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第3代试管婴儿成功率:麻省理工学院启动液体活塞开发出更高效的旋转发动机

2020-07-04 16:00

iPhone 6旁边的X迷你引擎原型。

来自MIT启动液体活塞的新型旋转发动机比同类发动机更轻,更安静,效率更高。

噪音,过度振动和相对低效率是基于活塞的发动机(ICE)的缺点,这些发动机为当今的草坪和花园设备供电,例如叶鼓风机和草坪修剪机。

但现在麻省理工学院启动的液体活塞已经开发出一种旋转冰,它说它比许多小型发动机装置中使用的ICE小得多,更轻,更安静,燃料效率提高20%。

“如果你想到手持式工具-例如链锯或对冲修剪器-大约半小时后,你不想再使用它,因为你的手感觉就像它会掉下来,”Alexander Shkolnik博士说'10,液体活塞总裁和发动机共同发明者。“我们的发动机根本没有振动,而且更安静。它应该是一个更好的第3代试管婴儿成功率用户体验。“15>

LiquidPiston的70立方厘米发动机X Mini在10000 RPM时产生约3.5的功率;在4磅时,它也比它旨在更换的四冲程50立方厘米活塞ICE小约30%。Shkolnik说供精试管,完全完成后,X Mini可以以每分钟15000转的速度搅动约5匹马,重量为3磅。

发动机运行由Shkolnik和他的物理学家父亲Nikolay开发的新型高效混合循环(HEHC),实现恒定体积的燃烧和过度膨胀以获得更大的能量提取。Shkolnik说,发动机只有两个运动部件,一个转子和一个轴,没有波普尔阀-通常用于其他四行程ICE来控制燃油进口-发动机还具有降低的噪音,振动和苛刻特性。

Shkolnik说,最初的应用将是手持草坪和花园设备。日分t发动机可根据其他应用进行缩放和修改,包括拖把,无人机,海上动力设备第3代试管婴儿成功率,机器人,测距器和船,飞机和其他车辆的辅助动力装置。该公司还展示了发动机高效柴油版本的概念验证,包括发电机和其他应用的70功率X1和40功率X2。该公司希望最终开发用于军事应用的小型柴油机X微型发动机。

Shkolnik说:“如果你看一台3千瓦的军用发电机,它是一只270磅重的大猩猩,需要五人走动。“你可以想象,如果我们能把它变成一个15磅重的设备,这对他们来说是非常革命性的。”

Shkolnik于11月19日在意大利汽车工程师学会2014年小型发动机技术会议和展览上发表了关于X2和X Mini的论文。

逆Wankel

X Mini本质上是紧凑型Wankel旋转发动机的设计和效率的升级,该发动机于20世纪50年代发明,目前用于机动车,船只和一些飞机。

在Wankel中,圆形三角形转子在椭圆形腔内的偏心轨道中旋转,每次旋转产生三个动力冲程-发动机产生力。在X Mini中,椭圆形转子在经过修改的圆形三角形外壳内旋转。

“我们已经颠倒了传统旋转发动机的一切,现在我们可以执行这个新的热力学循环[HEHC]并解决困扰传统Wankel发动机的所有问题”,用于小型发动机应用,Shkolnik说。

例如,Wankel发动机使用长燃烧室(如薄月牙形月),这会导致燃料经济性差-因为火焰无法到达腔室的后缘并被腔室的大表面积淬火。X Mini的燃烧室更圆更胖,火焰燃烧过来表面积较小。

X Mini中的空气和燃料摄入以及气体排出通过转子中的两个端口发生,当转子旋转时打开或关闭,从而无需阀门。这些端口的不对称位置稍微延迟了膨胀过程中的排气过程。这允许HEHC的过度膨胀过程-从阿特金森热力学循环,用于一些混合动力汽车-气体在室内膨胀直到没有压力,让发动机有更多的时间从燃料中提取能量。该设计还适用于HEHC的“恒定体积燃烧”(来自火花点火活塞发动机中使用的Otto热力学循环),其中压缩气体长时间保持在腔室中,使空气和燃料混合并在膨胀之前完全点燃,导致膨胀压力增加和效率提高。

