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「劳斯莱斯」为什么柴油机能做到 50% 以上热效率？( 三 )


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这个发动机的基本工作原理的很简单的 ， 当活塞到达下止点时 ， 新鲜的空气从气缸下面的进气口进入气缸 ， 燃烧后的气体从气缸顶部的排气口排出 ， 之后两个活塞相互靠近 ， 在接近中点之前柴油会被直接喷入气缸 ， 每个气缸有两个对向安装的喷油嘴 。 燃烧开始后将活塞分离 ， 之后整个循环不断重复 ， 上面的活塞和下面的活塞各自使用一根独立的曲轴 ， 两根曲轴通过齿轮结合在一起 ， 作为一根轴输出动力 。

「劳斯莱斯」为什么柴油机能做到 50% 以上热效率？
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使用两根曲轴看似很复杂 ， 实际上这个发动机没有气门结构 ， 意味着没有凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧甚至连气缸缸头都没有 。 举个例子 ， 一台2.7L3气缸的这种高电脑挂机可以输出270匹马力 ， 650N·m的扭矩 。

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首先 ， 没有了缸头 ， 燃烧后炙热气体接触的面积更小 ， 相比起燃烧室的面积 ， 接触面积减少了很多 ， 相对于把热量传递给缸头 ， 它的热量传递给了两侧对向的活塞 ， 这意味着有更多的热量被用于做功 ， 并且把整个气缸的运动距离分给了两个活塞 ， 这使得冲程缸径比很大 ， 并且活塞的运动速度很低 ， 这就使得能量的利用率更高 。

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此外 ， 两侧活塞顶部的燃烧室能设计得非常理想 ， 这样空气和燃油混合得更快 ， 燃烧速度也更快；这台两冲程发动机由机械增压来控制进气压力 ， 并且还有涡轮增压的双增压结构 ， 进气孔和排气孔被设计得最有利于扫气 ， 排气口会首先打开 ， 让燃烧后的高温高压气体排出 ， 当气缸内压力降低 ， 进气口打开 ， 新鲜空气进入气缸将剩余的废气排出 ， 进排气口在活塞向中心运动时关闭 ， 会有少量的废气剩余 。

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从效率角度来讲 ， 这是最理想的配置 ， 如果只有两个气缸 ， 供给涡轮的气流就会有很大的真空期 ， 会降低整体的效率 ， 尤其是低转速、低负载时 ， 没有足够的排气气流去推动涡轮 。 如果是四个气缸 ， 一个气缸的排气口打开时间和另外一个气缸的进气口打开时间就会有过多重合 ， 这就会让气缸内剩余的废气变多 ， 降低扫气效率 ， 最终同样会降低整体效率 。

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当然 ， 这不能说明这种发动机不能使用其他的布局 ， 2、3、4、5缸都是可以的 ， achates也在开发一种以性能为目标的四缸发动机 ， 但是在效率角度来讲 ， 三缸是最理想的 。 说到效率 ， 测试数据显示在很宽泛的负载条件下 ， 发动机输出热效率都能处于40%以上 ， 最大热效率达到46% ， 气缸内热效率在负载测试下都没有低于51% ， 所以这个发动机的优势不仅仅是最大热效率很高 ， 而且具有非常宽泛的转速和负载下都能有非常高的热效率 。 在2012年就达到了SAE一项2018年的研究报告中 ， 使用三缸对向活塞柴油机达到了55%的最大热效率 。

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在2017年底特律车展上 ， 有9家主机厂成为了这种该发动机的研发参与伙伴 ， 如今只有一家已经开始实验生产这种对向活塞发动机了 。 但是由于这是两冲程发动机 ， 在环保上会有明显的劣势 ， 因为两冲程发动机的机油是参与燃烧的 ， 在日益严格的环保法规限制下 ， 必然会遭受毁灭性打击 。 此外 ， 由于没有配气机构 ， 所以进排气口的位置、高度都会影响着发动机的进排气相位 ， 同时直接影响发动机的性能 ， 同时不同拥有可变气门技术 ， 所以难以满足在任何工况下的效率、动力表现 。


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