為什麼沒有汽車使用燃氣渦輪發動機？

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不是渦輪增壓的那個渦輪。按照現有材料技術，燃氣渦輪機已經可以做到茶杯大小了吧，那為什麼沒有車廠用燃氣渦輪機取代活塞發動機？
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根據樓下提醒，放寬條件，單純作為混合動力車的發電機呢？

@無往的答案說了不少歷史和現車

這個答案主要從燃氣輪機天然特性上說下為什麼不適合裝車

實際上如果對象是車和船的話,目前燃氣輪機的主要競爭對手就是內燃機,包括汽油機和柴油機,那麼下面就說下柴油機相對內燃機的優缺點.

燃氣輪機的最核心優勢，就是功率密度高，也即是達到同樣的峰值輸出，可以比內燃機做到小得多的體積和重量。

其次是如果同樣在峰值輸出功率上，其噪音水平要比可比的內燃機小很多，並且音色明顯不同。

再次結構相對簡單，且對燃料的寬容程度遠高於內燃機。基本上只要是能燃燒放熱的液體燃料都可以燒。

除此之外基本就是劣勢了：

首先是油門響應差，從滿油門到發動機有最高負載輸出，延遲很明顯。相比之下，內燃機可以做到基本實時的油門響應。

其次，經濟工況區間非常窄，而非經濟工況的經濟性到了令人髮指的程度。而且經濟工況是在幾乎全功率輸出的時候才出現。以M1 abrams上裝備的燃氣輪機為例，據稱其怠速時的單位時間油耗已經是全功率輸出的8成以上。

再次，是即便高功率輸出，在車用領域其經濟性和柴油機相比也有差距。比如同期的M1 abrams和豹二，自重和峰值輸出功率都大抵相當，分別用燃氣輪機和增壓柴油機，後者的單位里程油耗僅有前者約1/3.

最後更坑爹的，就是燃氣輪機每次啟動本身就要耗油不少。看到一個數字，M1的燃氣輪機光啟動就需要大概40加侖（近120升）的燃油消耗。

那麼看了這些特點，回來再看燃氣輪機裝車（包括軍車/坦克），和內燃機比的優劣。

我們首先拿M1做例子說說看用燃氣輪機有哪些實際的好處。

首先由於M1的自重（60噸級），要求發動機長期工作在高負載高輸出的狀態，所以低負載時經濟性及其惡劣的劣勢不那麼明顯。

其次軍用裝備使用環境惡劣，補給方便程度不如民用車輛，所以能廣泛燒各種燃料是個好處。

再次對於軍用裝備而言，動力總成盡量緊湊，輕，是很強的訴求，這方面燃氣輪機有優勢。

而此外一個非常非常重要的優勢，就是安靜性。柴油機在高輸出（高負載高轉速）時的噪音要遠高於輸出功率相當的燃氣輪機。在戰場上安靜性意味著隱蔽性和突然性。quora上曾經有人比較M1和豹二，說在德國靶場工作時，如果是豹二來，大概到達前一小時就能聽到柴油機的轟鳴，而M1則是十幾分鐘或更短，而且聽到的也不是發動機聲而僅僅是履帶板互相撞擊和接地產生的啪啪聲。

反過來主要的毛病是經濟性差。這不僅僅是廢油，還會導致滿油的續航能力下降。但考慮到美軍在世界範圍內首屈一指的後勤保障能力，這算是可以接受的缺點。

那麼反過來到民用的話，也就能看出來為什麼燃氣輪機不適合裝車了。

首先首先就是經濟性差。如果是裝在日常就重載的商用車，比如重卡上，這類車就是追求極端的經濟性，那麼燃氣輪機肯定是沒戲了，相對經濟性更好經濟工況區間更大的增壓柴油機。

裝在日常輸出並不高，但對峰值輸出仍有一定要求的普通乘用車上呢？經濟區間窄並集中在高輸出範圍是燃氣輪機的硬傷。

而如果是裝載對經濟性不敏感，追求性能的高端跑車上呢？油門響應差是硬傷。更何況目前的汽油機一樣能做到相當高的輸出功率，已經高到人而不是車成為了瓶頸的程度。換句話說，燃氣輪機並無法提供對日用乃至絕大部分競賽（極速比賽可能是唯一的例外）而言足夠有吸引力的更佳性能。

最近十來年，借著混動興起，又有人有想法做基於燃氣輪機的插電混動。其主要思路在於，利用燃氣輪機結構簡單功率密度大的優點，不直接讓它驅動，而用它發電，給電池充電，反過來用電機驅動。這樣一來，首先油門響應差的問題可以解決，其次因為燃氣輪機可以間歇工作，只要工作就工作在經濟工況，因此解決了非經濟工況下燃油經濟性異常惡劣的問題。

但即便如此，仍然無法解決燃氣輪機啟動時額外耗油的問題，而且最關鍵的還是，這個方案相對現有的內燃機驅動方案，僅僅是「可行」，而並未提供足夠有吸引力的額外的好處。

須知汽車行業到了今天，已經進入了非常成熟的階段。對於創新，重要的考量是是否會影響已有的投入，以及如何進一步降低成本。搞燃氣輪機+電驅，意味著對現有的基於內燃機的驅動總成推倒重來。在沒有看到明顯的切實的優勢前，基本不可能有廠商會做這樣的選擇。

