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LiquidPiston公司的设计将首先出现在无人机和发电机上。
转子发动机有一个很酷的光环。但在TopTrumps的比赛中,V12可能是国王,转子是一个笑话,一张外卡。缺乏主流的成功无疑也是原因之一;它们从来都不常见是有原因的,包括它们燃烧油料的顶端密封,这会产生令人头疼的排放问题和燃料消耗。
LiquidPiston公司认为,他们已经解决了这些问题,并且在这个过程中,他们发明了一种小型高效的新型内燃机。它已经在卡丁车上展示了自己的技术,还在美国军方的无人驾驶飞行器上展示了自己的技术。
虽然转子发动机没有什么值得称道的地方,但在“传统的”汪克尔(Wankel)转子发动机中,一个三角形的转子在燃烧循环期间在燃烧室内转动。顶端密封安装在转子的顶端,但它们需要持续的机油润滑,其中大量机油在燃烧过程中会燃烧。因此,Wankel发动机在处理燃料油的产品时需要不断地加油。而且,这些顶端密封圈也会磨损。
液化活塞公司创始人兼首席执行官亚历克·什科尔尼克(AlecShkolnik)解释道:“(汪克尔)有一个细长、移动的燃烧室。这可能是你能为发动机做的最糟糕的事情。燃烧有点像一个球,然后当它撞到墙上时,墙很冷,就会熄灭。所以想象一下,试图在狭窄的走廊里长出一团火焰,你会发现燃烧非常糟糕。”。
解决办法是把发动机从里面翻出来。原来的燃烧室是椭圆形的,转子是三角形的,现在的燃烧室是三角形的,转子是椭圆形的,里面有一个预室。
亚历克·什科尔尼克说:“所以,我们现在有了一个固定的燃烧室,而不是一个又长又细的移动燃烧室。这意味着我们可以把它做得更小,从而实现更高的压缩比。因为它是静止的,所以适合直接喷射燃料。”由于密封件是固定的,机油问题应该得到解决。
他继续说:“我们可以直接将顶部密封件与端面密封件连接起来。现在不再有间隙,窜漏现象显著减少,而且……我们可以通过测量微量油直接润滑密封件……直接润滑到天花板表面。”
这不仅仅是发动机设计的问题,也是热力学的问题
LiquidPiston公司并不只是在摆弄发动机的形状——用它自己的话说,它还试图重塑热力学循环。亚历克·什科尔尼克表示:“HEHC(高效混合动力循环)循环是一个四冲程循环。基本上,我们正在挑选其他循环的特征。我们正试图在各个方向上拉伸PV图,以获得更多的能量,从给定量的燃料中提取更多的功。”
“我们试图通过奥托循环的定容燃烧过程来获取柴油的压缩比,这是一个真正的奥托循环。除此之外,我们还希望过度膨胀;我们希望与压缩比相比有更大的膨胀比。这是我们循环的三部分。所以我们只选择我们喜欢的东西,我们称之为高效混合循环。”什科尔尼克说。
事实证明,HEHC引擎具有很强的适应性。例如,LiquidPiston有二冲程和四冲程两种型号,目前专注于前者。什科尔尼克说:“不同之处在于,在四冲程发动机中,转子的一部分负责燃烧,另一部分负责进气和排气。在二冲程变型上,转子的两侧各做燃烧。每次转子旋转,就会有六次点火事件。就功率密度而言,这是非常了不起的。”
HEHC发动机也经过了压缩点火和火花点火的测试。他解释说:“火花点火的好处是我们可以使用多种不同的燃料。因此,在我们的小型发动机(五马力发动机)中,我们使用汽油、煤油、喷气燃料、柴油,甚至丙烷等气态燃料,最近还使用氢气。”
LiquidPiston最近的大部分工作都是在开发一种25马力(18千瓦)的二冲程发动机,用于军事用途。这家初创公司于年开始与DARPA合作,在过去两年中,与美国防部签订了价值万美元的合同。
其中一个应用是无人机混合动力系统的一部分,发动机可以在飞行过程中给电池充电。无人机的起飞、降落和长达30分钟的飞行可以单独依靠电力。另一个是便携式10千瓦发电机,它比美国陆军目前的先进中型移动电源发电机轻75%,体积更小,效率提高8%左右。
但LiquidPrison的设计适用于低容量、手工制造的无人机发动机或军用发电机之外的应用,这些发动机或发电机不受排放法规的约束。这就是最近一轮万美元的资金来源。
亚历克·什科尔尼克表示:“这是我们筹集外部资金的一个重要原因,以跨越这些生产和排放的桥梁,以便我们能够进入商业市场。我估计大约两年后,我们有望与国防部交付,然后可能一到两年之后,会有更广泛的商业市场。”
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