我们不时听到关于二冲程发动机复兴的消息,或者像增压器和混合动力自行车这样的创新,但很少看到所有这些想法都集中在一个设计中。但川崎重工的一项新专利申请恰恰说明了这一点;这台机器使用了许多激进的技术。要真正做到这一点,意味着重新思考我们所知道的摩托车的基本原理。
这种想法的基础是,新自行车是串联混合动力,而不是更熟悉的并联混合动力。平行混合动力汽车是我们习惯在汽车上使用的那种,这要归功于丰田普锐斯和其他使用电动发动机辅助内燃机的机器。
但串联杂交不同;它只使用电力来驱动车轮,而内燃机只用于产生所需的电力。正常情况下,串联式混合动力汽车是“增程”电动汽车,它使用功率相对较低的内燃机为电池提供一些额外的充电,以提高续航里程。雪佛兰Volt和更具异国情调的Fisker Karma就是使用这一概念的生产机器的例子。
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然而,川崎重工的想法并不是使用低功率发动机,而只是给电池充电就能增加几英里的续航里程。相反,它使用高性能发动机,比传统发动机更高效、更清洁,因为它将继续以最高效的速度运行。
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传统二冲程发动机虽然有“脏”的美誉,但二冲程循环其实非常适合清洁运行和高效设计。但这意味着传统上用于二冲程系统的摩托车是从通常的港口转移过来的。相反,我们需要寻找其他二冲程柴油,比如许多船只上使用的巨大的增压二冲程柴油,它以这个星球上一些最有效的内燃机而闻名。
川崎设计看起来不像传统的二冲程设计。它的特点不是气缸壁上的端口,而是四冲程提升阀,完成了双顶置凸轮轴。只是周期从四划变成了两划。
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这使得增压器成为设计的重要组成部分。在正常的二冲程自行车发动机中,进气通过向下移动的活塞通过传输口被压入气缸。如果你不这样做,你需要一个增压器来增加进气口的压力,这样它就可以充满气缸,排出前一个循环的废气。
反过来,这意味着排气和进气门同时打开,这使得直接燃油喷射变得必不可少。这意味着可以在两个阀门关闭后添加燃料,因此没有未燃烧的燃料可以逃逸到废气中。
交叉曲柄
因为发动机是二冲程的而不是四冲程的,所以每一个气缸每360度曲柄旋转就有一次燃烧事件,而不是每720度。
如果你使用平曲轴,就像大多数直列四缸发动机一样,这意味着你会让两个气缸同时燃烧,这会对发动机产生振动和压力。川崎采用水平面曲柄,使燃烧事件均匀分布,气缸燃烧曲柄旋转90度。
与离合器和变速箱不同,曲轴两端只安装一台发电机。电能被输入存储系统——、相对较小的电池或一组超级电容器——,然后存储系统将电能发送到连接到后轮的电驱动马达。
这个系统是干什么用的?
虽然这个想法的主要目标是摩托车,但川崎重工的专利也表明,发动机和混合动力系统可以用于船舶、三轮车和四轮车。
面对日益增大的电气化压力,有可能为内燃机提供一条生命线。按类似原理工作的船用发动机效率可达50%以上。二冲程专家认为,60%甚至70%的效率是可以实现的目标。与效率高达95%的电机相比,这似乎有些弱,但一旦加上发电、配电和电池充电方面的损耗,就有可能达到类似的效率。当然,内燃机混合动力解决了纯电动汽车通常存在的所有加油问题。
不要指望很快看到有这种系统的自行车,但川崎重工显然不会让它的内燃机不战而降。