新式增程器(二):微型燃气涡轮发动机的轿车生涯

  • 发表于: 2015/07/17 05:18:45 来源:车云网

尽管优势众多,但以微型燃气涡轮发动机为増程器的概念车不过一掌之数,且都停留在了纯概念阶段。

上回咱们说到了微型燃气涡轮发动机,因为其高效率、低维护成本、结构简单等等原因,正在被作为下一代纯电动车的增程设备而进行研究着。之前WrightSpeed的卡车项目就是一个应用实例。

不过,我们也知道,在卡车上的应用与在乘用车上的应用必然不可同日而语。且不说技术上的攻关项目,单从对成本与尺寸的兼容性来说,卡车就要比乘用车大得多。正因为此,目前搭载微型燃气涡轮发动机的概念车,不过一掌之数。在这里,发动机的制造商与车企都有过尝试。

Capstone的数次实验

Capstone Turbine,美国顶石涡轮公司,也是Microturbine的商标注册人。这家公司成立于1988年,产品就是微型燃气涡轮发动机,目前主要有六款产品,输出功率从30千瓦到1兆瓦不等,1兆瓦的C1000还能够彼此组合,最多可以30个串联起来进行作为动力来源。

Capstone的总裁兼CEO Darren Jamison曾表示,Capstone从成立之初,就希望能够把微型燃气涡轮发动机应用到混合动力车辆之上。不过在20多年之前,电驱动技术还并不成熟,因而Capstone才把重点放在了相对成熟的能源市场。

2007年,参加Automotive X-Prize的一支名为Velozzi的队伍,设计了一款同名的混动超跑,就提到了会用Capstone的微型燃气涡轮发动机。在这之后,这支队伍还成立了一家创业公司,希望能够将这项技术发扬光大,并且对所有制造商开放专利。


Velozzi Supercar(上)与Solo(下)

可惜的是,尽管豪言壮志,且在三年之后Velozzi公布了具体的造车计划。在这辆混动超跑Supercar之外,还有一辆名为Solo的SUV,但到现在为止,Velozzi的官网上依然还挂着正在寻求第二轮融资、投入进行车辆制造阶段,而不论是Supercar,还是Solo,官网上也仍然只有渲染图挂出。

导致这个结果的原因很多,并不独于微型燃气涡轮发动机的技术、混合动力技术、亦或是一家初创企业的生存之道。但是这个时间,Capstone却认为是刚好合适的。彼时,混合动力已经登上舞台并且引起了重视。

在2009年的洛杉矶车展上,Capstone展出以一辆名为CMT-380的概念车,搭载了一台微型燃气涡轮发动机C30(30千瓦)作为増程器。CMT-380能够在3.9秒时间内完成百公里加速,最高车速240公里/时,纯电行程里程130公里左右。当电池电量降低到某一限定值时,C30启动,开始给电池充电,最大续航里程可以达到800公里。


Capstone CMT-380

当然,作为一家零部件厂商,Capstone并没有造车计划。之所以推出CMT-380,只是用来给汽车制造商们展现这一技术的可能性与应用潜力,希望以此引起车企们或者投资人的兴趣。彼时,Capstone已经完成了这辆车的首件验证测试,CMT-380也会根据情况限量生产。

新式增程器(二):微型燃气涡轮发动机的汽车生涯
Langford Whisper

基本同一时间段,英国的一家为名Langford的工程公司同样以C30为基础,将福特的S-Max改装成为一辆混动车,名为Whisper。Langford与Capstone目的类似,只不过展示的是自家的工程设计能力。

二十年里的两次成果

通用在1996-1999年间生产的EV-1想必为很多人熟知,但估计很少人知道,EV-1就有一个混动版本,用的是微型燃气涡轮发动机。


EV-1混合动力车型

EV-1的这系列原型车使用的是Williams International提供的微型燃气涡轮发动机作为増程器,当电池电量下降到40%之后则启动给电池充电,输出功率在40千瓦,重量100千克,最终的续航里程能够达到630公里。

捷豹则是在2010年发布了C-X75概念车。同样是一辆混动跑车,C-X75使用了两台来自英国制造商Bladon Jets的微型燃气涡轮发动机,每台发动机的功率为70千瓦,重量仅为35千克,另外有四台145千瓦的电机分别驱动四个车轮。


捷豹C-X75概念车

与前面几款车不同的是,这两台发动机并不仅仅能够独立或者联合给电池充电,还能在牵引模式下,与电机协同工作,增加额外的驱动力。

C-X75的纯电动里程是110公里,最高车速能够达到330公里/时,百公里加速时间在3.4秒左右,据捷豹官方数字,在欧洲的测试循环下,车辆的二氧化碳排放为28克/公里。中置的两台微型燃气涡轮发动机能够将车辆的续航里程增加到900公里。

为何迟迟没有商业化?

2012年,Langford依然在对Whisper进行测试。但是在此之后,就很难找到与微型燃气涡轮发动机相关的混合动力车的消息。这几款概念车也只剩下了一点点概念,至今很难被人想起。

上篇文章中提到,之所以微型燃气涡轮发动机受到青睐,其原因在于相比于活塞式发动机,这种发动机并不受到燃料种类的限制,如同混合动力一样,在能源转型阶段,能够具有灵活性和很好的适应性,且动部件少结构简单维护成本低,不需要润滑和散热系统。虽然单独考校热效率上并没有领先多少,但是排放却比活塞式发动机更低。

但是这些优点仅仅只是解决技术上的难题,要想真的商业化,首当其冲要解决的,就是成本问题。

据Capstone表示,一台30千瓦的C30,成本在2万欧元(约合13.5万人民币),如果能够大批量生产再与OEM进行合作的话,有望将其降低到1千欧元左右(约合6750元人民币)。但是这个大批量生产,却并非说说就可以做到。作为一项新技术新产品,从小批量到大批量需得填入的不仅仅是生产制造上的资金,还有大批量之后,产品的性能是否符合需求的问题。

如果再具体问题具体分析的话,微型燃气涡轮发动机为什么成本高呢?最简单的,涡轮发动机的排气温度远高于活塞式发动机,涡轮转速很高,基本上在8万-10万转之间,对于材料的耐热性、可靠性及寿命就提出了很高要求。因而尽管结构较活塞式发动机要简单很多,但是成本却会更高。

当然,微型燃气涡轮发动机在技术上也并非尽善尽美了,比如说涡轮发动机的天生劣势——噪声问题以及燃烧效率问题等等。

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