最後，順便說下軍艦上是如何解決燃氣輪機上述的部分問題的。軍艦的經濟航速和最高航速間有不少差異，意味著同樣面臨著需要動力總成有很大的可用輸出範圍。同時軍艦對最高航速有要求，也就是對發動機輸出功率有要求。而功率密度大並且峰值功率可以做到非常高(根據wiki，最新一代的LM2500，可以做到47350馬力輸出，熱效率達到39.3%，而體積則僅僅和典型航空發動機在一個級別，遠小於輸出相當的柴油機。）的燃氣輪機，因此便佔了很大的優勢。實際上目前軍艦用燃氣輪機驅動，是採取安裝多台燃氣輪機並聯，並根據航速（也即對應航行所需功率輸出）來選擇開啟全部裝機的一部分到全部來高負荷運轉，這樣的方法來控制動力系統的總輸出，從而達到輸出範圍可變同時保持經濟性。

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一般我們生活中經常最常見到的燃氣渦輪發動機（Gas Turbine Engine) 是——飛機的發動機。

汽車裝上飛機發動機！
想想就讓人就覺得很熱血激動：Crazy, Ha!

下面這個就是將Gas turbine engine裝到汽車上的樣子（如果你還願意稱它為汽車的話），
它目前應該還是陸地最快速度記錄的保持者， Thrust SSC , 1128km/h, 1997.10.15。

然而，它預計將於明年2016 被下面這個Bloodhound SSC 1600km/h打敗。

好吧，我知道題主是指我們普通家用可以開出來把妹耍帥的汽車，不是上面那樣用來滿足人類無限的好奇心與衝動的汽車。（PS.很多賽車也有Gas turbine engine的，不過好像F1已經禁掉了，如有了解的同學可以告知一聲）
下面的討論只針對家用乘用車。

在繼續說這個問題之前，我想多說一兩句

汽車自誕生開始發展到今天，已經是一個無比龐大的系統，它身上的很多東西已經超越目前人類的認知水平。到現在人類依然沒有搞明白「燃燒」的機理到底是什麼，卻已經用它來驅動汽車在路上跑了一百多年！

在汽車上嘗試這樣看似瘋狂而又不可思議的想法，人類從來就沒有停止過。
至少我在知乎上看到提問的各種各樣的idea，無論看上去多麼不切實際或者多麼異想天開也好，目前鮮見有人未嘗試過的。我也回答過這樣一些有趣想法的問題。

然而，汽車天生就是一個複雜的矛盾體，它是那麼地不完美！

你今天看到的大街上跑的汽車之所以是這樣子的，就是這些矛盾與妥協的結果。
題主提的這個問題也是一樣。

OK，繼續題主的話題。
一般我們看到的汽車發動機為活塞式發動機(Piston Engine)。
其特點是需要將活塞往複的直線運動轉換為旋轉運動輸出。

Gas Turbine Engine的結構一般是這樣的，
它最大的特點就是直接輸出的是旋轉運動，不需要將直線運動轉換為旋轉運動。

我們來簡單地比較分析一下燃氣渦輪發動機與活塞式發動機的不同：

燃氣渦輪發動機直接輸出旋轉運動，不要將直線往複運動轉換成旋轉運動，輸出要比活塞往返運動平順。同時省去了曲軸活塞連桿這些部件，也沒有凸輪軸，進氣歧管等這些配氣正時部件，依靠流過自身的空氣就可以冷卻，不需要複雜的冷卻系統。
可以看出，燃氣渦輪發動機機械結構上就比活塞發動機簡單得多。簡單就意味著容易維護！

當然，相比活塞式發動機它還有其他一些次要的特性，比如：
不需要暖機（warm up)；也沒有那麼多冷啟動問題，不需要加什麼防凍液之類的。
支持多種燃料：汽油，柴油，煤油，花生油。唔，甚至有廠商喪心病狂地聲稱「Chanel No. 5也是OK的啦！對，就是香水！」

燃氣渦輪發動機還有一些在汽車上應用可以算是缺點的特點不可忽視：

運轉時發動機內部溫度持續很高，這對材料的抗高溫和耐久性是巨大考驗，同時也會帶來成本、可靠性耐久性等問題。
轉速非常高，動不動就幾萬rpm！比功率非常高，天生適用於比較大型的機械，比如飛機，坦克等。當然如題主所說，現在的燃氣渦輪發動機可以做得很小了。
並且適合高速穩定運轉，怠速或者加速時效率相對要低很多！並且怠速時油耗極高！

細細分析，上面的機械及性能特性上的缺點還不見得對燃氣渦輪發動機驅動汽車造成太大影響，
起碼動力應該還是大大滴，甚至加上它的優點，可能它比活塞式發動機還更適合用於驅動汽車。

但為什麼我們還是沒有見到這樣的批量生產車的汽車呢？
我們繼續從歷史上的嘗試慢慢說。

------歷史上的嘗試------

早在1791年就有燃氣渦輪發動機的專利，但直到1937年開始在飛機上有商業運用。在飛機上成功運用後無數汽車行業的從業者開始嘗試將其運用到汽車上，主要還是對它的發動機比功率高及燃料的靈活性感興趣。

1950年，Rover 造出了第一輛燃氣渦輪發動機驅動的汽車- JET 1，0-60miles/h（97km/h）加速為14s，最高車速90 miles/h, 此時發動機轉速在 50000rpm左右。

