液壓技術在混合動力汽車節能方面的應用

劉仁杰 田琳琳

摘 要：隨著我國經濟的不斷發展和汽車工業技術水平的提高，人們對生活環境提出了更高層次要求，其中混合動力轎車就是一個很好地研究方向。本文介紹幾種液壓傳動系統、燃油發動機控制系統以及電動助力轉向系統等。通過對比分析國內外混合動力系統在節能方面應用現狀及存在問題;最后針對該課題進行展望并總結出一些自己對于今后工作所做出的意見與建議：從油耗和排放兩個方面對技術發展前景做了簡要闡述，提出未來發展中應注意的關鍵點。

關鍵詞：汽車節能 液壓技術

Abstract：With the continuous development of my country's economy and the improvement of the technological level of the automobile industry， people have put forward higher-level requirements for the living environment， and hybrid cars are a good research direction. This article introduces several hydraulic transmission systems， fuel engine control systems， and electric power steering systems. Through comparative analysis of the application status and existing problems of hybrid power systems at home and abroad in terms of energy saving， the article looks forward to the subject and summarizes some of the opinions and suggestions for future work： the prospects of technology development from the two aspects of fuel consumption and emissions. And a brief description was made， and the key points that should be paid attention to in future development were put forward.

Key words：automobile energy saving， hydraulic technology

1 液壓技術和混合動力汽車系統概述

1.1 液壓技術的工作方式

液壓技術是利用液體作為動力載體，通過對油液的壓力和流量進行控制，從而使發動機產生的各種力矩、機械能以及熱能等能量書送到到汽車內部空間。①發動機控制，通過對發動機轉速進行調節，使混合氣從進氣門和排氣管進出氣缸。這樣可以減少廢氣中碳氫化合物、氮氧化合物等污染物的排放量。②動力輸送控制，利用可調式壓力控制器控制;采用雙泵供液控制系統，可以實現自動卸載和停車功能③自我保護控制，節流閥具有過壓保護作用，所以當壓力過高會起動緊急制動功能;④穩壓鎖止控制，換向器調節節流彈簧的彈性變形來達到安全鎖止狀態，并將油壓封存與油路或執行器中。

液壓技術的工作方式可以分為下面幾種：

（1）高壓靜壓式。在油液流過混合機后，會產生大量氣體，這些氣體會對發動機造成嚴重損壞，所以必須要進行過濾凈化;（2）低壓動電混合。這種方法是利用液體與系統中的元件形成一種力傳遞作用來實現能量轉換;和高壓磁阻式不同的是它可以通過電磁感應原理將電能轉化為熱能從而使設備得到節能降耗等效果。

1.2 液壓技術的發展與特點

液壓技術是一門綜合性的學科，其涉及到機械、電氣及電子等領域，在工業生產中得到了廣泛運用。換向原理：通過改變動力源輸入輸出壓力油來控制發動機進氣量。驅動方式：根據不同工作情況選擇合適功率分配器和不同載荷特性曲線以滿足汽車需要;利用液壓泵來調節液流速度或液流壓力的大小，達到對能量合理有效利用、節能環保等要求。液壓技術的發展與特點是多方面、多層次的。（1）液壓系統設計復雜，工作壓力大，需要大量且精確地控制和調節;（2）由于發動機與電動機之間存在著各種不同形式以及參數差異而造成傳動性能上也有較大差別;另外還包括油泵磨損嚴重等問題都會導致能量利用率降低等一系列問題。因此我們可以通過優化動力分配方式來提高功率的轉換效率、減少供油量過大帶來不利影響等等，從而達到節能減排目的。在進行油液混合過程中，需要將動力機、蓄能器以及儲氣罐等設備都安裝到汽車上。但是由于能量儲存空間有限制，所以要保證油管和儲配氣站有足夠的容量。同時還要注意防止熱量泄露，因為燃油與空氣接觸后會產生大量熱能，大量熱量會導致發動機溫度升高，造成燃燒不正常現象，從而引發出一系列問題發生在液壓系統上。

2 液壓技術在混合動力汽車中應用的研究

2.1 液壓系統模型的建立

液壓系統模型的建立包括兩個方面，一是對實際工作情況進行模擬，二是建立液壓油路系統。在理想條件下液壓系統的壓力、流量和體積比是設計時需要考慮到問題;當汽車處于過載狀態或者發動機過熱等不可抗拒因素作用下時，會產生過大損失，并引發嚴重后果;而理想狀況下的能量消耗量與實際工況不同，所以我們不能完全照搬國外經驗進行研究，想要得到最優方案就必須進行實際工作情況模擬。方案確定后，在監理油路系統上，需要先確定換向閥的結構形式。根據需要實現不同工況下工作狀態和轉速之間的切換，通過計算選擇合適液壓系統壓力損失值以及潤滑點溫度等參數;在滿足性能要求前提之下，使系統能夠穩定高效運轉;同時還需保證其具有良好散熱性和抗沖擊能力。最后確定換向閥的結構形式及尺寸大小，完成液壓油路系統的建立。

