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，麻省理工學院的研究人員已經(jīng)設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院能源倡議和等離子融合與科學中心研究科學家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?？贫髡f：“這是一種利用低溫室氣體燃料的方式”，當它可用時，“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?，為了滿足傳統(tǒng)柴油卡車的預期行駛里程，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?？諝馕廴臼钱斀褡詈玫牟裼蛣恿ζ嚒?/p>

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，結合使用人工智能系統(tǒng)篩選結果，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)動機的結合是“通過使電動機進入重型卡車領域，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，因此導致近乎普遍采用柴油發(fā)動機的成本優(yōu)勢不再占主導地位。“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，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“這項技術對這兩項挑戰(zhàn)都具有價值，”科恩說。