在刚过去不久的日内瓦车展上,中国一家名为泰克鲁斯·腾风的初创企业推出了一款概念超跑。最大功率1044匹马力,峰值扭矩8640N·m,百公里加速2.5s,最大时速可达350km/h,账面数据足以媲美布加迪威龙,而且续航里程竟然达到了夸张的2000km,是因为油箱大吗?不,该车理论油耗仅为百公里0.18L。
让我们来看看,这台车到底是什么黑科技。
泰克鲁斯·腾风推出的这款概念车属于增程式电动车,普通增程式电动车的增程系统一般由发动机、电动机、电池以及一些附属系统等组成。当电池电量充足的时候,由电池提供电能驱动电机,此时发动机不工作。当电量消耗到一定程度之后,发动机启动,开始对电池充电,电池继续提供电能驱动电机。然而和普通增程式电动车最不同的地方就是,该车没有选用常规的活塞式发动机,而是搭载了一台微型燃气涡轮发动机。那我们就从这个燃气轮机说起。
相信活塞式发动机大家都不会陌生,其做功过程需要将活塞往复的直线运动转换为旋转运动。实际过程弯弯折折,这中间每一个转弯,都会产生一个复杂的效率损失。即使是汽车上顶级的V12发动机,其做功过程也是片断式的。
而对比燃气轮机,直接输出的就是旋转运动,输出要比活塞往返运动平顺的多。同时也省下了曲轴、活塞、连杆、配重和飞轮等等这些部件,也没有凸轮轴,没有进气歧管这些配气正时部件,在工作的时候,可以依靠流过自身的空气达到冷却目的,不需要复杂的冷却机构。从这种角度上来说,燃气轮机的结构要比活塞式发动机简单的多,因此也更容易维护。
并且燃气轮机还不挑食,汽油、柴油、煤油,甚至金龙鱼和香奈儿五号,统统可以成为它的燃料。
其实单纯的比较燃气轮机和活塞发动机的话,相对来说,前者的热效率会比较低。现在即使技术较为成熟的微型燃气轮机的热效率一般也就是32%左右。不过,燃气轮机的排气热量可以用作其他用途,比如热电联供。运用在汽车上,这部分热量可以在冬天给驾驶舱加热,还可以作为朗肯循环(Rankine cycle,将热能转化为功产生电力的循环)的热能供应,产生更多的电能。热电联供后,微型燃气轮机的发电综合热效率是要远远高于活塞式内燃机的,这也是它不断出现在汽车上的原因之一。
1950年,英国罗孚汽车造出了第一辆燃气涡轮驱动的汽车——JET1,从静止加速到97km/h花费了14s,最高时速150km/h,此时的燃气轮机转速在50000rpm左右。
克莱斯勒也曾经在这一项目上花了重金,造出了55台ChryslerTurbine Car。甚至还有50台给到公众手里试驾了一年多,最终这些车被克莱斯勒收回销毁,留下了9辆作纪念。
导致这些车流产的原因是众多的,比如噪声,倒不是因为分贝太高,而是燃气轮机工作时的声音很像一台大真空吸尘器,让很多人难以接受。还有维修售后不便,成本过高,寿命难以保障,然而最致命可能就是燃油效率,虽然燃气轮机在稳定的全功率输出情况下,效率是很高的,但汽车在使用中经常属于走走停停的状态,所以油耗难以让人接受。最终克莱斯勒不得不放弃了Turbine Car。然而燃气轮机在坦克上却有成功的例子,比如前苏联的T-80和美国的M1A2,有兴趣的朋友,可以去了解一下。
虽然克莱斯勒的Turbine Car倒下了,但是把燃气轮机运用到汽车上的探索并没有停止,克莱斯勒的失败,也提供了相当宝贵的经验,那就是,直接用燃气轮机驱动汽车是不太合适的。所以汽车厂商们也开始转换思路,并不直接用它来驱动,而是尝试运用在混合动力之上,在前文中我们也提到了,燃气轮机在全功率工作下的效率还是很高的。
从原理上来讲,就是用燃气轮机发电,再由电力驱动汽车。这样一来,燃气轮机跟汽车很多矛盾的地方就会解决,因为在燃气轮机只需要给电池充电,燃气轮机启动之后可以一直保持最高效率的转速区间,极大的提高了效率。而且在任何情况下,该燃气轮机都不会直接参与动力输出,从而可以一直保持在最高效率区间,而这台车夸张的油耗也是由此而来。说白了,就是车载了一个小发电厂,这个“发电厂”的功率只有36kW。但它搭载的6台电动机,却可以输出768kW的功率,最大扭矩达到了恐怖的8640N·m。
在这里要跟大家说明的一点是,泰克鲁斯·腾风上的发电机是被集成到了这个微型燃气轮机上的。从结构上来说,发电机位于进气道中间。发电机、压缩器与涡轮全部连在同一根轴上,当排气推动涡轮转动时,涡轮的转动会带动同轴的压缩器与发电机运转。发电机上输出的就是高频交流电,根据负载设备的情况接入不同的转换器。
这样说起来虽然很简单,但要克服的技术难题还是非常多的,我国无论是冶金学还是材料学,在核心技术上跟欧美比,一直处于下风。但这次,这家中国公司也是有备而来,泰克鲁斯的董事长靳新中表示,目前公司已经申报了7项核心专利技术,其中4项获得了认可。在发动机核心技术上,在于航天科工进行联合研发与合作。此外,泰克鲁斯也有自己的看家本领,比如,空气轴承相关的专利技术,在空气轴承中除了压缩空气外,还有磁场支撑,听起来很高大上对不对。还有自己的电池管理系统(BMS)。
泰克鲁斯在被世人所知的时候,背后的母公司也被人挖了出来,其母公司为至玥腾风科技投资有限公司,成立于2011年,有四大业务板块:航空动力增程式汽车、特种纤维、可再生能源与航天军工。