同時，在汽車可以用遊戲手柄搖桿代替方向盤嗎？ - 無往的回答里提到的1953-1962 GM三代 Firebird 系列再次出鏡！(現在我終於知道這位大叔是誰了，Harley J. Earl，GM的設計師，後來成為美國GM的Vice President)

然而，儘管再次出鏡，但GM和Ford這裡再一次成功地又只打了嘴炮，他們也沒有在Gas turbine engine在轎車上應用投入更多的嘗試，而是更多轉向投入在卡車上的嘗試。

Chrysler則似乎對這個Gas turbine engine在汽車上的應用很是下功夫，從50s到70s這些年間，砸下了重金進行嘗試，造出了很多樣車進行試驗。
（這裡附上一視頻，需翻牆https://www.youtube.com/watch?v=IZUXcJf_8Lc）

下面這輛就是「Arguably the most successful gas turbine car」——Chrysler Turbine Car。克萊斯勒造出總共55台，其中50台甚至發到了公眾手裡進行了一年多的試駕，最終這些車都被克萊斯勒收回銷毀，只留下了9輛做紀念。

正如前面提到，汽車天生是矛盾與妥協的結果。儘管收到的反饋很多是正面的，克萊斯勒還是終止了燃氣渦輪發動機汽車的探索。儘管Gas turbine engine car 有著這樣那樣的優勢，但有些問題沒能最終得到有效解決，綜合各種考慮，所以克萊斯勒也只能放棄了:

雜訊——儘管那個年代，人們對NVH的要求還沒有現在那麼高，但Gas turbine engine 的雜訊不是那麼容易讓人接受。不是因為雜訊的分貝太高，克萊斯勒的工程師運用各種手段進行消聲，最後做到了不比常規發動機汽車的聲音更響。而是Gas turbine engine特有的聲音——好像一個很大真空吸塵器工作時的這種聲音，讓人無法接受（也有人喜歡這種聲音的）。或許下次你坐飛機時，可以仔細感受一下這種聲音。
沒有發動機制動的感覺——現在在自動變速器那麼普及的年代，這當然不是什麼問題。但在50，60年代，駕駛員是習慣有發動機制動的感覺，這讓他們覺得很彆扭。當然最後克萊斯勒也通過特殊的手段讓這個車產生了這種感覺。
費用成本，這個不多說了。
售後——這是一項新事物新技術，沒有太多人懂得如何修理維護這樣的一輛車，也沒有熟練的機修工。
瞬態響應差——儘管Gas turbine engine在高轉速時能輸很大的動力，但是它的瞬時響應並不是那麼好。

以上因素並不是致命的，真正致命的是以下兩個。
當時的大背景是能源危機和環境污染開始越來越受關注，Gas turbine engine car的燃油效率低和污染物排放比較大，這是非常致命的。

燃油效率——並不是Gas turbine engine的燃油效率不高，它在連續的轉速相對比較高的穩定的大動力輸出的情況下，效率是很高的。然而在在怠速和工況頻繁變化時，效率就沒有那麼高了。儘管克萊斯勒想進了辦法將油耗降到都差不多18 miles per gallon(約相當於百公里13L，PS，我也沒查到是什麼工況的油耗），這是在當時是可接受的水平。不幸的是當時正處於石油危機的大背景，油耗更低的小排量發動機開始興起，燃氣渦輪發動機這樣的油耗顯然是沒有競爭力的。
污染物排放——主要是NOx氮氧化物的排放。60,70年代，排放法規開始對汽車排放有要求，這給汽車廠商帶來了很大壓力。前面提過，Gas turbine engine工作是溫度是很高的且高溫是持續的，然而NOx的排放量卻是隨著溫度升高，呈指數級增長的。這帶來的排放控制的壓力可想而知，尤其是現在排放法規越來越嚴格的今天，單單這一條足以斃掉。

這些就是汽車上的矛盾與妥協，最終結果是克萊斯勒放棄了Gas turbine engine。

—更多的嘗試——

儘管克萊斯勒的Turbine Car 倒下了，但對於Gas turbine engine 在汽車上運用的探索並沒有停止過。
現在汽車廠商們早已開始轉變思路，不再是想用它來直接驅動，而是嘗試運用在混合動力上——因為Gas turbine engine在高速大負荷連續穩定工作下還是燃油效率比較高的。採用比較小的燃氣渦輪發動機來發電，用來做混合動力汽車還是蠻不錯的。

比如Jaguar C-X75概念車。

當然，如果真正要量產的話，在排放法規如此嚴格的今天，NOx排放的問題還是要解決的！從這個角度，我是不太看好的。

這是它的那兩個燃氣渦輪發動機。

汽油內燃機是奧托循環，汽輪機是布雷頓循環。

同樣的壓縮比，兩種循環的理論熱效率是一樣的。一般汽油內燃機壓縮比比汽輪機低得多，直接拿來比是不合適的。既然理論效率是一致的，選擇的原因純粹是工程的。

奧托循環的工程實現（內燃機）是閉合循環，工質在同一個器件內完成循環的四個階段。布雷頓循環的實現（汽輪機）是開放循環，工質在不同的階段通過不同的器件。

這個區別決定了
1，布雷頓循環更難小型化（多個器件 Vs 一個器件）
2，布雷頓循環更能夠追求極限（每個器件各司其職），比如高壓縮比，高實際效率
3，布雷頓循環更適應穩態工況。布雷頓循環中每個器件只用於循環的某個階段，正常運轉是穩態的。起飛降落和開機停機是異常工況。奧托循環一個器件走過四個階段，非穩態工況是題中應有之意。

