问题

燃气轮机的乘用车使用前景如何?

回答
燃气轮机乘用车?这想法听起来够大胆,也够让人眼前一亮的。毕竟,我们平常接触到的汽车,肚子里跑的都是活塞式内燃机,要么就是电动马达。燃气轮机这东西,更多的是在飞机、舰船,还有发电厂里露面,用在咱们日常开的车上,确实是个稀罕事。

说实话,要把燃气轮机塞进一辆轿车里,这事儿可不是一天两就能搞定的,里面门道多着呢。我们得从几个方面掰开了聊聊,才能知道这玩意儿到底有没有“戏”。

1. 燃气轮机的“牛”在哪儿?

首先,咱们得看看燃气轮机这东西有什么独到的优点。

动力强劲,爆发力好: 燃气轮机就像个不知疲倦的涡轮增压器,转速高,输出的扭矩也很线性,能很快达到最大功率。你想想看,飞机起飞那种推背感,不少都是燃气轮机带来的。用在车上,起步加速、超车并线,肯定会爽翻天。
结构相对简单,运动部件少: 比起咱们熟悉的活塞式发动机,燃气轮机的核心部件就那么几个:压气机、燃烧室、涡轮。少了曲轴、连杆、凸轮轴这些复杂的玩意儿,理论上说,故障点会少一些,也更可靠。
运转平顺,噪音和震动小: 燃气轮机不像活塞机那样有活塞上下往复的冲击,它的转动是相对平稳的。这意味着车子开起来会非常安静,震动也会小到几乎感觉不到,舒适性会大大提升。
燃料适应性广: 燃气轮机不像活塞机那样挑剔燃料,汽油、柴油,甚至天然气、氢气,只要能燃烧,理论上都能用。这在能源多元化的今天,是个不错的优势。

2. “理想很丰满,现实很骨感”:燃气轮机上车的挑战

光有优点可不行,燃气轮机要真想走进咱们寻常百姓家,那可得迈过好几道坎。

极高的起转速和巨大的“涡轮迟滞”: 这是最让人头疼的问题。燃气轮机要运转起来,必须达到一个很高的转速,才能开始输出有效的功率。这就好比一个巨型风扇,你不猛吹它,它根本转不动。咱们开车,特别是低速行驶、起步时,需要的是随踩随到的动力响应,燃气轮机的“涡轮迟滞”在这里就成了大问题。早期的燃气轮机汽车,就好比开着一个随时可能“睡着”的大家伙,起步的时候得耐心点。当然,现在技术也在进步,用混合动力系统来解决这个问题,比如用电池驱动电机来辅助起步,或者用双涡轮来改善响应,但彻底解决起来,难度还是很大。
极高的排气温度和热效率的瓶颈: 燃气轮机燃烧的温度非常高,输出的废气也是热得烫手。这就意味着,它需要一套非常复杂的、能够承受高温的排气系统和冷却系统。而且,虽然燃气轮机在高功率输出时效率不错,但在低负荷、低转速运行时,它的热效率会大幅下降,甚至不如一些高效的活塞机。这对于日常通勤,经常在城市里走走停停的情况来说,油耗会是个大问题。
体积和重量的制约: 尽管结构相对简单,但燃气轮机本身,以及配套的燃烧室、涡轮、冷却、排气系统,加上传动系统,整体的体积和重量都不小。要塞进一辆小巧的乘用车里,对空间设计是个巨大的考验。而且,更大的体积和重量,意味着更高的油耗和更差的操控性,这不是我们想要的。
启动和熄火的复杂性: 燃气轮机不像活塞机那样,一按钥匙就能启动,一熄火就停。它需要一个预热和冷却的过程,启动起来可能需要几十秒甚至几分钟,熄火后也需要一段时间的冷却。这对于追求即时响应的现代汽车用户来说,是难以接受的。
成本问题: 燃气轮机的制造需要用到大量的耐高温合金和精密加工技术,这使得它的制造成本非常高昂。就算是小型化的燃气轮机,价格也可能比同级别的活塞机高出不少,这会直接影响到车辆的售价,阻碍其普及。
噪音和污染问题(早期): 虽然现代燃气轮机的噪音和震动控制已经很好了,但在早期,排放的噪音可能比活塞机还要大。而且,燃烧方式的不同,也可能带来一些特殊的排放物,需要额外的处理。

3. 曾经的尝试与未来的方向:谁在摸索?

