形形发动机之特种发动机

  形 形 色 色 的 发 动 机 之 特种发 动机 形形的发动机 问题：什么是特种发动机？ 首先，我们的角度来看一下这样一些例子。 这是一些稀奇古怪的发动机的运动部件，以及他们各自传动关系的 演示 。 柴油机、汽油机，包括汽轮机、燃气轮机等都是我们常见的发动机， 而上面这些发动机与柴油机、汽油机、汽轮机、燃气轮机等均不一样。 这些都是我们这一节所要介绍的特种发动机。 形形的发动机 特种发动机并不是指具体的哪一种或哪一类发动机， “特种发动 机”是在动力机的发明和发展过程中，在一定的历史阶段，对当时流 行结构以外的动力机的统称。 比如，在蒸汽机极盛时代，正处于创造发明阶段的活塞式内燃机 就算是一种特种发动机。 而在活塞式内燃机极盛的今天，活塞式内燃机就变成了 “常规发 动机”，而别的形式的动力机，包括结构新颖的蒸汽机在内，则成为 “特种发动机”。 由此可见， “特种发动机”是与 “常规发动机”相对的概念，具 有时代性、相对性和动态性 。 特种发动机的内涵十分宽泛，就当前而言，诸如转子发动机、燃 料电池、氢燃料内燃机、以及摆盘发动机、斜盘发动机和动凸轮发动 机等各种采用非常规传动方式的发动机均属于 “特种发动机” 。 通过几个典型案例，我们来对特种发动机进行简要的介绍。 形形的发动机 ①转子发动机 2001年，美国加州大学的法兰地— 比路教授发明了一款内燃机，以汽油、丁 烷或丙烷为燃料，可持续提供能源，但体 积只有一便士硬币大小，当时被称为世界 最小的内燃机。 我们大家都知道，活塞式内燃机是我们所熟 悉的内燃机，如果将活塞式内燃机做到1 便士大小，是否可行呢？ 我们的角度来看这样一段视频。         The world smallest V12 engine 形形的发动机 从这里我们大家可以看到，这是号称世界上最小的V 12发动机，采 用了曲柄连杆机构，具有凸轮轴、气阀等配气机构，做工十分精美， 但实际上，这只是一个内燃机模型，视频中该发动机是以压缩空气 驱动的，并没有真正运转。由此我们显而易见，如果试图将活塞式 内燃机制成1便士大小，并能够运行，将是十分艰难的。 如果将图片放大，我们显而易见，这 个发动机没有往复活塞，中心是一个三角 形结构，这是另一种发动机形式——转子 发动机，也称wankel engine.这是以德 国人wankel命名的发动机。 形形的发动机 汪克尔生于1902年，1924年开始转子 发动机的研制工作，到1954年4月，与德国 NSU公司合作研制成功第一台转子发动机。 汪克尔发动机为四冲程发 动机，每1转完成3个工作循环， 活塞转1转，输出轴转3转，活 塞运动为自转与公转相结合的 行星运动。 Simple Rotation + Simple Orbit Planetary Motion 形形的发动机 转子发动机的发展历经多年的沉浮，目前只在一些特殊的领域 有所应用。如无人机、雷达电站等。 伊拉克美军用 Shadow200转 子机无人机 英国AR741转子机 汽车领域，马自达公司(MAZDA) 的汽油转子发动机代表了国外汽油转子 机的发展趋势和技术水平。 形形的发动机 ② 燃料电池 燃料电池是利用电化学反应直接将燃料的化学性转化为电能的 动力装置，燃料电池也属于非常规燃料发动机的范畴，由于氢燃料 电池的生成物只有H O，故氢燃料电池被称为 “零排放”动力。燃 2 料电池包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、 固态氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池和甲醇燃料电池等很多 种，这里我们以质子交换膜燃料电池为例对燃料电池进行简要的介 绍。 