顯然，奧拓循環更適合汽車。

至於給汽車發電，發電廠用的就是汽輪機。如果儲能技術過關，何苦把發電廠背在身上呢？

其實確實是有燃氣渦輪驅動的汽車的，而且很早就有。只是種種原因沒有普及。但是隨著中國品牌Techrules電動超跑的發布，燃氣渦輪作為汽車驅動動力有成為了一個熱門話題。下面就來扒一扒汽輪機是什麼？它在國際市場上有哪些應用？Techrules泰克魯斯電動超跑相關的細節技術有哪些？
作者：辣筆小星
鏈接：燃氣輪機，中國電動超跑配備坦克心臟 - 辣筆小星 - 知乎專欄
來源：知乎
著作權歸作者所有。商業轉載請聯繫作者獲得授權，非商業轉載請註明出處。

那麼為什麼配備汽輪機技術的電動車超跑動力參數和續航里程可以做到如此之高。它又是什麼樣的一種黑科技呢？

汽輪機從定義來說是一種擷取高溫氣體的動能轉換為渦輪（葉片）轉動動能的機械。汽輪機按照大類來分可以分為蒸汽汽輪機、航空噴氣發動機、燃氣輪機三大類。常見的主要用途則為發電或者直接傳動。

一、蒸汽汽輪機Steam Turbine

離大家日常生活最近，卻又是最難目睹的汽輪機技術就是蒸汽汽輪機。因為每天我們使用的電力主要都來自火力發電廠中蒸汽汽輪機發電機組。蒸汽汽輪機顧名思義就是將高溫蒸汽中的動能轉化為渦輪的動能再轉化為電力的機組。而高溫蒸汽就來自火力發電廠中以煤為主要燃料的高壓鍋爐塔。蒸汽汽輪機由於轉速較低（工頻50Hz對應3000轉/分轉速），又要從高溫蒸汽中充分獲取動能，因此其渦輪葉片的尺寸都非常巨大。如下圖一為來自通用電氣GE的蒸汽汽輪機機組。下圖二為對應蒸汽汽輪機中渦輪葉片。可見蒸汽汽輪機機組的體積已經達到了一個大平層廠房的級別。這樣的體積肯定塞不到一輛車裡。但是它對應的功率級別卻相當巨大。這樣的單台蒸汽汽輪機機組可以達到500兆瓦的發電量，一個多台蒸汽汽輪機機組組成的火力發電廠就可以供應一個小型城市或者一個中型鍊鋼廠的用電需求。

二、航空噴氣發動機Jet Engine

說到飛機用的噴氣發動機總算是和我們的出行息息相關，出去出個差旅個游總是能看到的。但你知道它實際上也是汽輪機的一個主要分支嗎？航空噴氣發動機主要將燃燒的高溫可燃氣體高速噴射出去，推動相應的渦輪，來實現將高溫燃氣的動能轉化為渦輪的動能，最終產生足夠的推力推進飛機飛行。當然其中的部分動能也被用來發電，為飛機上的用電設施供電。這也是為什麼部分航空公司航班延誤讓大家在飛機上乾等又不肯開空調的原因。因為空調的電力就來自噴氣發動機，這是實實在在需要消耗航空燃油的。

如下圖一為目前主流噴氣發動機類型渦扇Turbo Fan發動機的工作原理。外部溫度較低的空氣流入噴氣發動機的低壓壓縮機Low-pressure compressor和高壓壓縮機High-pressure compressor兩級渦輪葉片組對空氣進行壓縮，然後送入燃燒室Combustion chamber。在燃燒室中燃料被噴射並點燃形成高溫高壓燃氣，相應的燃氣以非常高的速度噴射推動後級的高壓渦輪High-pressure turbine和低壓渦輪Low-Pressure turbine，並最終從噴嘴Nozzle噴出。在此過程中高溫高壓燃氣的動能被轉化為了渦輪動能，通過對應高壓轉軸High-pressure shaft和低壓轉軸Low-pressure shaft傳遞給了前級主推力風扇Fan，從而和噴射尾流一起形成強大的推力。下圖二為對應的高壓壓縮機High-pressure compressor和內部渦輪盤Disk及葉片Blades的3D示意圖。

下圖一為裝配在測試支架上的來自通用電氣GE的GE90航空渦扇噴氣發動機。下圖二為檢修人員正在GE90噴氣發動機旁進行檢修。由於航空噴氣發動機的主要指標是推力，因此一般性能指標就是對應的輸出推力值。目前GE90噴氣發動機仍然保持著最大推力的世界紀錄。推力高達547千牛。波音777機型就配備了該噴氣發動機。2台GE90噴氣發動機就可以滿足波音777這種400座級飛機的推力需求。並且保證當其中的任何一台發動機受損停機的時候，另一台發動機的推力能夠使得飛機在足夠的航程內備降備用機場。對應驚人的推力，這樣的航空發動機的體積也是巨大的，相當於一棟小別墅的大小。看來裝進汽車也是無望的。

