有助于車輛傳動系統(tǒng)高效率運(yùn)行的空氣混合動力發(fā)動機(jī)研究

空氣混合動力發(fā)動機(jī)由傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)和短期壓力存儲系統(tǒng)組成。存儲系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定、價格便宜的氣壓罐，代替混合動力汽車中的動力電池。內(nèi)燃機(jī)能夠在純氣動模式下工作，充當(dāng)氣泵。此混合動力發(fā)動機(jī)能夠回收制動能量，取消低效率工作點(diǎn)。

發(fā)動機(jī)氣缸頂部額外安裝一個連接氣壓罐的氣門，稱之為充氣閥（CV）?？諝馔ㄟ^開度變化的CV能夠短時間內(nèi)進(jìn)入各個氣缸內(nèi)產(chǎn)生驅(qū)動，扭矩可從怠速扭矩升至全負(fù)荷扭矩。

試驗(yàn)中發(fā)動機(jī)采用1.21L 3缸4沖程汽油機(jī)，并對提出的混合動力發(fā)動機(jī)進(jìn)行了建模仿真，且將其安裝到一款中混型電動汽車中進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。

CV的精確動態(tài)控制是非常重要的。所提出的混合動力發(fā)動機(jī)建模方法考慮到了CV各個重要性能參數(shù)，很好地反應(yīng)出其動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性。此外，基于此發(fā)動機(jī)模型建立了車輛整個動力傳動系統(tǒng)模型。

提出了氣動混合傳動系統(tǒng)最佳控制策略，包括熱驅(qū)動、氣動和制動能量回收3種模式。其中，熱驅(qū)動模式的驅(qū)動扭矩完全由內(nèi)燃機(jī)燃料產(chǎn)生，氣動模式的驅(qū)動扭矩完全由氣壓罐氣體產(chǎn)生。不同于并聯(lián)式混合動力，此熱驅(qū)動模式和氣動模式不能同時進(jìn)行，在氣動模式下停止發(fā)動機(jī)燃油供給?？刂撇呗愿鶕?jù)氣壓罐內(nèi)壓縮氣體量進(jìn)行模式切換，能夠避免模式之間頻繁切換。控制策略依據(jù)一個設(shè)定的成本函數(shù)，以燃料消耗量為變量，時刻計算燃料消耗成本及剩余燃料量。此函數(shù)類似電動混合動力汽車電池SOC計算函數(shù)。此控制策略能夠有效控制發(fā)動機(jī)在氣壓罐處于高壓條件下進(jìn)入氣動模式。氣壓罐最大氣壓設(shè)置為2MPa。

在NEDC工況和城市循環(huán)工況下，對此空氣混合動力發(fā)動機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，在NEDC工況下車輛傳動效率提高了20%～50%；在城市循環(huán)工況下CO2排放量降低至51g/ km。因此，該混合動力發(fā)動機(jī)非常適合城市循環(huán)工況和中混型電動汽車。

刊名：Applied Energy（英）

刊期：2015年第151卷

作者：Zlatina Dimitrova et al

編譯：謝秀磊