楼主: wbth

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 楼主| 发表于 2008-12-24 19:55:27 | 显示全部楼层
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发表于 2008-12-24 20:23:19 | 显示全部楼层
好东东啊,,,,没见过
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 楼主| 发表于 2008-12-26 19:20:39 | 显示全部楼层
发动机的设计需综合考虑以下三个因素: 车辆排放对环境所造成的影响;不断上涨的油价以及保护矿物燃料资源的需要;而且由于氢动力汽车(由氢燃料电池或氢内燃驱动)不能像预想的那样在不久的将来生产出来。 因此,许多工程师更有志于改进内燃发动机。


Quasiturbine.com供图
奎西发动机


于1996年申请专利的奎西发动机是一项相当大的改进。在本文中,我们将对奎西发动机进行介绍,并回答下列问题:

发动机这一概念是怎么来的?
奎西发动机包含哪些零件?
奎西发动机是如何工作的?
与其他内燃发动机相比,其性能如何?
首先,让我们来了解一些发动机的常识。

发动机常识
若要了解奎西发动机的工作原理,您需要了解一些发动机的常识。

任何内燃发动机的基本原理都很简单: 即如果将少量的空气和高能量燃料(如汽油)放在一个密封的小空间,然后将此混合物点燃,气体将迅速膨胀,释放出大量能量。

发动机的最终目标就是将膨胀气体的能量转换为旋转运动。 就汽车发动机而言,其特定目标就是要快速旋转传动轴。 传动轴连接到各种部件,这些部件将旋转运动传递给车轮。

若要以这种方式产生膨胀气体能量,发动机必须循环经过数次小型气爆过程。 在燃烧循环中,发动机必须做到:

让燃料和空气混合体进入燃烧室
压缩燃料和空气
点燃燃料以发生爆炸
释放废气(可将其视为爆炸副产品)
然后循环重新开始。

汽车发动机的工作原理详细介绍了传统活塞发动机中此过程的情况。 简单来说就是,燃烧循环推动活塞上下运动,此运动-通过曲轴旋转传动轴。

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活塞发动机是汽车中最常用的发动机类型,奎西发动机的工作方式则更接近于旋转发动机。 旋转发动机并不像典型的汽车发动机那样使用活塞,它使用三角转子来实现燃烧循环。 燃烧压力存在于燃烧室中,该燃烧室一侧是壳体,另一侧是三角转子表面。


转子的运动路径使三个转子在运动到最高点时均能接触到壳体,从而产生三种不同体积的气体。 转子不停地围绕燃烧室运动,三种气体交替膨胀和收缩。 正是这种膨胀和收缩将空气和燃料吸入发动机,对其进行压缩,并在气体膨胀时生成作用力,然后排出废气。 (有关更多信息,请参见转子发动机工作原理)。

奎西发动机常识
圣希莱尔家族率先在1996年申请了奎西燃烧发动机的专利。奎西发动机的概念源于一项研究,该研究起初是想对所有发动机概念进行深入评估,以发现各发动机概念的优缺点及改进机会。 在此过程中,圣希莱尔团队认识到,如果对标准的汪克尔或旋转发动机进行改造,也许就能推出某种独特的发动机解决方案。

与旋转发动机相同,奎西发动机也是基于转子和壳体来设计的。 奎西发动机的转子使用的不是三个叶片,而是四个串在一起的元件,每个元件和壳体壁之间都有一个燃烧室。


Quasiturbine.com 供图
简单的奎西发动机  


四面转子是奎西发动机与汪克尔发动机的不同之处。 实际上,可以采用两种不同的方式来实现这种设计。一种是带托架的设计,另一种是不带托架的设计。 正如我们所将看到的,在这种情况下,托架只不过是个简单的机件。

首先,让我们来看看较简单的奎西发动机模型(不带托架的模型)部件。

简单的奎西发动机

较简单的奎西发动机模型看上去与传统的旋转发动机非常相似: 转子在近乎椭圆形的壳体中旋转。 但请注意,奎西发动机的转子有四个元件,而不是三个。 转子的四面密封在壳体壁上,转子的角密封在内侧周围,从而将内侧分成四个室。





