美加速研发对置活塞对置汽缸发动机

2010-10-20 10:31 来源: 中国科学院
864 收藏到BLOG

  燃油利用效率低是汽车生产厂家长期以来深感头痛的问题。现在广泛使用的内燃发动机能快速将燃油的化学能量转变成动能推动汽车行驶,但是即使是日本丰田公司生产的节油型油电混合动力汽车普锐斯(Toyota Prius),也仅仅只有37%的化学能被有效使用,其余能量变成不需要的热能、声波和摩擦阻力而浪费掉。

  新发动机能让汽车多跑20%路程

  当比尔·盖茨和同样是亿万富翁的韦恩多·库斯拉今年7月宣布他们向环保发动机(EcoMotors)公司投资2300万美元时,立即引起了众多汽车生产厂家的注意。对此,人们并不感到奇怪。环保发动机公司位于美国密歇根州,该公司表示,其多年来致力研发的发动机有望极大提高燃油的效率,让安装新发动机的汽车突破每加仑汽油行驶100英里(相当于每升油行驶42.32公里)的目标。

  环保发动机公司研制的是对置活塞对置汽缸发动机(opposed-piston, opposed-cylinder,简称OPOC发动机)。它有两个水平对置汽缸,每个汽缸中有两个活塞,工作时两个活塞向相反的方向运动。曲轴安放在两个汽缸中间,曲轴上4根传动杆分别与4个活塞相连。公司人员表示,同普通内燃发动机相比,对置活塞对置汽缸发动机的零部件约少50%,其独特的设计让它能比当前最先进的汽油或柴油发动机在推动汽车行驶时,使用等量燃油多跑20%的路程。

  在主要的运行范围内,柴油对置活塞对置汽缸发动机能够将燃油化学能的48%用于车辆前行。此外,在输出功率相同的情况下,由于对置活塞对置汽缸发动机重量和体积只有普通内燃机的50%,因而减少了发动机推动自身质量运动的负担。  

  对置活塞对置汽缸发动机从其二冲程循环中获取大部分的能量密度,该循环为曲轴每次完成旋转提供动力。通常,二冲程发动机的问题是其会造成污染,因为不完全燃烧通常会排放出没有燃烧的燃油。但是,环保发动机公司总裁、前福特汽车公司执行官约翰·库勒迪表示,采用复杂的发动机控制系统和电子辅助涡轮增压等手段,研究人员帮助对置活塞对置汽缸发动机避免了污染排放的问题。与普通二冲程发动机相比,在对置活塞对置汽缸发动机中,通过燃烧室的循环空气的效率高出30%,燃油燃烧更完全,其尾气排放可与普通四冲程内燃发动机相媲美。

  新发动机还有望用于直升机

  今年3月初,在美国首都华盛顿召开的能源创新高层会议上,环保发动机公司展示了自己开发的EM100对置活塞对置汽缸发动机基本模块样品。这台双汽缸4活塞发动机的动力可达480马力。不过公司人员表示,当车辆载重较轻,只需要主汽缸工作时,可以通过离合器让辅汽缸完全停止工作。此举不仅能够提高燃油的经济性,而且还可以避免主汽缸产生寄生能量损失。EM100发动机比普通大马力柴油发动机的燃油效率高出45%,其尾气排放符合美国50个州关于轻型载重车辆柴油发动机的排放标准。

  环保发动机公司创办合伙人、前通用汽车公司首席工程师唐·兰科尔说,公司将在明年公开展示动力为300马力的柴油对置活塞对置汽缸发动机,不过对置活塞对置汽缸发动机的用户并不仅仅限于潜在的汽车制造商,今年年初时,欧洲直升飞机公司(Eurocopter)已提出了利用两台对置活塞对置汽缸发动机为直升飞机提供动力的概念。