2.2 混合動力汽車的節能效果

混合動力汽車節能效果主要是通過兩個方面，一方面就是發動機功率，另一方面則是從燃油經濟性和排放性能著手。液壓技術的節能是指在對發動機進行改進和優化，使其具有高效率、低污染，并且能在最大程度上保持內燃機運行平穩。從能量轉化率方面考慮：通過提高燃油利用率來實現油液比流單位面積運動量，減少燃料消耗從而降低污染物排放;采用高效節能型設備來控制混合動力汽車行駛速度等方法達到目的。目前液壓技術與電子控制系統相結合，可以使發動機產生更大功率和更小污染。

3 液壓技術在混合動力汽車節能中的應用

3.1 液壓技術對混合動力汽車節能的要求

3.1.1 提高發動機效率，降低燃油消耗率

通過液壓技術的合理應用可以有效地提升混合動力汽車的能量利用度。在油液密度一定時，控制好空轉量、轉速等參數。當空轉量增大到適當值時，可大幅減少汽油機所需功率和柴油發電機所需要燃料數量，同時還能顯著增加內燃機輸出扭矩。減小發動機負荷率及燃油消耗系數（W/C）的降低，混合動力汽車的節能效果更好。

3.1.2 提高發動機的動力性能

通過研究和實驗發現，如果采用液壓油作為混合動力汽車燃油系統中的核心元件時，其能量利用率就會明顯低于傳統燃油引擎，所以在對液壓技術進行改進時要將活塞缸、蓄電池等部件設計成具有一定壓力和流量調節功能，且與汽油機運行工況接近一致。這樣不僅可以使內燃機輸出功率最大化而且能降低發動機產生有害氣體。

3.1.3 對混合動力汽車的油液品質要求

在進行了試驗和性能檢測之后，就可以根據不同工況下的燃油消耗量來選擇適當的型號和規格液壓油，這樣才能更好地控制其質量。因為發動機在工作時想要產生較大功率，就需要加大油泵抽吸壓力。如果是單缸雙聯葉片式混合動力汽車的話，會增加油箱體積與空間利用率;而對于多缸雙聯活塞汽油機來說，還得加倍溫升。

3.1.4 提高發動機的轉矩和轉速，降低燃油消耗率

現在汽車雖然都偏向于高效率、低污染以及節能效果好的動力傳輸方式，但其發動機產生的能量損失也比較大;因此我們要求在混合動力系統中，加入能效更高、工作性能更強、功率更大、扭矩更高的動力機，來代替傳統內燃機，以及高技術設備進行發動機轉矩和轉速輸出，從而提高汽車燃油經濟性及排放指標。

3.2 液壓技術在混合動力汽車節能系統中的改進

提高油泵的工作效率采用高粘度混合液壓機，可以有效地降低燃油消耗，從而減少汽油發動機排放污染物。增加蓄能器中各部分壓力比。在不影響汽車行駛時通過調節蓄電池端電壓來達到控制儲液量和充放電的目的;當汽車處于熄火狀態下時進行充電即可實現對儲液量及溫度等參數的自動檢測與調整功能;同時還可以根據不同油壓，在混合動力汽車中，采用多泵或單路或多路閥進行流量調節，以達到使發動機和傳動裝置都處于最佳工作狀態。當液壓缸與供油腔連通時，可改變進液量從而減少燃油消耗率;反之則增加了換向次數及功率輸出率等因素，導致能量損失、溫度升高以及噪聲變大的問題。在進行油路設計時，應該考慮到混合動力汽車行駛過程中，工作環境對燃油噴射裝置、蓄能器等設備產生一定影響。因此為了提高其節能量效率和降低空燃比可以通過以下方式來實現。第一是采用先進技術減少油耗;第二就是要合理選用發動機輸出功率及最佳冷卻回路;第三就是要選擇合適的進排氣閥和節流口以及控制元件（如換向閥）。

在混合動力汽車中，通過提高發動機的輸出功率和燃油經濟性，來降低油耗是一個非常有效且行之可持續的方式方法;而如果將其與汽油機進行結合的話則可以減少排放量。因此我們必須要采取相應措施對系統加以改善：一方面是加大冷卻液流量使混響器處于低溫工作狀態。另一方面就是增加空冷劑泵供油壓力及改變節流閥控制。

4 總結與展望

液壓系統在油路中的損耗較低，但其工作壓力卻很高，對發動機產生很大影響，所以需要提高液壓傳動裝置以及穩壓裝置。由于燃油消耗率過高會造成嚴重污染環境，因此必須采用一些節能環保措施來降低燃油浪費，隨著我國經濟的發展，人民生活水平不斷提高，機動車保有量也在逐年增加，汽車尾氣排放污染對環境造成了很大影響。因此大力開展節能減排技術研究和推廣應用勢在必行。目前混合動力轎車主要采用油電混流發動機、燃油噴射系統等幾種方式進行能量回收利用工作（即通過機械傳動裝置實現內燃機與電動機的聯動）;而傳統汽油機優點在于可以有效地提高汽車行駛穩定性及降低廢氣排放量。

參考文獻：

[1]山東大學學報：工業版，2002，32（6）.