有助于車輛傳動系統高效率運行的空氣混合動力發動機研究

有助于車輛傳動系統高效率運行的空氣混合動力發動機研究

空氣混合動力發動機由傳統內燃機和短期壓力存儲系統組成。存儲系統采用性能穩定、價格便宜的氣壓罐，代替混合動力汽車中的動力電池。內燃機能夠在純氣動模式下工作，充當氣泵。此混合動力發動機能夠回收制動能量，取消低效率工作點。

發動機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）。空氣通過開度變化的CV能夠短時間內進入各個氣缸內產生驅動，扭矩可從怠速扭矩升至全負荷扭矩。

試驗中發動機采用1.21L 3缸4沖程汽油機，并對提出的混合動力發動機進行了建模仿真，且將其安裝到一款中混型電動汽車中進行實車驗證。

CV的精確動態控制是非常重要的。所提出的混合動力發動機建模方法考慮到了CV各個重要性能參數，很好地反應出其動態和穩態特性。此外，基于此發動機模型建立了車輛整個動力傳動系統模型。

提出了氣動混合傳動系統最佳控制策略，包括熱驅動、氣動和制動能量回收3種模式。其中，熱驅動模式的驅動扭矩完全由內燃機燃料產生，氣動模式的驅動扭矩完全由氣壓罐氣體產生。不同于并聯式混合動力，此熱驅動模式和氣動模式不能同時進行，在氣動模式下停止發動機燃油供給。控制策略根據氣壓罐內壓縮氣體量進行模式切換，能夠避免模式之間頻繁切換。控制策略依據一個設定的成本函數，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。此函數類似電動混合動力汽車電池SOC計算函數。此控制策略能夠有效控制發動機在氣壓罐處于高壓條件下進入氣動模式。氣壓罐最大氣壓設置為2MPa。

在NEDC工況和城市循環工況下，對此空氣混合動力發動機傳動系統進行了仿真驗證。結果表明，在NEDC工況下車輛傳動效率提高了20%～50%；在城市循環工況下CO2排放量降低至51g/ km。因此，該混合動力發動機非常適合城市循環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