Грузовики UPS получают всеамериканский импульс от гидравлики.
Дэйв Вандерверп Опубликовано: 1 февраля 2009 г.
Попросите кого-нибудь объяснить, что такое гибрид, и, скорее всего, ответ будет содержать термины «электродвигатель» и «аккумулятор». Но дополнение двигателя внутреннего сгорания электроэнергией — не единственный способ повысить экономию топлива, и гибриды с батарейным питанием не лишены проблем. Эти аккумуляторы тяжелые — 16-киловатт-часовая батарея предстоящего Chevy Volt весит 400 фунтов — очень дорогие и могут использовать только около половины накопленной энергии изо дня в день без серьезного ограничения срока их службы.
Свежая альтернатива исходит от правительства и увеличивает расход топлива за счет использования гидравлической жидкости высокого давления для захвата и повторного использования энергии. Как и в случае с большинством новых технологий, это не так уж и ново. Агентство по охране окружающей среды (EPA) экспериментирует с гидравлическими гибридами с конца 1980-х годов, и в настоящее время здесь, в Анн-Арборе, штат Мичиган, работает около 20 инженеров, работающих над этой технологией. Чарльз Грей-младший, настойчивый, но тихий директор отдела передовых технологий Агентства по охране окружающей среды, считает, что это лучшая отдача, чем альтернативы, такие как двигатели с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI).
Форд тоже был заинтересован, продемонстрировав гидравлическую параллельную гибридную трансмиссию в концепции F-350 Tonka на автосалоне в Детройте в 2002 году и подтолкнув технологию к демонстрационному залу. Затем с деньгами стало туго, и программу закрыли.
Последняя гидравлическая серийно-гибридная конструкция Агентства по охране окружающей среды была разработана в сотрудничестве с Eaton, Navistar и UPS с конкретной целью повышения топливной эффективности коричневых грузовиков для доставки UPS.
Вот как это работает: Дизельный двигатель мощностью 170 л.с. соединен с гидравлическим насосом вместо трансмиссии. Таким образом, двигатель больше не приводит в движение грузовик, а создает давление в гидравлической жидкости, которая хранится в продолговатом аккумуляторе — представьте себе негабаритный акваланг длиной шесть футов, сделанный из углеродного волокна. Внутри аккумулятора находится баллон, заполненный азотом; поскольку он сжимается гидравлической жидкостью под давлением, энергия сохраняется. При максимальном давлении 5000 фунтов на квадратный дюйм аккумулятор содержит эквивалент 0.6 кВтч энергии. В отличие от батареи, аккумулятор может передавать всю эту энергию без ущерба для своего срока службы. Для приведения в движение ведущих колес грузовика жидкость под высоким давлением приводит в действие два гидравлических двигателя, установленных встык и интегрированных с задней осью. Гидравлические двигатели, по сути, представляют собой гидравлические насосы, работающие в обратном направлении для создания крутящего момента при подаче жидкости под давлением. Однако при торможении двигатели возвращаются в режим насоса, чтобы одновременно замедлять грузовик и повышать давление жидкости, тем самым захватывая энергию.
Эти аксиально-поршневые насосы уже используются в сельскохозяйственном оборудовании, но Агентство по охране окружающей среды повысило их эффективность с 86–87 процентов до примерно 95 процентов, добавив при этом сложное программирование, необходимое для внедрения в транспортное средство. Два 117-кубовых насоса, приводящие в движение задние колеса, рассчитаны на 300,000 125 миль пробега, и они на удивление мощные; Каждый из них весит примерно 330 фунтов, каждый из них может производить 400 лошадиных сил и 5000 фунт-футов крутящего момента при гидравлическом давлении XNUMX фунтов на квадратный дюйм, хотя бы на короткое время.
Эта система имеет большое значение для непрерывного цикла движения грузовиков UPS — около 40 процентов из 73,500 45 грузовиков в США никогда не разгоняются до скорости выше 23,000 миль в час. Полностью загруженный грузовик UPS весом 30 0.26 фунтов, движущийся со скоростью 70 миль в час, имеет 25 кВтч кинетической энергии. При остановке гидравлическая гибридная система может восстановить и повторно использовать более XNUMX процентов этой энергии, тогда как гибриды с батарейным питанием обычно повторно используют только XNUMX процентов кинетической энергии автомобиля.
Дальнейшая эффективность достигается за счет полного отделения двигателя от ведущих колес. Поскольку частота вращения двигателя и нагрузка не связаны со скоростью грузовика, двигатель запрограммирован на работу только в очень эффективных точках, когда требуется гидравлическая жидкость под давлением; в противном случае он отключается для экономии топлива. Кроме того, поскольку грузовики UPS загружаются внутри складов и паркуются в помещении на ночь, то, что гибриды могут проползти полмили или около того без работающего двигателя, является значительным преимуществом.
Наконец, эта система может стать стимулом для экономики в дополнение к экономии топлива: в отличие от ситуации с батареями, США в настоящее время лидируют в разработке гидравлической гибридной технологии, и все компоненты системы EPA поставляются внутри страны.
Грузовик UPS, на котором я ездил, работает на удивление хорошо. На низких скоростях он работает в режиме выключенного двигателя, по крайней мере, так же часто, как и лучшие электрические гибриды легковых автомобилей, а после остановки двигатель остается выключенным до 15 миль в час или около того даже во время довольно агрессивных запусков. UPS добилась экономии топлива от 45 до 50 процентов с прототипом, и первые семь серийных грузовиков будут добавлены в парк компании в течение следующих 12 месяцев или около того. Экономия топлива, а также снижение износа тормозов и технического обслуживания должны покрыть примерно 7000 долларов прироста затрат на грузовик стоимостью 50,000 XNUMX долларов менее чем за три года.
Проблемы, которые все еще решаются, – это вес (нынешние грузовики на 2500 фунтов тяжелее стандартных 5.5-тонных грузовиков), а также шум. Чтобы быть приемлемым для легкового автомобиля, шум промышленного качества должен быть существенно уменьшен.
Цель исследования Агентства по охране окружающей среды состоит в том, чтобы передать технологию, как только она станет зрелой, своим партнерам для массового производства. Захваченный парк, такой как у UPS, является хорошей отправной точкой, поскольку грузовики обслуживаются и контролируются централизованно. Чтобы перейти на легковые автомобили, потребуется, чтобы сервисные центры по всей стране были осведомлены о работе гидравлической системы. Тем не менее, EPA построило Ford Expedition с гидравлическим приводом, чтобы доказать, что эта технология одинаково хорошо работает и в легковом сегменте. Экономия топлива увеличилась на впечатляющие 85 процентов, хотя значительная часть была связана с заменой 5.4-литрового V-8 Expedition на 1.9-литровый дизель VW.
Тем не менее, технология показывает достаточно многообещающих данных, чтобы, наконец, стать реальностью массового производства.
