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工程师为混合动力重型卡车开发概念

发布时间:2019-05-14 16:38:28 来源:

重型卡车,例如将世界上许多货物从农场或工厂运往市场的18轮车,几乎全部由柴油发动机提供动力。它们占全球温室气体排放的很大一部分,但到目前为止,它们几乎没有采取任何措施来抑制引起气候变化的废气。

现在,麻省理工学院的研究人员已经设计出一种为这些卡车提供动力的新方法,可以大大减少污染,提高效率,减少甚至消除温室气体净排放。

该概念涉及使用插电式混合动力发动机系统,其中卡车主要由电池供电,但具有火花点火发动机(而不是柴油发动机)。该发动机将允许卡车方便地行驶与现有的传统柴油卡车相同的距离,将是一种灵活燃料模型,可以使用纯汽油,纯酒精或这些燃料的混合物。

研究人员表示,最终的目标是完全用电池驱动卡车,这种灵活燃料混合动力选项可以通过克服对有限范围,成本或需求的担忧,为这种卡车提供早期进入市场的途径。电池重量过大,实现更长的续航里程

新概念由麻省理工学院能源倡议和等离子融合与科学中心研究科学家Daniel Cohn和首席研究工程师Leslie Bromberg共同开发,他们将于4月11日举行的年度SAE国际会议上发表演讲。

“我们多年来一直致力于为汽车和卡车制造更清洁,更高效的发动机,我们对火花点火的能力特别感兴趣[与柴油机中使用的压缩点火相反] ],因为它本质上更清洁,“科恩说。与柴油发动机车辆相比,汽油动力车辆仅产生十分之一的氮氧化物(NOx)污染,这是空气污染的主要组成部分。

此外,通过使用允许其使用汽油,乙醇,甲醇或这些发动机的混合物的弹性燃料配置,这种发动机具有比纯汽油发动机排放的温室气体少得多的潜力,以及增加的成本。 Cohn和Bromberg说,燃料灵活性非常小。如果使用来自可再生资源(如农业废弃物或城市垃圾)的纯甲醇或乙醇,温室气体净排放量甚至可能为零。科恩说:“这是一种利用低温室气体燃料的方式”,当它可用时,“但总是可以选择用汽油运行”,以确保最大的灵活性。

虽然特斯拉汽车公司宣布将生产全电动重型卡车,但科恩表示,“我们认为这将是非常具有挑战性的,因为电池的成本和重量”需要提供足够的范围。科恩和布朗伯格估计,为了满足传统柴油卡车的预期行驶里程,需要大约10到15吨的电池“这是有效载荷的很大一部分”,这样一辆卡车可以携带,科恩说。

为了解决这个问题,“我们认为在这些车辆中使用电力的方式是采用插电式混合动力,”他说。他们为这种混合动力车提出的发动机是这两位研究人员多年来一直致力于开发的一款发动机,开发了一种高效,灵活的燃油汽油发动机,其重量更轻,燃油效率更高,产生十分之一。空气污染是当今最好的柴油动力汽车。

Cohn和Bromberg详细分析了开发这种发动机以满足现有卡车运营商需求所需的工程和经济性。他们发现,为了与柴油的效率相匹配,可以使用酒精与汽油或甚至纯酒精的混合物,这可以使用可再生能源进行加工。对一系列所需发动机特性的详细计算机建模,结合使用人工智能系统筛选结果,产生了最有希望的途径的明确指示,并表明这种替换确实在实际和经济上可行。

在目前的柴油和拟议的灵活燃料车辆中,在各种排放控制系统在两种情况下完成工作之后,排气管在排气管处进行测量,因此比较是对现实世界排放的实际测量。混合动力驱动和灵活燃料发动机的结合是“通过使电动机进入重型卡车领域,使其能够满足范围和成本要求,并以干净的方式进行,”科恩的一种方式说。

Bromberg说多年来汽油发动机变得更加高效和清洁,柴油燃料的相对成本也在上升,因此导致近乎普遍采用柴油发动机的成本优势不再占主导地位。“随着时间的推移,燃气发动机的效率越来越高,而且它们在减少空气污染方面具有固有的优势,”他说。通过在混合动力系统中使用发动机,它可以始终以最佳速度运行,从而最大限度地提高效率。

甲烷是一种非常有效的温室气体,所以如果它可以通过一个简单的化学过程将其转化为甲醇来转向生产有用的燃料,“这是制造清洁燃料的最有吸引力的方法之一,”Bromberg说。“我认为酒精燃料总体上有很多希望。”

他指出,加利福尼亚州已经计划制定新的卡车排放法规,这些法规很难满足柴油发动机车辆的要求。科恩说:“我们认为货运公司使用汽油或灵活燃料具有重要意义。”“发动机更便宜,废气处理系统更便宜,而且它是一种确保它们能够满足预期规定的方法。并且在混合动力系统中将其与电力推进相结合,给定一个更清洁的电网,可以进一步减少排放和卡车运输业的污染。“

卡车的纯电动推进是最终的目标,但今天的电池还没有成为一个现实的选择,科恩说:“电池很棒,但让我们能够提供他们可以提供的东西。”

他们表示,他们提出的组合可以同时解决两大挑战。“我们不知道哪个更强,减少温室气体的愿望,或减少空气污染的愿望。”在美国,气候变化可能是更大的推动力,而在印度和中国,空气污染可能更为迫切,但“这项技术对这两项挑战都具有价值,”科恩说。

这项研究得到麻省理工学院Arthur Samberg能源创新基金的支持。

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