混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种

  • 2020-07-21

文 许鸿德

近10年来原油价格不断攀昇,「高油价」成为每位车主心中挥之不去的阴影。「节能科技」与「替代燃料技术」成为目光焦点,不论是大家熟悉的柴油引擎、Hybrid油电混和动力系统,亦或是生化柴油、氢动力甚至燃料电池都或多或少存在着限制其发展的瓶颈。虽然日本对手在技术上遥遥领先,欧洲汽车品牌仍然迫切需要能够提昇耗油表现的技术增加产品竞争力。而且最好具备重量轻、体积小、成本低等特色。

混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种法国Peugeot Citroen集团正计画与其他车厂协商共享其新近开发的低成本「Hybrid Air」空气压缩混合动力技术,气压式混合动力引擎在工作效率上绝不输一般油电混合动力系统。
日系车厂仍在混合动力市场明显领先
根据《日本经济新闻》去年的报导,Lexus和Toyota品牌在全球已销售102万8900部混合动力车型, 2013年规划的混合动力车产量更将达到120万部!透过大量生产混合动力车的关键零组件,成本将逐渐降低,而Toyota最快将于今年秋季推出主力车型Corolla的混合动力版,预料这也将大幅提昇Toyota混合动力产品线的销售量。相对于日系车厂,欧系车厂投入研发混合动力系统至今成效仍十分有限。由于Toyota与Honda等车厂与其零组件供应商Aisin、Denso共同投入研发Hybrid技术长达10余年,因此拥有不少关键零组件的设计专利,而多数欧洲车款至今仍只能选择欧系汽车零组件供应商Valeo与Robert Bosch所研发的「轻度混合动力系统」:Stop-Start;在车辆停止时引擎会关闭,一旦驾驶人的脚离开煞车踏板引擎便立刻启动。它能提高车辆的燃油经济性而无需改动引擎,只要更换一个更强劲的启动马达再增配部分电子元件,就能节约5~10%的燃油。

混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种2013年Toyota规划的混合动力车产量将达到120万部!其中Prius车型已成为该厂节能科技的代表,产品线也逐步扩充。
Peugeot Citroen大力推动Hybrid Air 
然而欧洲汽车品牌在混合动力技术长期居于劣势的局面很可能在不久的未来发生改变!根据《路透社》最近的报导,法国Peugeot Citroen正计画与GM在内的其他车厂协商共享其新近开发的低成本「Hybrid Air」空气压缩混合动力技术,并有意在中国市场寻找合作伙伴。Hybrid Air由法国Peugeot Citroen集团与汽车零组件供应商Robert Bosch共同研发,其原理为採用压缩空气代替储能电池作为车辆第二动力来源,在既有的内燃式汽油引擎和自动变速箱加上一个由压缩空气提供动力的液压泵和马达。值得一提的是液压泵和液压马达都是液压系统中的能量转换装置,不同的是液压泵把驱动电动机的机械能转换成油液的压力能,是液压系统中的动力装置,而液压马达是把油液的压力能转换成机械能,是液压系统中的执行装置,整个系统完全不需要通电。

混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种并非所有汽车品牌都选择複杂昂贵的行星齿轮变速箱,Honda车厂就坚持成本较低的IMA混合动力系统并使用于Honda Insight车型内。
Hybrid Air有三种驱动模式:纯汽油、纯压缩空气、汽油与压缩空气混合模式,压缩空气扮演油电混合动力车中电池的储能介质。空气压缩混合动力系统主要零组件包括:传统内燃式引擎、特製液压装置、改装的齿轮箱以及储存和释放能量的压缩气缸(位于车辆中控檯扶手正下方),空气压缩系统可回收车辆减速和煞车时损失的能量。Hybrid Air可以在零排放的纯压缩空气模式下运转,这时压缩空气被用来驱动液压马达,液压马达再驱动传统系统,也能够在仅由汽油引擎提供动力或者由汽油引擎和压缩空气同时驱动的模式下运转。与油电混合动力系统相同,Hybrid Air的控制电脑会自动选择最适合当时行车条件的动力来源,而压缩汽缸在车子减速或煞车的时候会被液压泵重新注满空气。法国Peugeot Citroen的测试显示在市区内行驶时有60~80%的时间处于零排放(压缩空气驱动模式会在时速低于69公里时自动启动),Hybrid Air可提昇市区驾驶的燃油经济性达到45%,并提昇续航里程90%。由于无需使用成本高昂的二次电池,安装Hybrid Air的车辆售价将比现有的油电混合动力车辆便宜大约1,000英镑(约1,585美元)。

