8字型轉子發動機工程樣機Thermal-rotor研製成功_風聞

四衝程8字型轉子發動機是基於萊洛三角形設計的轉子發動機，這種原理的轉子發動機從美國人約翰·F·庫爾利在1903年發明的8字型轉子蒸汽引擎到現在已有百年了，後來1929年工程師費利克斯·汪克爾發明了三角形轉子發動機又稱為汪克爾發動機，最近的是美國LiquidPiston流體公司推出的X系列發動機。基於萊洛三角形設計的轉子發動機，雖然歷經德、日、美等多國熱能工程師的努力仍未能獲得突破，困擾轉子發動機的技術瓶頸就在於實現發動機轉子的多介質通流的技術難題。

發動機轉子多介質通流一方面指的是發動機工作介質進排氣中，至少排氣須通過轉子徑向開孔和軸向開孔在缸室進入吸排氣衝程時導通該缸室工作容積，在結束吸排氣衝程時關閉該缸室吸排氣通道，其目的是保證轉子發動機的吸排氣正時配氣。發動機轉子多介質通流另一方面指的是發動機冷卻介質，如冷卻空氣須通過轉子軸向面進入轉子內部，吸收和帶走發動機缸室燃氣通過轉子外表面傳遞的熱量，再由轉子軸向面排除，維持轉子中心轉動傳動部件在安全的温度下運行。

汪克爾三角轉子發動機在轉子多介質通流方面一個也未實現，其進排氣配氣方案選擇的是在發動機工作容積內的發動機側板上直接開孔實現發動機進排氣，佔用了發動機工作容積和衝程角度，其結果就是發動機油耗率和排放指標類似於兩衝程往復活塞發動機；三角轉子也未實現冷卻介質通流對轉子中心轉傳動部件有效的冷卻，這也為汪克爾三角轉子發動機贏得了潤滑油油老虎和短壽發動機的稱號。

美國LiquidPiston流體公司在2018年發表的X系列發動機，在轉子多介質流通方面，採用8字型轉子解決了發動機工作介質通過轉子流通，實現轉子發動機的吸排氣正時配氣；另一方面同樣未能實現冷卻介質通流這就帶來一個致命問題，LiquidPiston流體公司的X系列發動機僅能以單轉子發動機結構形式存在，轉子熱量通過裸露8字型轉子中心軸向面的轉傳動區域實現自然散熱，如果採用多轉子串列如汪克爾三角轉子發動機三轉子串列方式，LiquidPiston流體公司的X系列發動機可能會同樣贏得潤滑油油老虎和短壽發動機的稱號。

我是帶着實現發動機轉子多介質通流的問題在長期深入研究基於萊洛三角形設計的轉子發動機，2016年一個很偶然的機會發現了克服長期困擾基於萊洛三角形設計的轉子發動機技術瓶頸、實現發動機轉子多介質通流的技術途徑。這個轉子多介質通流技術，採用的是一個原創全新的8字型轉子平面運動原理，不同於汪克爾三角轉子發動機和LiquidPiston流體公司X發動機平面運動原理。

具備轉子多介質通流技術的四衝程8字型轉子發動機強制冷卻風機採用單級三渦結構，安裝於發動機主軸上的強制冷卻風機葉輪隨主軸轉動產生風壓，驅動冷卻空氣由成120°的三個方向，經沿發動機各隔板邊緣設計的冷卻空氣流通通道輸送至指定進排氣隔板，工程試驗樣機Thermal-rotor的冷卻空氣經由進氣隔板和發動機側板輸送至8字型轉子冷卻空氣軸向進氣口，冷卻空氣進入轉子內部吸收8字型轉子熱量後經由發動機側板和排氣隔板排除至大氣。具備轉子多介質通流技術的四衝程8字型轉子發動機採用不擠佔發動機工作容積的正時配氣，且進排氣通道與強制冷卻空氣通道互不干擾，適宜於發動機廢氣能量利用。

發動機強制冷卻空氣流通路徑包括發動機進排氣隔板、發動機缸體、發動機側板和發動機8字型轉子內部，即整個發動機內部都進行了強制冷卻。由此可見具備轉子多介質通流技術的四衝程8字型轉子發動機非常適合於以三的倍數進行多轉子串列，並在更高的額定轉速安全運行，實現轉子發動機大功率集成。

具備轉子多介質通流技術的四衝程8字型轉子發動機技術，通過工程試驗樣機Thermal-rotor探索性研究，在試驗、調試、試錯階段遇到大量的技術問題，把原定的研發工期大大延長至近4年時間。

2016年完成四衝程8字型轉子發動機平面運動模型製造和平面運動可行性驗證；

2017~2018完成四衝程8字型轉子內燃發動機技術準備和首台驗證樣機2D、3D機加圖紙準備、零部件機加準備；

2019年初通過首台試驗驗證樣機完成轉子運動可靠性技術方案試驗試錯；

2020年9月通過第二台試驗驗證樣機完成困擾已久轉子活塞及其相關7個類別32道密封試驗試錯，進度正好趕上迎接祖國71歲生日國慶節。

目前，具備8字型轉子多介質通流技術的四衝程8字型轉子內燃發動機本體關鍵技術上現已完全突破，8字型轉子內燃發動機本體探索性研究告一段落，現正在準備工程試驗樣機Thermal-rotor點火短時間試轉演示。