三、燃氣輪機 Gas Turbine

前面提到航空噴氣發動機主要將高溫高壓燃氣的動能傳遞給前級主推力風扇轉化為推力，推動飛機飛行。而某些應用場合比如艦船或者重型車輛，則仍然希望動力通過傳動軸輸出到船槳或者車輪上。因此燃氣輪機就應用而生了。如下圖所示，燃氣輪機的基本結構和航空噴氣發動機保持相同，但是取消了前級主推力風扇。從左到右依次分為低溫段Cold Section和高溫段Hot Section兩大部分。空氣通過進氣口Air Inlet進入並壓縮後被送入燃燒室Combustion Chambers。在燃燒室中空氣和燃料混合後燃燒產生高溫高壓燃氣。高溫高壓燃氣將動能傳遞給並推動渦輪Turbine旋轉然後通過排氣口排出燃氣輪機。整個做功過程巧合地和目前常用的車用活塞發動機相同，包括進氣INTAKE，壓縮COMPRESSION，燃燒COMBUSTION，排氣EXHAUST四個階段。只不過這四個做功階段同時存在於燃氣輪機的不同區域。而不像車用活塞發動機中這四個階段是分時存在的。

作為傳動應用的燃氣輪機主要用於艦船和重型車輛兩種應用場合。

1. 用於艦船

提到艦船用燃氣輪機，不得不提一下來自通用電氣GE的LM2500系列燃氣輪機。它可以說當之無愧的是艦船燃氣輪機中耀眼的明星。從上世紀70年代投入使用以來，LM2500一直保持著極高的市場佔有率，應用在絕大部分的大型水面艦船上。由航空噴氣發動機改進而來的LM2500燃氣輪機，單台輸出功率超過了3萬馬力（也就是22兆瓦）。如下圖一所示172昆明驅逐艦就配備了LM2500燃氣輪機。如下圖二為艦船內部的LM2500燃氣輪機。目前LM2500燃氣輪機的國產化率已經達到了一個很高的水平，並且我們自己的大功率燃氣輪機也逐漸投入了使用。從體積上來看，艦船用燃氣輪機雖然直徑不大，但是長度類似一個車庫，也不太適用於車輛。

2.用於重型車輛

如標題所說，美國主戰坦克M1A2所用的心臟就是燃氣輪機。因此終於我們能看到塞進車輛里的燃氣輪機長什麼樣子了。如下圖一為美國M1愛勃拉姆斯Abrams主戰坦克，下圖二為維修人員正在對M1坦克尾部的燃氣輪機進行吊裝操作。

M1坦克配備的是來自美國霍尼韋爾Honeywell公司的AGT1500燃氣輪機。這台燃氣輪機可以輸出1500馬力（也就是1120千瓦）的動力。有了如此強大的動力，M1坦克雖然重量超過了60噸，但是仍然能夠在公路上達到72公里的時速。感興趣的朋友可以找來紀錄片《超級工廠 M1坦克》（Ultimate Factories M1 Tank）具體研究一下。如下圖一，為片中首席燃氣輪機支持主管RODNEY BRODEUR站在AGT1500燃氣輪機的模型前面介紹其工作原理。下圖二為AGT1500燃氣輪機工作原理示意圖，與前面介紹的艦船用燃氣輪機類似，AGT1500分成低溫段和高溫段兩大部分。燃燒室中空氣和燃料混合後燃燒產生高溫高壓燃氣推動渦輪旋轉輸出動力（圖片來自國家地理紀錄片《超級工廠 M1坦克》）。

相比於傳統重型車輛用柴油發動機，燃氣輪機具有如下優點：

1）結構簡單

2）維修簡便

3）冷啟動性能好（不需要預熱）

4）負荷反應快

5）扭矩特性好

6）適應多種燃料（柴油，航空煤油，汽油，常規煤油等均可）

7）排煙少、振動小、噪音低（減少戰場中被發現的概率）

相應的缺點也很鮮明：造價高（為同等性能柴油發動機的兩倍）、燃油消耗高、壽命短

前面提到美國坦克心臟所用的燃氣輪機技術。它的體積終於得到了大幅減小，但是仍然只有軍用裝甲車或者重型卡車這樣的大型車輛才能裝載。那麼燃氣輪機技術是怎麼應用到中國電動超跑上的呢？下面就讓我們來看一下燃氣輪機在現代乘用車上的應用趨勢——微型汽輪機

微型汽輪機Micro Turbine

從名字可以簡單理解，微型氣輪機就是將前面提到的重型車輛用的燃氣輪機體積進一步減小，然後塞進一輛乘用車裡。下面我們就來列舉一下幾個較為出眾的微型燃氣輪機應用實例。

a. 通用汽車與傑雷諾GM JayLeno 聯合開發的EcoJet燃氣輪機超跑概念車。

提到傑雷諾，如果大家關心美國電視節目的話，就會知道他是知名的節目主持人。主持製作了「今晚秀」Tonight Show等多檔熱門節目。但是你知道他更是玩車收藏界的一位神人嗎？通用汽車與傑雷諾聯合開發的這款EcoJet燃氣輪機超跑概念車就是個鮮明的例子。這輛車從未量產，而只是曾經在2006年度SEMA美國改裝車展做過展示，然後就成為了傑雷諾的私人收藏。下圖一為在SEMA改裝車展展出的EcoJet燃氣輪機超跑概念車。站在概念車前的就是傑雷諾。下圖二為參與「今晚秀」節目的美國總統奧巴馬與傑雷諾的相關照片。

