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第14单元 未来的动力装置与替代燃料
课文A 混合动力汽车与替代燃料
汽油汽车产生大量的污染物,并且一般来说燃油经济性较差。然而,电动汽车几乎不产生污染,但是充电一次它只能行驶50~100mile(80~161km),并且行驶速度非常慢,充电不方便。
汽油-电力混合动力汽车将这两套装置组合成一个系统,该系统一边是汽油动力装置,另一边是电驱动装置。
1.混合动力装置的结构
汽油-电力混合动力汽车装有下列部件:
汽油机——混合动力汽车的汽油机极像大多数汽车安装的汽油机,然而,混合动力汽车上的发动机更小,并使用先进的技术来降低排放和提高效率。
燃油箱——混合动力汽车上的燃油箱是汽油机的能量储存装置。汽油的能量密度比蓄电池要高得多。例如,存储1加仑(7磅)汽油所含能量就需要大约1000磅的蓄电池重量。
电动机——混合动力汽车的电动机非常复杂。先进的电子控制器件能使电动机即可用作一台电动机,又可用作一台发电机。例如,当需要时,它能从蓄电池汲取能力,使汽车加速。而用作发电机时,它能使汽车减速,并使能量返回到蓄电池。
发电机——发电机的结构与电动机类似,但却只能用来发电。发电机主要用于串联混合动力装置。
蓄电池——混合动力汽车中的蓄电池是电动机的能量储存装置。与燃油箱中的汽油(只能驱动汽油机)不同,混合动力汽车上的电动机能将能量存入蓄电池以及从蓄电池吸取能量。
变速器——混合动力汽车上的变速器的基本功能与普通汽车的变速器相同。有些混合动力汽车[像本田·因塞特(Insight)]采用了普通的变速器。另外的一些混合动力汽车(像丰田·普锐斯)采用了独特新颖的变速器,这种变速器将在后面讨论。
2.混合动力装置的分类
你可以将混合动力汽车上的两种动力源以不同的形式组合起来。一种方式叫做并联混合动力,它利用汽油箱将汽油提供给发动机,利用一组蓄电池将电力提供给电动机。发动机和电动机在同一个时间都能带动变速器转动,而变速器又带动车轮转动。
在一种典型的并联混合动力汽车上(图14-1),汽油机与变速器相连。蓄电池和电动机也都单独地连接到变速器上。这样,在并联混合动力装置中,电动机和汽油机都能提供推进动力。
相比之下,在串联混合动力装置中(图14-2),汽油机带动发电机转动,而发电机或给蓄电池充电或带动电动机运转,电动机再驱动变速器。这样,汽油机决不直接驱动汽车。
3.伊顿混合动力采用液压装置
伊顿、联合包裹服务(UPS)和美国环保局的一家联合企业已经生产了两辆UPS送货车。这两辆汽车的效率已经取得了令人瞩目的改进。这两辆货车采用液压混合动力技术,据说这种技术能使重型货车油耗降低高达70%。UPS货车中的混合动力系统用发动机驱动的液压泵替代变速器。液压泵将氮气压入高压蓄能器,从而存储了能量。蓄能器用铅封方法固定到与驱动桥相连的液压泵马达上。需要动力时,液压泵马达将液压力转变成车轮的旋转动力。加速时,液压泵马达颠倒其功能,将压力能存储到蓄能器中。蓄能器所存储的能量足以让该货车行驶几百英尺的距离,这样在经常停车的城市送货运行条件下,能使发动机运行时间减少50%。据美国环保局说,该系统如果生产的话,能使这样的货车的成本增加约7000美元(不到基本型货车成本的15%),但是,在这种货车的20年使用寿命期间,燃油节省的回报可达50000美元。
4.替代燃料
1)石油的重整
为了保护环境,人们的主要努力一直集中在开发替代燃料上。但是,最近,为了实现这个目标,石油燃料重整得到更多地注意,并且在将来可能成为主要的研究目标。
我们认为,不仅是从排放控制的角度,而且从提高发动机性能的角度来看,都应该对燃料的重整进行研究。高辛烷值燃料能提高压缩比,因而改进了热效率,这实际上等于创造了新的清洁燃料。迄今为止,缸内现象已经相当清楚,并且到研究人员能够解释清楚包括爆燃在内的燃烧现象已经为期不远了。另外,由于使用先进的燃油直接喷射系统实现了混合气的精确控制,所以有效地控制燃烧不再是一个梦。
2)替代燃料
目前,人们考虑使用像甲醇、乙醇、天然气和氢这样的替代燃料来替代正在减少的石油。对任何一种替代燃料来说,从能源保护和环境两个方面来看,其资源的可利用性以及排放的污染物(包括CO2)都是最重要的,而从发动机技术角度来看,它对发动机性能的潜在影响和它的贮存形式将是重要的问题。
(1)甲醇
甲醇可以从煤、天然气这样的自然资源来生产,因此是最有吸引力的燃料之一。甲醇燃料的最大优点是它在正常温度范围呈液态,并且既可用于点燃式发动机又可用于压燃式发动机。甲醇的能量密度几乎是汽油或柴油燃料的一半。
在甲醇供应设施尚未建立的情况下,灵活燃料汽车(FFV)作为一种过渡技术正在开发中。灵活燃料汽车可以使用M85、汽油(M0)或者汽油与甲醇以任何比例混合的燃料。图14-3为FFV系统示意图。在这种汽车上,采用
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