有助于车辆传动系统高效率运行的空气混合动力发动机研究

有助于车辆传动系统高效率运行的空气混合动力发动机研究

空气混合动力发动机由传统内燃机和短期压力存储系统组成。存储系统采用性能稳定、价格便宜的气压罐，代替混合动力汽车中的动力电池。内燃机能够在纯气动模式下工作，充当气泵。此混合动力发动机能够回收制动能量，取消低效率工作点。

发动机气缸顶部额外安装一个连接气压罐的气门，称之为充气阀（CV）。空气通过开度变化的CV能够短时间内进入各个气缸内产生驱动，扭矩可从怠速扭矩升至全负荷扭矩。

试验中发动机采用1.21L 3缸4冲程汽油机，并对提出的混合动力发动机进行了建模仿真，且将其安装到一款中混型电动汽车中进行实车验证。

CV的精确动态控制是非常重要的。所提出的混合动力发动机建模方法考虑到了CV各个重要性能参数，很好地反应出其动态和稳态特性。此外，基于此发动机模型建立了车辆整个动力传动系统模型。

提出了气动混合传动系统最佳控制策略，包括热驱动、气动和制动能量回收3种模式。其中，热驱动模式的驱动扭矩完全由内燃机燃料产生，气动模式的驱动扭矩完全由气压罐气体产生。不同于并联式混合动力，此热驱动模式和气动模式不能同时进行，在气动模式下停止发动机燃油供给。控制策略根据气压罐内压缩气体量进行模式切换，能够避免模式之间频繁切换。控制策略依据一个设定的成本函数，以燃料消耗量为变量，时刻计算燃料消耗成本及剩余燃料量。此函数类似电动混合动力汽车电池SOC计算函数。此控制策略能够有效控制发动机在气压罐处于高压条件下进入气动模式。气压罐最大气压设置为2MPa。

在NEDC工况和城市循环工况下，对此空气混合动力发动机传动系统进行了仿真验证。结果表明，在NEDC工况下车辆传动效率提高了20%～50%；在城市循环工况下CO2排放量降低至51g/ km。因此，该混合动力发动机非常适合城市循环工况和中混型电动汽车。

刊名：Applied Energy（英）

刊期：2015年第151卷

作者：Zlatina Dimitrova et al

编译：谢秀磊