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你把可燃冰当新能源的解药?殊不知它却是活塞发动机的毒药!

车云  · 公众号  · 汽车  · 2017-06-06 19:28

正文

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“我从来都知道正途是哪条,但我从来不走,因为太TM艰难了”——《闻香识女人》


中国有句古话,叫一物降一物。当我们数日前沉浸在首次实现了可燃冰的持续性开采,并期待它成为我们下一个替代能源时,殊不知,可燃冰里最被我们看重的甲烷,对我们正在使用的活塞式发动机是一剂攻心的慢性毒药。



事实上,在寻找新能源的道路上,人们总是希望能在现有基础的条件下,尽量少做改变去找到一个可替代解决方案,以达到成本最低。但就像电影《闻香识女人》里史法兰上校说的那样:


“我从来都知道正途是哪条,但我从来不走,因为(坚持正途)太TM难了。”


在眼下寻找新能源还没看到曙光之际,我们不妨借可燃冰之机,思考一下自己是不是对新能源的期待过于理想化,进而转换思路,从自身入手,从能源转换工具的角度入手,思考如何更高效的利用现有能源,而不是徒劳地寻求一种天设地造的“新能源”。


采用涡轮轴发动机的泰克鲁斯概念车


为了解决可燃冰带来的疑问,车云菌特地带着问题采访了泰克鲁斯的CTO靳普先生,作为一个把涡轮轴发动机再一次装进汽车,且创造了惊人性能数据的新晋品牌,靳普口中的泰克鲁斯,或许对车用天然气有更深刻的看法。


能源无所谓“新”与“旧”


“能源的实质就是化学键,当你打破这个化学键,它就能释放出能量。所以说无论能源是储存在天然气、氢气、煤炭、汽油还是柴油里面,它只是物质的一个形态,一个能量的载体。我们最终需要的都是这个物质里面化学键的能量。”

——靳普


那为什么人们对各种各样的能源有了选择呢,这是因为受到转化能量的场景、条件和工具(称为热力学机械或发动机)的限制,我们对利用能源的喜好和效率有了认识。


天然气是活塞式发动机的慢性毒药


可燃冰最让人感到兴奋的一点,就是其中蕴含的甲烷可以像汽油一样燃烧,如果说同样以甲烷为主要组成部分的天然气在这一点上跟可燃冰具有相同性质的话,那么数年前被叫停的汽车“油改气”项目,足以证明把可燃冰中的甲烷继续放在眼下的汽车当中做燃料,就是开历史的倒车,必然要失败的。



因为,天然气对眼下我们使用的活塞式发动机来说,是一剂攻心的慢性毒药。


众所周知,活塞式发动机是个非常娇气的东西,譬如说标定加98汽油的发动机如果加92的油,发动机性能就会受到很大影响,如果是我烧汽油的发动机加了柴油,那这个发动机可能就报废了,所以活塞式发动机对燃料的物理特性和化学特性要求较高。


之前给汽车动过“油改气”的司机都知道,汽车使用天然气作为燃料后,动力特别肉,这个问题的 核心原因就在于天然气“降低了”活塞发动机的压缩比。


当活塞发动机使用汽油燃料的时候,汽油喷到气缸内会占用一定的空间,实际上汽油占据的这部分空间是发动机设计之初就预留好的,现在当你喷天然气进去的时候,你发现这个气态燃料的体积比汽油大了许多许多倍,这相当于改变了你的发动机的压缩比,所以你的活塞发动机就处于一个非正常的压缩比之下,工况也不能达到最理想的状态,这就导致了汽车“油改气”之后,动力减弱,发动机大修周期缩短,相当于给发动机“减寿”。



此外,很多出租车后边带一个80L的气罐,在20mPa的压力下,这个气罐也就装18~20立方米的压缩天然气,这些天然气的热值等效于20L汽油,所以说“油改气”之后,车辆的续航里程也缩短了,因为油箱只有20L了。


可能有人会说,那我把天然气加高压,然后降温,变成液化天然气,不就增加了天然气的携带量了?事实上,这样做也得不偿失,这有几个原因:


1、使用液化天然气带来的最大的问题是你要把它保持在一个绝热的环境下,不能让它有热交换,否则它一旦从周围环境里面摄取热量,它就会升温变成天然气了;但是燃烧天然气的时候,你还需要给它快速气化,因为你不能把液化天然气直接泵到发动机里去烧。


因此,在一个使用液化天然气的车上,你要装换热器,装控制阀,安全阀,各种传感器和检测系统,然后罐子还要做绝热处理,比如夹层抽真空,加泡沫或者气凝胶等绝热层,总之来讲,这一套系统比较复杂,对技术要求高,成本也高。


2、其次,使用液化天然气真正解决不了的问题,是你无法绝对保证燃料系统对外绝热,总是会有一些液化天然气变成气态,这就导致储气罐的内部压力越来越大。但你不能让这个压力无限制地大下去,如果车辆在行驶的时候,这个问题还好解决,你直接把这部分气用掉就可以了。但如果车辆处于闲置状态,解决办法就是向外放掉一些气。


如果说有10台使用液化天然气的车停在地下车库,每一台车动不动放点天然气到周围环境中,假如这个地下车库的通风条件不好的话,等到被放掉的天然气在这个空间里达到一定浓度,就很容易引发爆炸。


所以, 给活塞式发动机使用天然气做燃料,无论是从发动机工况角度还是燃料携带和保存的可行性方面,都存在很多的问题。那么,如果真想使用可燃冰中的甲烷、或者干脆使用天然气作为燃料,那就只能另辟蹊径,专门设计一款燃烧天然气的发动机来解决能量转化中的问题。


对症下药:不挑食的涡轮轴发动机







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