“发动机燃烧燃料需要很长时间,”Shkolnik说。“在大多数发动机中,当你燃烧燃料时,你正在膨胀气体,并且你正在失去燃烧过程的效率。当转子位于腔室顶部时,我们保持燃烧,并在这些条件下强制燃烧。这样效率要高得多。

此外,X Mini重新定位了顶端密封件,导致油耗减少。在Wankels,顶点密封件连接三角形转子的边缘,在那里它们滑动和移动。润滑它们需要向空气-燃料混合物提供大量燃烧和泄漏的油,增加排放和油耗。然而,在X Mini中,这些密封件位于三角形外壳中,可以放置。Shkolnik说:“现在我们可以通过固定外壳提供少量油,确切地说密封需要多少油,而且您没有燃烧任何油,也不会向环境中损失任何油。”

LiquidPiston的“路线图”

对机器人和人工智能的兴趣使得Shkolnik成为麻省理工学院电气博士生l 2003年工程与计算机科学。当年,Nikolay Shkolnik提交了他的第一份HEHC专利,他的儿子在一门专注于技术创业的课程中了解了麻省理工学院5万美元的创业竞赛(现为1亿美元)。他们与麻省理工学院斯隆管理学院的学生合作,在2004年的比赛中制定了一项商业计划并展示了HEHC引擎,在那里他们获得了10000美元的亚军奖,以推出LiquidPiston。

竞争本身对父子企业家很有帮助-他们当时没有创业经验。Shkolnik说,在制定详细的业务计划并学习如何向投资者解释他们的技术时,“它确实向我们展示了该做什么的路线图,我们被迫思考了我们将要面对的许多问题。”

在接下来的六年中,Shkolnik利用他在麻省理工学院机器人运动小组学习的技能,帮助他的父亲在家庭车库外开发液体活塞发动机,该小组由电气工程和计算机科学副教授Russell Tedrake领导。“这是很多优化,控制,模拟和建模,”他说。“所有这些相同的技术都适用于设计发动机。”

Shkolnik将液体活塞的大部分发展归因于扩展的麻省理工学院社区。在五万美元的时间里,风险资本主义比尔·弗雷扎(Bill Frezza)76,SM'78指导了这个团队;他的公司随后成为了一个早期的投资者。麻省理工学院斯隆团队成员Brian Roughan MBA'05,Jennifer Andrews Burke MBA'05和Vikram Sahney MBA'05进行了市场研究,撰写了业务计划,致力于业务开发,并向投资者推销公司。

来自麻省理工学院风险指导服务(VMS)的导师-包括创立VMS的已故Dave Staelin-也指导LiquidPiston的发展,为产品开发,招聘和寻求风险投资提供建议。(到目前为止,该公司已获得超过1500万美元的资金。)

2006年,经过分析经过数十次发动机迭代,LiquidPiston获得了70000美元的军事补助金,用于生产最初的柴油发动机原型。(今天,LiquidPiston已经分析并获得了约60种不同发动机设计的专利,以体现HEHC。)

由于电力设备制造商的压倒性反馈-要求更轻,更安静,无振动的发动机-液体活塞最近转向X Mini,它在过去六个月内开发并发布。该公司现已获得潜在客户的兴趣,并正在与有兴趣获得X Mini技术许可的发动机制造商交谈。

“除了改进现有的发动机应用,”Shkolnik解释说,“X Mini可能会启用目前发动机或电池技术目前无法实现的全新应用。”

明年年初,公司计划举办竞赛,向公众征求有关X Mini这些新用途的想法。“我们希望让创意果汁流动并向更广泛的社区开放,看看是否有有趣的事情,”Shkolnik说。

图像:液体活塞

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