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[信息] 油压传动车

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发表于 2008-12-6 04:04:52 | 显示全部楼层

油压传动车


新的汽车环保选择-油压传动车

国际油价飙涨,加上京都议定书正式生效,节能、环保是最近当红的议题。就汽车科技的发展来说,内燃机引擎走入历史,改採电能,甚至氢能源,应该是必然的趋势。

然而您也知道,电动车在实用上仍然有许多缺点,像是充电慢、续航力差,消费者的接受度一直很低。所谓「油电溷合动力车(gas-electric hybrid vehicle)」则被视为内燃机引擎车进化到完全电动车之前的过渡技术,车上同时具有内燃机引擎和电瓶、电动马达两种动力源,起动及低速行驶时使用电力驱动,长途、高速巡航时则使用汽油引擎辅助,引擎还可以为电瓶充电。

这几年来油电溷合动力车似乎成为各大汽车公司研发竞争的热点,而且成果早已不只是概念车、原型车之类的,本田的Civic Hybrid四门轿车、丰田的Prius四门轿车、福特也推出Escape Hybrid休旅车,在市场都有非常好的反应,销售都是以十万辆计算,已经是实用、商品化的技术。

噢,这个月的史丹福专栏不是要谈油电溷合动力车。二月中在纽约时报看到一条汽车相关新闻,颇引起我的注意,油电溷合动力车似乎有个新对手了。美国环保署和联合包裹服务公司(就是大家熟悉的UPS啦!)二月份宣布一项合作研究计画,发展一种新型的「油压传动(hydraulic transmission)车」,可以大幅节省油耗并且降低污染。

油压传动?像是自动排档传动系统吗?

不不不,「油压传动」这个词有点儿误导,重点不在排档系统,重点在于内燃机引擎的动力不是由机械方式驱动车轮,而是透过油压系统驱动车轮。

您熟不熟悉一般的油压系统或气压系统?以油压系统、像是您在马路上常看到的怪手为例,怪手的动作都是靠油压缸内的液压油推动活塞伸长缩短来达成,油压系统的动力源也是怪手车上的引擎,然而引擎并不直接驱动怪手的油压缸,而是对液压油加压,将能量储存在高压的液压油中,经过管路和各种控制阀,再用来推动怪手的油压缸。高压液压油做完「功」,释放了所储存的能量,又成为低压液压油,流回储油槽中,等待再次循环加压。

同样道理,美国环保署要发展的这种「油压传动车」也有一具内燃机引擎,但是引擎的动力并不直接用来驱动车轮,而是用来建立并且维持液压油的高压,将能量输入、储存在高压的液压油中。高压的液压油推动一个涡轮,产生旋转动力,才用来驱动车轮。

Mmmm,这个概念有点儿像油电溷合动力车,却又不完全一样。油电溷合动力车中内燃机引擎和电动马达基本上还是两个独立的动力系统,在不同的驾驶状况下两个动力系统互相补偿。油压传动车则是一套动力系统,只是内燃机引擎不直接驱动车轮,而是透过油压系统作能量转换与传递。

多一个油压系统在中间有什麽好处呢?内燃机引擎在起步、低转速时最没有效率,也最容易造成污染(因此油电溷合动力车起动及低速行驶时使用电力驱动),然而在中高转速定速运转的话,还是能有很好的效率(像在高速公路定速巡航会非常省油)。内燃机引擎直接驱动车轮,一定免不了停停走走、引擎转速忽快忽慢,油压传动车的想法,就是让内燃机引擎「任务单纯化」,只是在对油槽中的液压油加压,引擎便能一直保持以定速运转,停停走走的路况就完全交由油压系统来负责。

在这个计画中UPS成为美国环保署的合作伙伴,最主要的原因就是UPS有一大批您所熟悉的棕色送件车,在全世界的道路上跑,而这些送件车最典型的驾驶状况,您可以想像,就是停停走走到处送东西,最符合油压传动车所设定的改进方向。除了UPS外,美国陆军也是这项计画的赞助者之一(不知道是不是要把这项技术用在坦克车、装甲车上)。

目前这项计画正在着手改装UPS的棕色送件车,拆掉原有机械式传动,改成一系列油槽和油压传动,以高压油储存及传输能量。美国本土的UPS大型棕色送件车上装的是一具标准的6.0升柴油引擎,改装成油压传动后柴油引擎将会维持定速运转,用来产生5000psi的高压液压油。一个大气压是14.7psi,5000psi是340大气压,可是非常高的压力,如此高压的液压油会驱动一个涡轮,产生的旋转扭矩足以驱动UPS大型棕色送件车的车轮。这种传动方式初期测试结果显示,燃料效率提升60%到70%。