傑雷諾作為玩車收藏界的神人除了這輛EcoJet概念車，還體現在他擁有的1600平方米車庫和超過300輛的汽車收藏。其中不乏各類古董車和超跑。傑雷諾除了工作外，他的時間都留給了家庭和汽車。傑雷諾的一句名言就是他曾在英國BBC電視台TopGear節目中說過的「我只有一個女人，就是我老婆，試問她更喜歡我每天回家的時候，身上全是機油味道呢還是全是廉價香水的味道呢？」。看來傑雷諾不但是愛車人，還是居家好男人啊。如下圖為居於傑雷諾巨大車庫一角的EcoJet燃氣輪機超跑概念車。

這款概念車充分吸取上世紀50年代通用汽車和克萊斯勒公司的燃氣輪機概念車的經驗和教訓。加入了2006年較為現代的燃氣輪機控制技術。該車基於通用汽車科爾維特品牌的Z06跑車底盤開發，裝配了由直升機用燃氣輪機改型而來的霍尼韋爾LT101燃氣輪機。該燃氣輪機的輸出功率達到了650馬力（也就是485千瓦）。直接作為動力源將如此的馬力輸出至車輪，其加速性能是絕佳的。但是油耗也是出奇的高。因此EcoJet也被成為陸地噴射機。該燃氣輪機使用生物柴油作為燃料。下圖一為裝配於概念車中後部的燃氣輪機。下圖二為與LT101同屬相同系列的霍尼韋爾LTS101燃氣輪機。

如上述分析，EcoJet所用的燃氣輪機技術與M1坦克類似，都是由燃氣輪機直接提供動力驅動車輪。只是相應地，EcoJet進一步減小了燃氣輪機的體積達到微型汽輪機的級別，並塞進跑車內部而已。那麼要做到2000公里的續航里程，高油耗可不行。因此一種全新的概念——基於汽輪機的增程式混合動力技術（Turbine-Recharging Electric Vehicle，簡稱TREV）就被提了出來。即讓燃氣輪機工作在發電模式，不直接輸出動力給車輪。下面我們就來通過幾個實例具體看看其技術細節。

b. Capstone CMT-380

於2009年美國洛杉磯車展發布的Capstone CMT-380超跑概念車就應用了前面提到的TREV技術。你一定對Capstone這個汽車品牌不太熟悉，因為它其實是一家來自美國加州的燃氣輪機公司（NASDAQ:CPST）。CMT-380的車身結構來自美國Factory Five Racing GTM跑車。內部動力部分換成了Capstone的燃氣輪機。開發這款CMT-380概念車主要為了拓展自家燃氣輪機的應用範圍。下圖一為Capstone CMT-380超跑概念車，下圖二為CMT-380內部構造，包括微型燃氣輪機、電池組、電機等等組件。

Capstone燃氣輪機公司的產品包括從30千瓦到3兆瓦不同級別的多種燃氣輪機產品，主要提供用於工業或商用供電應用。而CMT-380配備的就是一款30千瓦的燃氣輪機。百公里加速時間為3.9秒。其純電行駛里程為120公里（80英里），由燃氣輪機充電增程以後總續航里程為800公里（500英里）。那為什麼燃氣輪機一下子從前面提到的油老虎變身成了省油利器呢？因為燃氣輪機如果能夠穩定工作在高負荷區，它的工作效率是非常高的。但是如果一直變化不同負荷工況的話，它的油耗就不甚理想。所以將其與混合動力結合，保證了充電工況下其工作在高負荷區，降低了整體油耗。

c. 捷豹Jaguar C-X75

2010年終於有傳統整車廠加入了TREV的陣營，那就是捷豹帶來的C-X75燃氣輪機電動超跑概念車（如下圖）。

如下圖一所示，C-X75的動力來自兩台70千瓦的燃氣輪機TURBINES用於發電增程和4台145千瓦的動力電機（每個車輪對應一個動力電機，4個電機合計出力為580千瓦）用於驅動。如此強大的動力電機使得C-X75百公里加速時間為3.4秒。鋰電池組Battery Pack被放置於車輪前端。可以接受插電式從電網充電的方式（PLUG GO）用6小時將鋰電池充滿。在滿電的情況下，可以支持純電行駛110公里。當使用兩台燃氣輪機增程以後，總續航里程可以達到900公里。當C-X75工作在驅動模式TRACK MODE時，兩台燃氣輪機發出的電力直接用於驅動動力電機。下圖二為C-X75的進排氣通道。供給燃氣輪機的空氣主進氣口MAIN AIR INTAKES分布在後輪的前端。通過燃氣輪機尾氣DIRECTED EXHAUST GASES排出後流過後尾翼用於產生額外的下壓力，增加高速行駛時操控性。

捷豹C-X75的兩台70千瓦燃氣輪機來自英國Bladon Jets公司。該公司專註於微型燃氣輪機的開發。如下圖一所示為這款燃氣輪機的內部結構。該燃氣輪機的標稱轉速為8萬轉/分，重量35公斤。直徑只有160毫米，長度僅為550毫米，不愧為微型燃氣輪機。空氣通過空氣過濾器（AIR IN VIA FILTER）進入燃氣輪機，通過多級壓縮機MULTI-STAGE COMPRESSOR進行壓縮後進入燃燒室COMBUSTION CHAMBER。在燃燒室中，空氣與可燃氣體混合後燃燒產生高溫高壓燃氣。然後高溫高壓燃氣將動能傳遞給渦輪驅動發電機（TURBINE DRIVING GENERATOR），最後尾氣排出燃氣輪機（EXHAUSTOUT）。其中發電機GENERATOR位於燃氣輪機的尾端。燃料類型可以兼容柴油、生物燃料、壓縮天然氣、液化氣等多種燃料。來自英國的Bladon Jets公司專註於微型燃氣輪機的開發。如下圖二所示是Bladon Jets的超小燃氣輪機，可以看到其直徑僅為一根鉛筆的長度。因此其也稱為鉛筆汽輪機Pencil Turbine。

