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美国研制新型转子重油活塞发动机,海陆空通吃

时间:2018-09-05 21:38来源:世界先进制造技术论坛 作者:中国航空

在万克尔发动机中,进气口和排气口都在外壳上,当转子旋转时就会打开。压缩和膨胀容积是相同的。在HEHC循环中,膨胀容积更大,过膨胀可以从发动机中获得更多的能量。

在万克尔发动机中,三角形转子顶端的密封片在转子旋转过程中,在设置于转子顶端的密封槽中高速进出,不易润滑,润滑油被混合到发动机的进气中,但其中90%被烧掉。液体活塞公司CEO和共同创始人亚历山大·施科尼克(Alexander Shkolnik)表示:在“X发动机”中,顶部和转子活塞侧面的密封都安装在固定外壳上,并直接润滑。

在DARPA项目的第一阶段,目标是演示0.75升X4发动机的结构完整性。重油运转比液体活塞公司的首个发动机——“X-Mini”——需要更高的压力,“X-Mini”发动机为70cc火花塞点火发动机,其压比为9:1,燃烧室压力达30-35bar(1bar=100000Pa)。

 

 

最初的“X–Mini”发动机是一个70cc转子燃烧发动机,重4磅、产生3-5马力。

“高效率的重油发动机需要高压比。我们建造了40马力的X4的核心,并验证了高达26:1的压比,”施科尼克还说:“目标是证明我们可以在约110bar的压力下运行。我们已经在自然吸气,没有增压器的情况下达到在150bar下运行。”

 

 

液体活塞公司的X发动机(右)有一个椭圆形转子,在三角形的外壳内旋转,像内外对调的万克尔转子发动机(左)。

第二阶段投资250万美元,将DARPA用于此项目的总资金提升至600万美元。第二阶段计划将重点放在验证发动机核心的功率和效率上。施科尼克表示:“目标是在一个有代表性的基础发动机而不是一个完整的发动机上,达到30千瓦功率和40-45%的制动效率(brake efficiency),只是发动机核心。”

施科尼克表示:常规等效30千瓦柴油发动机在峰值功率情况下,一般其制动效率为33-34%。液体活塞公司的终极目标是在峰值功率下达到45%的效率。同时X发动机相对于柴油机,在部分功率状态下具备更大的优势,传统柴油机在部分功率时效率一般会大幅下降。在传统的狄塞尔循环中,注入一半的燃料会产生一半的能量,但在较低的压力下效率较低。他说,X发动机提供了一种替代的控制策略,称为跳跃点火。随着转子、轴和配重作为一个大的飞轮,燃料只在一半的时间内喷入。注入的燃料仍然在压缩峰值燃烧,在跳过的循环中,未燃烧的空气用来冷却燃烧室壁,提取这些废热做有用的功。这可以带来一个较为平坦的效率曲线,伴随在部分功率状态下较少的效率降低,同时对冷却的要求更低,从而也可以使用更小的散热片。

“我们将在DARPA项目的这个阶段中考察跳越点火,但这不是一个严格要求的交付物。重点是证明功率和效率,”施科尼克表示。“在第1阶段,我们生产了一个不带冷却的核心发动机,没有要求很完善的设计,主要是为了验证发动机的基本运转。在第2阶段,我们增加了冷却器,使其在一个稳定的状态下运转。我们才刚刚开始功率和效率的测试。”

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