废气发电辅助发动机 混动车热效率达到42％

日本YGK公司开发出了“EER（废气能量回收）混合动力系统”，可利用发动机排放的废气驱动涡轮旋转，利用由此产生的电力驱动马达旋转，从而辅助发动机工作。该公司改装了捷豹“XJR-15”，更换了发动机，目前已完成了试运转。该公司最高顾问林义正在2009年担任东海大学教授时公开了这一构想，5年后终于完成了试运转。

就普通汽油发动机而言，燃料热量的32％会转换为轴输出，35％会以废气的热能和压力能量的形式排出，其余20％则作为冷却水的热量排出，因此热效率只有32％。此次的系统利用涡轮将废气的能量转换为旋转力（效率为33％），然后在减速时利用其产生的动能来发电（效率为98％），再利用逆变器和马达将其转换为轴输出（效率为89％）。转换至马达的轴输出的燃料热量为0.35×0.33×0.98×0.89=0.1，也就是10％。曲柄轴的轴输出为32％，加上马达的轴输出10％，综合热效率可达到42％。

这种装置的最大问题是热问题。涡轮转子最高可承受800℃的废气。而发电机转子中使用了温度超过100℃就无法使用的永久磁铁。尽管以马达提供辅助的涡轮增压器之类的产品尚在开发之中，但该系统依然获得了实现。看似简单，但实际上系统中有压缩机转子。从旋转轴的热平衡来看，压缩机转子就好像是带有风扇的散热片。来自涡轮转子的热量会传递给压缩机转子，因此保持了热平衡。只使用涡轮和发电机是无法实现这一点的，因此隔热和散热非常重要。

在隔热和散热两个方面，隔热问题是通过在涡轮和发电机之间安装减速机来解决的。不过，安装减速机并不仅仅是为了隔热。涡轮的最高转速为10.6万rpm，发电机的最高转速为1.8万rpm。为了消除二者之间的转速差，必须设置一个减速装置。有减速机时，齿面就会变成线接触，因此传热阻力很大，可以充分隔热。

除此以外，此次的系统还增加了特殊装置来散热。虽然YGK并未透露详情，但估计不太可能让部材接触1.8万rpm转速的轴来传热，而且公开的部件上设有配管，因此估计使用的是液冷方式（图3）。

由于是直接使用废气的能量，因此实际上并不需要二次电池或超级电容器等蓄电装置。即便如此，为了便于瞬间增强辅助力以获得良好的响应性，以及便于驱动起动机，该系统安装了JM Energy生产的锂离子电容器。此次的试制车为了突出EER混合动力系统的优点，并没有使用再生制动器，不过该系统是可以使用再生制动器的。YGK还打算通过增加发电机负荷来控制涡轮的转速，替代通过排气泄压阀控制涡轮转速的方式。

此次使用的发动机是在YGK生产的“YR45”的基础上组合EER的“YR45-EER”，为V型8缸机型，排量为4495mL。因为沿用了立式（Upright）设计，因此在原来容纳12缸发动机的空间内安装了8缸发动机和EER的各个装置。

2014年9月25日和10月14日，YGK使用“福岛Sky Park”的跑道测试了该系统。节气门不用开得很大，就能将速度保持在改装前的水平，燃效改善幅度为10～20％。前文提到综合效率由32％提高到了42％，效率改善幅度超过30％，虽然实际数值并未达到理论值，但就测试数值而言，这一结果还算不错。

YGK今后打算面向勒芒24小时耐力赛开发车辆。按照比赛规定，这种车辆可以作为混合动力车的一种参赛。YGK目前正在寻找赞助商。据介绍，以后该公司还会考虑把该系统应用于该公司的通用发动机产品线，也很可能会作为量产车用发动机。