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榄心转子发动机项目

1795已有 2202 次阅读  2019-05-12 10:51

目前,世界已经发明的转子发动机类型已有不少,各国都在发明研制,但除了飞机使用的涡轮发动机外,比较成功过的当属日本马自达公司生产的汪克尔发动机,它曾经创造过一段令人瞩目和辉煌的历史,但目前几乎已消声灭迹,不过它的实际运用与探索所取得的成就,向世人表明了转子发动机的优势和可以实用的事实。

当然转子发动机拥有的优势也是很明显的,与往复式活塞发起机相比,转子发起机取消了活塞连杆无用的直线运动,因此同样功率的转子发起机相对于直线往复式发起机体积小,重量轻,重心低,并且振动和噪声很低,同时,转子发动机易于突破高速时复式活塞发起机燃料效率急剧下降的局限,在全油门长时间高速运转的情况下,转子输出效率要高于同等排量的活塞发动机,因此使用性和研发空间广阔,未来一定会有成功结果。

下面介绍一款新的转子发动机,因为它的转子曲面外形与橄榄相似,所以定名为榄心发动机。该发动机的工作原理和汪克尔发动机基本相似,通过对封闭式缸体的内侧壁的横截面曲线的具体设置以及转子的横截面呈橄榄形状的结构设置,将发动机分割成两个相对独立的工作腔体,转子与缸体的配合保证了当转子的两端尖部在扫气压缩时不产生受力死点,转子能够相对于滑块轴产生向另一端的滑行分力,克服转子与转轴上的滑块滑动产生的阻力,同时保证转子与滑块的往复滑动过程中不出现突变的状态。转子与缸体及滑块轴配合工作,形成两个相对独立可变密闭腔体,进而循环的完成发动机各阶段动作,把燃爆所产生的能量转换成转矩输出。


发动机的径向曲线是近似于椭圆的异园体,曲线并不固定,可以依据实验需求改变,改变成符合试验理想的形状。榄心与异园缸体捏合,基于榄心两端带有向外弹力可动的扫气条,转子除两端扫气条与外缸体接触外,其他部位在径向上均不与缸体接触。因此对于榄心发动机来说,它不像汪克尔发动机那样要求转子与缸体公差配合精密,形状尺寸精度要求不高。

发动机的滑块转轴中心偏离于外缸体质心,榄心转子在燃料燃爆获得偏心的变动压力力矩,通过滑块的结合将力矩转动输出。转轴中心偏离于外缸体中心越大,发动机越容易获得较高的空压比,转子和滑块轴在发动机工作时获得的转矩输出就越大,燃油效率越高,但负面影响效果也加大:一是滑块轴宽度减少,转子与滑块轴捏合受力加大,其间的机械磨损越大。其次转子两端在转动中与外缸体曲线所产生的阻力角变大,扫气条滑动阻力随之变大,转子旋转顺畅度降低,以上两个因素会影响转子和滑块轴对材料的特殊需求,提高制造成本。合理的偏离度必须通过实验来决定。

发动机保留了往复式发动机的进出气方式,由正时链条、凸轮、气门来保证发动机工作时进气、压缩、燃爆及排气的各个时段机械动作,由于这一切都是与往复式发动机雷同并且迄今已技术条件成熟,这里不再重复论述。

它也有四个冲程,跟活塞往复式发动机一样,也分进气,压缩,做功和排气,如此反复的做功,转子与滑块轴配合,相对滑动的将转子获得的偏压转矩传递到滑块轴,使其输出转矩动力,其原理与扳手扳动螺母一样。

转子发动机是直接把燃烧产生的热能转换成了旋转能量。发动机没有曲轴连杆等的运动部件,相对简单,所以质量很小,功重比高,传动链简洁,内部功率损失小,旋转惯性也很小,振动和噪声就低,转速自然就很容易提高。据有关研究文献显示:往复式发动机机械损失分配比例,其中活塞连杆组的机械损失,所占比例最大,活塞平均速度为11.7m/s时,所占损失比例达65.5%。初中时的物理知识就告诉我们动能的计算公式:E=1/2MV2 ,这就有助于理解往复运动构件的能耗了。往复式发动机本身可以用加大活塞的行成来获得高效的空压比,提高燃油的燃爆效率,获得较高的燃油效率,但是结果是得不偿失。而转子发动机基本没有上述的情形,只要机器构件承受力足够,高速燃油效率下降不明显,同时转子发动机具备了突破往复式发动机的燃料燃爆效率的极限的条件,发展空间更加广泛。

那么所介绍的榄心发动机有什么值得关注的优势或是特点呢?