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Peugeot Citroen研发总监Jean-Marc Finot在本届日内瓦车展曾表示希望透过合作降低Hybrid Air的研发和製造成本,目标是削减至5亿欧元(约合6.5亿美元)以内。Jean-Marc Finot还透露搭载此技术的首款量产车型有望在2016年问世。虽然GM与法国Peugeot Citroen在2012年结为战略同盟,在採购、研发等领域展开合作,GM发言人表示Hybrid Air「目前并不在双方合作计画中」,但不排除未来签署合作协定。

混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种也有欧洲汽车製造商研发更複杂的前后轴油电混合动力系统,希望与Toyota车厂有所区隔。
整合压缩空气与内燃式引擎设计亦是未来研究方向
目前除了Peugeot Citroen之外的其他团队,也投入研究以压缩空气提昇引擎燃烧效率的可能性。 Honda执行长福井威夫就曾表示今天即便是最先进的汽油引擎,所浪费的能量仍超过65 %、因此仍有不少工程师认为「提高汽油引擎燃烧效率」还有许多发展潜力,甚至大于昂贵的电池或Hybrid油电混合动力系统!熟悉热力学的读者就会知道汽油引擎最大的缺点在于燃料利用效率低(仅33%)以及污染物的排放,虽然最近20年来直接喷油引擎的技术已经帮助燃料利用效率显着超越过去的化油器时代、但仍无法让人满意。

混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种多数欧洲车款至今仍只能选择Stop-Start系统,只要更换一个更强劲的启动马达再增配部分电子元件,就能节约5~10%的燃油。
此领域的研究以Carmelo Scuderi家族的研究最具代表性:Carmelo Scuderi是一位热力学工程师,这项学科研究机械运动、摩擦和热能的相互关係、可说是引擎工作理论的精髓。基于前人「一分为二式」(Split-Cycle)构想,他对四行程内燃机的内部结构进行改良,在Scuderi的设计中,成对的汽缸同时运转,改良后的四行程内燃机具有分别位于两个气缸内的一对活塞,一个汽缸负责进气及压缩行程,另一个用于燃烧及排气过程,每个四行程循环在曲轴旋转一圈完成。Scuderi Split-Cycle设计的关键部位是气体交换通道(Crossover Passage):高速阀门控制被压缩的油气从压缩汽缸进入到燃烧汽缸。

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Carmelo Scuderi设计把一半的汽缸反向工作成为空气压缩机,当车辆煞车时将压缩的空气导入储存室,而这些压缩空气之后可再导回汽缸之中来推动活塞运转。Scuderi集团表示气压式混合动力引擎在工作效率上绝不输一般油电混合动力系统,因为空气的储存与输送都比电力快得多,而且少了沈重的电池模组,所以在重量上轻了许多,成本也远低于油电混合动力系统。可惜2002年死于心脏病的Carmelo Scuderi没有看到自己的根据理论付诸实现的那天。但家族其他成员继续改良他的发明,甚至进一步发明了利用压缩空气的混合动力系统。随着后人的持续研究,或许有朝一日Hybrid Air空气压缩混合动力技术将成为混合动力技术中不可或缺的一股力量。

混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种Peugeot Citroen研发总监Jean-Marc Finot透露搭载空气压缩混合动力技术的首款量产车型有望在2016年问世,预计未来几个月之内就能与潜在伙伴缔造合作关係。
混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种空气压缩混合动力系统主要零组件包括:传统内燃式引擎、特製液压装置、改装的齿轮箱以及储存和释放能量的压缩气缸(位于车辆中控檯扶手正下方),空气压缩系统可回收车辆减速和煞车时损失的能量。
混合动力新选择 Hybrid Air空气也混种与传统混合动力系统相比,由于无需使用成本高昂的二次电池,安装Hybrid Air系统的车辆售价将比现有的油电混合动力车辆便宜大约1,585美元,而且整个系统完全不需要通电。
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