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[技术] 中国人设计的机械发动机系列 2001-2012 (每日发布)

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发表于 2014-8-1 11:58:55 | 显示全部楼层
williow 发表于 2014-7-28 22:27
回复gmfree先生,首先单纯从机械结构本体出发明确几点,未来的热能动力转换机一定具备以下特征.
1, 不是往复 ...

willow,你好。看得出你对发动机研究很专业,我想请教一下陶瓷发动机和六冲程发动机为什么没有得到广泛应用,不要复制百度的回答,要自己的想法,自己的思考。
发表于 2014-8-1 19:44:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 williow 于 2014-8-2 19:37 编辑

回复pengbo133,关于你对陶瓷发动机和六冲程发动机为什么没有得到广泛应用的问题, 不该提什么请教, 而应该作为有共同爱好和理想的友人之间的技术交流.
在此阐述一下自己的纯技术角度的看法和思考。
1, 对于陶瓷发动机,我对所此项技术了解的并不深入,但从材料加工方面分析, 陶瓷加工应为一次成型,无法重复加工,并且无法用刀具加工, 而只能用金刚类磨具加工。材料膨胀系数原因加工完成后与铝合金或铸铁缸体的合并融合不太好应付,成本及精度控制都会有困难。
从热力学角度考量, 陶瓷发动机因导热性低,热量不散发,工作温度保持在1000℃左右。此高温下,空气会高幅度热膨胀,这就对进气后的压缩造成极大不利, 压缩高温下的已高度膨胀的空气进气将大幅增大所耗费的膨胀功,这一点在空分及空调行业广泛使用的中冷段就可理解.当然, 陶瓷发动机气缸温度也一定会超出1000℃,因为此时热量已高度过剩。发动机热效率也不可能高。还有最要命的就是燃油点火控制,可想而知, 极容易引起爆震。工作温度在1000℃时对高温润滑油也是一项极大挑战.

2, 对于六冲程发动机,我倒是深入研究过, 技术上最大的问题倒不仅仅是在气缸腐蚀和冷热交变应力上,发明者把两种完全不同的热力循环生硬地局限在同一气缸内,并对高温排气进行再压缩,说明他的想象力和创造力都不足,无法取得成功,当然是必然结果
我认为,实际上设计一种成功的六冲程发动机唯一必须采用的方法是分体二级膨胀方式,即,内燃气缸与蒸汽气缸分开,两者只有排气管联接,但轴有机构联动,。第一级内燃气缸容积必须是第二级膨胀气缸容积的50%或以下。在发动机第一内燃缸高压高温气体排出时,内燃尾气必须经过一个位于第二级膨胀气缸内的热交换器完成储热,并轴联动第二级较大活塞下行, 已加热至过热态的高压高温液态水在二级大活塞下行适当时注入, 增加一个闪蒸做功行程。
此时的第二级膨胀气缸因运行温度比之第一级内燃气缸要低, 实验数据显示约在300度左右, 内燃缸与蒸汽缸分开后腐蚀和排气系统问题就很易解决。

简要阐述, 不足之处,望可见谅.

Williow  01/08/14
6step.jpg
发表于 2014-8-4 12:23:21 | 显示全部楼层
williow 发表于 2014-8-1 19:44
回复pengbo133,关于你对陶瓷发动机和六冲程发动机为什么没有得到广泛应用的问题, 不该提什么请教, 而应该作 ...

回复williow先生,仔细研究了您的观点,的确是经过认真思考而得出的技术结论,分析的很独到、很好。我的qq:444363549,希望与您做进一步的交流。

首先说一下陶瓷发动机:
加工制造方面如您所说,精度和成本是一大限制因素。陶瓷的低导热性以及取消了冷却系统,使气缸内工作温度比普通发动机要高200~300摄氏度左右(这一数据摘自网络,无试验核实。),导致进气温度的提高,在不改变压缩比的前提下,容易引起爆震,因此现有的陶瓷发动机都是基于柴油发动机基础上改进而来,这样就不会爆震,但是也有其他缺点,过高的温度,导致柴油不能与空气充分混合均匀(日本五十铃公司采用预燃室的方法来充分混合),再说汽油机,我们以常用的缸外电喷举例,必须降低进气冲程气体的温度,才会抑制爆震,我曾设想了几种降低温度的方法,其中最有效而且能够与后续的六冲程发动机结合为一体的方式:就是向气缸内喷水。至于是和燃油一起喷射,还是在膨胀冲程燃油完全燃烧后再喷射,还是如六冲程所说在第五冲程喷射,我们做后续讨论。再说一下陶瓷发动机热效率的问题,我们知道普通发动机活塞作功产生的机械能、冷却系统消耗的热能以及排放尾气所携带走的热能,大约各占三分之一,也就是说现有发动机热效率在30%左右。陶瓷发动机的工作温度高,因此膨胀冲程气体会充分膨胀,热效率会提升一些,但是比较有限。限制陶瓷发动机的另外一个主要因素就是陶瓷的脆性,从而导致低可靠性和低疲劳寿命,关于陶瓷的脆性问题和高温润滑油的问题我已有改善措施,我们可作私下讨论。
您提到:“因为此时热量已高度过剩。发动机热效率也不可能高。”,这句话怎么去理解?


