轻量化多边形发动机的设计与分析



轻量化多边形发动机的设计与分析

目前发动机的设计趋向于高功率质量比（功率系数）的汽油发动机。高功率系数发动机在许多方面比传统发动机更有优势，如更轻的质量、更小的尺寸、更低的摩擦和热量消耗。最近开发的发动机功率系数将大于1.62kW/kg。例如，EcoMotor公司开发的发动机是一个双循环对置活塞式发动机，功率系数可达1.78kW/kg,主要归功于双循环和对置活塞式发动机的应用。事实上这种设计可追溯到20世纪。本文提供的发动机配置可以将产生功率的多个活塞安装在小体积空间内，并使功率质量比达到约3.24kW/kg，这也是发动机生产史上的里程碑数据。介绍一个几何压缩比为15.0，实际压缩比为8.8，活塞运动速度为17.8m/s，轻量化、2冲程、6边、平面的多边形发动机的分析和设计，以及输出功率、运动学建模和质量估算等。

轻量化多边形发动机的优势应归功于一些关键的设计。图1显示出弧形发动机基本配置。活塞被安排在一个多边形形状里（本例为6边形），空出的一边安置曲轴。活塞相对放置，并分享燃烧室。5个活塞中有3个是双向的。

图2为多边形发动机的内部剖视图（由于多边形为打开的亦称为弧形发动机）。3、4活塞的套筒有进气和排气口。1、3、5活塞的套筒只有进气口，2、4活塞的套筒只有排气口。活塞1、2是进气和排气再循环系统。

提出一个新的发动机配置，利用2冲程对置活塞设计优势和紧凑多边形包装结构，功率系数约可达3.24kW/kg。具体为1个双环、10个活塞的发动机视图（图3）。功率在11500r/min转速下可达到720kW，且其质量小于222kg。

Adam N.Clark et al. ASME 2013 Internal Combustion Engine Division Fall Technical Conference，USA, October 13-16, 2013.

编译:李古建