工程師為混合動力重型卡車開發(fā)概念

重型卡車，例如將世界上許多貨物從農(nóng)場或工廠運往市場的18輪車，幾乎全部由柴油發(fā)動機提供動力。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)計出一種為這些卡車提供動力的新方法，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力發(fā)動機系統(tǒng)，其中卡車主要由電池供電，但具有火花點火發(fā)動機(而不是柴油發(fā)動機)。該發(fā)動機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)動卡車，這種靈活燃料混合動力選項可以通過克服對有限范圍，成本或需求的擔(dān)憂，為這種卡車提供早期進入市場的途徑。電池重量過大，實現(xiàn)更長的續(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國際會議上發(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)動機，我們對火花點火的能力特別感興趣[與柴油機中使用的壓縮點火相反] ]，因為它本質(zhì)上更清潔，“科恩說。與柴油發(fā)動機車輛相比，汽油動力車輛僅產(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)動機的混合物的彈性燃料配置，這種發(fā)動機具有比純汽油發(fā)動機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，“但總是可以選擇用汽油運行”，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，因為電池的成本和重量”需要提供足夠的范圍?？贫骱筒祭什窆烙嫞瑸榱藵M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力，”他說。他們?yōu)檫@種混合動力車提出的發(fā)動機是這兩位研究人員多年來一直致力于開發(fā)的一款發(fā)動機，開發(fā)了一種高效，靈活的燃油汽油發(fā)動機，其重量更輕，燃油效率更高，產(chǎn)生十分之一?？諝馕廴臼钱?dāng)今最好的柴油動力汽車。

Cohn和Bromberg詳細分析了開發(fā)這種發(fā)動機以滿足現(xiàn)有卡車運營商需求所需的工程和經(jīng)濟性。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行加工。對一系列所需發(fā)動機特性的詳細計算機建模，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在實際和經(jīng)濟上可行。

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行測量，因此比較是對現(xiàn)實世界排放的實際測量?；旌蟿恿︱?qū)動和靈活燃料發(fā)動機的結(jié)合是“通過使電動機進入重型卡車領(lǐng)域，使其能夠滿足范圍和成本要求，并以干凈的方式進行，”科恩的一種方式說。

Bromberg說多年來汽油發(fā)動機變得更加高效和清潔，柴油燃料的相對成本也在上升，因此導(dǎo)致近乎普遍采用柴油發(fā)動機的成本優(yōu)勢不再占主導(dǎo)地位。“隨著時間的推移，燃氣發(fā)動機的效率越來越高，而且它們在減少空氣污染方面具有固有的優(yōu)勢，”他說。通過在混合動力系統(tǒng)中使用發(fā)動機，它可以始終以最佳速度運行，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簡單的化學(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)動機車輛的要求?？贫髡f：“我們認(rèn)為貨運公司使用汽油或靈活燃料具有重要意義。” “發(fā)動機更便宜，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。并且在混合動力系統(tǒng)中將其與電力推進相結(jié)合，給定一個更清潔的電網(wǎng)，可以進一步減少排放和卡車運輸業(yè)的污染。“

卡車的純電動推進是最終的目標(biāo)，但今天的電池還沒有成為一個現(xiàn)實的選擇，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解決兩大挑戰(zhàn)。“我們不知道哪個更強，減少溫室氣體的愿望，或減少空氣污染的愿望。” 在美國，氣候變化可能是更大的推動力，而在印度和中國，空氣污染可能更為迫切，但“這項技術(shù)對這兩項挑戰(zhàn)都具有價值，”科恩說。