8字型转子发动机工程样机Thermal-rotor研制成功_风闻

四冲程8字型转子发动机是基于莱洛三角形设计的转子发动机，这种原理的转子发动机从美国人约翰·F·库尔利在1903年发明的8字型转子蒸汽引擎到现在已有百年了，后来1929年工程师费利克斯·汪克尔发明了三角形转子发动机又称为汪克尔发动机，最近的是美国LiquidPiston流体公司推出的X系列发动机。基于莱洛三角形设计的转子发动机，虽然历经德、日、美等多国热能工程师的努力仍未能获得突破，困扰转子发动机的技术瓶颈就在于实现发动机转子的多介质通流的技术难题。

发动机转子多介质通流一方面指的是发动机工作介质进排气中，至少排气须通过转子径向开孔和轴向开孔在缸室进入吸排气冲程时导通该缸室工作容积，在结束吸排气冲程时关闭该缸室吸排气通道，其目的是保证转子发动机的吸排气正时配气。发动机转子多介质通流另一方面指的是发动机冷却介质，如冷却空气须通过转子轴向面进入转子内部，吸收和带走发动机缸室燃气通过转子外表面传递的热量，再由转子轴向面排除，维持转子中心转动传动部件在安全的温度下运行。

汪克尔三角转子发动机在转子多介质通流方面一个也未实现，其进排气配气方案选择的是在发动机工作容积内的发动机侧板上直接开孔实现发动机进排气，占用了发动机工作容积和冲程角度，其结果就是发动机油耗率和排放指标类似于两冲程往复活塞发动机；三角转子也未实现冷却介质通流对转子中心转传动部件有效的冷却，这也为汪克尔三角转子发动机赢得了润滑油油老虎和短寿发动机的称号。

美国LiquidPiston流体公司在2018年发表的X系列发动机，在转子多介质流通方面，采用8字型转子解决了发动机工作介质通过转子流通，实现转子发动机的吸排气正时配气；另一方面同样未能实现冷却介质通流这就带来一个致命问题，LiquidPiston流体公司的X系列发动机仅能以单转子发动机结构形式存在，转子热量通过裸露8字型转子中心轴向面的转传动区域实现自然散热，如果采用多转子串列如汪克尔三角转子发动机三转子串列方式，LiquidPiston流体公司的X系列发动机可能会同样赢得润滑油油老虎和短寿发动机的称号。

我是带着实现发动机转子多介质通流的问题在长期深入研究基于莱洛三角形设计的转子发动机，2016年一个很偶然的机会发现了克服长期困扰基于莱洛三角形设计的转子发动机技术瓶颈、实现发动机转子多介质通流的技术途径。这个转子多介质通流技术，采用的是一个原创全新的8字型转子平面运动原理，不同于汪克尔三角转子发动机和LiquidPiston流体公司X发动机平面运动原理。

具备转子多介质通流技术的四冲程8字型转子发动机强制冷却风机采用单级三涡结构，安装于发动机主轴上的强制冷却风机叶轮随主轴转动产生风压，驱动冷却空气由成120°的三个方向，经沿发动机各隔板边缘设计的冷却空气流通通道输送至指定进排气隔板，工程试验样机Thermal-rotor的冷却空气经由进气隔板和发动机侧板输送至8字型转子冷却空气轴向进气口，冷却空气进入转子内部吸收8字型转子热量后经由发动机侧板和排气隔板排除至大气。具备转子多介质通流技术的四冲程8字型转子发动机采用不挤占发动机工作容积的正时配气，且进排气通道与强制冷却空气通道互不干扰，适宜于发动机废气能量利用。

发动机强制冷却空气流通路径包括发动机进排气隔板、发动机缸体、发动机侧板和发动机8字型转子内部，即整个发动机内部都进行了强制冷却。由此可见具备转子多介质通流技术的四冲程8字型转子发动机非常适合于以三的倍数进行多转子串列，并在更高的额定转速安全运行，实现转子发动机大功率集成。

具备转子多介质通流技术的四冲程8字型转子发动机技术，通过工程试验样机Thermal-rotor探索性研究，在试验、调试、试错阶段遇到大量的技术问题，把原定的研发工期大大延长至近4年时间。

2016年完成四冲程8字型转子发动机平面运动模型制造和平面运动可行性验证；

2017~2018完成四冲程8字型转子内燃发动机技术准备和首台验证样机2D、3D机加图纸准备、零部件机加准备；

2019年初通过首台试验验证样机完成转子运动可靠性技术方案试验试错；

2020年9月通过第二台试验验证样机完成困扰已久转子活塞及其相关7个类别32道密封试验试错，进度正好赶上迎接祖国71岁生日国庆节。

目前，具备8字型转子多介质通流技术的四冲程8字型转子内燃发动机本体关键技术上现已完全突破，8字型转子内燃发动机本体探索性研究告一段落，现正在准备工程试验样机Thermal-rotor点火短时间试转演示。

