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脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

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2015-08-26 05:07:55来源:58车类型:原创编辑:李寅博

  【汽车点评·技术·原创】

  相信不少小伙伴知道,现在汽车上最常见的活塞发动机,是由气缸内部的活塞做往复运动,由连杆推动曲轴旋转从而获得动力的。不过,有种活塞发动机没有连杆,也没有曲轴,却依旧可以推动车辆前进。笔者今天就和你聊一聊这种看似“缺零件”的活塞发动机。

脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

  关于咱们最常见的活塞发动机,笔者也不想废话,一张动态图相信大家就能明白。

脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

  关于“缺零件”的活塞发动机,其实人家的学名是叫自由活塞式发动机。这种发动机没有曲轴和推动其旋转的连杆,只有活塞(一般是一对儿)在气缸中做往复运动。由于没有曲轴把活塞“拽”回来,所以,一般在气缸两侧,还布置有空气弹簧把活塞“弹回”下止点。那么问题来了?活塞自己动,那么怎么取力呢?

脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

  就好像我们在排气口能感受到排气强大的压力一样,早期的自由活塞式发动机是依靠发动机点燃后的高压尾气,推动涡轮旋转进而获得动力的(其实就是燃气轮机)。这一点和现在汽车上的废气涡轮增压道理是一样的。

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  通用在1956年推出了XP 500 Firebird,它是有史以来唯一使用由自由活塞发动机驱动的汽车。由于这种发动机只是需要燃料燃烧后的高压排气,所以这台汽车的Hyprex四缸燃气发生器(发动机)能使用几乎任何可燃液体作为燃料,最大功率达186kW(250hp)。

脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

不难看出,这台车还是“前置后驱”的。前面的发动机将燃烧后的高压气体送至后轮的涡轮驱动其旋转,带动后轮。 

脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

不甘落后的福特在1957年制造了使用类似动力的拖拉机,最终版本采用了机械式缸内直喷技术,对置双活塞的发动机最大功率120kW(160hp)。涡轮最高转速45000rpm/min,配备两级减速变速箱驱动车辆。 

  由于车辆依靠燃气推动涡轮旋转,这使得车辆对油门的反应比较迟钝。毕竟气体推动涡轮旋转肯定没有活塞推动曲轴旋转那么直接。加上较大的噪音问题,通用公司最终打造了一台6000马力的机组,安装在了对加速并不敏感的货船上。

脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

△ 1956年自由级“William Patterson”号货轮。从右侧的广告上不难看出,这艘船采用了自由活塞式发动机。 

  虽然后来有些公司采用了让涡轮驱动发电机,然后用电力驱动车辆的方案,但是工程师们还是决定翻一翻初中时的物理课本(笔者瞎掰的)。既然活塞在不断进行往复运动,那么如果在活塞上装上磁铁,在气缸上缠上线圈,活塞的往复运动不就成了导体在磁场中切割磁感线么

  结果便是:发动机直接“变身”发电机

  丰田的工程师绝对是“好学生”,他们立刻着手开发了“自由活塞式发动/发电机”,其实说到底和我们上文提到的那些大家伙类似。只不过丰田这个新发动机采用了缸内直喷单缸结构。活塞下面布置了一个长长的永磁铁(转子),外面布置了更长的线圈(定子),用这样的组合完成一个发电结构。

脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

  这台发动机现如今还在测试阶段,但是丰田预计这套动力可以输出大约10kW的动力,但是由于其体积小、结构简单、运动部件少等特性,使得其布置(不用考虑传动系统的布置等)及发电效率都会比较出色,量产的可能性还是很高的。不过,永磁铁高温状态下会有退磁的现象,如何冷却等一系列难题恐怕需要丰田的工程师们好好攻克一番。

  多说一句,如果给线圈供电,这个发电机就变成了电动机,可以反向推动活塞运动,加上适当的喷油和点火程序,这样这台发动机就解决了启动的问题。

脑洞大开 “缺零件”的活塞发动机也能用?

  总结:虽然自由活塞式发动机的想法早在1807年就由一个叫De Rivaz的法国人提出来,在上世纪初就被用来作为燃气发生器推动涡轮,也在一些看似不靠谱的车辆上进行了测试,但是这个看似“奇葩”的动力终究还是被传统的活塞发动机抢了“风头”。不过随着技术的发展,谁知道以后会变成啥样呢!

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技术解读脑洞大开

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