 空氣供給：古澤拉的設(shè)計(jì)是用一個(gè)非常小但能提供足夠巡航速度的750毫升的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)取代了一個(gè)2升的發(fā)動(dòng)機(jī)。 來源：利諾•古澤拉（Lino Guzzella） |
傳統(tǒng)的油電混合動(dòng)力車使用電池來儲(chǔ)存在制動(dòng)過程中回收到的能量，否則這些能量會(huì)以熱能的形式被浪費(fèi)。接著這些能量可用來驅(qū)動(dòng)輔助汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)。但是高昂的電池成本和附加成本——包括電動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)兩種驅(qū)動(dòng)裝置——使得這種混合動(dòng)力車售價(jià)昂貴。這就減緩了大眾對(duì)其的接受程度，并限制了它們?cè)跍p少車輛溫室氣體排放中所起的作用。
瑞士研究所的機(jī)械工程教授利諾•古澤拉（Lino Guzzella）正在開發(fā)一種不需要電池或者電動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力車。相反，它通過用發(fā)動(dòng)機(jī)活塞壓縮空氣來儲(chǔ)存能量。之后這些空氣被釋放以推動(dòng)活塞，并驅(qū)動(dòng)車輛。古澤拉說，這個(gè)系統(tǒng)只比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)增加了20%的成本，而混合動(dòng)力電動(dòng)車所需的額外組件需增加200%的成本。他說，計(jì)算機(jī)模擬顯示，此設(shè)計(jì)可以減少32%的燃油消耗，大約是油電混合動(dòng)力車節(jié)省燃油的80%。初始實(shí)驗(yàn)表明，該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)。
空氣(或者叫氣動(dòng))混合動(dòng)力的整體概念并不是全新的，但要使其高效面臨很大的挑戰(zhàn)。麻省理工學(xué)院機(jī)械工程教授約翰•海伍德（John Heywood）一直致力于空氣混合動(dòng)力研究，他說：“在流動(dòng)的空氣中把（能量）損耗保持在一個(gè)足夠小的數(shù)值，這看上去很有吸引力，但實(shí)現(xiàn)起來非常困難。”而且，弗吉尼亞理工大學(xué)（Virginia Tech）的機(jī)械工程教授道格•納爾遜（Doug Nelson）說，壓縮空氣罐儲(chǔ)存的能量遠(yuǎn)小于電池儲(chǔ)存的能量，這嚴(yán)重制約了在典型的空氣混合動(dòng)力設(shè)計(jì)中的燃料節(jié)約。這是完全使用壓縮空氣的車輛設(shè)計(jì)存在的一個(gè)主要缺陷。
古澤拉的新式空氣混合動(dòng)力設(shè)計(jì)使用先進(jìn)的控制系統(tǒng)更精確地控制空氣的流動(dòng)，提高了整體效率。為了解決存儲(chǔ)容量的限制問題，這項(xiàng)設(shè)計(jì)與其他混合動(dòng)力車相比，較少地依賴于從制動(dòng)中獲取能量，而更多地依賴于另一種途徑來節(jié)約能量：使用氣動(dòng)動(dòng)力來改善更小、更有效率的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
傳統(tǒng)車輛使用可以提供遠(yuǎn)大于車輛巡航所需能量的發(fā)動(dòng)機(jī)，剩余的能量被用來加速和維持很高的速度。但這些發(fā)動(dòng)機(jī)效率低，尤其是其在大部分時(shí)間里在遠(yuǎn)低于原定設(shè)計(jì)的負(fù)荷下運(yùn)行。
古澤拉的設(shè)計(jì)用一個(gè)能提供足夠續(xù)航速度的750毫升的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)取代了一個(gè)2升的發(fā)動(dòng)機(jī)。它使用壓縮空氣提供汽車加速所需的能量。密集的壓縮空氣提供的氧氣比通常情況下燃燒更多燃料所需的氧氣還多，這種技術(shù)被稱為增壓技術(shù)。
類似的方法已經(jīng)在某些量產(chǎn)汽車中使用了，其使用廢氣來推動(dòng)渦輪增壓器。但是渦輪增壓器有一個(gè)被稱為“渦輪遲滯”的問題——在油門減小和額外動(dòng)力補(bǔ)充之間存在一個(gè)明顯的延遲。該滯后的產(chǎn)生是因?yàn)闇u輪在渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)到足夠快的速度需要時(shí)間。古澤拉說，他的系統(tǒng)能即刻提供額外的動(dòng)力，所以不會(huì)出現(xiàn)這樣的延遲。密西根大學(xué)機(jī)械工程教授卓然•菲利匹（Zoran Filipi）沒有參與這項(xiàng)研究，他說，這將使這項(xiàng)技術(shù)更吸引消費(fèi)者。
古澤拉的系統(tǒng)有80%的效能來自于小發(fā)動(dòng)機(jī)的使用，其余的來自于從制動(dòng)中獲得的能量，并用于加速——在短距離內(nèi)，無需使用燃料，只用壓縮空氣就可以驅(qū)動(dòng)汽車。通過調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷——要么通過活塞壓縮空氣來增加負(fù)荷，要么用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)活塞來減小負(fù)荷——使其在最佳效率的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)也能節(jié)省燃料。最后，壓縮空氣還可以用來重啟發(fā)動(dòng)機(jī)，這使得在任何時(shí)候停車時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)變得現(xiàn)實(shí)可行，而不是怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。
古澤拉對(duì)效率和性能的結(jié)論來自于計(jì)算機(jī)模型，但他也已經(jīng)在一臺(tái)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)上演示了設(shè)計(jì)中的基本組成部分。這個(gè)測(cè)試裝置使用壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)活塞，提供增壓并啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。接下來要做的就是優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)，力圖使其達(dá)到計(jì)算機(jī)模型所預(yù)測(cè)的效率。
 空氣動(dòng)力：一臺(tái)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)演示了可以通過壓縮空氣儲(chǔ)存能量的全新設(shè)計(jì)，然后用那些空氣來幫助驅(qū)動(dòng)汽車。從發(fā)動(dòng)機(jī)引出來的兩根管道把壓縮空氣輸入和輸出儲(chǔ)氣罐。 來源：利諾•古澤拉 |
但是古澤拉的混合動(dòng)力概念將面臨來自于其他計(jì)劃改進(jìn)燃油效率的技術(shù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。
伊利諾斯州芝加哥市的阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）能源系統(tǒng)部研究員邁克爾•多巴（Michael Duoba）說，渦輪增壓器變得越來越好，而其他的新技術(shù)也顯示了解決渦輪增壓機(jī)遲滯問題的希望。他還表示，最重要的不是一項(xiàng)技術(shù)的性能，而是這項(xiàng)技術(shù)如何與現(xiàn)有的技術(shù)——比如直接噴射和改進(jìn)變速箱——結(jié)合以更好地提高效率。
但多巴注意到古澤拉的系統(tǒng)有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。它只需極少的附加設(shè)備——僅僅是一個(gè)用于控制壓縮空氣和空氣罐的額外的控制閥門?，F(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)可以完成余下的工作。他說，任何時(shí)候你能讓相同的設(shè)備做更多的事，“這就是一件好事。”
