为何外国人搞发动机那么厉害!(发动机活塞汽缸压力增压器)

搞“机”成果1.Multi-Fire发动机

Multi-Fire发动机的开发商是Advanced Engine Dynamics,其重量约为150公斤,采用2冲程,拥有8个轴向汽缸,使用16支对向活塞。
最令人意外的是,这款发动机可以在转速为750转/分钟时,输出895牛·米的峰值扭矩。
此外,Multi-Fire发动机紧凑的设计,使其比传统发动机省去了70%的零部件(取消了配气机构),且制造成本仅为其他种类同等输出水平发动机的10%。

这款发动机以一对采用斜面裁切的盘形转子替换了曲轴,每个汽缸内安装有两支对向运动的活塞,两活塞之间的空间即燃烧室。
当汽缸点火做功,汽缸中两活塞做对向远离运动,推动各自在盘形转子上的连接点。
如上方动态图所示,随着各气缸按顺序连续循环工作,经斜面裁切的盘状转子被各个活塞依次推动,从而开始旋转。

为何外国人搞发动机那么厉害!(发动机活塞汽缸压力增压器) 汽修知识
(图片来自网络侵删)

Advanced Engine Dynamics公司还给Multi-Fire发动机配备了低增压值(不超过35千帕)的机械增压器(上图中套有皮带且后部连接红色管路的部件),机械增压器提供的压力用于将燃烧废气推出汽缸。
这款发动机的压缩比为10:1,燃油喷射系统的压力达8.3兆帕。

FAST4WARD简评:这款发动机的设计思路比较新颖,但在汽车行业中的应用前景,还需要长期的测试和实际应用。

搞“机”成果2.鹦鹉螺压燃式发动机

鹦鹉螺压燃式发动机以汽油为燃料,以非常少的废气排放量降低汽车尾气处理成本。
无需火花塞,这款发动机采用均质压燃技术HCCI(Homogeneous-charged Compression Ignition),该技术可以避免火花塞在爆燃时出现的能量扩散损失,从而提升发动机的工作效率,减少氮氧化物的排放量。
此外,超高的压缩比,也可以减少喷油量(实现24:1-31:1的高空燃比),节约燃油。

在进气冲程结束后,进/排气阀均关闭,活塞处于下止点,定义此时汽缸内的压力为基础压力。
随后,活塞上行,汽缸内的压力开始升高。
在压缩冲程内,初级活塞伸出,进入初级燃烧室,当活塞上行至次级燃烧室1/2-1/3的位置时,汽缸内压力开始加速升高。
最终,位于活塞上止点处的初级燃烧室,正处于超高压状态;而当次级燃烧室内的压力低于阈值时(次级活塞未接近上止点),初级活塞则不会被触发(上行,高于次级活塞顶)。
当初级活塞的顶端高于次级活塞上止点,初级燃烧室被暴露在次级燃烧室内,承受超高的压力,此时燃油喷入汽缸,引发爆燃,推动活塞下行,进入做功冲程,循环往复。

FAST4WARD简评:丰田、马自达都在试图做HCCI发动机,但像这种拥有主次两级活塞的设计,确实此前很少见的,但愿能在日后实现规模化应用。

搞“机”成果3.变量型机械增压器

一家名为汉森引擎技术的美国公司推出了一款可变进气量的机械增压器,该公司开发这种产品的目的很明确——让机械增压器根据发动机需求进行压气,从而减少发动机为驱动机械增压器而消耗的功率。
汉森引擎技术公司购买了Lysholm公司的变容型机械增压器,并在其壳体上开了一个窗口(红色箭头处)。
在窗口完全打开时,压气机不会在进气系统中产生压力,因此发动机只需要承担一些摩擦阻力。

汉森引擎技术公司在机械增压器的窗口处加装管路,连接一支节气门(与加速踏板控制的节气门分立)。
当加速踏板踩下不足完全行程的1/3时,机械增压器壳体窗口外的节气门完全打开(无增压压力);而当加速踏板继续下行,机械增压器壳体外的节气门逐渐关闭,从而产生增压压力。
此时,发动机的转速和输出功率也已经提升,因而可以抵消机械增压器产生压力所造成的阻力。
这种设计,可实现机械增压器压力值(阻力)与发动机工况之间的全方位实时响应。
根据技术描述,这种设计将有可能被用于小排量发动机上(小排量发动机由于排气量小,而无法匹配大增压值的废气涡轮),在保障效率的同时提升动力。

FAST4WARD简评:以简单的结构改造和电控程序编写,实现了机械增压器的增压值(阻力)可变,确实是一种兼顾发动机输出功率和工作效率的方法。

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