首先,它保持了转子发动机的优势,同时解决了汪克尔发动机转子发动机几个重点缺陷。

榄心发动机的结构,可以易于获得较高的任意空压比,按摘要附图所示,改变碗型园腔的形状体积,就可以改变空压比,这使得设计极为简单和方便,理论上可以获得无限大的空压比,它足以满足各种燃料充分燃爆压力的需要,发动机可以设置成使用柴油、汽油、煤油、酒精及其他可以燃爆燃料的各种功能的发动机。

燃爆腔体可灵活设置且偏离转子对称中心,即使遇到燃料燃烧爆炸过快,也不会造成往复式发动机的爆震对发动机的严重损害现象,善加利用会增大转矩动力输出,这对提高然油效率十分有利。

发动机是11的转子动力输出,固低速有较大的力矩,同时由于其偏心距可以有较大的灵活性,有效偏心受压尺寸较大。在转子半径尺寸相同的条件下,即使在相同的燃爆压力作用一样的情况下,一个燃爆工作的转矩输出比起汪克尔发动机要大6倍以上,工作转角达到160度,加上可以容易获得的很高的空压比,燃油利用效率会高出很多。

榄心与滑块轴是面接触运动,工作中直接承接转子工作时燃料燃爆正压力,转子两端与缸体间不直接承受这种压力,燃爆正压了对于其间的磨损影响较小。最终获得转矩并输出的滑块轴是简单而对称的旋转轴,在材料强度允许的条件下,发动机工作时无论转速多高都不会产生偏心力。榄心的侧面与缸体是平面,密封条件较好。靠近滑块轴旋转附近有燃爆工作变动腔体影响不到的空间,可用于设置滑块轴的冷却及润滑通道,转子与滑块轴相对工作运动环境较好。

缸体径向曲线近似于椭圆形,转子中心偏离缸体质心半径12%时,长短轴相差不到5%,转子两端与缸体曲线相对运动的最大阻切角不到18度,这不但能让转子转动时有较小的突变滑动状态,运转阻力较小,同时也能够降低发动机热膨胀带来的变形负面效应,缸体变形影响不大。

异园缸体对榄心两端相对滑动的阻切角较小,转子高速运转顺畅,其间产生的摩擦压力主要是榄心与滑块的滑动阻力以及密封所需的压力,由于缸体的阻切角较小,扫气条可设置多层,改善径向密封条件,同时可降低其间的压强,降低磨损速度,提高发动机正常使用寿命。如果制造精度足够,一层扫气条就能满足径向密封要求的条件,可以考虑将扫气条改变成滚轴形式,向外与缸体接触,反向与弹簧块组相接,将转子两端与缸体径向刮动接触改变成滚动和滑动工作方式,其间的磨损会变得很小。

与往复式发动机相比较,两种发动机获得转矩输出原理不同,但力矩同角度合成的曲线在不考虑机构部件摩擦等因数条件下,结果极为相似。但从现实角度来看,还是有差别的:1、转子发动机获取相当于往复发动机连杆无限长的实在转矩,而后者的连杆和曲轴半径之比是在3141之间,固随之获得的转矩会有所折扣。2、活塞连杆机构的往复运动所造成的燃油损耗是往复发动机的短板,制约转速和燃油使用效能的提高,这一方面转子发动机是有独特优势的,高转速时机构平衡和动力输出平稳的优势较为突出。

 榄心转子发动机具有汪克尔转子发动机特点的优势,没有汪克尔转子发动机的缺陷,其燃油燃爆条件完善,可轻易获得很高的机械空压比,转矩输出很高,同等排量要比活塞发动机高一倍以上,并能赚取活塞发动机活塞连杆的功耗,这一功耗约为20-30%。发动机结构简单,没有米勒循环机构限制,转子运转顺畅,功重比高,制作加工装配精度要求不高,适用于中小型飞机、汽车等动力装置。


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发表评论 评论 (17 个评论)

