赴美访问EPA美国国家车辆与燃油排放实验室及Eaton公

1赴美访问EPA美国国家车辆与燃油排放实验室及Eaton公司液压分部小结清华大学朱家琏执笔编写2006年6月3日至13日，由科技部李昕、王成、中国汽车技术中心吴志新、清华大学朱家琏、北京理工大学林程、北京嘉捷博大公司朱小林、韩聚奎、毛京平胡盛龙等组成的代表团一行九人，赴美访问了EPA实验室及Eaton公司液压分等部门。为增进我国有关单位与美国EPA的交流合作，我国驻美使馆对这次访问十分重视，我使馆金矩公使、在华盛顿接见了代表团全体成员，在美访问期间陈霖豪科技参赞、王艳一秘除了带领代表团领导拜会了美政府EPA总部外，还亲自陪同代表团前往EPA在底特律的“美国国家车辆与燃油排放实验室”等处进行交流访问与参观实验室等活动。我驻美使馆陈霖豪科技参赞、王艳一秘及代表团全体成员与美方人员的合影。EPA的官员在向中方介绍他们研制的UPS串联液压混合动力车辆2Eaton公司是EPA液压混合动力项目的合作伙伴和技术转让接受者，图为该公司液压分部负责人在向中方介绍他们的技术中方人员在深入了解液压混合动力车辆的运行情况液压混合动力车辆上的主要液压部件布置情况一．EPA实验室介绍NVFEL是美国国家车辆与燃油排放实验室（NationalVehicleandFuelEmissionsLaboratory）的英文缩写。它是EPA交通与空气质量办公室(OfficeofTransportationandAirQuality缩写为OTAQ)的一个机构,实验室成立于1971年,位于密歇根州的AnnArbor。有400名雇员。负责执行控制机动车辆,发动机3和燃料空气污染的法律；以及提供机动车辆、大负荷发动机、非道路发动机项目等的测试。该实验室的主要使命：1、发展国家调整项目以减少与移动源相关的空气污染,包括轻型轿车和卡车,重型卡车和公共汽车，非道路发动机和车辆以及燃料。2、评估排放控制技术。3、提供州的和当地的空气质量标准仪和运输计划以及运输项目和自发项目的鉴定信息。4、测试车辆、发动机和燃料。5、决定联邦排放和燃料经济标准的符合性。6、研究开发有关减少污染与温室气体排放的汽车技术，如低NOx柴油发动机、替代燃料技术以及液压混合动力汽车技术等。测试包括：测试验证车辆和发动机是否达到联邦排放和燃料经济标准分析燃料和燃料添加剂以及排放物的成分测试使用中的发动机是否符合要求4二．液压混合动力车辆的研究（HydraulicHybridVehicle）OTAQ在液压混合动力车轮的研究方面在美国处于领先地位；开发费用从1994年至2006年美国政府与民间企业总共投入一亿六千五百万美元。EPA的液压混合动力项目的合作伙伴有：●EatonCorp.；●UPS；●InternationalTruckandEngineCorp.；●U.S.Army–NationalAutomotiveCenter；●Morgan-Olson主要技术支持由FEVEngineTechnologyInc.和SouthwestResearchInstitute提供。液压混合动力技术的基本原理是：车辆制动时，通过液压方式回收制动能量，并将其储存于液压蓄能器中，该能量在下一次加速或起动时用来推动车辆运动。OTAQ所开发的液压混合动力车辆有两种类型：轻度混合（并联系统）和全混合（串联系统）；并联系统，对传统车辆的改变不大，仅附加泵/马达、蓄能器、控制阀、电控单元等；串联混合所有的液压元件都集成为一个整体的传动系统。5并联混合系统串联混合系统6液压混合动力车辆所需基本元件三．液压混合动力车辆的制动能量回收效果上图给出了Calss6DeliveryTruck制动能量回收效果的典型数据，该车辆以0.1的减速度，从35mph制动到0mph时，车辆的动能有80％可被回收并存入蓄能器，在液压储能系统的效率为97％时，车辆动能的71％可被重新用来加速车辆。四．