质子交换膜燃料电池由燃料阳极 （负 极）、氧化剂阴极 （正极）、电解质以及 催化剂等组成，质子交换膜的特点是可以 让质子通过而不能让电子通过。当以H 为 2 + 燃料时，H 在阳极氧化失去电子变成H ， 2 氢离子也是氢质子，氢质子通过电解质— —质子交换膜迁移到阴极； 形形的发动机 ② 燃料电池 而电子一定要通过外电路到达阴极， 2- + O 在阴极得到电子还原变成O ，与H 结 2 合生成H O。电池则向外电路供给电流。 2 电池反应为： 2H +O →2H O。 2 2 2 相比于容量有限的一次电池和需要充 电而不能连续工作的二次电池，燃料电池 的独特优点是：只要将燃料和氧化剂不断 地供给燃料电池系统，就能产生不间断的 电能。 形形的发动机 燃料电池的可用领域十分普遍，既可以作 为便携式电源，如作为笔记本电脑的电源，也 可当作UUV 、摩托车、小型飞机、家用汽车 、大巴车的动力，还可当作备用电站使用。 形形的发动机 燃料电池的早期应用可以追溯到1969 年的阿波罗登月时代，当时曾采用燃料电 池作为空间电源。此图为1965年美军所采 用的以燃料电池驱动的电钻。 舰船动力方面，一样能采用燃料电 池作为加装动力。类似于汽车的混合动力 ，在原有常规动力的基础上加装一套燃料 电池系统作为巡航用AIP动力，使潜艇的 续航力得到倍增。 1988年下水的德国212级潜艇， 装备有西门子PEM燃料电池和 MTU16V396SE84柴电动力组成的 混合动力装置 ，燃料电池由9个模 块单元组成，输出功率300kW； 最大航速达8节以上，可持续航行 7天以上。 形形的发动机 这是德国212级潜艇的一些资料图片，包括储氢罐、储氧罐和 SIEMENS的电堆模块。 SIEMENS 34kW SIEMENS 120kW 燃料电池模块 燃料电池模块 德国212潜艇储氢罐 德国212潜艇储氧罐 形形的发动机 ③ 氢燃料内燃机 福特氢燃料V 10发动机于2006年7月 17 日在密执安州迪尔伯恩海茨正式投产， 福特汽车公司变成全球首个正式生产氢燃 料发动机的汽车制造商。 氢燃料内燃机有许多优点，包括效率 高，全天候能力，以及对受控污染物和温 室气体(CO )的近乎零排放等。而且还易 2 于混合以进一步提升燃料效率。 这款增压式6.8升V 10发动机将用作 福特e-450型氢燃料巴士的动力装置。据 当年的报道，这批巴士计划首先供应美国 佛罗里达州，然后覆盖北美别的地方。 在使氢成为切实可行的发动机燃料的 征程中，氢燃料内燃机技术迈出了重要的 一步。有缘学习更多+谓ygd3076考证资料 或关注桃报：奉献教育（店铺） 形形的发动机 ④ 非常规传动发动机 除了我们熟悉的曲柄连杆机构传动方式外， 还有许多颇具创意的采用非常规传动方式的发动 机。如可用于鱼雷动力的采用空间传动方式的斜 盘发动机和摆盘发动机，采用动凸轮代替曲轴的 动凸轮 （Dyna—cam）发动机等。 Dyna-cam engine 摆盘发动机 斜盘式发动机 （连续播放） 形形的发动机  这是一个采用非常规传动的发动机的例子，这是一台采用废气涡 轮增压柴油机为动力的摩托车，双缸双连杆双曲轴传动，这种结构有 效平衡了侧推力的影响，这是一种非常巧妙的设计，并不多见。 形形的发动机 正如前面所介绍的一样，各种发动机形态各异，发动机的种类 不可穷举。也许能这样说，有多少种不同的需求，就可能有多少 种不一样的发动机，这些发动机有一些是我们所熟悉的常规发动 机，有一些是我们不常见的特种发动机，而各种新颖奇特的发动机 也会在我们人类创造力的驱动下不断涌现出来。

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