  • 韦满红 2019-05-12 17:31
    第一步寻求天使资金600万,股权5%,作为实际产品的初步设计及产品性能测试,并对设计进一步完善,理论上,榄心转子燃爆条件完善,相同条件下,可以获得比王克尔发动机大6到10倍的转矩输出,燃油效率会在40%以上。
    然后继续第二步,也许融资,也许和专业企业合作,这是个已获的专利的项目,其功重比较大,优先适用于中小飞行器的发动机,填补国内空白,市场极大,最终的成功程度靠产品的特点决定,
  • 韦满红 2019-05-12 18:14
    榄心发动机的说明论述在今年二月《内燃机与配件》期刊(下半月刊)上发表,这里再普及一下:转子发动机只要可以到达燃料所需的空压比,效率都会在40%以上,因为它可以赚取往复式活塞发动机活塞机构往复运动的能耗,这一能耗在20%-30%之间,2.0活塞发动机在每分钟3000转时每千克的活塞能耗达20千瓦,而每个活塞机构重量在0.9千克左右。转子发动机没有这一能耗,只是发明时的原理问题,有的是过于复杂难以生产,有的是受力过大材料无法满足要求,有的是密封条件过于苛刻,寿命太短,美国的 X重油活塞转子发动机宣称成功了,我很想知道它的密封如何做到长期有效
  • 韦满红 2019-05-21 13:49
    汪克尔发动机在运转原理上是一个完善的发动机,但是它在每次燃爆中获得的转矩太小,20cm 直径的转子的偏心距最大不到15mm,加上它燃爆空压比满足不了汽油的燃爆条件(空压比为7),所以必须高速才能获得动力输出,这反过来造成径向密封条过大磨损而需要大修更换。其实空运比是有办法提高的,不过要在进气道上加上类似罗茨鼓风机的加压机构,将进气腔压力提升至1.5个大气压,其燃爆的空压就会达到10以上,汽油效率就会极大提高,也就不需要高速运转才有动力输出,发动机大修的寿命就可增加一倍。
  • 韦满红 2019-05-21 14:02
    美国的X重油活塞发动机的运转原理和汪克尔一样,遵循米勒循环,不过它克服了汪克尔空压比不足的缺陷,但它的密封条件比汪可尔更加苛刻,同时获得的偏心距也极为有限。但是转子发动机没有活塞直线往复运动的功耗,固燃油热效率达到40%以上一点都不奇怪,因为这是转子发动机的正常起点。
  • 韦满红 2019-05-21 14:27
    米勒循环运动看似简单,但其正时机构零件是一种三向交叉的作用关系,制造装配精度要求很高,稍有差错,转子就会撞击外缸体,而其外缸体非圆形,汪克尔是8字型,美国X发动机是三瓣梅花型,恐怕目前还没有什么材料能承受这样的冲击。以我国目前的加工精度条件和基础材料恐怕难以胜任,即使有科研单位有投资,也难以有有效的作为。
  • 韦满红 2019-05-28 11:34
    榄心发动机的偏心度不像汪克尔受限制,20cm直径的转子最大偏心可达到50mm,固在一个燃爆周期内获得的转矩比汪克尔要大3倍,加上1比1的输出,大上6-10倍就不奇怪了。也就是说汪克尔10000转的功率,榄心发动机1000转就达到了。当然不能说燃油效率就会高几倍。
  • 韦满红 2019-05-29 18:22
    榄心发动机较为适用中小飞行器的发动机,即使具有较高的燃油效率,作为车用动力也是不适宜的。它和汪克尔一样,比较烧机油,机油的作用有两个,一是改善转子与缸壁的润滑,二是起到密封作用。但都难以循环回收,固达到环保条件较为困难,除非能使用大分子水来代替机油,或是设置油气回收机构,其难度远大于发动机的制造。
  • 韦满红 2019-06-23 11:45
    螺旋桨飞机的桨旋转转速并不高,桨叶越大,转速越小。大型运输的转速不但800r/min,直径1.5米的螺旋桨转速一般不能超过3000转每分钟,否则会失速。涡扇发动机动力很大,但其功率输出需要很高的转速,约20000多转,在螺旋桨飞机上使用需要比数为100的减速,这需要一个很重的减速机,所以总效率不是很高,并且减速机的齿轮受力巨大,其制造难度比发动机小不了多少。
  • 韦满红 2019-06-23 12:11
    榄心发动机作为中小飞行器发动机几乎不需要变速,可直接带动螺旋桨转动,控制转速只需控制油门即可,简单直接。如能使用汽油超燃技术,动力可秒杀目前的重油活塞发动机(可能有点吹牛,不过理论计算是可以的)。
  • 韦满红 2019-06-23 12:35
