愛伊米

風力可以發電|汽車排氣能不能用於發電呢?

問:

油電混合汽車在混動模式中,或燃油車正常行駛中,能否利用發動機的排氣驅動“風電機”發電?

這是位汽車愛好者提出的問題,很有意思但並沒有實踐與測試的價值;汽車的排氣壓力很高,以2。0T的發動機為參考,四衝程機曲軸每轉兩圈做功一次、同時也會排氣一次;在中等轉速區間內每次做功的排氣量是0。5L,那麼每分鐘3000轉就是每分鐘共計排氣0。5×1500=750L,由此可見排氣量究竟有多大和排氣壓力究竟有多高。

其實都不用這麼思考問題,增壓器的渦輪是不是能達到每分鐘超10萬轉(高標準)?增壓器的渦輪就是依靠排氣驅動,尾氣透過排氣歧管先進入增壓器的渦輪、驅動渦輪轉動之後再進入排氣系統;在壓力過高的時候還需要洩壓,旁通閥就是幹這個活的,壓力達到閾值後會開啟旁通閥讓部分氣流跳過渦輪直接進入增壓器!那麼用排氣壓力驅動發電機怎麼就不行了呢。

風力可以發電|汽車排氣能不能用於發電呢?

問題1·串聯不可行

在渦輪增壓發動機的基礎上串聯發電機理論上不可行,因為增壓器本身已經造成了排氣壓力的變化,如果在增壓器之後增加一組發電機,內燃機可能會無法正常執行。

排氣背壓不宜過高,排氣系統和內燃機的進氣系統實際是連通的;四衝程發動機的第四個排氣衝程中會有一個瞬間為“進氣門+排氣門”同時開啟,以排氣壓力提高進氣量。那麼排氣背壓過高則會造成進氣不暢的問題,說白了就是排氣系統“堵”了就吸不進氣,或只能吸入少量的空氣。近期有些合資車的GPF堵塞造成油耗飆升、動力下降等問題,原因正是GPF堵塞而造成排氣不暢;在增壓器之後串聯一個發電機會產生相同的效果,所以串聯發電機沒有意義。

風力可以發電|汽車排氣能不能用於發電呢?

可行方案是「整合或替代」。

其實整合發電機的增壓器早已經有了,其概念是增壓器中間體整合電機;這個電機有驅動的能力、也有發電的能力,發電機和驅動電機沒有本質上的區別。那麼這種增壓機就能夠實現低轉速區間透過電機帶動渦輪轉動實現增壓,也就是所謂的“電子渦輪”;在高轉速區間內透過調整渦輪的慣量、綜合增壓器慣量匹配到合理的標準,也就是不會讓阻力過大,這樣就能在滿足增壓效果、不影響排氣壓力的前提下實現即時發電。

然而這不就是“48V-MHEV”系統的另一個概念嗎?

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輕混系統是透過皮帶連線內燃機曲軸和BSG電機的帶輪,透過運轉的曲軸幫助BSG電機被動運轉發電;在起步加速時還能透過BSG電機輸出動力輔助加速,達到的效果實際與增壓器整合發電機相同,只是結構更簡單、完全不會影響排氣壓力,但還是會損耗一定量的功率,因為曲軸是發動機的動力輸出軸。

所以沒有必要在排氣系統上“動刀”,發電完全可以透過機械結構來實現;至於替代則是指發電機替代增壓器,然而這個方案貌似也不見得可行。

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問題2·替代方案和增程技術

如果用發電機完全替代增壓器、以氣流驅動發電機執行,那麼發電量就是說高不高、說低也足夠帶動驅動電機……這個發電量是挺誇張的。其標準已經不適合用於燃油車,因為這種車的電路系統只有個容量很小的12V電瓶,以原車1。0-1。5kw的發電機非額定功率執行也只要半個多小時就能充滿,用排氣系統上的發電機充電著實是浪費資源。

所以這套系統只適合用於混動汽車,也就是在內燃機的基礎上增壓驅動電機,發電機為動力電池組充電;然而這就沒有必要用排氣來發電了,直接用內燃機燃燒帶動BSG電機不是更好嘛,與其讓能量經過一次損耗的氣流驅動發電機、用少量的電驅動小功率驅動電機運轉,不如讓內燃機只用於發電、車輛完全依靠大功率電機驅動,這就是增程汽車。

風力可以發電|汽車排氣能不能用於發電呢?

電機的轉化效率高於內燃機2~3倍,讓內燃機驅動不如讓內燃機恆定轉速發電,雖然用油發電有一次損耗、用電驅動還有一次損耗,可是兩次損耗加在一起仍要比內燃機直驅驅動的損耗低得多。所以增程式汽車會很省油,內燃機最終只需要扮演增程器的角色;那麼在燃燒之後透過排氣驅動就顯然沒有直接做功驅動發電的損耗低了,貌似不論如何都沒有透過氣流發電的意義。

可以說內燃機的排氣只適合作為增壓器的動力,以增壓器改善燃燒狀態即可,“油+氣”是個傳統CP;一旦加入了電則是非傳統CP,電機的進入就不再需要內燃機扮演主要動力單元的角色了。

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