全新的高效发动机燃烧原理

全新的高效发动机燃烧原理

日本早稻田大学理工学院的内藤健教授针对汽车、飞机及发电设施等采用的发动机压缩、燃烧原理提出了全新的理念，可将影响性能的热效率提高到现在的2倍水平。应用新原理的发动机压缩和燃烧过程不在整个燃烧室范围内进行，而是集中在燃烧室中央的某一点，这样，除了能提高混合气的压缩比外，而且由于燃烧后的高温气体不接触燃烧室周围壁面，热能难以泄漏到外部，因而可以取消冷却装置。并且，可以有效利用原本会逸入冷却液等处的热能。

当前车用汽油机的热效率约为30％，低速行驶时则会降低至15％左右。若能有效应用上述新原理，预计可以在更为宽广的发动机运转范围内，实现60％以上的高热效率，并且其应用范围将可涵盖从汽车到飞机的各类发动机。

利用理论计算和计算机模拟工具，确认了这一新燃料压缩及燃烧原理的可行性。内藤教授的研究小组制作了2台小型原型机，今后还将进行正式的燃烧试验及设计优化研究。

新型发动机（试制原型机）由燃烧室和输出动力的活塞等部件构成。在燃烧室的壁面设置若干个引导燃料气体的喷口，将从外部引入的汽油等燃料气体喷束从气缸的周围集中引入中央部位的某一点。发动机起动时用起动专用的电动机拉动活塞，为气缸内部减压，利用内部与外部的压力差，将空燃混合气快速引入缸内，形成音速级的高速气流喷束。

这一高速混合气喷束在燃烧室中央的极小范围内发生冲突，由此自压缩的气体达到高温高压状态，从而实现自着火燃烧。混合气喷束的数目越多，燃料气体的压缩比就越高，如有16～30根音速级喷束发生冲突，则压缩比可提高至10～30倍的水平。

发动机的热效率是指从燃料能量中获得的输出动力的比率。从理论上讲，压缩比越高，热效率就越高，输出的动力也就越强劲。高压缩比可将原本作为废气排出的热能作为动力加以利用。但目前的发动机在燃烧后会因高温气体接触燃烧室壁面而使热能从壁面逃逸。此次新提出的压缩、燃烧理念正是从原理上避免了这一点。

新型发动机的计算机模拟结果显示，燃料在燃烧室的中央部位燃烧后，高温气体会滞留在其附近，而不与其周围壁面发生接触。并且高温气体可能也不与活塞表面发生接触。据内藤教授称，如能在燃烧试验中确认上述结果，就有可能实现发动机周围壁面的隔热，这意味着可以废除冷却装置。

此外，研究显示，新型发动机的噪声及振动可被控制在传统发动机的水平，因为只有在燃烧室中央极小的范围内呈高压状态，而壁面附近的区域则基本处于大气压力水平下，极难传递噪声及振动。

内藤教授的研究小组制作了2台应用新原理的原型机，并且将使用汽油进行燃烧试验。其中，一台是假定为汽车及家庭发电用的排量约为50 m L的发动机，另一台假设为是飞机发动机，即尝试用1台发动机，实现从音速到超音速的飞行。

陈云生 供稿