液压技术在混合动力汽车节能方面的应用

刘仁杰 田琳琳

摘 要：随着我国经济的不断发展和汽车工业技术水平的提高，人们对生活环境提出了更高层次要求，其中混合动力轿车就是一个很好地研究方向。本文介绍几种液压传动系统、燃油发动机控制系统以及电动助力转向系统等。通过对比分析国内外混合动力系统在节能方面应用现状及存在问题;最后针对该课题进行展望并总结出一些自己对于今后工作所做出的意见与建议：从油耗和排放两个方面对技术发展前景做了简要阐述，提出未来发展中应注意的关键点。

关键词：汽车节能 液压技术

Abstract：With the continuous development of my country's economy and the improvement of the technological level of the automobile industry， people have put forward higher-level requirements for the living environment， and hybrid cars are a good research direction. This article introduces several hydraulic transmission systems， fuel engine control systems， and electric power steering systems. Through comparative analysis of the application status and existing problems of hybrid power systems at home and abroad in terms of energy saving， the article looks forward to the subject and summarizes some of the opinions and suggestions for future work： the prospects of technology development from the two aspects of fuel consumption and emissions. And a brief description was made， and the key points that should be paid attention to in future development were put forward.

Key words：automobile energy saving， hydraulic technology

1 液压技术和混合动力汽车系统概述

1.1 液压技术的工作方式

液压技术是利用液体作为动力载体，通过对油液的压力和流量进行控制，从而使发动机产生的各种力矩、机械能以及热能等能量书送到到汽车内部空间。①发动机控制，通过对发动机转速进行调节，使混合气从进气门和排气管进出气缸。这样可以减少废气中碳氢化合物、氮氧化合物等污染物的排放量。②动力输送控制，利用可调式压力控制器控制;采用双泵供液控制系统，可以实现自动卸载和停车功能③自我保护控制，节流阀具有过压保护作用，所以当压力过高会起动紧急制动功能;④稳压锁止控制，换向器调节节流弹簧的弹性变形来达到安全锁止状态，并将油压封存与油路或执行器中。

液压技术的工作方式可以分为下面几种：

（1）高压静压式。在油液流过混合机后，会产生大量气体，这些气体会对发动机造成严重损坏，所以必须要进行过滤净化;（2）低压动电混合。这种方法是利用液体与系统中的元件形成一种力传递作用来实现能量转换;和高压磁阻式不同的是它可以通過电磁感应原理将电能转化为热能从而使设备得到节能降耗等效果。

1.2 液压技术的发展与特点

液压技术是一门综合性的学科，其涉及到机械、电气及电子等领域，在工业生产中得到了广泛运用。换向原理：通过改变动力源输入输出压力油来控制发动机进气量。驱动方式：根据不同工作情况选择合适功率分配器和不同载荷特性曲线以满足汽车需要;利用液压泵来调节液流速度或液流压力的大小，达到对能量合理有效利用、节能环保等要求。液压技术的发展与特点是多方面、多层次的。（1）液压系统设计复杂，工作压力大，需要大量且精确地控制和调节;（2）由于发动机与电动机之间存在着各种不同形式以及参数差异而造成传动性能上也有较大差别;另外还包括油泵磨损严重等问题都会导致能量利用率降低等一系列问题。因此我们可以通过优化动力分配方式来提高功率的转换效率、减少供油量过大带来不利影响等等，从而达到节能减排目的。在进行油液混合过程中，需要将动力机、蓄能器以及储气罐等设备都安装到汽车上。但是由于能量储存空间有限制，所以要保证油管和储配气站有足够的容量。同时还要注意防止热量泄露，因为燃油与空气接触后会产生大量热能，大量热量会导致发动机温度升高，造成燃烧不正常现象，从而引发出一系列问题发生在液压系统上。

2 液压技术在混合动力汽车中应用的研究

2.1 液压系统模型的建立

液压系统模型的建立包括两个方面，一是对实际工作情况进行模拟，二是建立液压油路系统。在理想条件下液压系统的压力、流量和体积比是设计时需要考虑到问题;当汽车处于过载状态或者发动机过热等不可抗拒因素作用下时，会产生过大损失，并引发严重后果;而理想状况下的能量消耗量与实际工况不同，所以我们不能完全照搬国外经验进行研究，想要得到最优方案就必须进行实际工作情况模拟。方案确定后，在监理油路系统上，需要先确定换向阀的结构形式。根据需要实现不同工况下工作状态和转速之间的切换，通过计算选择合适液压系统压力损失值以及润滑点温度等参数;在满足性能要求前提之下，使系统能够稳定高效运转;同时还需保证其具有良好散热性和抗冲击能力。最后确定换向阀的结构形式及尺寸大小，完成液压油路系统的建立。

