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柴油混合动力系统的开发 |
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作者：Stuart Birch 来源：国际汽车设计及制造 |
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虽然柴油混合动力系统与汽油混合动力系统相比可以大大提高燃油效率并可以大幅度降低废气排放量（主要是二氧化碳），但是成本依然是柴油混合动力系统推广的最大障碍。世界领先汽车制造商，如法国标致-雪铁龙公司和德国大众公司都在积极地推进柴油混合动力车的开发。标致-雪铁龙公司甚至表示将在2010年前将混合动力车推向市场。不过，在柴油混合动力车可以真正进入市场之前，制造商必需先要把单车的制造成本降低到汽油混合动力车相当的水平。
为了达到这个目的，英国发动机生产商Zytek公司开发了一个双模式混合动力系统，该系统采用先进控制解决方案来替换传统的离合器和复杂的行星齿轮组系。这项工程还获得了英国政府的支持。 
Zytek公司开发的紧凑型柴油混合动力系统
这款被Zytek公司称为世界上第一个“经济型”并可随时投入生产的柴油混合动力系统专门为欧洲小型轿车紧凑的车身设计的，因此可以很快应用到这些车型上。Zytek公司表示该系统的效果比预期的还要好。通过在一款Smart ForFour轿车上的试验得到该系统每公里仅排放85g二氧化碳。
Zytek在解释该系统的设计理念时表示，虽然纯粹的串联式混合动力车在低速时可以提供较高的效率，但是一旦速度上升效率就会大幅下降，因此目前量产的混合动力乘用车要么采用并联式的，要么采用双模式。并联式混合动力车的内燃机是一直与车轮啮合在一起的，车辆在高速情况下效率较高，但是在低速负载循环工作状态下对车辆行驶进行优化的灵活性不高。双模变速器可以在串联和并联模式下工作，因此在这两种模式下都可以对车辆行驶进行优化。不过，双模变速器与传统变速器相比要复杂很多，尺寸也大，成本也高。
为了摆脱双模离合器的限制，Zytek公司设计的混合动力系统据称减少了系统部件的数量，消除了部件之间的磨损，降低了整个系统的尺寸大小并大大节省了生产成本。此外，该系统还避免了使用混合动力车行星齿轮箱可能带来的授权问题。 
Zytek公司的柴油混合动力系统的电源变换器针对交流电马达和直流电马达都采用相同的软件管理电流控制系统
Zytek公司开发的双模式混合动力系统的结构依赖于两个马达：一个是与发动机永远啮合在一起的启动马达，一个是牵引马达。这两个马达在设计时根据不同的功能进行了独特的设计，这就是整个系统效率提升的关键所在。在需要的时候，这两个马达通过一个齿式同步啮合系统与动力系统单元连接。该同步啮合系统采用电子控制的方式，可以自动将发动机输入轴的速度与中间轴同步，从而使档位平顺地切换。
该技术来自Zytek公司在A1赛车大奖赛上赛车发动机和变速箱的成功应用经验。在上个赛季一百多万次的高速档位切换中，没出现一次换档失败现象。
对于启动马达，Zytek公司采用了一个50kW的永磁无刷直流电动机，最高运转速度可达3600rpm。这样可以在需要高牵引力的情况下为动力系统提供额外的扭力，从而提高加速性能。在提供扭力补充的情况下，车辆可以在发动机较低转速下（1600rpm）采用较高档位，使发动机可以在效率最高的转速范围内运转，这样可以降低摩擦损耗。牵引马达是一个50kW的永磁无刷交流电动机，安装在变速箱一端上，最高运转速度可达11,500rpm。
虽然牵引马达的基本结构与启动马达相同，但是为了进行系统优化以获得低转速-高扭矩的性能，Zytek公司采用了不同的内部结构，这也是独特的双模结构带来的一个好处。
在车辆开始行驶的时候，扭力仅仅来自电动牵引马达。当车速上升时，电动马达和柴油动力系统同时提供扭力，直到电动马达的牵引力下降为零。Zytek公司总监Steve Tremble解释道，双模式系统可输出的较大功率范围，加上电动马达和柴油动力系统随着车速变化此消彼长的配合，使车辆独特的变速箱可以仅仅在两个速比下运转（分别为电动马达和柴油机系统提供），而且还不会影响车辆的NVH（噪音、振动和舒适性）和燃油经济性。此外，变速箱的尺寸非常小，仅为138mm，可以让整个混合变速器（包括两个马达）都安装到一款标准型Smart ForFour车型中，所占空间与原本的Getrag六速手自排变速器相差无几。
Xtrac公司提供的变速箱采用了专门应用在赛车方面的高性能钢材
对变速箱供应商Xtrac公司来说，为了达到该项目对变速箱整体设计的要求，变速箱必需采用小型且质轻的齿轮和内部元件。为此，Xtrac公司采用了应用在赛车制造方面的高性能钢材。Xtrac公司技术总监Adrian Moore表示，“Zytek成功推出这款混合动力系统的事实给我们了一个启示，表明赛车运动行业可以通过提供一些节能解决方案将其技术应用在轿车制造方面，帮助制造商生产更加环保的乘用车。”
此外，Zytek公司还推出了新的柴油控制系统DEMS（柴油发动机管理系统），该系统的开发和调校历时不到14个月。与DEMS控制单元整合在一起的是一个独立的混合动力系统控制面板。该控制面板通过将汽车油门位置与电池充电状态、车辆速度和安全输入数据（用来验证车辆对扭矩的需求）等因素相比较，然后计算柴油机与电动机扭矩的最佳配合比例。 
Zytek公司的柴油混合动力系统可以安装在Smart ForFour发动机机舱内
在Smart ForFour试验车上，锂离子电池安装在行礼厢地板上，与后车门下沿平齐。车上还配备一个充电器，通过标准电源插座充电，从完全没电到充满仅耗时不到3个小时。为了最大程度地减少电能的损失，电源变换器安装在车辆引擎盖下，靠近电动马达。
此外，软件管理电流控制系统既可以用来控制直流电马达也可以用来控制交流电马达，这样可以给车辆制造商提供更大的设计灵活性和采用不同规格零部件的可能性。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(9/26/2007) |
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