Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов
Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность — это недостатки поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в современном газонном и садовом оборудовании, таком как воздуходувки и триммеры для газонов.
Роторный ДВС, который значительно меньше, легче и тише, а также на 20% экономичнее ДВС, используемых в устройствах с малым объемом двигателя.
Двигатель LiquidPiston X Mini объемом 70 кубических сантиметров выдает около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об/мин;при массе менее 2 кг, он примерно на 30% меньше четырехтактных поршневых ДВС объемом 50 кубических сантиметров, которые он должен заменить.В полностью собранном виде X Mini может выдавать около 5 лошадиных сил при 15000 оборотах в минуту и весить 1,3 кг.
Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и оптимальном расширение для большего извлечения энергии. С двумя движущимися частями, ротором и валом и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных ДВС для управления подачей топлива, двигатель имеет пониженные характеристики шума и вибрации.
Двигатель можно масштабировать и модифицировать для мопедов, дронов, судового силового оборудования, робототехники, лодок, самолетов и других транспортных средств.
Компания уже продемонстрировала доказательство концепции для высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других приложений.Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.
«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, это 120-ти килограммовая горилла, которой нужно пять человек, чтобы передвигаться», — говорит Школьник.«Вы можете себе представить, что если мы сможем превратить его в 7-ми килограммовое устройство, это будет революционно».
Обратный Ванкель
X Mini — это, по сути, модернизация конструкции компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годах и используемого сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.
В модели Ванкеля ротор с закругленным треугольником вращается по эксцентрической орбите внутри овальной камеры, при этом каждое вращение производит три такта мощности — где двигатель создает силу.В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного скругленного треугольного корпуса.
«Мы перевернули все в традиционном роторном двигателе, и теперь можем выполнить новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля», — говорит Школьник.
Например, в двигателе Ванкеля используется длинная камера сгорания (похожая на тонкий полумесяц), что приводит к расходу топлива, поскольку пламя не может достигать задних краев камеры и гасится за счет ее большой площади поверхности.Камера сгорания X Mini более округлая и широкая, поэтому пламя горит на меньшей площади.
Впуск воздуха, топлива и выпуска газа в X Mini происходит через два порта в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах.
Асимметричное расположение этих портов немного задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет осуществлять процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока не исчезнет давление, что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива.
Эта конструкция также обеспечивает «горение постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.
«Чтобы сжечь топливо в двигателе, нужно много времени», — говорит Школьник. «В большинстве двигателей, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность процесса сгорания. Мы продолжаем горение, пока ротор находится наверху камеры, и при этих условиях форсируем горение. Так это намного эффективнее».
В 2006 году, проанализировав десятки итераций двигателей, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на создание первого прототипа дизельного двигателя.(Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей, воплощающих HEHC.
Благодаря многочисленным отзывам производителей силового оборудования, призывающих к более легким, более тихим и безвибрационным двигателям, LiquidPiston недавно перешел на X Mini, который был разработан и выпущен в течение последних шести месяцев.
«Помимо улучшения существующих приложений для двигателей, X Mini может позволить использовать совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны с текущими технологиями двигателей или аккумуляторных батарей.