对活塞发动机而言,在一个完整的四冲程循环周期中,曲轴将完整旋转两圈(请参见汽车发动机工作原理:内燃)。 也就是说,活塞发动机的活塞每旋转一周,便输出半个动力冲程。

另一方面,奎西发动机并不需要活塞。 典型活塞发动机的四个冲程沿椭圆形壳体顺序排列。 曲轴无须进行旋转转换。

在下面的动画中,你可以看到每个循环周期。 请注意,在此图中,火花塞位于一个壳体开口中。





在此模型中,您可以非常容易看到内燃的四个循环周期:

进气,此周期吸入燃料和空气混合物
压缩,此周期将燃料和空气的混合物压缩成较小的体积
燃烧,此周期用火花塞的火花点燃燃料
排气,此周期将废气(燃烧产生的副产品)从发动机舱排出
带托架的奎西发动机的工作原理与此简单发动机的工作原理相同,只是所增添的设计能够产生光爆震。 光爆震是一种优质燃烧模式,该模式要求更大的压缩和更强的坚固性,而这些都是活塞发动机或旋转发动机所不能提供的。 在下一节中,我们将详细了解这种燃烧模式。

光爆震

根据空气和燃料在燃烧室中的混合程度和燃料的点燃方式,可以将内燃发动机分成四种类型。 对于属于类型Ⅰ发动机而言,空气和燃料完全混合,形成均质混合物。 火花塞点燃燃料时,灼热的火焰燃遍混合物,火焰所到之处,燃料全部燃烧。 这种发动机是汽油发动机。

内燃发动机的四种类型

均质燃料空气混合物 非均质燃料空气混合物
火花点燃
类型Ⅰ汽油机
类型Ⅱ汽油直接喷射 (GDI) 发动机

压力加热式自燃
类型Ⅳ光爆震发动机
类型Ⅲ柴油机



类型Ⅱ发动机(即汽油直接喷射发动机)使用部分混合的燃料和空气(即非均质混合物),这种混合物被直接喷射到气缸(而非进气口)中。 接着,火花塞点燃混合物,从而燃烧更多燃料并产生较少废气。

对于类型Ⅲ发动机而言,空气和燃料仅在燃烧室中部分混合。这种非均质混合物接着将被压缩,从而导致温度升高,直至混合物自燃。柴油发动机以这种方式工作。

最后,我们来了解一下类型Ⅳ发动机,这种类型的发动机吸取了汽油发动机和柴油发动机的优点。预先混合好的燃料和空气将被压缩,直至自燃。 这就是光爆震发动机的工作过程,因为它使用的是均质燃料,并采用压缩点燃方式,因此通常将其称为HCCI发动机。HCCI(均质装料压缩点燃)的燃烧基本无排放,并能实现优良的燃烧效率。这是因为光爆震发动机能够完全燃烧燃料,不会留下需由催化转化器处理的碳氢化合物,即便产生这种化合物,也会将其直接排入空气中。


资料来源: Green Car Congress



当然,光爆震所需的高压会给发动机本身带来巨大压力。 活塞发动机不能承受爆震威力。 而传统旋转发动机(如汪克尔发动机)因燃烧室较长而限制了所能达到的压缩量,因此传统旋转发动机不能提供发生光爆震所需的高压环境。

让我们来了解一下带托架的奎西发动机。 它的设计才非常坚固、紧凑,能够承受光爆震的威力,并能提供压力加热式自燃所需的较大压缩比。

在下一节中,我们将了解此设计的主要部件。


带托架的奎西发动机回目录带托架的奎西发动机增添了一些复杂部件,但即便如此,其设计相对而言仍较为简单。 我们将在下文中逐一介绍各个零件。
壳体(定子)是一个称为“圣希莱尔溜冰场”的近似椭圆形结构,该结构形成一个空腔,转子就在这个空腔中旋转。 壳体上有四个开口:

火花塞通常所处的开口(亦可将火花塞置于壳盖中)。
用可移动塞封闭的开口。
进气口。
释放燃烧废气的排气口。



壳体的两侧各有一个盖。 每个盖上有三个开口,这种设计使发动机的配置具有了最大的灵活性。 例如,一个开口可作为传统化油器的入口,或装配一个气体或柴油喷射器,而另一个开口则可作为火花塞的备用位置。 这三个开口中有一个是大的废气排放口。


HSW供图
厢式发动机罩口


各个开口的用途取决于汽车工程师想为汽车安装的是传统的内燃发动机还是可提供超高压缩的光爆震发动机。

由四个叶片构成的转子代替了内燃发动机的活塞。 每个叶片都有一个加注顶和牵引槽,它们的作用是接收连接臂。 各叶片末端有一个枢轴,其作用是将一个叶片与下一个叶片相连,并在叶片和滚动托架间形成连接。 共有四个滚动托架,每个叶片有一个。 各托架围绕同一枢轴自由旋转,从而始终与壳体内壁保持接触。




每个托架依靠两个轮来紧密协作,即共有八个轮。 这些轮使转子能在壳体壁的外表面上平稳滚动,且因为轮较大,所以可减少接触时的压力。

奎西发动机在作业时不需要中心轴;但汽车当然需要一个输出轴来将发动机的动力传输给车轮。 输出轴通过安装在牵引槽中的两个连接臂和四个臂撑杆连接到转子上。




把所有零件组装在一起,发动机将如下图所示:


Quasiturbine.com 供图
带托架的奎西发动机


请注意,奎西发动机不具备活塞发动机所拥有的复杂零件。 它没有曲轴、气门、活塞、推杆、翘板或凸轮。 因为转子叶片在托架和轮上“运行”,所以几乎没有摩擦,也就是说,无需使用机油和油底壳。

既然我们已经了解了带托架的奎西发动机的主要部件,我们接着就来看看各部件是如何协作的。 下面的动画演示了燃烧循环:


Quasiturbine.com 供图


您首先会注意到转子叶片在旋转时是如何改变燃烧室容积的。 容积先增大,这使得燃料空气混合物发生膨胀。 随后容积将缩小,从而将混合物压缩到一个较小的空间。

第二点您将注意到的是,一个燃烧冲程如何在下一个燃烧冲程即将准备点火时结束。 火花塞旁的壳体内壁上有一个小槽,当各托架密封件经过此槽时,一小部分热气体将回流到下一个准备点火的燃烧室中。 这将引发持续燃烧,就像在飞机的燃气涡轮中一样!

这种工作方式提高了奎西发动机的效率和性能。 四个燃烧室将产生两个连续的回路。 第一个回路的作用是在燃烧过程中压缩和膨胀混合物。 第二个回路的作用是排气和进气。 转子旋转一周,将生成四个动力冲程。 这是活塞发动机的八倍! 即便是转子旋转一周能生成三个动力冲程的汪克尔发动机,其性能也无法与奎西发动机相媲美。

奎西发动机的优缺点
显然,增加的动力输出令奎西发动机优于汪克尔发动机和活塞发动机,不仅如此,奎西发动机还解决了汪克尔发动机面临的许多问题。 例如,汪克尔发动机的燃料空气混和物不能充分燃烧,未能充分燃烧的剩余碳氢化合物将被排放到废气中。 奎西发动机通过将燃烧室加长不到30%,从而解决了这个问题。 也就是说,奎西发动机中的燃料空气混和物将承受更大的压缩,获得更完全的燃烧。 另外,因为未燃烧燃料减少,奎西发动机的燃料效率将极大提高。

奎西发动机的其他主要优点包括:

零震动,因为发动机完全平衡
更快加速且无飞轮
在较低转速下具有较大扭矩
运转几乎无需机油
噪音更少
具有全方位灵活性,实现完全隐没式作业,或可在任何方位(甚至颠倒方位)进行作业
运动零件更少,从而减少磨损和破裂
最后,奎西发动机可使用不同类型的燃料,包括甲醇、汽油、煤油、天然气和柴油。 随着汽车燃料从传统燃料向替代燃料过渡,它甚至可以氢为燃料。
奎西发动机的应用