    活塞发动机不是不可以获取超高的动力。F1 赛车1.6升的发动机可获得700马力的动力,作为飞机动力足够,可惜寿命太短,一个赛程下来,发动机要换几个。要知道这种发动机所使用的材料和加工技术几乎是世界上顶级的,商用几乎不可能。目前,活塞发动机要进一步发展,看来只有使用超燃技术了,这对材料和各项部件的技术要求会更高,如同人类百米跑速要达到10秒,一个字:难。除非含铼的金属材料能随便使用。
  • 韦满红 2019-06-28 13:22
    马自达公司新出了一个叫蓝驰天的发动机,燃油效率较高,可达40%以上,不过其造价很高,寿命如何还难说。它好像是用杠杆原理来改变曲轴的位置变得,使得活塞的上顶距离可微小变得,改变高速时的空压比。这种做法恐怕也只有马自达公司敢做。汽油不是个完善的燃料,活塞发动机只能适应它的特性。低速时汽油不能燃爆过快,高速时又要求燃爆快一点,这对普通的发动机来说还真有点麻烦。所以燃油效率能提高2%,就是一个可以吹牛的的新的发动机了。
  • 韦满红 2019-07-08 13:16
    转子发动机目前最大的问题是径向密封,估计马自达的转子发动机也没能够很好的解决这个问题。活塞发动机在很长的时间内其实在工作时都是有点漏气的,直到发现利用气体膨胀的原理将活塞环涨开,才很好的解决这一问题,漏气率在千分之3以内。马自达的转子发动机在燃爆工作的时候,径向扫气条的中心线与转子缸壁曲线的触点的切角不是90度,几乎偏离40度,这使得扫气条的正压力不够,特别是转速低的时候。只有在高速时,由于离心力的作用,气缸压力才较稳定。它不像活塞发动机那样能够利用气压来达到密封的效果。而美国的X发动机的径向密封条件相对要好一点,不过仅仅凭着径向密封片的作用估计也是不够的,估计是利用了椭圆转子与外缸体形成狭长的密道来密封,但这意为着要求很高的制造和装配精度。
  • 韦满红 2019-11-12 22:55
    榄心转子发动机转子的侧面密封和马自达的汪克尔相同,基本没有问题,径向上,单边燃爆可以和活塞发动机一样,利用燃爆压力对密封滚轴施压密汽。但双面燃爆有点问题,目前总有一面密封不够良好。如果双面燃爆的密封问题一旦解决,1.0的动力就相当活塞发动机3.5的动力,那样的话用于无人机的动力无疑是相当完美的
  • bk2020 2020-10-21 11:30
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  • 韦满红 2021-05-14 13:49
    榄心转子发动机的核心结构及特性
    1 榄心转子发动机缸体曲线
    1.1榄心转子发动机的径向曲线是发动机的核心结构,在形成的原理上,曲线可以多种多样,但从机构运动顺畅和机器零部件加工简易的角度来看,以选用四象对称的近似于椭圆的异园体的曲线较为适宜。
    在实际的机构设置上,榄心两端与缸体密封接触,由于尖角设置方案不可采用,而采用两圆柱取代作为密封条,无论缸体曲线如何设置,都无法保证滚柱与缸体曲线的接触始终是在榄心旋转中心线上,这个中心线与缸体曲线的切角不会总是90度,它是在旋转运动中不停改变的。所以两个密封滚轴与榄心必须有相对移动的微小空间,才不会在旋转时产生机构咬合现象。这样一来,缸体曲线就没有必要完全按形成的原理设置,只要接近即可,其间的尺寸误差可由密封滚柱的微动弥补,形成密闭的工作缸体。
    将榄心转子发动机的缸体曲线设置成椭圆,不但可行,同时发动机的设计研发及关键部件的加工制造会变得十分便捷。
    1.2滑块轴的偏心取值
    榄心转子发动机是利用滑块轴偏离椭圆缸体中心,与转子配合获取气压偏心的变动压力力矩,最终通过滑块轴输出。滑块轴的偏心度直接影响了发动机转矩大小、燃油效率、最大旋转速度及发动机平面有关的零件尺寸。滑块轴在工作中将承受较大的压力,数量相当于排量相同活塞发动机曲轴一倍以上。综合考虑,偏心度以榄心转子最大旋转直径的10%较为适宜,这样不但可以保证滑块轴的轴径尺寸,同时兼顾转子侧面有一定的空间如汪克尔发动机一样 ,设置三四道密封环,也使得滑块有足够的长度尺寸,减少与转子间的转矩应力,延长发动机的使用寿命。
    以上简述了榄心转子发动机的核心结构,与之相关的凸轮进排气机构及点火机构,原理与活塞发动机相似,不是本文重点,故这里不做论述说明。
    榄心转子发动机结构如下图所示。


