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得益于混合动力液压技术,下一代垃圾车和送货车的动力蕴含着特别令人惊叹之处,它们将很快穿梭于您的社区。尽管它们看起来仍然像笨重的大卡车,但内部却配备了液压动力总成系统,其能源效率和燃油效率远高于类似的传统或汽油-电动混合动力汽车。如果混合动力液压系统证明其在更多工业用途中的价值,那么汽车可能也指日可待。
液压系统用三个部件取代了汽油-电动混合动力汽车的所有电子元件(起动机、发电机、控制器、电池等):一个小型柴油发动机驱动的泵、一个液压马达和一个蓄能器。(液压动力车辆还包含一个蓄电池,用于为辅助设备供电,例如灯或收音机。)
柴油泵将液压油推入蓄能器,使其压力达到每平方厘米高达 385 公斤。驾驶员踩下加速器,将蓄能器中加压的流体释放出来,从而驱动液压马达。
克利夫兰派克汉尼汾公司液压集团技术和创新部门副总裁乔·科瓦奇说,最好的类比可能是一个人用手持气泵给气球充气。在这个比喻中,人相当于泵,泵将空气(技术上是一种流体)驱动到气球中,而气球代表蓄能器。可以利用的能量来自气球释放空气的力量。
美国环境保护署(EPA)交通和空气质量办公室技术转让主管约翰·卡古尔说:“我们认为,这很可能是实现高燃油效率和低碳排放的最具成本效益的技术。”自 1990 年代初期以来,卡古尔及其研究团队一直在测试混合动力液压系统,将其作为约 20 种不同尺寸车辆(从 1500 公斤乘用车到 18000 公斤商用卡车)的核心动力总成技术。他们还与包括福特汽车公司、派克汉尼汾公司和伊顿公司以及快递公司 UPS 和 FedEx 在内的汽车制造商合作,设计、制造和现场测试原型车。
他们发现了几个令人信服的理由,将混合动力液压系统应用于一系列更大、更重的车辆——卡车和公共汽车,以及军用、建筑和码头装卸设备。首先,这些系统可以比蓄电池更快地存储和释放能量。在与混合动力电力系统相同的尺寸和空间内,它们提供的功率是后者的 10 倍。
科瓦奇说,也许最重要的是,这些车辆的燃油消耗量与最新的、最节能的传统垃圾车相比,减少了高达 50%。他还补充说,最近在底特律、拉斯维加斯和迈阿密进行的配备派克汉尼汾公司新型 RunWise 液压系统的卡车现场试验甚至“吓坏了”垃圾车司机。“他们一直说,‘汽油泵肯定有问题’,”科瓦奇说。他的公司将于 9 月在迈阿密推出十几辆新型混合动力液压垃圾车。“他们过去每天习惯加 44 加仑汽油或柴油,而现在他们平均每天只加 22 加仑。”
液压系统还能够回收车辆制动时消耗的能量的 75%,并将其泵回蓄能器,而汽油-电动混合动力汽车仅回收约 15% 至 20%。(科瓦奇表示,这意义重大,因为垃圾车在三天标准路线中制动损失的能量相当于美国家庭一个月的用电量。)
此外,由于混合动力液压车辆在充满电时从蓄能器中存储的压力中获取动力,因此它们可以在关闭发动机后行驶长达 0.2 公里,然后再重新启动发动机。这对于走走停停的送货车路线尤其方便。而且,卡车车队不必在早上同时启动发动机,卡车可以先行驶 0.2 公里,从而消除噪音和尾气的集中排放,这让它们的邻居和环保署都松了一口气。
卡车中的混合动力液压系统实际上可以追溯到 1960 年代,远早于混合动力汽油-电动系统的出现。然而,几个关键缺陷使得这项技术被边缘化,并在几十年内让位于汽油-电动系统。主要是液压蓄能器由钢制成,使其非常重。早期的液压系统也更加复杂且难以控制,尤其因为液压油的粘度或阻力会随着温度的变化而变化。
但在过去十年中,几个领域的改进消除了这些挑战。蓄能器现在由用于制造喷气式战斗机的同种轻质碳复合材料制成,先进的计算机化系统简化了控制问题。科瓦奇说,更高效的泵系统、防漏部件和环保型液压油配方也减少了泄漏问题。
现在这些车辆开始出现在市场上——伊顿公司已经有几款卡车型号,派克计划在 2011 年推出他们的送货车和码头装卸设备——混合动力液压系统的较小应用也正在为风能和波浪能设备以及自行车和人力车开发。汽车制造商宝马已经有几款混合动力车型在开发中,并接近预生产阶段。
荷兰工程公司 Innovation Associates 的所有者兼首席执行官彼得·阿赫滕认为,这种趋势将在美国和欧洲持续下去,并在南美、中国和印度等几个新兴市场实现增长,在这些市场,普通客户无力购买需要花费 5000 美元或更多电池的汽车。
阿赫滕说:“混合动力液压系统将应用于汽车。” “这是在不增加蓄电池、电源转换器、马达和发电机的成本和重量的情况下,大幅降低燃油消耗和二氧化碳排放的唯一途径。”