在混合動力研究領(lǐng)域，油電混合一直是業(yè)內(nèi)的主要研究方向，現(xiàn)在，其部分研究成果已經(jīng)在多種汽車產(chǎn)品上得以應(yīng)用。油電混合主要是通過將電動機和電池整合到動力系統(tǒng)，在保持車輛性能和操控性的同時，縮小發(fā)動機尺寸，提高燃油效率，減少排放。
與此同時，液壓混合動力車輛則因為其高功率密度，即可以通過較小的零部件吸收和傳送高能量，以及技術(shù)的日漸成熟，也開始得以成功開發(fā)。美國西南研究院(SwRI)的工程師們已經(jīng)與美國環(huán)保局(EPA)協(xié)作為大型車輛開發(fā)液壓混合動力技術(shù)。但是，這種技術(shù)與油電混合一樣，是否能夠有效應(yīng)用，最終都取決于車輛的使用工況。
液壓混合動力原理
混合動力技術(shù)都是通過兩個步驟來增強車輛效率和降低排放的。首先是通過能量回收，特別是在制動停車時損失的能量。再者是控制發(fā)動機在高效范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。
液壓混合動力車輛的動力系統(tǒng)包括一臺發(fā)動機、液壓傳動系統(tǒng)和一套液壓蓄能器(見圖1)。蓄能器就像是電池儲存電能一樣用來儲存液壓能量。制動時，液壓傳動系統(tǒng)能夠從低壓蓄能器向高壓蓄能器抽送液壓傳動液，令制動時的高水平動力存儲下來供之后車輛加速時利用。
在車輛運行中制動回收能量的大小取決于車輛的行駛工況。車輛的起停工況越多，可以回收的制動能量也越多，從而燃油效率也就得到了更多的提高。相反，如果混合動力汽車的車主沒有像生產(chǎn)商希望的那樣做到相當次數(shù)的起步停車，那么很可能會得到低于預(yù)期的燃油效率。所以，如果18輪的卡車大部分時間以105?km/h的速度行進，那么采用液壓混合動力就變得沒有任何優(yōu)勢可言了;反之，如果這樣的卡車經(jīng)常在起步停車狀況下運行，那么混合動力技術(shù)就可以幫助其降低降低燃油耗多達50%以上。
因此，我們可以得知，對于需要頻繁起停的車輛，比如公交車，或者經(jīng)常在高峰擁堵地段走走停停的車輛，液壓混合動力技術(shù)就具有十分突出的優(yōu)勢，它可以提供低成本的解決方案。
核心技術(shù)的不斷進步
1.蓄能器的開發(fā)
一直以來，在液壓混合動力技術(shù)的研究中，焦點問題是存儲液壓能量的蓄能器中的零部件和系統(tǒng)集成。在蓄能器內(nèi)部，氮氣被用來擠壓制動條件下流入的液壓油。此時，液壓油和氣體必須在蓄能器中完全分開，以確保在液壓系統(tǒng)中，氣體沒有被液體帶走。氣體的流失，特別是在高壓蓄能器中，將會破壞系統(tǒng)儲存能量的能力并且降低效率。
這其中，氮氣的重要作用就是當液壓油在制動過程中被擠入高壓蓄能器內(nèi)，氣體的壓力要成倍地增高。當壓力越來越高，越來越多的液體被擠入蓄能器中，能量就在此時被存儲下來。但是，除了增加的壓力，氮氣通常會在壓縮過程中升溫，這通常會造成能量流失。隨著開放式發(fā)泡材料被集成到蓄能器中，顯著提高了蓄能器的效率。目前，在起步停車交通狀態(tài)下的制動能量在蓄能器中的儲能效率可達98%(見圖2)。
2.蓄能器的安全
蓄能器的安全性同樣也不可忽視。SwRI已經(jīng)與復(fù)合材料壓力容器的生產(chǎn)制造商合作多年，確保他們的產(chǎn)品符合嚴苛的安全性法規(guī)。同時，相關(guān)的測試也在不斷地進行著，保證壓力容器在預(yù)期的最大內(nèi)部壓力下，能夠承受極限強度。其他的評估也同時確保蓄能器在預(yù)計的壽命周期內(nèi)可以承受周期性壓力;檢測蓄能器不會與汽車中的其他液體，包括汽油、柴油等燃料發(fā)生反應(yīng)，以影響整體性能和可靠性。
液壓混合動力的其他應(yīng)用
除了制動能量的儲存和再利用實現(xiàn)的效率收益外，液壓系統(tǒng)也可用于驅(qū)動混合動力汽車發(fā)動機的配件。例如，運用此系統(tǒng)可以將散熱器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速分離，使風(fēng)扇可以在任意轉(zhuǎn)速下提供所需的最佳空氣流動，將發(fā)動機冷卻到最合適的狀態(tài)。同時，發(fā)動機水泵運轉(zhuǎn)在最佳速度上，提供發(fā)動機所需的冷卻劑流量。因此，如果發(fā)動機在部分功率下運行或外部空氣溫度低，那么驅(qū)動這些零部件和發(fā)動機其他零部件的動力可以得到優(yōu)化，從而節(jié)省了能量、燃料等。
結(jié)語
因為發(fā)動機轉(zhuǎn)速不再與同車輛轉(zhuǎn)速相關(guān)聯(lián)，液壓混合動力系統(tǒng)使發(fā)動機在最大效率下運行，液壓組件提供了所需要的運行多樣性。所有發(fā)動機在動力和速度相結(jié)合時，都有一個最佳的效率點。液壓混合動力可以在眾多不同的運行條件下，保持發(fā)動機運行在這個最佳效率曲線上。
EPA得到了SwRI的協(xié)助，已經(jīng)在多種液壓商業(yè)運輸車輛上應(yīng)用了這些技術(shù)和成果。這些此前已在仿真實驗和實驗室測試中得到的結(jié)果由此而得到了進一步實踐的成功驗證。尤其是在貨運卡車的實地試驗中，這些技術(shù)顯示出了非?？捎^的數(shù)據(jù)結(jié)果——在實際運輸中，其燃油經(jīng)濟性得到了超過50%的提升，也就是說，在設(shè)定的送貨路線上，與沒有使用液壓混合動力技術(shù)的傳統(tǒng)車輛相比，采用新技術(shù)的車輛可以節(jié)省近一半的油耗。
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