    2从发动机的每次燃爆做功角度入手
    2.1那么这样的转子发动机有什么特性,或是说有什么优势呢?我们知道内燃机获取的转动能量都是由有燃料燃爆所产生的高压气体通过一定的机构转换而成。活塞发动机是通过活塞连杆和曲轴的配合将燃爆气体产生的压力能量转换成转矩动能,而转子发动机则是通过自身的偏心机构把气体压力能量转换成转矩动能。这两种发动机所能够产生动力都是燃料多次连续燃爆产生高压气体组成的能量转换集合,那么对发动机每次爆压做功所能够获取的转矩动能进行研讨,就能从一个关键的角度,了解和解释各个发动机自身的重要特性。
    2.2三种发动机的数学模型建立的基础
    这里建立了三个数学模型,分别是活塞发动机、榄心转子发动机和汪克尔发动机,分别分析计算各个发动机一次爆压所能够获取的转矩动能,以图形数据的形式列出,然后进行对比论述。数学模型是建立在如下前提上的,一是发动机的排量相同,都是单缸或单转子,排量0.5L;二是燃爆产生的最大压强相同,取值8Mp;三是发动机的关键结构尺寸经过了优化,接近实际,绝非刻意提取。





    图1 是0.5L活塞发动机一个爆压的转矩动能图,曲轴偏心50mm,横向坐标是曲轴转动的工作角度,竖向坐标是转矩,单位:Nm。
    图2 是0.5L榄心转子发动机一个爆压的转矩动能图,榄心转子最大直径180mm,转子宽度75mm, 横向坐标是榄心转子转动的工作角度,竖向坐标是转矩,单位:Nm。
    图3是0.5L汪克尔发动机一个爆压的转矩动能图,转子最大直径200mm,转子宽度57.8mm,横向坐标是转子转动的工作角度,竖向坐标是转矩,单位:Nm。
    三图中的S是转矩和工作角度构成的面积,表示发动机机构在一次最大爆压8Mp时能够获取的转矩动能。但它不是最终有效的输出的动能,必须依据一定的工作转速,减除去各自发动机机构的损耗,剩下的才是有效输出动能。它代表发动机能够在一个爆压下获得转矩动能总量的能力,这里给它定义一个名词,叫一次转矩动能。
    还有一点要说明的是,8Mp的爆压数值,在本数学模型计算过程中只是起到一个系数值的作用,在相互对比求得比值后,这一数值会被约分除掉。所以无论取值如何,只要是不为零值,都不影响比值的结果。
    2.3活塞发动机与汪克尔
    首先将比较活塞发动机和汪克尔发动机,图1 和图3 中,在一次转矩动能上,活塞发动机比汪克尔发动机要强3.28倍,这一比值非常巨大,其中的差别是发动机在内的机构原理造成的。活塞发动机的工作转角是180度,汪克尔发动机为90度。汪克尔在转子工作90度后,缸体的体积到达最大点,如果此刻还不排气,爆压的气体就会做负功,这是一个影响因素。另外,由于受到机构原理的限制,汪克尔发动机能够设置的曲轴偏心度较小,直径为200mm的转子,曲轴的偏心只有不到15mm,导致其能够获取有效转矩的径向尺寸过小,只有20mm左右,最大的有效受压        面积不到活塞发动机的1/4,虽然它的转子工作转距半径比活塞发动机大上一倍,也改变不了最大转矩峰值只有活塞发动机一半的状况,对比值达到上述3.28比1就不奇怪了。
    不过从发动机最终有效功量输出的角度来看,其中的差距就没有那么巨大。汪克尔是转子发动机,没有活塞机构往复直线运动这项功耗,有效输出率高达70%,而活塞发动机有效输出率一般在35%左右,在理想的状态下,有效输出的比值只有1.64倍的差距。
    以上的对比可以看到,汪克尔发动机之所以淡出普通汽车市场,最主要的原因是它能够获取的一次转矩动能的能力过于底下。现实中,由于汪克尔发动还没有达到活塞发动机具有的压缩比数值,汽油燃爆速度慢,上述比值的差距更大,估计在5比1左右。平心而论,日本马自达公司已经将汪克儿发动机做得相当优秀,但在追求以燃油效率为主要指标的普通汽车市场中,汪克尔发动机总是那么的不适宜。
    2.4重油活塞发动机
    这里提及一下重油活塞发动机,其实这款发动机的原理和汪克尔发动机基本原理相同,它变了个形状,缸体油8字形变为3瓣的梅花形,转子由三角变为8字形椭圆体,较为有效的解决了径向密封问题,缸体内的气体压缩比提高到13 以上,配合其它重油雾化技术,达到能够使重油点燃燃爆的程度,燃爆气体的压强提高了许多,相当于汪克尔柴油机。这等于提高了汪克尔发动机的最大爆压值,那么他的一次转矩动能也会随之增大,所以它比汪克尔发动机有更大的研发价值。
