MIT工程師開發(fā)混合燃料重型卡車發(fā)動機系統(tǒng)

作者：MIT

重型卡車，如將世界上許多商品從農(nóng)場或工廠運輸?shù)绞袌龅?8輪卡車，實際上全部由柴油發(fā)動機驅(qū)動。它們占全球溫室氣體排放量的很大一部分，但迄今為止還沒有采取什么有效措施來遏制它們導致氣候變化的排放。

現(xiàn)在，麻省理工學院的研究人員發(fā)明了一種新的方法來給這些卡車提供動力，這種方法可以徹底控制污染，提高效率，減少甚至消除它們的凈溫室氣體排放。

這個概念涉及到使用一個插入式混合動力發(fā)動機系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，卡車主要由電池供電，但使用的是火花點火發(fā)動機（而不是柴油發(fā)動機）。這種發(fā)動機可以使卡車方便地行駛與現(xiàn)在的傳統(tǒng)柴油卡車相同的距離，它將是一種彈性燃料模型，可以使用純汽油、純酒精或這些燃料的混合物。

研究人員說，雖然最終的目標是完全用電池為卡車提供動力，但選擇這種靈活的混合燃料為此類卡車提供動力的一種方式，能夠克服對有限的行駛里程、成本或過度使用電池重量以實現(xiàn)更長的行駛里程的擔憂，從而早日進入市場。

這一新概念是由麻省理工學院能源倡議和等離子體融合與科學研究中心的科學家丹尼爾·科恩和首席研究工程師萊斯利·布羅姆伯格（LeslieBromberg）提出的，他們于4月11日在美國汽車工程師學會（SAE）國際年會上介紹這一概念。

科恩說：“多年來，我們一直在努力使汽車和卡車的發(fā)動機更清潔、更高效，我們對火花點火（與柴油機使用的壓燃式點火相比）的使用特別感興趣，因為它本質(zhì)上更清潔。”與柴油機車輛相比，汽油動力車輛只產(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，科恩和布羅姆伯格說，通過使用可在汽油、乙醇、甲醇或它們的混合物上運行的彈性燃料配置，這種發(fā)動機比純汽油發(fā)動機排放的溫室氣體可能要少得多，而且燃料靈活性的增量成本非常小。如果使用純甲醇或來自可再生資源（如農(nóng)業(yè)廢物或城市垃圾）的乙醇，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，也可以選擇只用汽油來運行它，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，但是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。這是有效載荷的一個重要部分。”科恩和布羅姆伯格估計，為了滿足傳統(tǒng)柴油卡車的預期行駛里程，一輛卡車需要攜帶10到15噸的電池。

“為了解決這個問題，我們認為在這些汽車中使用電力的方法是使用插入式混合動力。”他說。他們提出的這種混合動力汽車的發(fā)動機是兩位研究人員多年來一直致力于開發(fā)的一種新型發(fā)動機，這種發(fā)動機具有高效、靈活的燃料汽油發(fā)動機，重量輕，燃油效率高，產(chǎn)生的空氣污染僅僅只是當今最好的柴油動力汽車的十分之一。

科恩和布羅姆伯格對開發(fā)這樣一種發(fā)動機以滿足現(xiàn)有卡車運營商的需求所需的工程和經(jīng)濟性進行了詳細的分析。他們發(fā)現(xiàn)，為了與柴油機的效率相匹配，可以使用酒精與汽油甚至純酒精的混合物，這些都可以通過可再生能源加工處理。對一系列理想發(fā)動機特性進行詳細的計算機建模，結(jié)合使用人工智能系統(tǒng)篩選結(jié)果，得出了最有希望的途徑的明確指示，并表明這種替代在實際和經(jīng)濟上是可行的。

在目前的柴油機和擬議的柔性燃料車輛中，排放量都是在排氣尾管處測量的，在兩種情況下，各種排放控制系統(tǒng)都完成了各自的工作，因此得到的是比較真實排放量數(shù)據(jù)。科恩說，混合動力驅(qū)動和柔性燃料發(fā)動機的結(jié)合是“一種將電力驅(qū)動引入重型卡車領域的方法，使其能夠滿足范圍和成本要求，并以清潔的方式進行。”

布羅姆伯格說，多年來，汽油發(fā)動機變得更加高效和清潔，柴油的相對成本也上升了，因此導致重型卡車幾乎普遍采用柴油機的成本優(yōu)勢不再盛行?！彪S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。

甲烷是一種極強的溫室氣體，因此，如果通過一個簡單的化學過程將甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇，就能將甲烷轉(zhuǎn)化為有用的燃料，“這是制造清潔燃料最有吸引力的方法之一，”Bromberg說。我認為酒精燃料總的來說有很多希望?！?/p>

他指出，加利福尼亞州已經(jīng)計劃出臺新的卡車排放法規(guī)，這些法規(guī)很難與柴油發(fā)動機車輛相適應?！笨贫髡f：“我們認為卡車運輸公司使用汽油或彈性燃料是有充分理由的。發(fā)動機更便宜，排氣處理系統(tǒng)更便宜，這是一種確保它們能夠滿足預期法規(guī)的方法。再加上混合動力系統(tǒng)中的電力推進系統(tǒng)，再加上更加清潔的電網(wǎng)，可以進一步減少卡車運輸部門的排放和污染?！?/p>

純電力推進卡車是最終的目標，但今天的電池還沒有使這成為一個現(xiàn)實的選擇，科恩說：“電池是偉大的，但讓我們現(xiàn)實一點，他們可以提供什么?！?/p>

他們說，他們提出的組合可以同時解決兩個主要挑戰(zhàn)?！拔覀儾恢滥囊粋€會更強大，減少溫室氣體的愿望，或者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，空氣污染可能更為緊迫，但這項技術(shù)對這兩個挑戰(zhàn)都有價值，”科恩說。

這項研究得到了麻省理工學院阿瑟·桑伯格能源創(chuàng)新基金的支持。