2.2 混合动力汽车的节能效果

混合动力汽车节能效果主要是通过两个方面，一方面就是发动机功率，另一方面则是从燃油经济性和排放性能着手。液压技术的节能是指在对发动机进行改进和优化，使其具有高效率、低污染，并且能在最大程度上保持内燃机运行平稳。从能量转化率方面考虑：通过提高燃油利用率来实现油液比流单位面积运动量，减少燃料消耗从而降低污染物排放;采用高效节能型设备来控制混合动力汽车行驶速度等方法达到目的。目前液压技术与电子控制系统相结合，可以使发动机产生更大功率和更小污染。

3 液压技术在混合动力汽车节能中的应用

3.1 液压技术对混合动力汽车节能的要求

3.1.1 提高发动机效率，降低燃油消耗率

通过液压技术的合理应用可以有效地提升混合动力汽车的能量利用度。在油液密度一定时，控制好空转量、转速等参数。当空转量增大到适当值时，可大幅减少汽油机所需功率和柴油发电机所需要燃料数量，同时还能显著增加内燃机输出扭矩。减小发动机负荷率及燃油消耗系数（W/C）的降低，混合动力汽车的节能效果更好。

3.1.2 提高发动机的动力性能

通过研究和实验发现，如果采用液压油作为混合动力汽车燃油系统中的核心元件时，其能量利用率就会明显低于传统燃油引擎，所以在对液压技术进行改进时要将活塞缸、蓄电池等部件设计成具有一定压力和流量调节功能，且与汽油机运行工况接近一致。这样不仅可以使内燃机输出功率最大化而且能降低发动机产生有害气体。

3.1.3 对混合动力汽车的油液品质要求

在进行了试验和性能检测之后，就可以根据不同工况下的燃油消耗量来选择适当的型号和规格液压油，这样才能更好地控制其质量。因为发动机在工作时想要产生较大功率，就需要加大油泵抽吸压力。如果是单缸双联叶片式混合动力汽车的话，会增加油箱体积与空间利用率;而对于多缸双联活塞汽油机来说，还得加倍温升。

3.1.4 提高发动机的转矩和转速，降低燃油消耗率

现在汽车虽然都偏向于高效率、低污染以及节能效果好的动力传输方式，但其发动机产生的能量损失也比较大;因此我们要求在混合动力系统中，加入能效更高、工作性能更强、功率更大、扭矩更高的动力机，来代替传统内燃机，以及高技术设备进行发动机转矩和转速输出，从而提高汽车燃油经济性及排放指标。

3.2 液压技术在混合动力汽车节能系统中的改进

提高油泵的工作效率采用高粘度混合液压机，可以有效地降低燃油消耗，从而减少汽油发动机排放污染物。增加蓄能器中各部分压力比。在不影响汽车行驶时通过调节蓄电池端电压来达到控制储液量和充放电的目的;当汽车处于熄火状态下时进行充电即可实现对储液量及温度等参数的自动检测与调整功能;同时还可以根据不同油压，在混合动力汽车中，采用多泵或单路或多路阀进行流量调节，以达到使发动机和传动装置都处于最佳工作状态。當液压缸与供油腔连通时，可改变进液量从而减少燃油消耗率;反之则增加了换向次数及功率输出率等因素，导致能量损失、温度升高以及噪声变大的问题。在进行油路设计时，应该考虑到混合动力汽车行驶过程中，工作环境对燃油喷射装置、蓄能器等设备产生一定影响。因此为了提高其节能量效率和降低空燃比可以通过以下方式来实现。第一是采用先进技术减少油耗;第二就是要合理选用发动机输出功率及最佳冷却回路;第三就是要选择合适的进排气阀和节流口以及控制元件（如换向阀）。

在混合动力汽车中，通过提高发动机的输出功率和燃油经济性，来降低油耗是一个非常有效且行之可持续的方式方法;而如果将其与汽油机进行结合的话则可以减少排放量。因此我们必须要采取相应措施对系统加以改善：一方面是加大冷却液流量使混响器处于低温工作状态。另一方面就是增加空冷剂泵供油压力及改变节流阀控制。

4 总结与展望

液压系统在油路中的损耗较低，但其工作压力却很高，对发动机产生很大影响，所以需要提高液压传动装置以及稳压装置。由于燃油消耗率过高会造成严重污染环境，因此必须采用一些节能环保措施来降低燃油浪费，随着我国经济的发展，人民生活水平不断提高，机动车保有量也在逐年增加，汽车尾气排放污染对环境造成了很大影响。因此大力开展节能减排技术研究和推广应用势在必行。目前混合动力轿车主要采用油电混流发动机、燃油喷射系统等几种方式进行能量回收利用工作（即通过机械传动装置实现内燃机与电动机的联动）;而传统汽油机优点在于可以有效地提高汽车行驶稳定性及降低废气排放量。

参考文献：

[1]山东大学学报：工业版，2002，32（6）.