    重油活塞发动机的结构比汪克尔更加复杂,机构部件的加工难度加大,对材料性能的要求更高,其压缩比远没有达到重油压缩燃爆的程度,密封是否能长期有效还是个问题。它的优势和汪克尔一样,单转子每圈燃爆工作三次,做功密度高,功重比优势较为突出。
    3 榄心转子发动机与活塞发动机的比较
    3.1下面将图2和图1比较
    也就是榄心转子发动机比较活塞发动机。在获取一次转矩动能的能力上,两种发动机差别不大,比较功量数值,榄心转子发动机只多了5%。图2中的最大转矩峰值小于图1,但功量面积却大于图1,究其原因,主要是活塞在与曲轴工作转动到90度附近时,活塞下降速度最大,缸体气压下降较快,致使转矩也降低较大,故图1中,转矩值从高到低的变化中出现向内凹陷较多的现象,最终的功量面积略小。
    转子发动机在低速工作时,一次转矩动能的有效输出率与活塞发动机没有多大的差别,但在中速尤其是高速时的差距就很大了,有近一倍以上的优势。原因很简单,转子发动机没有或少有活塞机构往返直线运动的机构功耗,这项功耗几乎等同和大于活塞发动机的有效输出功率。可以说转子发动机的优势就是能够赚取活塞发动机这一功耗,使之转变为有效的输出动能。
    3.2活塞机构的功耗
    那么活塞机构往复直线运动的功耗究竟有多大呢?当然这不是一个定数,它的大小与活塞机构的质量与最高运动速度有关,进而与曲轴的曲率半径和发动机曲轴工作的转速有关。
    中国北方发动机研究所(天津)的一项实验结果表明:往复式发动机机械损失比例,其中活塞连杆组件的机械损失,所占比例最大,活塞平均速度为11.7m/s时,所占损失比例大65.5%。这是实验的结论,但比较笼统,它把摩擦损失也一并计算,而没有将其有效分离。
    3.3活塞机构功耗公式的推断
    这里换一个方式来说明。
    试想一个有一定质量的固体在太空中往复直线运动所需的能量。任何物体要增加一个速度,需要对它作用或说消耗W=1/2mV2 的能量,而要将它停下来,同样要消耗相等的能量,然后再将它相反的方向增加到相同的速度,再要其停止,这样一个来回就需要消耗4倍于上述W 的能量。这等同于活塞机构随曲轴转动一圈的状况。故活塞机构在曲轴旋转一圈的功耗W=2mV2,这个功耗乘以发动机的转速就是需要消耗的功率了。
    曲轴从上始点转动到90度和270度时,曲轴旋转运动方向与活塞的方向相同,活塞运动速度达到最大且等于曲轴的旋转速度。由此可推算出活塞机构的耗能功率公式N=2m(2π*r* n)2*n。公式中,N的单位:瓦;m是活塞机构的质量,单位:kg;r是曲轴的曲率半径,单位:米;n是曲轴转速,单位:转/秒。由公式可知,功耗与活塞机构的质量大小成正比、与曲轴的曲率半径的平方成正比、与曲轴的转动速度的立方正比。
    假设曲轴曲率半径是0.05米、转速50转/秒(3000rmp),这时候每1kg的活塞机构能耗就达到24.674千瓦。活塞机构的质量包括活塞、密封圈、连杆销、连杆销固定环、连杆小头及部分连杆的质量总和。所以排量较大的活塞发动机的一般做法是通过增加缸体数量来增大排量,以减少活塞机构质量因素的影响。由此可以理解柴油机不能高速运转的机理,活塞发动机这项固有的能耗制约了它燃油效率的提高,45%的燃油效率几乎就是活塞发动机的极限。
    活塞机构的耗能是活塞发动机固有的特性,时至今日,经过百年的研发改进,这项功耗已经被优化接近最低点,活塞发动机的各项工技术十分成熟,西方许多著名的公司停止对活塞发动机的研发投入就很正常了。
    4两种机构的特性缺陷
    活塞发动机中活塞机构耗能的特性和汪克尔发动机一次转矩动能效益的底下,都是发动机机构原理所造成的,缺陷与生俱来,各种相关的研发可以对其改进,但是却无法克服。
    5榄心转子发动机的优势
    5.1两方面的优势
    榄心转子发动机相兼活塞发动机一次转矩动能获取较高的优势,也相兼了汪克尔一次转矩动能有效输出效率较高的优势,而相对消除两种发动机关键的不足,因而具有超高的燃油效率,这也就是其自有的特性和优势。
    5.2双面燃爆工作
    作为一种新型的内燃机,可以做到转子的双面燃爆工作,也就是单转子连续两次压缩,两次连续燃爆做功,进一步的提高发动机工作效能,相对于活塞发动机可以做到一升的排量、两升的油耗、四升的输出动力。
    5.3结论
    从燃油效率和功重比的角度来看,榄心转子发动机都有更大的机构优势和更广大的研发空间,它即使用氢燃料、工业酒精、液化汽等较低的燃爆压力的环保燃料做动力源,同样能够有较高的动力输出,而且其制造工艺并不复杂,故具有更高的实用价值。