8字型转子内燃发动机工程试验样机Thermal-rotor****性能参数：

排气量：                             0.615L（3x0.205L）

配气方式：                         自然吸气

进排气方式：                     转子进气、转子排气

转子数量M：                      1

转子参数D、B：                 119mm、50mm

发动机偏心距e：                 12.5mm

强制冷却风机叶轮直径：      140mm

压缩比：                               9

燃油标号：                            92标准乘用车汽油

发动机零部件总数：              108 件

发动机非标零部件数：           50  件

发动机工作容积润滑方式：    无油润滑

发动机转传动部件润滑方式： 脂润滑（定期加注）

发动机外形尺寸：                 190x240x220mm（长x宽x高，不含轴长）

发动机本体重量：                 10.5Kg

计算额定转速：                    3000r.p.m（计算极限转速）

计算额定功率：                     32.4 HP

计算功重比：                        3  HP/Kg

计算升功率：                        53 HP/L

6转子串列8****字型转子内燃发动机性能参数：

排气量：                                          3.69L

配气方式：                                       涡轮增压

进排气方式：                                    缸体进气、转子排气

转子数量M：                                    6

转子参数D、B：                               119mm、50mm

发动机偏心距e：                              12.5mm

强制冷却风机叶轮直径：                   140mm

压缩比：                                            9

发动机外形尺寸：                              720x240x220mm（长x宽x高，不含轴长）

发动机工作容积润滑方式：                 无油润滑

发动机转传动部件润滑方式：              脂润滑（定期加注）

发动机本体重量：                               50Kg

计算转速/计算功率/功重比：              3000r.p.m/ 270HP/5.4 HP/Kg

计算转速/计算功率/功重比：              4500r.p.m/ 405 HP/8.1 HP/Kg

计算极限转速/计算极限功率/功重比： 6250r.p.m/562.5HP/11.25HP/Kg

从以上数据可以看出，四冲程8字型转子内燃发动机具备达到涡轮轴发动机高端功重比水平的技术能力，如美国通用动力T700-GE-700涡轮轴发动机，黑鹰标配动力功重比8.19 HP/Kg，T700/T6E涡轮轴发动机功重比9.9HP/Kg。由此判断，具备8字型转子多介质通流技术的四冲程8字型转子内燃发动机，在航空轴功发动机动力应用领域对现有的四冲程往复活塞发动机、涡轮轴发动机具有技术迭代优势，这完全是抢饭碗的架势吧。对这项技术感兴趣的朋友可与我联系，WX同号18523909179，

自行推导的四冲程8字型转子内燃发动机相关计算公式以供参考：

发动机功率Pe：

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

其中：

      Pe：发动机功率                                                         w

     δ：发动机功率修正系数

     M：发动机转子数量

     pme：发动机缸室燃气做功平均有效工作压强               pa

     D：发动机转子直径                                                      m

     B：发动机转子厚度                                                       m

     L：发动机转子做功行程，L=4e                                     m

     t：发动机输出轴每转一周，每个转子活塞做功次数

     n：发动机转速                                                             r.p.m

进气方式采用转子进气、转子排气时转子厚度B：

                         B ≈ 13V/n

其中：

     B：发动机转子厚度                                                     m

     V：发动机工作介质（进气）在最小流通截面中的流速  m/s

     n：发动机转速                                                           r.p.m

这个发动机功率计算公式同样适合于四冲程往复活塞发动机功率计算，我用该公式复核过多个发动机包括ROTAX的914四冲程往复活塞航空发动机、莱康明O-360四冲程往复活塞航空发动机参数，也复核过二战时期劳斯莱斯梅林V12四冲程往复活塞航空发动机参数，它们的功重比在1.6~2.1HP/Kg之间，当然这个公式正好复核LiquidPiston流体公司的X4发动机参数。​

具备转子多介质通流技术的四冲程8字型转子发动机探索研制过程，依靠的是国家工业化强大的精密机加工能力，特别感谢重庆、深圳两地精密加工的合作方。值得一提的是转子相关密封问题解决，当我想到一种性能参数可能的材料可以解决存在的问题时很快就搜索到了这种材料，并且现有可选的规格尺寸就像定制一样，让困扰已久的密封问题终于得到快速低成本得到解决，不得不感慨国家繁多齐全的工业制造门类。