其次说一下六冲程发动机:
看了您关于六冲程发动机的想法,疑问比较多,因此暂且先不说我对六冲程的思考,因为我对热力学是个门外汉。
1、两种完全不同的热力循环,能具体解释下吗?
2、高温排气进行再压缩,这一点好像与六冲程发动机不符,六冲程是在第四冲程排出尾气,并没有再压缩。我们暂且不管发明者的初衷是怎样,不过高温尾气再压缩的确不是高明之举。
3、第二级膨胀气缸的热交换器作用是什么?去除是否可以
4、第一级内燃气缸将尾气排出到第二级膨胀气缸时,第二级膨胀气缸的活塞处于什么位置,是否是对尾气的再次压缩?
5、注入高压高温液态水,需要增加额外装置来将标准状态下的水转换成高压高温液态水,改成注入标准状态水是否可以?
6、内燃缸与蒸汽缸分开后腐蚀和排气系统问题就很易解决。这句话怎么理解,具体是怎么解决腐蚀问题的?
发表于 2014-8-4 19:49:52 | 显示全部楼层
回复pengbo133先生,首先声明一下,我从不用QQ,因为我始终认为QQ这种东西只不过是无聊的人才热衷的东西,而且我也极藐视马化腾对于许多该行业竞争者采取不正当,不光彩的扼杀手段。
我约于5年前开始研究,拆解,分析各种类型发动机及压缩机,目标是研发构建一种能够代替化石燃料,而使用太阳能等自然能量的未来发动机。我相信,这也是大多数投身于此方向的所有具有创造精神的工程师的梦想和追求。
本人不是热力学及发动机专业科班出身,所以也谈不上请教,只希望在科技论坛上作些互相交流。

以下是题内话,首先说一下陶瓷发动机:
热量高度过剩,造成发动机热效率不高问题。不只是发生在陶瓷发动机, 所有发动机都有这一难以解决的通病。此问题需从最微观的分子间力来分析. 600℃条件下1升液态水温度到达超临界压力30MPa。体积膨胀1600倍.原子间最电子外层震动达到限度, 而1升空气温度到达600C℃后,体积膨胀不会超出300倍. 原子间最电子外层震动也达到限度.
陶瓷发动机是气体发动机, 1000℃时进气吸入已充分热膨胀, 活塞消耗机械能压缩热空气, 活塞完成压缩时热空气温度必将远超1000℃,过程是不可逆的,热量高度过剩.  燃油全燃烧后膨胀冲程的体膨胀幅度很有限。况且在同一缸内, 膨胀容积等于进气容积, 而膨胀体积是总远大于进气体积.造成无法充分膨胀并降温,而因机构行程原因被迫强制排出, 全部过程也是不可逆的,热量仍高度过剩。

其次说一下六冲程发动机:
1、,朗肯循环(蒸汽机)和内燃机奥托循环两种完全不同的热力循环, 热力学教科书有详解.
2、六冲程发动机的高温排气再压缩,的确不是发明者的初衷,但是此刻活塞已到达下止点,排气门又关闭,往复机构行程不得不上升回上止点的原因, 是不得不压缩。
3、第二级膨胀气缸的热交换器作用是蓄热。与斯特灵循环换热器作用相同。.
4、一级内燃与二级蒸汽的传动比为1:2。
5、注入的高压高温液态水,由一级内燃缸水套及二级蒸汽排出温度预热及加热。标准状态水当然可以,但标准状态水是是无法产生闪蒸效果的.
6、内燃缸除气门外,根本无须改动,单独中温蒸汽缸腐蚀用不锈钢材料就很易解决。

williow   4/8/14
发表于 2014-8-5 21:08:59 | 显示全部楼层
williow 发表于 2014-8-4 19:49
回复pengbo133先生,首先声明一下,我从不用QQ,因为我始终认为QQ这种东西只不过是无聊的人才热衷的东西, ...

回复williow先生,

1、空气主要成分氧气和氮气,其沸点都比较低,比较接近理想气体。一升空气从常温20℃到达600℃,定压条件下,体积膨胀30倍,不知道您的300倍是不是笔误?还是有其他考虑?