    参考文献:
    [1] 韦满红 《一款新型转子发动机---榄心发动机》 [J].内燃机与配件,2019,(2):55-66.
    [2] 苏万华《内燃机效率及其潜在技术》 [DB/OL]. 2020. https://wenku.baidu.com/view/8988d96458cfa1c7aa00b52acfc789eb172d9eb3.html
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    [4] 神之话 《双缸三角转子发动机二维图纸-动力系统图纸》[DB/OL]. 2018. https://www.mfcad.com/tuzhi/857/539941.html
    [5] 潘钟键、何清华、杨晶《活塞航空重油发动机发展现状》[DB/OL]. 2013 , https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=2d426cb94233cff1748b4d8b2e8ad970&site=xueshu_se
    [6] 曹杰、牛军等《某大功率柴油机机械损失试验研究》[DB/OL]. 2016. https://wenku.baidu.com/view/3ce62fce988fcc22bcd126fff705cc1755275fb9.html

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  • 韦满红 2022-12-04 16:36
    转子发动机的核心结构,目前已趋于完善,同时对其中的扫气条也做了改进。马自达的转子发动机中的扫气条,在设计上就不完善,所以,无论它的制造精度有多高,在发动机工作时材料有热涨冷缩的情况下,都不能够像活塞发动机一样具有良好的密封性。如果扫气条改变成搭接的形式就可以改变气密气条件,至少从理论上是可以密封的,同时也不怕扫气条有少许的磨损就失效。
  • 韦满红 2023-01-12 22:12
    如今2.0T的活塞发动机在5000rpm时的动力输出可达174千瓦,这已经是一款很优秀的发动机了。可是2.0的榄心转子发动机在同样的油耗和转速条件下,动力输出几乎可以大上一倍,也就是350千瓦左右。原以为是计算错误,可是没错,理论计算就是这样的。不知什么小车汽车需要怎么大的动力,作为飞机动力倒是挺合适的。
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