有一家发动机开发公司名为斯库德利集团(Scuderi Group)最近公布了研发进展,他们倾力制成的一个引擎可以减少油耗25%至36%,这是对比传统设计而言。这种改善大致等于燃油经济增长50%。
萨尔·斯库德利(Sal Scuderi)是斯库德利集团总裁,该集团从2002年成立以来,已筹集到6500万美元,斯库德利说,九大汽车公司签订了保密协议,让他们可以获得有关这一引擎的详细数据。 斯库德利说,他希望,至少有一家汽车制造商会签署授权协议,就在今年年底之前。从历史上看,主要的汽车制造商一直不愿授权发动机技术,因为他们更愿意自己开发发动机,作为其产品的核心技术。但因为压力太大,为满足新的燃油经济性法规,汽车制造商就更感兴趣寻找外面的技术。
虽然斯库德利公司已经制成的原型发动机是为了展示基本设计,但燃料节省的数字不是基于样机的性能,而是基于计算机模拟,这种模拟比较了斯库德利发动机与传统的发动机,就是用在2004年的雪佛兰骑士(Chevrolet Cavalier)中的发动机,这款车辆有广泛的模拟数据是公开的,斯库德利说。自2004年以来,汽车制造商经通过引进大大改进了发动机,但是这些通常提高燃油经济性的幅度是在20%左右,与此形成对比的是大约50%的提高,这是斯库德利公司的模拟所显示的。
但是,有一个很大的差异分开了模拟结果和实际数据,就是实际车辆中发动机的数据,拉里·里尼克(Larry Rinek)说,他是弗罗斯特和苏利文公司(Frost and Sullivan)的高级顾问,这是一家分析公司。“到目前为止,事情看起来令人鼓舞,但他们真正能达到很高的目标吗?”他说。汽车制造商应当等一下,看到数据是来自实用发动机,而且是安装在车上的发动机,然后再授权这项技术,他说。
传统的发动机使用四冲程循环(four stroke cycle):空气进入燃烧室,空气被压缩,燃料添加和打火点燃混合物,最后燃烧气体被压出气缸。斯库德利发动机就是所谓的分置循环发动机(split-cycle engine),这些功能被分在两个相邻汽缸中。一个汽缸吸入空气并进行压缩。被压缩的空气经过一个管道进入第二个汽缸,在那里添加燃料,燃烧发生。
分离这些功能使工程师可以灵活地设计和控制发动机。在这一案例中,斯库德利发动机就有两个主要变化,不同于传统内燃机中发生的情况。第一是改变了燃烧发生时间,就是活塞在气缸中上下运动的时候。第二是增加了一个压缩空气储罐。
在大多数汽油发动机中,燃烧发生是在活塞接近汽缸顶部时。在斯库德利发动机中,它发生在活塞开始向下移动的时候。其优点是,这一位置的活塞可以更好地调节曲柄轴(crankshaft),使汽车加速更有效,在发动机低转速时就是这样,从而节省燃油。目前的挑战是,当活塞向下移动时,燃烧室里面的容积增大,压力迅速下降,因此很难形成足够的压力,从燃烧室推动活塞,并驱动汽车行驶。
但是,这种分置循环设计可实现极快速的燃烧,比常规发动机快三至四倍,斯库德利说,这样,增压就会远远快于容积增大带来的降压。他说,快速燃烧是可以实现的,因为可以在压缩气缸中创造非常高压的空气,然后将其高速释放到燃烧室。
拥有一个独立的空气压缩气缸,可以很容易地把压缩空气转移到存储罐,这有许多优点。一方面,这就是个方法,可以解决汽油发动机的一个问题:就是它们在低负荷时效率特别不高,比如汽车中等速度行驶在平坦公路上时,就是这样。在这种条件下,传统发动机的进气口(air intake)会部分关闭,以限制进入发动机的空气量,“这就像用吸管吸空气一样,”斯库德利说,这会使发动机运转更难。
新设计的发动机,没有关闭空气流动,进气口保持敞开,“吞入大量的空气,”他说。燃烧不需要的空气就储存在储气罐。一旦储气罐满了,压缩活塞就会停止压缩空气。它就可以自由地上下滑动,没有任何重大负荷加在发动机上,这就会节省燃油。储气罐随后会把压缩空气送入燃烧室。
这一储气罐也提供了一条途径,可以捕捉减速汽车的能量。当汽车减速时,轮子驱动压缩气缸,充满储气罐。压缩的空气随后根据需要用于燃烧。
目前还不清楚,这种设计是否可以在商业上成功。即使模拟结果转化为实际的汽车发动机性能,这种发动机也许会证明不容易制造,或难以负担生产成本,里尼克说,特别是采用现有工厂的设备,就是这样。这一设计也必须竞争过许多其他新出现的引擎设计。斯库德利说,第一个使用这种发动机的可能不是在汽车上,而是用作一个发电机,尤其适用一些地方,就是手头有压缩空气就可以用的地方。例如,建筑工地需要电力来驱动电锯,也需要用压缩空气驱动射钉枪(nail gun)。
分置循环引擎 燃油经济性提高50%
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