Astron aerospace的Omega1可能是最可行(且最具工程美学)的无活塞pistonless转子发动机方案。
Wankel三角转子发动机的问题主要在于磨损大,油耗高,燃烧不充分,污染严重。Liquidpiston反过来的8字型转子仍然是偏心轴方案。
历史上Tschudi,RotoBlock,MYT等等交叉追逐摆臂式环缸转子发动机都因为摆臂方向相反燃烧做功相互抵消而失败了。
不过Libralato和Anyoon方案似乎还在努力。StarRotor是分体循环+复杂的星型转子(更接近燃气涡轮)。(跟Omega1有点像)
Omega1似乎解决了转子发动机的诸多问题,拿到了一个小订单。它是分体循环,吸气压缩在一个环,燃烧膨胀排气在另一个环。我分析了可能的四个问题(包括改进方法):
1.(上下)双转子间缝隙0.1mm部分应该是留给热膨胀的,燃烧加热后就(近似)膨胀密封了。另外这个缝隙燃烧气体泄露方向与转子旋转方向相反,逆势泄露不太容易。转子凸臂与缸壁之间的缝隙的燃烧气体泄露方向与转子旋转方向相同,在高速旋转情况下追及泄露也不太容易(注意凸臂的形状,对侧的废气在缝隙处会被高速旋转加压,抵消膨胀压力)。另外根据EGR废气再循环理论,少量废气再进入燃烧室可以降低燃烧温度从而减少氮氧化物NOx形成。
2.润滑液只润滑接触轴但不进入气缸燃烧室不存在烧机油问题。转子凸臂与缸壁非接触不存在磨损问题。进气压缩环和燃烧排气环结构几乎一样,能压缩空气到14bar(近似活塞压缩空气后最大压力)也说明了非接触密封效果不错。
3.非对称不平衡的凸臂结构是个大问题。目前的方案都是纵置2个环,下面做功转子有1个凸臂不对称,转一圈点火一次,燃烧爆震不对称,导致单一轴方向振动很大,而且持续对轴冲击。改进方法也很简单。个人建议横置三个环,两侧进气压缩环缩小一半(齿比1:2)。中间动力环改为2个轴对称凸臂(或称之为Omega2)。对侧同时点火,半圈两次,一圈共四次点火,或另外半圈不点火而是利用余热让(水或)侧环挤压来的高压空气吸热膨胀做功(并降温),从而变成八冲程(参考六冲程方案),或进一步变成十二/十六等冲程直到温度降低至做功略小于耗功再次点火,节油减排。爆震可以轴对称方向抵消,振动会非常小。燃烧缸体受热对称均匀。发动机自冷却,做功增加三倍。
4.点火时转子凸臂已经旋转了85度,起始燃烧室有点长。双火花塞也可能点火困难且不均匀。可以考虑新型微波等离子点火方案,均质稀薄燃烧,进一步节油减排。
Omega1的材料和精密加工有难度。分体循环+不偏心转子可以轻松实现跳火(间隔多圈喷油点火一次),降低油耗和排放。这可能是屹今为止最经济的方案。热效率到60%还真就有可能(发动机无需冷却,这块热能还有惯性能被额外增加的冲程回收利用,那些在四冲程活塞发动机上至少20%的冷却损失在这里减少为5-10%;无曲轴连杆,机械损失也少;非接触气缸摩擦损失也少),期待实测数据。
如果用于增程发电非常不错。
建议我国科研人员和汽车厂尽快研究(改进)此类技术。
Wankel三角转子发动机的问题主要在于磨损大,油耗高,燃烧不充分,污染严重。Liquidpiston反过来的8字型转子仍然是偏心轴方案。
历史上Tschudi,RotoBlock,MYT等等交叉追逐摆臂式环缸转子发动机都因为摆臂方向相反燃烧做功相互抵消而失败了。
不过Libralato和Anyoon方案似乎还在努力。StarRotor是分体循环+复杂的星型转子(更接近燃气涡轮)。(跟Omega1有点像)
Omega1似乎解决了转子发动机的诸多问题,拿到了一个小订单。它是分体循环,吸气压缩在一个环,燃烧膨胀排气在另一个环。我分析了可能的四个问题(包括改进方法):
1.(上下)双转子间缝隙0.1mm部分应该是留给热膨胀的,燃烧加热后就(近似)膨胀密封了。另外这个缝隙燃烧气体泄露方向与转子旋转方向相反,逆势泄露不太容易。转子凸臂与缸壁之间的缝隙的燃烧气体泄露方向与转子旋转方向相同,在高速旋转情况下追及泄露也不太容易(注意凸臂的形状,对侧的废气在缝隙处会被高速旋转加压,抵消膨胀压力)。另外根据EGR废气再循环理论,少量废气再进入燃烧室可以降低燃烧温度从而减少氮氧化物NOx形成。
2.润滑液只润滑接触轴但不进入气缸燃烧室不存在烧机油问题。转子凸臂与缸壁非接触不存在磨损问题。进气压缩环和燃烧排气环结构几乎一样,能压缩空气到14bar(近似活塞压缩空气后最大压力)也说明了非接触密封效果不错。
3.非对称不平衡的凸臂结构是个大问题。目前的方案都是纵置2个环,下面做功转子有1个凸臂不对称,转一圈点火一次,燃烧爆震不对称,导致单一轴方向振动很大,而且持续对轴冲击。改进方法也很简单。个人建议横置三个环,两侧进气压缩环缩小一半(齿比1:2)。中间动力环改为2个轴对称凸臂(或称之为Omega2)。对侧同时点火,半圈两次,一圈共四次点火,或另外半圈不点火而是利用余热让(水或)侧环挤压来的高压空气吸热膨胀做功(并降温),从而变成八冲程(参考六冲程方案),或进一步变成十二/十六等冲程直到温度降低至做功略小于耗功再次点火,节油减排。爆震可以轴对称方向抵消,振动会非常小。燃烧缸体受热对称均匀。发动机自冷却,做功增加三倍。
4.点火时转子凸臂已经旋转了85度,起始燃烧室有点长。双火花塞也可能点火困难且不均匀。可以考虑新型微波等离子点火方案,均质稀薄燃烧,进一步节油减排。
Omega1的材料和精密加工有难度。分体循环+不偏心转子可以轻松实现跳火(间隔多圈喷油点火一次),降低油耗和排放。这可能是屹今为止最经济的方案。热效率到60%还真就有可能(发动机无需冷却,这块热能还有惯性能被额外增加的冲程回收利用,那些在四冲程活塞发动机上至少20%的冷却损失在这里减少为5-10%;无曲轴连杆,机械损失也少;非接触气缸摩擦损失也少),期待实测数据。
如果用于增程发电非常不错。
建议我国科研人员和汽车厂尽快研究(改进)此类技术。
2023‑08‑30
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