Quasiturbine.com 供图

卡尔·本兹于1886发明了现代内燃发动机,迄今为止,内燃发动机已经历了约120年的设计改进,但奎西发动机仍处于初期阶段。 奎西发动机尚未有任何实际应用,因此无法测试其是否适合替代活塞发动机(或者说旋转发动机)。 它目前还处于原型开发阶段,至今为止,人们只是在2004年的微型竞赛汽车展上对其有过最为近距离的了解。在今后的几十年中,奎西发动机也许并不能成为具有竞争力的发动机技术的代表产品。

但在未来,您将有可能看到奎西发动机应用于汽车之外的其他设备。 因为这种发动机的中心区域庞大,且无需使用中心轴,因此它可以容下发电机、推进器和其他输出设备,从而使其成为能够驱动链锯、航空动力伞、雪地车、空气压缩机、舰船推进系统和发电厂的理想发动机。
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 楼主| 发表于 2008-12-26 21:18:17 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2008-12-26 21:52:31 | 显示全部楼层
上面最后一个附件是微型涡轮机
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发表于 2008-12-27 01:24:45 | 显示全部楼层
不错!
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发表于 2008-12-27 12:03:24 | 显示全部楼层
好图片,谢谢楼主
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 楼主| 发表于 2008-12-31 20:25:14 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2008-12-31 20:26:19 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2008-12-31 20:27:07 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2008-12-31 20:27:55 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2008-12-31 20:28:41 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2008-12-31 20:30:36 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2008-12-31 20:34:00 | 显示全部楼层
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发表于 2009-3-4 19:24:14 | 显示全部楼层
很好的图片,谢谢楼主的分享~~~~~~~~~
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发表于 2009-3-24 15:15:28 | 显示全部楼层
非常棒!感谢楼主的辛勤工作!如果有时间的话请楼主将这些图片,文章打包给我发一份好吗?谢谢!
wilderabc@163.com
谢谢楼主了!
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发表于 2009-3-24 17:52:52 | 显示全部楼层
看了楼主的帖,我觉得不顶都不行。这些图片的确不错,本来想收藏来着,可惜每张的右下角都被贴上了“国防科技论坛81TECH.COM),心情很不爽。看看算了。
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发表于 2009-4-4 16:04:58 | 显示全部楼层
受到不少啟發,現現樓主,看樣子可以自已DIY一台用用了
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发表于 2009-6-8 21:30:44 | 显示全部楼层
好东西呀!真是太感谢大家了
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发表于 2009-6-8 22:24:36 | 显示全部楼层
要是图片能配上说明那更完美了。
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发表于 2009-6-9 10:31:30 | 显示全部楼层
看看还有多少B!
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发表于 2009-6-21 22:21:47 | 显示全部楼层
很少见,不错
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发表于 2009-7-10 23:47:40 | 显示全部楼层
楼主你太强大了,我只有两字送你,,佩服
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发表于 2009-7-11 12:17:18 | 显示全部楼层
感谢感谢
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发表于 2009-8-18 01:20:57 | 显示全部楼层
太漂亮了~~~~~
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发表于 2009-8-23 21:49:55 | 显示全部楼层
好东西呀,这么多发动机
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发表于 2009-8-24 19:25:38 | 显示全部楼层
真过瘾
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发表于 2009-8-25 12:15:50 | 显示全部楼层
能不能给点图片说明啊
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发表于 2009-9-6 21:46:36 | 显示全部楼层
郁闷,原来还有那么多没见过的发动机
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发表于 2009-9-6 23:00:17 | 显示全部楼层
楼主的图片挺详细的,从活塞式发动机到涡桨、涡轴以及我喷发动机和涡扇发动机,挺不错的东东。唯一遗憾的是图片精度有点差,如果能更清晰的话就太棒了。
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