1、什么都能烧的发动机？涡轮蒸汽外燃机来源:第一电动网 作者:辛迪嘉 发布日期:2011-01-14 摘要 涡轮蒸汽发动机大大简化了汽车的驱动系统，作为增程式电动车的发电机有广泛的使用前景相比起电驱动系统，一般的内燃机驱动系统具有能量转化效率低、养护费高和组件繁多等缺点。开过汽车的人都知道，驱动一辆车子仅仅靠发动机是完全 不够的，还要有散热器、变速箱等一系列配合发动机的组件，由此带来的各种轮滑油和冷却液实在是多得烦人，而这整套繁杂的系统最终也只能将汽油中蕴含的 30%的能量转化为前进的动能，其能量大多都化为热量消散在空气当中了。随着电驱动系统的进一步成熟，发动机们纷纷表示压力很大，不过现在有一款发
2、动机将彻底改写人们对发动机的印象。这就是涡轮蒸汽发动机，英文全称“Rankine Cycle heat regenerative external combustion engine”意思是蒸汽热回收外燃烧发动机。正如其名，这款发动机严格意义上不能算是“内燃机”，它是通过加热水产生水蒸气，然后利用高压水蒸气产生机 械能的系统，由于燃料的燃烧不是在气缸内进行的，所以被称为“外燃机”它的工作原理是这样的：1、 燃料被气雾化，与空气一同被注入离心式燃烧室(图示 1)，在里面被火花塞点燃，加热燃烧室内的线圈，整个过程热电偶控制着燃烧程度，保证线圈的温度稳定;2、 被加热线圈加热的水(图示 2a)在 5
3、 秒形成 650 度高压水蒸气，通过一组控制阀门(图示 2b)，进入汽缸推动活塞;3、 蒸汽进入水平放置的六个汽缸中， 3200psi 的高压蒸汽驱动活塞，活塞通过连杆(图示 3)转动中心的转轴;4、 活塞连杆上的蜘蛛轴承将六个前后运动转化为转动(图示 4)，由于采用可控的蒸汽阀门，启动时便可获得最大扭矩;5、 使用过的蒸汽从汽缸放出(图示 5a)，进入下方的冷凝单元，重新变回液态，被最下方的收集器吸收;6、 吹风机(图示 6)吹入冷却空气，加速冷凝单元的冷却;7、 通过冷凝器的空气(图示 7a)被加热后进入与废气排气口连接的二次热交换单元(图示 7b)，再次被进一步加热;8、 一个高压水泵将
4、冷却后的水从收集器中抽入燃烧室内的热线圈中，加热的空气与燃料一同进入燃烧室燃烧，整个工作流程重复进行。虽然工作原理十分怪异，但这个发动机却有十分显著的优点。首先，这是个“饥不择食”的发动机，它几乎可以使用所有可燃烧的液体作为燃料，连汽车更换的废弃的机油也没问题。其次，由于它独特的燃烧方式，使得燃料可以较长时间在燃烧室中进行充分燃烧，提高燃料的使用效率。涡轮蒸汽发动机俯视透视图在使用汽油为燃料时，由于其燃烧温度较低，尾气中产生的氮氧化物也会大大降低。由于尾气的热量被用于加热燃烧用的空气了，所以也降低了热能的浪费。由于内部活动的部件并没有暴露在燃烧的燃料中，取而代之的是高温电离了的水蒸气，所以该发
5、动机完全不用机油做润滑剂。涡轮蒸汽发动机剖面图涡轮蒸汽发动机燃料采用的不是爆炸而是燃烧的能量释放方式，所以发动机不会产生巨大的噪音，因此也不需要传统汽车的消音器。涡轮蒸汽发动机的最大优点，恐怕在于它那内燃机望尘莫及的启动扭矩了。一台 160 公斤的 0.6 升排量的涡轮蒸汽发动机启动时扭矩就可以达到 1150 牛米，这使得发动机完全不用搭配变速箱就可驱动一般的汽车。涡轮蒸汽发动机仰视透视图根据涡轮蒸汽发动机的特点，搭载它的车辆可以免去变速箱、散热器、消音器、机油泵和启动电机这些零件，大大简化了汽车的驱动系统，不管是作为未来车辆的主驱动单元，还是作为增程式电动车的发电机，都有广泛的使用前景。涡轮