EPA的液压并联混合动力车轮7EPA的并联液压混合动力已实现了技术转移，现在Eaton公司已可提供“HLAHydraulicLaunchAssist”液压辅助起动系统。Eaton公司的“HLA”系统应用于垃圾收集车上，燃料经济性可改善17-28%。Eaton公司在液压混合动力驱动系统的研发上已五5年时间，至今共花了150人年工作量。Eaton公司的HLA系统五．EPA开发的二代泵/马达8六．EPA的串联系统串联系统的集成化后桥，它有一个主驱动，用于满足车辆基本行驶要求，另外还有一个辅助驱动，用于满足29.5%的爬坡度要求9串联系统在车辆底盘上的布置串联液压混合动力车辆经济性改善效果的各项数据据EPA介绍液压混合动力车辆的油耗，在城市循环工况下，可实现32mpg；在公路工况下为22mpg；但传统汽油汽车的城市工况下油耗为13mpg；公路工况下为20mpg。10七．EPA的几项专利㈠美国专利5495912Hybridpowertrainvehicle㈡美国专利6719080Hydraulichybridvehicle㈢美国专利6619325Hydraulichybridaccumulatorshut-offvalve八．应用情况液压混合动力车辆目前的主要应用领域是垃圾收集车，今后可能应用的车辆包括有：城市公共汽车、UPS送货车以及定期班车。该车装有串联液压混合驱动系统，今夏将在密歇根州作巡游11九．密歇根大学机械工程系对中型液压混合动力卡车能量管理策略优化的研究车型：International4700series,ClassVItruck总质量:7340kg发动机：柴油，V8,7.3L，157kW@2400rpm泵/马达：軸向柱塞，排量150ml/rev.蓄能器：FluidCapacity:50liters.MaximumGasVolume(SOC=0):100liters.12MinimumGasVolume(SOC=1):50liters.Pre-chargedPressure(SOC=0,at302K):125bar.MaximumPressure:≤360bar.●功率要求小于25kW，只用蓄能器能供油，由液压马达驱动。●功率在25～85kW之间，仅由发动机驱动。●功率超过25～85kW，液压马达辅助发动机驱动结论：以FederalUrbanDrivingSchedule(FUDS)工况作评价：.燃油经济性提高28～48％详见：“OptimizationOfPowerManagementStrategiesForaHydraulicHybirdMedinmTruck”十．EPA的清洁柴油燃烧技术与一些其它关键研究课题清洁柴油燃烧（CleanDieselCombustion－CDC）技术也是EPA一项专利技术，该技术可以满足未来EPA的柴油机的排放标准，InternationalTruck公司是这个项目与EPA的合作伙伴，通过这种合作将使联邦国家实验室研究成果转移到卡车与汽车工业市场；该技术是利用在汽缸控制氮氧化物NOx的产生，以减少并消除Nox的后处理，此项目的目标是发动机Nox的排放量低于0.2g/bhp-hr或0.2g/mi；这项技术是通过：燃油喷射、空气管理、涡轮增压以及燃烧等各项柴油机系统的创新改进来实现的。今年内EPA将把CDC发动机加装到液压混合动力车辆上，估计这两者结合在一起工作城市送货车的NOx可以减少90％，达到满足2010年柴油机排放标准要求，由于这种发动机不需要在排气系统中装NOx的后处理装置，因此在满足2010年柴油机排放标准要求时，成本方面具有优势，EPA液压混合动力与CDC发动机结合，对于送货车应用在起停频繁的城市工况下，假定一年行驶2万5千英里、每加仑燃油2美元，则每年可节省2500美元燃油费。