工程師為混合動(dòng)力重型卡車開發(fā)概念

重型卡車，例如將世界上許多貨物從農(nóng)場(chǎng)或工廠運(yùn)往市場(chǎng)的18輪車，幾乎全部由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。它們占全球溫室氣體排放的很大一部分，但到目前為止，它們幾乎沒有采取任何措施來抑制引起氣候變化的廢氣。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種為這些卡車提供動(dòng)力的新方法，可以大大減少污染，提高效率，減少甚至消除溫室氣體凈排放。

該概念涉及使用插電式混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中卡車主要由電池供電，但具有火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)(而不是柴油發(fā)動(dòng)機(jī))。該發(fā)動(dòng)機(jī)將允許卡車方便地行駛與現(xiàn)有的傳統(tǒng)柴油卡車相同的距離，將是一種靈活燃料模型，可以使用純汽油，純酒精或這些燃料的混合物。

研究人員表示，最終的目標(biāo)是完全用電池驅(qū)動(dòng)卡車，這種靈活燃料混合動(dòng)力選項(xiàng)可以通過克服對(duì)有限范圍，成本或需求的擔(dān)憂，為這種卡車提供早期進(jìn)入市場(chǎng)的途徑。電池重量過大，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航里程

新概念由麻省理工學(xué)院能源倡議和等離子融合與科學(xué)中心研究科學(xué)家Daniel Cohn和首席研究工程師Leslie Bromberg共同開發(fā)，他們將于4月11日舉行的年度SAE國(guó)際會(huì)議上發(fā)表演講。

“我們多年來一直致力于為汽車和卡車制造更清潔，更高效的發(fā)動(dòng)機(jī)，我們對(duì)火花點(diǎn)火的能力特別感興趣[與柴油機(jī)中使用的壓縮點(diǎn)火相反] ]，因?yàn)樗举|(zhì)上更清潔，“科恩說。與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛相比，汽油動(dòng)力車輛僅產(chǎn)生十分之一的氮氧化物(NOx)污染，這是空氣污染的主要組成部分。

此外，通過使用允許其使用汽油，乙醇，甲醇或這些發(fā)動(dòng)機(jī)的混合物的彈性燃料配置，這種發(fā)動(dòng)機(jī)具有比純汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的溫室氣體少得多的潛力，以及增加的成本。 Cohn和Bromberg說，燃料靈活性非常小。如果使用來自可再生資源(如農(nóng)業(yè)廢棄物或城市垃圾)的純甲醇或乙醇，溫室氣體凈排放量甚至可能為零。科恩說：“這是一種利用低溫室氣體燃料的方式”，當(dāng)它可用時(shí)，“但總是可以選擇用汽油運(yùn)行”，以確保最大的靈活性。

雖然特斯拉汽車公司宣布將生產(chǎn)全電動(dòng)重型卡車，但科恩表示，“我們認(rèn)為這將是非常具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)殡姵氐某杀竞椭亓?rdquo;需要提供足夠的范圍?？贫骱筒祭什窆烙?jì)，為了滿足傳統(tǒng)柴油卡車的預(yù)期行駛里程，需要大約10到15噸的電池“這是有效載荷的很大一部分”，這樣一輛卡車可以攜帶，科恩說。

為了解決這個(gè)問題，“我們認(rèn)為在這些車輛中使用電力的方式是采用插電式混合動(dòng)力，”他說。他們?yōu)檫@種混合動(dòng)力車提出的發(fā)動(dòng)機(jī)是這兩位研究人員多年來一直致力于開發(fā)的一款發(fā)動(dòng)機(jī)，開發(fā)了一種高效，靈活的燃油汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，其重量更輕，燃油效率更高，產(chǎn)生十分之一?？諝馕廴臼钱?dāng)今最好的柴油動(dòng)力汽車。

Cohn和Bromberg詳細(xì)分析了開發(fā)這種發(fā)動(dòng)機(jī)以滿足現(xiàn)有卡車運(yùn)營(yíng)商需求所需的工程和經(jīng)濟(jì)性。他們發(fā)現(xiàn)，為了與柴油的效率相匹配，可以使用酒精與汽油或甚至純酒精的混合物，這可以使用可再生能源進(jìn)行加工。對(duì)一系列所需發(fā)動(dòng)機(jī)特性的詳細(xì)計(jì)算機(jī)建模，結(jié)合使用人工智能系統(tǒng)篩選結(jié)果，產(chǎn)生了最有希望的途徑的明確指示，并表明這種替換確實(shí)在實(shí)際和經(jīng)濟(jì)上可行。

在目前的柴油和擬議的靈活燃料車輛中，在各種排放控制系統(tǒng)在兩種情況下完成工作之后，排氣管在排氣管處進(jìn)行測(cè)量，因此比較是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界排放的實(shí)際測(cè)量?；旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)和靈活燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合是“通過使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入重型卡車領(lǐng)域，使其能夠滿足范圍和成本要求，并以干凈的方式進(jìn)行，”科恩的一種方式說。

Bromberg說多年來汽油發(fā)動(dòng)機(jī)變得更加高效和清潔，柴油燃料的相對(duì)成本也在上升，因此導(dǎo)致近乎普遍采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的成本優(yōu)勢(shì)不再占主導(dǎo)地位。“隨著時(shí)間的推移，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的效率越來越高，而且它們?cè)跍p少空氣污染方面具有固有的優(yōu)勢(shì)，”他說。通過在混合動(dòng)力系統(tǒng)中使用發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以始終以最佳速度運(yùn)行，從而最大限度地提高效率。

甲烷是一種非常有效的溫室氣體，所以如果它可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)過程將其轉(zhuǎn)化為甲醇來轉(zhuǎn)向生產(chǎn)有用的燃料，“這是制造清潔燃料的最有吸引力的方法之一，”Bromberg說。“我認(rèn)為酒精燃料總體上有很多希望。”

他指出，加利福尼亞州已經(jīng)計(jì)劃制定新的卡車排放法規(guī)，這些法規(guī)很難滿足柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)車輛的要求?？贫髡f：“我們認(rèn)為貨運(yùn)公司使用汽油或靈活燃料具有重要意義。” “發(fā)動(dòng)機(jī)更便宜，廢氣處理系統(tǒng)更便宜，而且它是一種確保它們能夠滿足預(yù)期規(guī)定的方法。并且在混合動(dòng)力系統(tǒng)中將其與電力推進(jìn)相結(jié)合，給定一個(gè)更清潔的電網(wǎng)，可以進(jìn)一步減少排放和卡車運(yùn)輸業(yè)的污染。“

卡車的純電動(dòng)推進(jìn)是最終的目標(biāo)，但今天的電池還沒有成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)的選擇，科恩說：“電池很棒，但讓我們能夠提供他們可以提供的東西。”

他們表示，他們提出的組合可以同時(shí)解決兩大挑戰(zhàn)。“我們不知道哪個(gè)更強(qiáng)，減少溫室氣體的愿望，或減少空氣污染的愿望。” 在美國(guó)，氣候變化可能是更大的推動(dòng)力，而在印度和中國(guó)，空氣污染可能更為迫切，但“這項(xiàng)技術(shù)對(duì)這兩項(xiàng)挑戰(zhàn)都具有價(jià)值，”科恩說。