輕量化多邊形發動機的設計與分析

?

輕量化多邊形發動機的設計與分析

目前發動機的設計趨向于高功率質量比（功率系數）的汽油發動機。高功率系數發動機在許多方面比傳統發動機更有優勢，如更輕的質量、更小的尺寸、更低的摩擦和熱量消耗。最近開發的發動機功率系數將大于1.62kW/kg。例如，EcoMotor公司開發的發動機是一個雙循環對置活塞式發動機，功率系數可達1.78kW/kg,主要歸功于雙循環和對置活塞式發動機的應用。事實上這種設計可追溯到20世紀。本文提供的發動機配置可以將產生功率的多個活塞安裝在小體積空間內，并使功率質量比達到約3.24kW/kg，這也是發動機生產史上的里程碑數據。介紹一個幾何壓縮比為15.0，實際壓縮比為8.8，活塞運動速度為17.8m/s，輕量化、2沖程、6邊、平面的多邊形發動機的分析和設計，以及輸出功率、運動學建模和質量估算等。

輕量化多邊形發動機的優勢應歸功于一些關鍵的設計。圖1顯示出弧形發動機基本配置。活塞被安排在一個多邊形形狀里（本例為6邊形），空出的一邊安置曲軸。活塞相對放置，并分享燃燒室。5個活塞中有3個是雙向的。

圖2為多邊形發動機的內部剖視圖（由于多邊形為打開的亦稱為弧形發動機）。3、4活塞的套筒有進氣和排氣口。1、3、5活塞的套筒只有進氣口，2、4活塞的套筒只有排氣口。活塞1、2是進氣和排氣再循環系統。

提出一個新的發動機配置，利用2沖程對置活塞設計優勢和緊湊多邊形包裝結構，功率系數約可達3.24kW/kg。具體為1個雙環、10個活塞的發動機視圖（圖3）。功率在11500r/min轉速下可達到720kW，且其質量小于222kg。

Adam N.Clark et al. ASME 2013 Internal Combustion Engine Division Fall Technical Conference，USA, October 13-16, 2013.

編譯:李古建