小引擎、汽油引擎也同样能使用这项技术,能用在更省油的小型车上,不过这个系统比较合适在停停走走的送件车上,如果是经常以巡航速度长途行驶的车子,引擎大部分时间已经维持中高速定速运转了,油压传动车队燃料效率的提升可能就没那麽大。

油压传动车另外一个系统省油的方法,是将能量流向倒转,当车子减速煞车时,反而是用车轮反相带动涡轮旋转,提高液压油的压力,把能量存回液压油。这种由煞车重新回存能量的方式,也常被应用在汽油电力溷和车,像是Toyota Prius就有这种设计。但是在电力系统中电瓶无法在煞车瞬间如此快速充电,因此大部分的能量没有办法被重新回存,只能回收35~40%左右,然而在液压系统中便没有这个问题,大约可以把四分之三的煞车能量回收回来。

除了降低油耗外,您常看到卡车开始起步时,柴油引擎在低转速、高扭力运转时会冒黑烟。但是在油压传动车柴油引擎是以中高转速定速运转,污染控制装置也可以调整在此转速时作最佳操作

油压传动车这个初步发展成果,让美国环保署和其他研究计画赞助者都兴奋不已,急着要作世界性的展示。美国环保署拥有这项技术好几项专利,他们认为这项研究极具潜力,可能带来巨大的环境利益,不但降低汽车油耗及二氧化碳排放,废气排放也有可能大幅降低。UPS之类的计画赞助者则是从商业利益的角度来看这件事。油电溷合动力车有两个不同的动力系统,额外增加的电力驱动系统让汽车製造成本要增加好几千元美金。油压传动车只有一个传动系统,油压系统完全取代了机械式的传动系统,因此预估成本的提升比油电溷合动力车要低,系统也简单许多。像是UPS这部油压传动车如果量产的话,美国环保署估计每部汽车的成本将增加美金5000元,但是同时每年省下的柴油燃料成本估计在美金2500元。

将油压系统用在汽车传动上,也不是第一次被提出,福特汽车公司2001年便曾宣布和美国环保署合作进行油压传动车开发计画,当时预计应用在SUV上,并且具体规划了开发时程,宣称将在2010年以前推出量产车。不过福特这项油压传动车开发计画似乎没有继续,而被汽油电力溷和车取代了。纽约时报的新闻中,也提到一位住在曼婓斯的独立发明家,也有一个发明作品,将一部小卡车改装成油压传动车,使用一具不到一百匹马力的船用柴油引擎,每加仑柴油可以跑上100英里,而且报导中说加速性还不错哩!

在学校教机械设计的课,刚好上到油气压系统应用这一段。不管油压传动车最后未来如何,也许只是成千上万最后没被实现的「研究计画」之一,这中间也没有很炫的科技,不过的确是个很好的概念,下礼拜上课时又多个例子可以提一提…

发表于 2008-12-6 18:12:42 | 显示全部楼层

这个技术其实就是个缓冲储备技术,将恒定的发动机用于加压容器里的液体,然后液体的压力用于驱动车轮,这样就是在中间多了个缓冲储备。   现在传统的汽车则是直接传输到车轮上,由于路面不平或者车速不稳定导致齿轮磨损厉害。   而油动的好处就是在这里,这个技术我很早以前研究过,不过我是用在潜艇的喷水系统里。缓冲加压然后喷出,这样驱动效果更好,但是噪音却加大了。在水底安静就是生命。

这个设计其实也是气动驱动的兄弟技术。将空气加压后储存,然后释放驱动车轮。这里空气和液体都是同样的使命!

发表于 2008-12-6 18:20:25 | 显示全部楼层
这个技术在古代《归藏》中有介绍,叫做“以小搏大”术。小的东西储备积累组合成大东西就可以拨动大的东西了。其中的“只进不出法”其实也就是“卧薪尝胆”储备自我加压的过程,万物吸纳,归而藏之。所以说世界上的物体和事物都是:积聚----转换-----消散。循环不断。
发表于 2008-12-7 04:18:04 | 显示全部楼层
[quote user="藏易连"]这个技术在古代《归藏》中有介绍,叫做“以小搏大”术。小的东西储备积累组合成大东西就可以拨动大的东西了。其中的“只进不出法”其实也就是“卧薪尝胆”储备自我加压的过程,万物吸纳,归而藏之。所以说世界上的物体和事物都是:积聚----转换-----消散。循环不断。[/quote]含有哲理.说的好!
发表于 2015-1-14 14:59:11 | 显示全部楼层
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