车辆工程 冲击波汽车发动机 汽车油耗将降低80%
车辆工程冲击波汽车发动机
一个多世纪以来，几乎所有轿车和卡车都使用的是活塞式发动机。即便是目前最新型的混合动力车，以及雪佛兰沃尔特电动车这样的全新概念车，也都还在使用小型活塞式发动机来提供动力和为电池充电。然而，美国密歇根州立大学正在研发一种完全不同的、不使用活塞的发动机。它被称为波—转子发动机(wave-disk engine)或冲击波发动机(shock-wave engine)。如果取得成功，未来混合动力汽车的油耗就能降低80%。
密歇根州立大学机械工程教授诺伯特·穆勒(Norbert Müller)是发明者之一，他说，这种紧凑型发动机仅有家用蒸锅大小，需要的部件也比活塞式发动机少得多。这种发动机将不再需要活塞、连杆和汽缸。重量的减轻和燃油效率的提高“能在消耗同样数量燃料的前提下，让一辆装备再生制动装置的插电式混合动力车的行驶距离增加4倍，相应的二氧化碳排放量也会减少 80%”。不仅如此，该系统还能使制造成本降低30%。
在位于美国东兰辛的实验室里，穆勒和他的研究组正在测试一部波—转子发动机原型。他们的目标是，制造出一台25千瓦(33马力)功率发动机。他希望首台发动机能量转化效率可达30%左右，而目前最好的柴油发动机所能达到的效率是45%。但是，他对改进型发动机能够将效率提升到65%持乐观态度。
在传统电火花点火发动机中，火花塞引燃汽缸中汽油和空气的混合物，来推进活塞驱动曲柄轴，曲柄轴再带动车轮旋转。柴油发动机是通过活塞来高度压缩燃料和空气，将它们点燃。燃烧的气体膨胀，将活塞推回去，进而带动曲柄轴。
在波—转子发动机设计中，产生动力的过程是在一个旋转的涡轮中进行的。涡轮就像平放在桌面上的电脑风扇(转子)，有许多弯曲的叶片和外壳。压缩后的高温空气和燃料经过位于中央的轴，被导入叶片之间的空隙。当高度压缩的混合气体被点燃时，燃烧的气体在有限空间里急速膨胀而形成冲击波，压缩剩余部分的空气;从外壳上反射回来的冲击波也会进一步压缩和加热空气。最后，经过压缩和加热的气体会在恰当时机通过外壳释放出去。压缩气体在弯曲的叶片上施加的力，和气体喷射产生的力一起，驱动转子旋转，进而带动曲柄轴。
据波—转子发动机的另一发明人，波兰华沙科技大学(Warsaw University of Technology)的副教授雅努什·皮埃切纳(Janusz Piechna)介绍说，从1906年起，工程师们就开始研究波—转子装置了，而且它们已经被用在了一些赛车的增压器里。但是，穆勒说，里面不稳定的气流非常难控制。要想预测这些间歇性气流极其复杂的非线性行为，需要进行精细的数值计算，这类计算一直都因为太过费时或不够精确而无法达到要求，该问题直到近几年才得以解决。目前，密歇根州立大学和其他一些研究机构正通过高仿真模拟，来辅助叶片几何形状的精密设计，以及精确到零点几秒的燃烧时间控制，期望得到最佳性能。
计算机模型能否最终变成在路上跑的实际产品，我们还不得而知。“波—转子技术的应用可能会很困难，”丹尼尔·E·帕克森(Daniel E. Paxson)说，他在美国航空航天局戈兰研究中心(NASA Glenn Research Center)从事流体模型设计。帕克森认为，密歇根州立大学的研究 “毫无疑问是超前了”。他的评论既包含着务实的怀疑，更有从创新角度的赞赏。“无论最终的结果是什么，我确信他们都会学到很多”。
穆勒相信，他的研究组最终能制造出合适的波—转子发动机，并将它们成功应用于更清洁的混合动力车上，从小型摩托车到家用轿车和运输卡车，他对此似乎毫不怀疑。“这只是时间、努力和想象力的问题，当然，还有资金问题”。
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