柴油转子发动机的开发及应用前景.pdf

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1、宣读交流论文柴油转子发动机的开发及应用前景王锡茂，伍昕忠，石坚中，陈志平，肖呖，吴进军，谢晋(机械科学研究总院，北京100044)摘要：柴油转子发动机是一种新型发动机，具有体积小、重量轻、高功率密度、运转平稳、高速性能好等特点，是军民用特种电源、自行武器辅机电站、轻型飞行器、游艇等的理想动力。本文主要介绍了柴油转子发动机国外发展情况及我国研制开发现状，分析了柴油转子机的特殊性、研制难度和技术关键，论述了开发柴油转子机的重要意义，展望了应用前景。关键词：柴油转子发动机；开发；应用1前言柴油转子发动机是一种以燃用柴油为主．

2、同时可以燃用航空煤油等燃料的多种燃料转子发动机。它是在汽油转子发动机基础上发展起来的更适合于军用的新一代三角转子发动机。目前国外只有美国和德国研制成功。我国机械科学研究总院自2002年开始负责开发DZ270柴油转子机。目前已研制成功非增压原理性样机。柴油转子发动机克服了往复式柴油机转速低、体积大、重量重、振动大和某些特殊场合不利于总体布置的缺点。也避开了燃气轮机油耗高、噪声大、主机与回热器、空滤器组合体积大等问题，所以柴油转子发动机兼有柴油机和燃气轮机优点。与往复式柴油机相比具有以下特点：(1)高功率密度，体积小、重量

3、轻、高速性能好。(2)结构紧凑，零部件和运动件比往复机少30和60％，易于系列化。维修简便。(3)只有旋转运动，没有曲柄连杆和气门机构等往复质量，故运转平稳、振动小、噪音低、充气效率高。(4)可以燃用柴油，航空煤油等多种重燃料，安全性好，环境适应性强。所以，柴油转子机在对燃料、体积与重量要求严格的许多军用和民用领域有广泛用途。柴油转子机的开发应用，对实现军用装备小型化、轻型化，提高装备机动灵活性，有重要意义，因此美国、德国以军用为目标投巨资持续开发此类产品。2柴油转子发动机工作过程与传统柴油机的主要区别和研制技术难度转

4、子发动机和往复式发动机一样都依靠混合气燃烧产生的膨胀压力获得动力．但往复机活塞和气缸为圆桶形，四个工作过程都在同一个气缸内进行。每个工作过程主轴旋转180度。产生在活塞顶部的膨胀压力向下推动活塞。而转子发动机活塞为三角形，气缸形状为8字形旋轮线。缸体的内部空间被分成三个工作室。混合气随转子作迁移运动。四个工作过程都是在缸体中不同位置进行。每个工作过程主轴转动270度。膨胀压力作用在三角活塞侧面推向偏心轴中心。由上述可见柴油转子机工作过程与传统柴油机有很大差别，在此不作详述。而柴油转子发动机的特殊性除上述几点外．其与往复

5、式柴油机的最大区别是很难实现压燃．即必须寻找一种与传统汽油机、柴油机不同的着火燃烧方式。从而实现理想的工作过程。这无疑增大了柴油转子机开发的难度。所以。开发柴油转子机的技术难度比汽油转子机要大得多。这也是汽油转子机自1957年在德国问世到1967年El本转子机轿车走向市场只不过用了10年。而柴油转子机美国从1962年开始研究到90年代初才作者简介：王锡茂(1949一)，男，高级工程师；研究方向：柴油转子发动机E-mall：ximaowang@163．corn上海：2007年lO月中国内燃机学会第七届学术年会论文集191

6、得到实际应用经历了近30年时间的根本原因。为了实现压燃，压缩终点温度需达到500～6000C，对于密封线较长，低速漏气量较大的转子机来说．压缩比至少要17～18以上才能达到压燃要求。另外，转子发动机燃烧室扁平狭长，面容比较大(约为往复发动机的两倍)，一方面散热损失大，影响冷起动性能和热效率，同时也使喷油器布置难以使油雾喷束分布合理。柴油转子发动机最大压缩比受形状参数K值(K=R／e)的限制。一般转子机实用机型K值不超过7，此时的理论最大压缩比约为18．3。为了合理组织燃烧需要在转子上开设足够大的凹坑．加上存在余隙容积等

7、原因，实际最大压缩比不超过15(约12～13左右)因此采用单级压燃式方案首先受到压缩比不足的限制。显然，对单级压燃柴油转子机来说。存在合理的燃烧室形状和需要较高压缩比之间的矛盾问题。综合以上因素。因此要研制出压缩比足够高。密封性能好和燃烧室结构合理的压燃式转子发动机是困难的。上世纪60年代后期英国罗尔斯·罗伊斯公司和日本洋马公司曾研究双级压缩柴油转子机。采用两级压缩可以作到高压缩比和燃烧室结构比较合理，但这种柴油机结构复杂．尺寸、重量大。成本高。同时由于两级之间的气体通道增加了气体流动损失，散热损失大，热效率低，性能欠

8、佳而未能成功。70年代中期，美国CurtissWright公司研究开发了低压缩比(8～10)，两级喷射(引燃喷油和主喷油)及两级点火(火花塞或电热塞和引燃火炬)层状充气式转子发动机获得成功，开辟了柴油转子机发展的新途径，经过30余年的不断探索，这种新的着火燃烧组织方式更加完善合理。3国外研制开发概况转了发动机自上世纪50年代问世以