2、进气温度虽然相对传统发动机高,但是燃烧后的温度比传统发动机也高,只要温度的变化幅度增加,气体还是能够充分膨胀的,这与您所说的气体无法充分膨胀不符。

3、“六冲程发动机的高温排气再压缩,此刻活塞已到达下止点,排气门又关闭”这一说法,排气门在此刻的开启与关闭,完全可以通过适当的机构来达到我们想要的目的,因此不存在不得不要缩的说法。我认为发明者的初衷是将尾气排出,利用残留的一点尾气和缸套温度,蒸发水蒸气来作功。

4、关于不锈钢材料制造活塞与缸套,活塞属于运动部件,往复惯性力非常大,设计者会选用密度较小的铝合金来代替钢材。不锈钢虽然耐腐蚀性能好,但是现有的发动机缸套好像没有采用不锈钢材料的,不知道其是否抗磨损,活塞与缸套之间存在侧向力和横摆力矩,会加重磨损。

5、二级膨胀方式想法很好,但是用在汽车上不现实。做过汽车总布置的都知道,发动机仓内的每一部分空间都有合理利用,增加的蒸发缸比原来的内燃缸大,因此发动机体积至少增加一倍,就凭这一点就会被pass掉。或许在其他场合可以用到。

6、另外一方面,携带水的体积是否考虑过。我来举个例子,1.8L四缸发动机,高速公路匀速3000转行驶,一小时消耗约10L汽油,通过水吸热膨胀1600倍,来转化机械功使热效率增加15%,约消耗100L水,这么多的水必须增加冷凝器冷却循环使用,冷凝器的功率是多大,这都需要消耗发动机功率。


发表于 2014-8-8 10:47:27 | 显示全部楼层
发明创造是一条漫长而艰辛之路,尤其是完成一项重大的发明或技术突破。发明者要专心致志地从事一个方向的研究并非易事,需经受许多的失败和挫折。需有超出常人的足够的信心,耐心和决心。

在此,pengbo133先生,你对此是否有所准备。

国人很长时间内没搞清发明和山寨之间的区别,在这我重提一下,世界上还未有的东西,全新创造出来的叫发明,依据世界上已有的物品制作的,叫抄袭,或称山寨。

发明者除了技术方面的学习和研究,最好有些哲学修养。

pengbo133先生,能否简单阐述一下你的人生哲学及自己对我们这个世界的看法。谢谢。
发表于 2014-8-9 11:30:00 | 显示全部楼层
williow 发表于 2014-8-8 10:47
发明创造是一条漫长而艰辛之路,尤其是完成一项重大的发明或技术突破。发明者要专心致志地从事一个方向的研 ...

williow先生过于严谨了,我只是个纯技术工作人员,没有什么人生哲学,对这个世界更不敢妄加评论。
与其讨论这些泛泛的问题,不如先讨论一下我上面的6个问题,您还没有回复呢?




发表于 2014-8-9 21:13:12 | 显示全部楼层
既然pengbo133先生对发动机之兴趣远大于对自我思想升华之要求,我就不勉强了.
不管pengbo133先生研发何种发动机, 如果在别人已研究并实践过的各种各样内燃发动机的基础上继续进行,成功之可能性并不大,也没什么意义.
推荐一下朱仙鼎教授的   (特种发动机原理与结构)  一书, 书中对大部分有史以来研发的各种发动机作了详尽描述.
而且,可以预见,未来大规模应用的热机一定是旋转式,高压,低温, 能吸收环境热能,消耗化石燃料极少的极高热功转换效率之机械。

以下问题为回复:

1、空气到达600℃,完全膨胀条件下,体积膨胀300倍, 定压条件下,膨胀1倍也可能。

2、不管进气温度, 燃烧后温度是高是低,气缸固定容积原因总使膨胀容积等于进气容积, 而膨胀体积却总是远远大于进气体积.气体是不可能充分膨胀的。排气门打开时,在气缸内未完成充分膨胀之高温气体被排放在大气中, 继续完成充分膨胀并降温之过程,只不过我们看不到,也无从测量。
阿特金森发动机为使燃烧在气缸中的油/气混合物的体积膨胀得更大,用飞轮带曲柄连杆机构实现了高压缩比,增长膨胀行程的目标。

3、利用残留的一点尾气和缸套温度,蒸发水蒸气来作功的方案一点也不高明。高焓不用却用低焓. 热损失太大.

4、不锈钢材料只不过是举例,能制造活塞与缸套的不锈耐腐蚀轻比重材料很多很多。

5、采用二级膨胀方式增高了热功转换效率, 增大了每缸净功率,四缸汽车发动机中的两个缸将变为二级膨胀缸。体积根本不会增加,假定四缸发动机每缸功率40KW, 总计4*40=160KW, 两缸适当增大气缸容积为120KW,如二级膨胀缸取得增益功率40KW后, 总计=160KW,仍为四缸。采用二级膨胀方式就是为此目的,很简单的算数题.

6、和朗肯循环相同,水是半闭式循环的. 精良设计的水循环器只会消耗极少量水.
前面说过, 二级膨胀缸注入的高压高温液态水,是由一级内燃缸水套及二级蒸汽排出温度预热及加热的。二级缸排出蒸汽会被降温冷凝, 因此冷凝器的作用并不大,功率当然也无需多大。

Williow  9/8/14
发表于 2015-3-5 01:09:20 | 显示全部楼层


很先进,很好
发表于 2019-1-14 20:02:01 | 显示全部楼层
willow同志,是个高手。
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