大家可能不知道,燃气轮机用在汽车上,并不是一个全新的想法。早在上世纪60、70年代,就有不少汽车厂商尝试过。

克莱斯勒(Chrysler): 这家公司是燃气轮机汽车的“狂热爱好者”。他们曾经推出过几款原型车,比如 Chrysler Turbine Car,还曾经在80年代推出了 Dodge Turbo Interceptor。这些车都给人们留下了深刻的印象,也积累了不少经验,但最终因为技术、成本和市场原因,没能真正量产。
通用汽车(General Motors): 通用汽车在燃气轮机领域也有涉猎,他们曾经在一些概念车上搭载过燃气轮机,也进行过相关的研究。

那么,现在还有机会吗?

其实,燃气轮机的潜力还是被很多人看好的,只是我们不能把它当成一个纯粹的“替代品”来对待。更现实的路径,可能是将燃气轮机作为 混合动力系统中的一个组成部分。

增程器(Range Extender): 燃气轮机可以作为一个高效的、小巧的“发电机”,在需要时启动,为电池充电,为电动机提供动力。这样,就可以利用燃气轮机在最佳工况下工作的优势,同时克服低负荷效率低的缺点,并且能够使用更广泛的燃料。这种模式,就像现在一些增程式电动车里的发动机一样,只不过把活塞机换成了燃气轮机。
分布式能源: 燃气轮机还可以用在一些特殊的车辆上,比如需要大功率输出、但又对续航里程要求极高的特种车辆,或者作为车辆的辅助动力单元。

4. 总结一下,前景到底在哪儿?

总的来说,燃气轮机乘用车 想要成为主流,并且完全取代传统的活塞机或纯电动,目前来看可能性非常渺茫。 它的技术壁垒、成本、响应速度等问题,都还需要漫长的研发和改进过程。

但是,把它看作是 未来汽车技术的一个有力补充,或者一种非常有潜力的“小众解决方案”,那倒是值得期待的。

如果能解决好“涡轮迟滞”和低负荷效率的问题,并且大幅降低成本,或许能在高性能跑车、豪华轿车等追求极致平顺和独特体验的细分市场找到一席之地。
作为混合动力系统的增程器,这可能是最现实、也最有前景的应用方向。 它可以解决纯电动汽车的续航焦虑,同时也能利用燃气轮机的优势,提供更清洁、更安静的动力来源。

我们可以想象一下,未来的某一天,你会开着一辆车,启动时悄无声息,行驶时平顺如水,加速时动力源源不断,而它的“心脏”却是一个小巧玲珑、安静高效的燃气轮机。这个画面,充满了科技感和未来感,也正是吸引着无数工程师和创新者去不断探索的动力。

所以,燃气轮机乘用车,它不是一蹴而就的“未来”,更像是一个等待被唤醒的“潜力股”,它的前景,取决于我们能否克服重重困难,将它的优点最大化,将它的缺点最小化。

网友意见

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说个铁路上的“成熟”案例。

通用电气(GE)美国机车公司(ALCO)在50年代给联合太平洋(UP)捣鼓燃气轮上火车,捣鼓到1958年,换了三次方案,终于弄出个成熟型号商用,即GETL 8500hp。

这玩意是三节车,其中前两节有动力,动轴,或者按汽车的说法,动力桥有12个,总动力8500马力。

第一节带司机室的头车是常规柴油电力机车,在车辆空载转线时启用。柴油机动力2200马力。

第二节是一个8500马力的燃气轮发电机组,在牵引重载货运列车时候才会工作,而同时第一节车的柴油机熄火,所以虽然理论上有10700马力的动力储备,但是实际最大只有8500马力可用。

第三节是油罐车,专门负责储存第二节需要的Bunker C级燃料。这种燃料黏糊糊的,流动性看起来有点类似糖浆,至少比沥青强。

第二节车的燃气轮机额定转速4680rpm,由此产生及其巨大的噪音,被他们自己人称为“big blow”,个人认为可以翻译成大爆炸。其第二节车尾部的尾气喷射口,据说尾气喷出速度达到150mph,即每小时241.35公里。

这车一共制造了26组,没用几年进入60年代就因为燃料价格飙升的问题弃用,即使土豪如UP也没太多的钱来喂饱这玩意。问题主要出在当时石化技术的进步,Bunker C这种重油应该是可以氢化裂解为中短链碳氢化合物,从而变成气体烃类或者汽柴油,而不是以前仅作为原油炼制的副产物当成一般废料直接烧。

目前还在折腾燃气轮机上车还有毛子,不过毛子折腾到现在也只是用天然气,仅一台试验车,距离量产应该挺遥远的吧。

燃气轮最大的问题是噪音以及低空载经济性不佳,所以不太适合放在陆地移动载具上,然后还有尾气的问题。

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