的动力可以得到优化,从而节省了能量、燃料等。
        结语
        因为发动机转速不再与同车辆转速相关联,液压混合动力系统使发动机在最大效率下运行,液压组件提供了所需要的运行多样性。所有发动机在动力和速度相结合时,都有一个最佳的效率点。液压混合动力可以在众多不同的运行条件下,保持发动机运行在这个最佳效率曲线上。
        EPA得到了SwRI的协助,已经在多种液压商业运输车辆上应用了这些技术和成果。这些在仿真实验和实验室测试中得到的结果已经得到了实践的成功验证。尤其在货运卡车的实地试验中显示了非常可观的结果,在实际运输中,其燃油经济性得到了超过50%的提升。在设定的送货路线上,与没有使用液压混合动力技术的传统车辆相比,节省了近一半的油耗。
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