d. Wrightspeed電動卡車

如前面提到兩款TREV燃氣輪機電動超跑分別將單次加油續航里程提升到了800公里和900公里的級別。雖然和這次發布的中國電動超跑的2000公里續航里程參數還有差距。不過確實證明了燃氣輪機在發電模式下有助於提升電動汽車的續航里程。而正是這個原因，Ian Wright作為特斯拉的五位原始創始人之一，最終決定放棄了特斯拉的股份，轉而投身燃氣輪機TREV電動垃圾卡車的開發，創建了美國加州的Wrightspeed公司。不做跑車，而去開發垃圾車。可見有些人為了夢想也是蠻拼的。

Wrightspeed公司曾一度使用前文提到的Capstone公司提供的65千瓦微型燃氣輪機產品。歷時3年的開發，在2015年Wrightspeed終於發布了自家的微型燃氣輪機產品Fulcrum microturbine。這款產品可以輸出80千瓦功率，可作為發電機為車上的鋰電池進行充電從而增加續航里程。並且Wrightspeed將能量密度從原來產品的478瓦/公斤提升到了750瓦/公斤。如下圖一為Wrightspeed的微型燃氣輪機Fulcrum microturbine。下圖二為該產品的具體結構，左側為熱交換器Recuperator和燃燒室Combustor。右側為集成功率電子控制器的發電機Generator and Power electronics。兩組渦輪分別將空氣壓縮後送入中冷器（To Intercooler）和由中冷器（From Intercoller）送入燃燒室和熱交換器。通過這樣兩級的壓縮工藝和創新的熱交換器設計這款燃氣輪機Fulcrum比市場上現有的燃氣輪機提高了 30%的效率以及可提供3倍的動力。可使用柴油、壓縮天然氣、液化氣、垃圾生產沼氣、生物柴油（傳說中的精鍊地溝油）等多種燃料。並且它還解決了原來燃氣輪機噪音大的老毛病。使用優化的熱交換器減小了振動，從而實現了安靜清潔的動力輸出。該燃氣輪機的排氣將符合美國加州嚴苛的排氣控制標準。

下圖一為Wrightspeed公司正在開發中的TREV燃氣輪機增程混合動力垃圾卡車。前面提到的Fulcrum燃氣輪機被安裝在了駕駛艙的後方。該燃氣輪機被用來對下方的高壓鋰電池組High-Power Li-ion Battery進行充電，從而增加續航里程。卡車由位於車輛後方的GTD（Wrightspeed自家的geared traction drive，齒輪動力驅動）動力模塊驅動前進。下圖二為駕駛艙後方的Fulcrum燃氣輪機放大效果圖。

介紹了那麼多各種燃氣輪機的分類和微型燃氣輪機在電動汽車應用的新趨勢。下面就讓我們隨著日內瓦車展公布的消息來看一下中國電動超跑是怎麼使用燃氣輪機技術的。

Techrules泰克魯斯·騰飛電動超跑

如下圖一為Techrules泰克魯斯·騰飛的品牌圖案。下圖二為發佈於2016年日內瓦車展的Techrules GT96/AT96概念車。兩款概念車的區別是使用的燃料，GT96使用的是天然氣作為燃料，而AT96可以使用航空煤油、汽油或者柴油等多種燃料。並且AT96是賽道版的超跑，額外裝備了很多空氣套件。

如下圖為在日內瓦車展上展示的泰克魯斯·騰飛電動超跑動力部分細節。它的燃氣輪機功率為36千瓦。前文提到的1030馬力（768千瓦）由安裝於車上的6台動力電機提供（前輪由2台電機驅動，後輪由4台電機驅動）。因此平均每台動力電機的驅動能力為128千瓦。可以使得這台電動超跑達到百公里加速時間2.5秒的成績。可見這款電動超跑所用的燃氣輪機的功率級別和之前提到的幾款TREV在一個數量級上。是否能夠通過燃氣輪機實現一箱油80升續航2000公里還有待時間的驗證。但是至少TREV燃氣輪機增程式混合動力汽車是一種全新的新能源車發展方向。

Techrules泰克魯斯是一個全新的汽車品牌。它隸屬於一家位於北京的母公司中國至玥騰風科技投資有限公司。可以看到該公司業務涉足航空航天和新能源汽車兩大板塊。其航空航天的背景也部分解釋了其燃氣輪機技術的來源。通過部分報道還能了解到泰克魯斯正在與義大利和英國的合作夥伴聯合開發電動跑車。有消息稱泰克魯斯正在和義大利著名汽車設計公司Fioravanti合作。如果大家有印象的話，2013年上海車展上發布的北汽Concept 900概念車就是由義大利Fioravanti公司設計的。而英國的合作方則比較神秘。泰克魯斯的電動超跑還在英國的銀石F1賽道做了圈速測試。說到泰克魯斯的航空航天和新能源汽車風格，和一家英國跑車公司有幾分相像。那就是麥克拉倫McLaren。麥克拉倫公司也專註於跑車開發，又是航空航天項目的核心供應商。下圖為麥克拉倫的跑車570S。