昀初的CDC微型货车（minivan）试验结果(排放物g/mi)发动机试验工况mpgHCCONOxPMFTPcity320.050.100.80.028FTPhwy490.010.020.70.027普通US06320.010.031.80.069Tier2Bin5–0.0184.200.070.010FTPcity300.231.120.060.001FTPhwy470.100.180.050.0004CDCUS06260.200.070.140.008CDC柴油机装在微型货车上的试验对比数据13EPA的CDC柴油机EPA一些其他关键研究课题●机动车辆排放的污染物与温室气体控制；●道路车辆的燃油经济性、排放标准、法规制定、新车论证、在用车检测等；●非道路车辆、设备、发动机（内燃机车、船舶、农业机械、建筑机械、娱乐车辆、园艺机械等）的排放标准、法规制定、论证与检验；●道路与非道路车辆柴油发动机改善其排放的各种改进项目；●各种燃料与燃料添加剂的质量控制要求与对健康影响的试验；●道路和非道路车辆排放评估模型、排放物的测量方法、试验与研究；●鼓励在车辆上应用燃料电池的各种项目。十一．对美国能源部所属阿港实验室（ArgonneNationalLaboratory）的访问考察对阿港试验室主要考察访问了其中”ArgonneNationalLaboratory'stransportationR&DCenter”与“TheAdvancedPhotonSource(APS)”两大部门；㈠“ArgonneNationalLaboratory'stransportationR&DCenter“研究的项目覆盖了先进车辆技术的各个方面，包括：先进电池、替代燃料、发动机与排放、混合动力车辆、燃料电池、计算机建模与软件开发、新材料与新制造方法、传感器、再生工程等。14（a）（b）（c）阿港运输研发中心的排放实验室在车辆进行排放测试前，被试车辆均要在图（a）所示的室内存放一段时间，然后进入图（c）试验间，为保证排放试验结果的精确，进入试验间（c）的空气经过预先处理，空气质量要达到规定的要求。图（c）为正在对丰田的混合动力车Prius做进行试验前的准备工作。阿港的技术人员正在开发并试验各种混合动力车辆及其部件，以验证各种技术和结构、发动机控制策略等对排放和燃料经济性的影响。由于开发混合动力车辆和燃料电池时，有许多结构方案可选，为了能有一种能对各种方案进行精确的仿真计算，阿港与Ford、GM、DaimlerChrysler等合作开发了“动力传动系统分析工具包－PAST（PowertrainSystemAnalysisToolkit－PSAT）“，这种前向模型可模拟车辆的燃料经济性、排放与考虑瞬态品质与控制系统特性等实际状态下的车辆性能，PSAT对传统车辆、纯电动车辆、燃料电池车辆、串联混合动力、并联混合动力以及功率分流混合动力车辆都能进行仿真。这次访问中，中国汽车技术中心作为该软件的中国代理与阿港已达成协议。清华大学也在这次访问中，向他们购买了一套PSAT软件。阿港也将于今年9月派人来华进行该软件的使用培训。阿港采用硬件在环仿真技术（HIL），来模拟车辆现实工作环境下，评价实际元件、控制策略和新的技术，利用这种技术可以快速、低成本的完成系统级别的试验，在国内清华大学虽然已开展这方面的研究并建立了响应的实验室，但在这个领域仍有与阿港交流合作的必要。15㈡阿港的TheAdvancedPhotonSource(APS)为全美几乎所有科学学科研究提供了昀杰出的X光柱。照片的背景是APS大厅内部情况APS全景ASP加速系统的平面布置16●APS的建造始于1990年春●APS的建造花掉了四亿六千七百万美元●APS于1995年秋开始投入研究工作●APS的每年工作预算为九千万美元●在APS工作的同仁有大约450人●APS实验大厅外径达436m●APS实验大厅钢结构用掉5800t钢材●APS实验大厅用掉的电线达600,000m访问期间”ArgonneNationalLaboratory'stransportationR&DCenter”的研究人员向我们介绍并展示他们利用APS来研究柴油机喷油嘴的结构对油雾微观状态的影响，以改进柴油机的排放和油耗。十二．关于对拉斯维加斯荒漠中干旱高温环