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提高熱效率、降低噪聲的小型發(fā)動(dòng)機(jī)

研究了一種廉價(jià)、輕量級(jí)且噪聲相對(duì)低的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以使小型發(fā)動(dòng)機(jī)提高50%熱效率，這是通過(guò)避免空氣接觸室壁和活塞表面，減少空氣噴射流，使氣體在燃燒室中心燃燒實(shí)現(xiàn)的?？梢栽诓煌杖急鹊那闆r下維持高壓縮比，而傳統(tǒng)的均勻壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)由于活塞運(yùn)動(dòng)的原因，不能在不同的空燃比條件下獲得較高的壓力比。發(fā)動(dòng)機(jī)更高的壓縮比可以減少燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。

對(duì)一個(gè)具有射流碰撞脈沖和強(qiáng)烈不對(duì)稱(chēng)雙活塞系統(tǒng)的小型原型發(fā)動(dòng)機(jī)利用計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行試驗(yàn)研究，可以通過(guò)一個(gè)約40mm的雙活塞系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)短行程脈沖。在一定的負(fù)荷下通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算表明，熱效率有可能超過(guò)60%，因?yàn)槿紵液突钊砻嬗蟹浅Ｉ俚臒釗p失。研究了噴射口數(shù)量和射流直徑大小比例的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

吸氣式內(nèi)燃機(jī)距今已有100多年的歷史，其活塞、渦輪和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）沖壓急停系統(tǒng)在燃料供應(yīng)中浪費(fèi)了一半的能量。尤其是小型發(fā)動(dòng)機(jī)（如汽車(chē)和摩托車(chē)，通常低于在低負(fù)荷條件下，熱效率小于20%）。

提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和燃燒功率的重點(diǎn)在于提高氣缸的氣體壓縮比。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壁的熱損失，在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中占總能量的30%。如果壓縮比超過(guò)20∶1，氣缸壁沒(méi)有熱損失，熱效率將超過(guò)60%。

壓縮比不能超過(guò)20∶1，因?yàn)槿绱烁叩膲嚎s比會(huì)導(dǎo)致敲缸，由此引起的噪聲會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，如往復(fù)運(yùn)動(dòng)、脈沖爆震和RAM急停系統(tǒng)不可能在高壓縮的情況下保證低噪聲。

徹底消除傳遞給氣缸壁熱量的目標(biāo)尚未實(shí)現(xiàn)，即使在這方面已經(jīng)做了廣泛的研究?；诹黧w力學(xué)結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，進(jìn)行了超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬和理論研究，闡明了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)氣缸壁熱損失并沒(méi)有減少的原因。這是因?yàn)槿紵鸬呐蛎浟鲗⑷紵龤怏w帶向墻壁，而湍流擴(kuò)散的影響是比較小的。

Ken Naitoh et al. SAE 2014-32-0100.

編譯：祁祥