綜上所述，汽輪機包括蒸汽輪機、航空噴氣發動機、燃氣輪機等三個大類。又主要有發電和傳動兩種主要應用。隨著不同的應用，從發電用的蒸汽輪機一個大平層廠房的體積，到一棟小別墅大小的航空噴氣發動機，再到一個車庫大小的艦船用燃氣輪機和能裝進重型車輛的坦克用燃氣輪機，最終我們看到了最新的乘用車用微型燃氣輪機。微型燃氣輪機由於其高負荷下高效率的特性，和高壓電池組成為了絕配，形成了TREV燃氣輪機增程式混合動力汽車這個新能源汽車的新發展方向。關於來自中國的Techrules泰克魯斯的電動超跑能否實現其全部性能參數，將來能否最終量產，還有待時間的檢驗。但是一種新的理念和趨勢已經被毋庸置疑的引入了新能源汽車的市場。

給大家介紹一輛使用燃氣輪機的摩托車：Y2K

有一天我駕駛著我心愛的小摩托飛馳在那廣（yong）闊（ji）的原（ma）野（lu）上，我後面有個SB車主一直追著我的小摩托想看清楚我到底開的什麼車。後來在一個紅燈處我停了下來，回頭看了一眼，他的汽車保險杠已經開始熔化了。

——一位來自作死星的Y2K車主

蘇聯的 MAZ-7907 運輸車，是用燃氣輪機，全電傳動的。

最近剛好在了解新能源汽車。
對於燃氣輪機與汽車的配合了解一些。涉及內容比較多，就樓主的問題，總結了一下原因，主要有以下兩點：
1、燃氣輪機的喘震（普通汽車發動機有一系列的進氣裝置解決進氣喘震，比如諧振箱等，但是燃氣輪機由於進氣量要求及本身結構，目前還無法有效降低喘震。其實也是因為這些個東西一般用在特別大特別重的東西上，飛機火箭導彈什麼的，也就沒這些個要求了。）
2、排氣端溫度（呵呵，我開個燃氣輪機的汽車，你敢跟我車么...目前我們連大功率的汽油發動機排氣溫度都沒解決好呢，你非要裝個燃氣輪機，結果肯定不是燒了別人，就是炸了自己）
最後，補一個我們國產的，一個軍工研究所弄得燃氣輪機汽車給你，聽說明年上市呢！
他有個非常叼的名字：泰克魯斯—騰風（別被名字唬到，100%國產，軍工貨）

如果坦克勉強能算車的話，還是有的。有幾款主戰坦克是用燃氣渦輪的

親眼見過克萊斯勒的燃氣輪機車開動的樣子，就跟一台商務機的聲音一樣，但是分貝數要小很多，

https://www.youtube.com/watch?v=QZAOa0bwRBQ 參照此視頻

你咋不上天…

已經有了，但是成本太高，尤其是扇葉的工藝要求。

已有國內機構把這玩意用在混動上，前一陣日內瓦車展上展出了

最近很火的ppt車泰克魯斯.騰風，就是微型燃氣輪機發電加6台電機。

樓上說了許多，我補充點我的看法。
調整涵道比大小，採用渦扇發動機結構也許能夠解決低速怠速油耗高的問題。
汽車上面裝的話，燃燒環境太差。很容易捲入小沙粒打傷壓氣機葉片、渦輪葉片。通常飛機在風沙大的地方飛行，葉片是很容易損傷的。
在維修方面，這是很大的問題。就拿一級渦輪來說，一級渦輪片壞了。上千度的高溫，需要修復鎳基、鈦合金、高溫陶瓷等材料，需要塗層，這些怎麼處理呢？如果都是返廠處理，你能等待這麼久？如果換件處理的話，成本很高的。而且這些裝配完全不能隨便找當地的汽修廠。維修成本，根本不是普通人能夠接受的。
如果發動機本身有問題，產生會產生很嚴重後果的。葉片有裂紋，沒被檢測出來，高速旋轉飛出來了，想想殺傷力多大？
我暫時只想到這麼多，待續吧。

燃氣輪機+超級電容+電驅動，很好，這很知乎

有的！如果坦克也算汽車的話。

根據我的簡單理解：燃氣輪機效率高，前提是恆定負載運行（葉輪恆定速度運轉），像發電廠和飛機，大部分時間都是恆定負載運行。汽車要求經常變換速度，因此燃氣輪機不適合汽車。

直接作為動力驅動不行，但是捷豹嘗試過用燃氣渦輪作為發電機為電池充電，再用電機帶動汽車。

樓主所說的渦輪發動機應該是指我們噴氣飛機上常見的軸流式發動機吧。根據結構及輸出功率特點還可以具體分為渦輪風扇，渦輪噴氣，渦輪螺旋軸，渦輪螺旋槳發動機。具體要砍你永哪一種渦輪發動機來驅動汽車，才好做具體分析。
總體來說有下面幾個缺點不適合於廣泛用於汽車領域。
1. 渦輪發動機的熱效率比不上活塞發動機，熱量損失太大。
2.對外部環境要求比較高，沙石雜物往發動機裡面飛會損傷渦輪葉片。
3.噪音真的很大。
4.渦輪發動機在高速行駛的時候才會有推力優勢。
4.可靠性比不上活塞發動機。活塞發動機可以接受部分缸不工作，但渦輪機就不行。
5. 工作時溫度高，沒有活塞發動機冷卻方便。
6.工作控制及監控複雜，遠沒有活塞發動機簡單可靠。
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其他能想到再添加

你加得起油？