6、蒸汽机-提高发动机热效率的新技术 newmaker 来源：奥杰汽车网 当前的主流混合动力车型都是利用车辆的动能再利用，将动能利用电机转换成电能再储存在昂贵的轻质量高能量电池中作为动力储备。除了这种方法外还有没有其它办法对车上能源进行再利用? 答案是肯定的，因为当前发动机的热效率只有不到 30%，那浪费掉的 70% 有没有可利用的价值? 最近宝马公司终于给出了一个答案，那就是利用涡轮蒸汽机回收大部分发动机废气所带走的热能，听起来好象是很原始的做法。 我们先来看看发动机的热能效率。在内燃发动机中，效率表示输入与输出的关系，发动机的效率有机械效率和热效率两个指标。机械效率等于有效功率与指 示功率之比
7、。汽油发动机的机械效率一般为 O.80.9。热效率是燃料燃烧后用于做功的那部分热量与所产生的总热量之比。燃料完全燃烧产生的热量没有全部 转化为有用功，只有少部分热量参与推动活塞、带动曲轴旋转，其余热量一部分被发动机冷却系带走，一部分以排气方式排到大气中去了，叫做排气损失，约占总能 量的 40%左右。因此，内燃机的热效率很低，即使是高性能的四冲程发动机，其热效率也不到 30%。也就是说，燃料燃烧产生的有用能量只有不到 1/3 被有效利用，有超过 2/3 的热量被浪费掉了。而发动机本身的热效率很难大幅度提高，因为这些过多的热量如果不被排出就会将发动机自身熔化。最 近宝马公司欣喜若狂地向世界宣布他们
8、找到了热能再利用方法，也是一条新的混合动力途径，有望打破日本公司在混合动力上的一枝独秀。宝马集团研究与工程中心 成功找到一种新的能源再利用方法,通过车内一个巨大且尚未开发利用的能量源，即热能，提升发动机效能并降低油耗。在测试中，装有创新性辅助系统的宝马 18 升四缸发动机的油耗降低了 15%，输出功率却增加了1OKw，同时，扭矩也增加了近 20Nm。这些增加的功率和效率好比是“无中生有”因为它们完全来源于废气和冷却液中浪费掉的热 能，不增加任何的燃油消耗。这个研究项目符合宝马高效动力 (BMW Efficient Dynamics) 理念，即低排放、低油耗，而且驾驶动力更充沛，性能更出色。 使
9、汽油发劫机的整体效率 提高 15% 之多 宝马集团的该研究项目被命名为“涡轮蒸汽机 (Turbosteamer)”。其工作原理基于蒸汽机在两个循环系统中，液体被加热成蒸汽用以驱动发动机。能量供给主要来源于高温循环，内燃机废气经过 热交换器成为能量源。这项技术使废气中80%以上的热能得以回收利用。蒸汽生成后直接被导入与内燃机曲轴相连的膨胀单元。大部分剩余的热量被发动机冷却循 环吸收，成 为涡轮蒸汽机的第二能量源。实验证明，在组合了这种创新的辅助驱动系统后，汽油发动机的效率可以提高 15%。宝马集团负责产品开发及采购的董事 Burkhard Goschel 教授评价说: “ 涡轮蒸汽机的成功开发使
10、我们更加坚信内燃机无疑仍是有前景的技术。“当前车辆具备充足的安装空间,年内有望批量生产 这种辅助驱动系统的开发已经进入全面的台架测试阶段。系统部件己设计成可装配到现有的车型系列中。目前已经对大量试样套件进行了测试，以确保像宝 马 3 系这样的车型均具备充足的安装空间。像四缸车型的发动机室均可提供足够的空间，容纳膨胀单元等部件。目前，这项技术开发初期的工作重点是让各个部件更 简化、体积更小。而长期目标则是在十年内开发出能够批量生产的系统。 高效动力项目是宝马的宏伟蓝图 宝马集团研究与工程中心已向人们展示出了宝马高效动力计划的中期前景。Burkhard Goschel 教授这样总结该项目的核心概念，“此项目成功地解决了降低油耗和废气排放以及汽车动力性能及灵活性之间的矛盾。”宝马集团坚信: 将所有车型系列的油耗都降低几个百分点，要比仅将个别特殊车型的油耗降低更多的百分点对大众更有意义。因此，宝马关注 降低油耗最新技术的开发，让更多的人从中获益。