8字型轉子內燃發動機工程試驗樣機Thermal-rotor****性能參數：

排氣量：                             0.615L（3x0.205L）

配氣方式：                         自然吸氣

進排氣方式：                     轉子進氣、轉子排氣

轉子數量M：                      1

轉子參數D、B：                 119mm、50mm

發動機偏心距e：                 12.5mm

強制冷卻風機葉輪直徑：      140mm

壓縮比：                               9

燃油標號：                            92標準乘用車汽油

發動機零部件總數：              108 件

發動機非標零部件數：           50  件

發動機工作容積潤滑方式：    無油潤滑

發動機轉傳動部件潤滑方式： 脂潤滑（定期加註）

發動機外形尺寸：                 190x240x220mm（長x寬x高，不含軸長）

發動機本體重量：                 10.5Kg

計算額定轉速：                    3000r.p.m（計算極限轉速）

計算額定功率：                     32.4 HP

計算功重比：                        3  HP/Kg

計算升功率：                        53 HP/L

6轉子串列8****字型轉子內燃發動機性能參數：

排氣量：                                          3.69L

配氣方式：                                       渦輪增壓

進排氣方式：                                    缸體進氣、轉子排氣

轉子數量M：                                    6

轉子參數D、B：                               119mm、50mm

發動機偏心距e：                              12.5mm

強制冷卻風機葉輪直徑：                   140mm

壓縮比：                                            9

發動機外形尺寸：                              720x240x220mm（長x寬x高，不含軸長）

發動機工作容積潤滑方式：                 無油潤滑

發動機轉傳動部件潤滑方式：              脂潤滑（定期加註）

發動機本體重量：                               50Kg

計算轉速/計算功率/功重比：              3000r.p.m/ 270HP/5.4 HP/Kg

計算轉速/計算功率/功重比：              4500r.p.m/ 405 HP/8.1 HP/Kg

計算極限轉速/計算極限功率/功重比： 6250r.p.m/562.5HP/11.25HP/Kg

從以上數據可以看出，四衝程8字型轉子內燃發動機具備達到渦輪軸發動機高端功重比水平的技術能力，如美國通用動力T700-GE-700渦輪軸發動機，黑鷹標配動力功重比8.19 HP/Kg，T700/T6E渦輪軸發動機功重比9.9HP/Kg。由此判斷，具備8字型轉子多介質通流技術的四衝程8字型轉子內燃發動機，在航空軸功發動機動力應用領域對現有的四衝程往復活塞發動機、渦輪軸發動機具有技術迭代優勢，這完全是搶飯碗的架勢吧。對這項技術感興趣的朋友可與我聯繫，WX同號18523909179，

自行推導的四衝程8字型轉子內燃發動機相關計算公式以供參考：

發動機功率Pe：

                               Pe = δ . M .pme . D . B. L . t . n/60

其中：

      Pe：發動機功率                                                         w

     δ：發動機功率修正係數

     M：發動機轉子數量

     pme：發動機缸室燃氣做功平均有效工作壓強               pa

     D：發動機轉子直徑                                                      m

     B：發動機轉子厚度                                                       m

     L：發動機轉子做功行程，L=4e                                     m

     t：發動機輸出軸每轉一週，每個轉子活塞做功次數

     n：發動機轉速                                                             r.p.m

進氣方式採用轉子進氣、轉子排氣時轉子厚度B：

                         B ≈ 13V/n

其中：

     B：發動機轉子厚度                                                     m

     V：發動機工作介質（進氣）在最小流通截面中的流速  m/s

     n：發動機轉速                                                           r.p.m

這個發動機功率計算公式同樣適合於四衝程往復活塞發動機功率計算，我用該公式複核過多個發動機包括ROTAX的914四衝程往復活塞航空發動機、萊康明O-360四衝程往復活塞航空發動機參數，也複核過二戰時期勞斯萊斯梅林V12四衝程往復活塞航空發動機參數，它們的功重比在1.6~2.1HP/Kg之間，當然這個公式正好複核LiquidPiston流體公司的X4發動機參數。​

具備轉子多介質通流技術的四衝程8字型轉子發動機探索研製過程，依靠的是國家工業化強大的精密機加工能力，特別感謝重慶、深圳兩地精密加工的合作方。值得一提的是轉子相關密封問題解決，當我想到一種性能參數可能的材料可以解決存在的問題時很快就搜索到了這種材料，並且現有可選的規格尺寸就像定製一樣，讓困擾已久的密封問題終於得到快速低成本得到解決，不得不感慨國家繁多齊全的工業製造門類。