高壓混合動力:高效節能的液壓車輛走向成熟

這些系統曾經因笨重的部件和複雜的控制而被邊緣化,如今正受益於輕質材料和環保型流體配方


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得益於混合動力液壓技術,下一代垃圾車和送貨車的動力蘊含著特別令人驚歎之處,它們將很快穿梭於您的社群。儘管它們看起來仍然像笨重的大卡車,但內部卻配備了液壓動力總成系統,其能源效率和燃油效率遠高於類似的傳統或汽油-電動混合動力汽車。如果混合動力液壓系統證明其在更多工業用途中的價值,那麼汽車可能也指日可待。

液壓系統用三個部件取代了汽油-電動混合動力汽車的所有電子元件(起動機、發電機、控制器、電池等):一個小型柴油發動機驅動的泵、一個液壓馬達和一個蓄能器。(液壓動力車輛還包含一個蓄電池,用於為輔助裝置供電,例如燈或收音機。)

柴油泵將液壓油推入蓄能器,使其壓力達到每平方釐米高達 385 公斤。駕駛員踩下加速器,將蓄能器中加壓的流體釋放出來,從而驅動液壓馬達。

克利夫蘭派克漢尼汾公司液壓集團技術和創新部門副總裁喬·科瓦奇說,最好的類比可能是一個人用手持氣泵給氣球充氣。在這個比喻中,人相當於泵,泵將空氣(技術上是一種流體)驅動到氣球中,而氣球代表蓄能器。可以利用的能量來自氣球釋放空氣的力量。

美國環境保護署(EPA)交通和空氣質量辦公室技術轉讓主管約翰·卡古爾說:“我們認為,這很可能是實現高燃油效率和低碳排放的最具成本效益的技術。”自 1990 年代初期以來,卡古爾及其研究團隊一直在測試混合動力液壓系統,將其作為約 20 種不同尺寸車輛(從 1500 公斤乘用車到 18000 公斤商用卡車)的核心動力總成技術。他們還與包括福特汽車公司、派克漢尼汾公司和伊頓公司以及快遞公司 UPS 和 FedEx 在內的汽車製造商合作,設計、製造和現場測試原型車。

他們發現了幾個令人信服的理由,將混合動力液壓系統應用於一系列更大、更重的車輛——卡車和公共汽車,以及軍用、建築和碼頭裝卸裝置。首先,這些系統可以比蓄電池更快地儲存和釋放能量。在與混合動力電力系統相同的尺寸和空間內,它們提供的功率是後者的 10 倍。

科瓦奇說,也許最重要的是,這些車輛的燃油消耗量與最新的、最節能的傳統垃圾車相比,減少了高達 50%。他還補充說,最近在底特律、拉斯維加斯和邁阿密進行的配備派克漢尼汾公司新型 RunWise 液壓系統的卡車現場試驗甚至“嚇壞了”垃圾車司機。“他們一直說,‘汽油泵肯定有問題’,”科瓦奇說。他的公司將於 9 月在邁阿密推出十幾輛新型混合動力液壓垃圾車。“他們過去每天習慣加 44 加侖汽油或柴油,而現在他們平均每天只加 22 加侖。”

液壓系統還能夠回收車輛制動時消耗的能量的 75%,並將其泵回蓄能器,而汽油-電動混合動力汽車僅回收約 15% 至 20%。(科瓦奇表示,這意義重大,因為垃圾車在三天標準路線中制動損失的能量相當於美國家庭一個月的用電量。)

此外,由於混合動力液壓車輛在充滿電時從蓄能器中儲存的壓力中獲取動力,因此它們可以在關閉發動機後行駛長達 0.2 公里,然後再重新啟動發動機。這對於走走停停的送貨車路線尤其方便。而且,卡車車隊不必在早上同時啟動發動機,卡車可以先行駛 0.2 公里,從而消除噪音和尾氣的集中排放,這讓它們的鄰居和環保署都鬆了一口氣。

卡車中的混合動力液壓系統實際上可以追溯到 1960 年代,遠早於混合動力汽油-電動系統的出現。然而,幾個關鍵缺陷使得這項技術被邊緣化,並在幾十年內讓位於汽油-電動系統。主要是液壓蓄能器由鋼製成,使其非常重。早期的液壓系統也更加複雜且難以控制,尤其因為液壓油的粘度或阻力會隨著溫度的變化而變化。

但在過去十年中,幾個領域的改進消除了這些挑戰。蓄能器現在由用於製造噴氣式戰鬥機的同種輕質碳複合材料製成,先進的計算機化系統簡化了控制問題。科瓦奇說,更高效的泵系統、防漏部件和環保型液壓油配方也減少了洩漏問題。

現在這些車輛開始出現在市場上——伊頓公司已經有幾款卡車型號,派克計劃在 2011 年推出他們的送貨車和碼頭裝卸裝置——混合動力液壓系統的較小應用也正在為風能和波浪能裝置以及腳踏車和人力車開發。汽車製造商寶馬已經有幾款混合動力車型在開發中,並接近預生產階段。

荷蘭工程公司 Innovation Associates 的所有者兼執行長彼得·阿赫滕認為,這種趨勢將在美國和歐洲持續下去,並在南美、中國和印度等幾個新興市場實現增長,在這些市場,普通客戶無力購買需要花費 5000 美元或更多電池的汽車。

阿赫滕說:“混合動力液壓系統將應用於汽車。” “這是在不增加蓄電池、電源轉換器、馬達和發電機的成本和重量的情況下,大幅降低燃油消耗和二氧化碳排放的唯一途徑。”

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