說到轎車和卡車發(fā)動機，自尼古拉斯·奧托(Nikolaus Otto)在1876年發(fā)明現(xiàn)代內(nèi)燃機以來，變化不大。但至少在理論上，內(nèi)燃機可能會發(fā)生重大變化。

美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的研究人員，獲得了美國專利商標局的一項新設(shè)計專利，該設(shè)計可以提高汽油燃料內(nèi)燃機的效率并減少有毒排放，這些內(nèi)燃機為全球數(shù)百萬輛轎車和卡車提供動力。理論設(shè)計列出了發(fā)動機用來推動車輛行駛的內(nèi)燃缸內(nèi)氣體快速旋轉(zhuǎn)的方法。

PPPL物理學家、普林斯頓天體物理科學教授納特·菲施(Nat Fisch)是這種專利方法的共同開發(fā)者，他說：這個想法是為了讓發(fā)動機在比其他情況下認為可能溫度更低的情況下工作，從而減少有毒氮氧化物的排放。主要開發(fā)者是物理學家Vasily Geyko，他作為PPPL普林斯頓等離子體物理項目的研究生參與了這個項目，F(xiàn)isch是該項目的負責人。Fisch和Geyko申請了這項專利，這項專利源于物理學家對等離子體進行的快速旋轉(zhuǎn)和壓縮的研究。

在美國能源部國家核安全管理局(NNSA)和美國國防威脅降低機構(gòu)的支持下，研究人員在研究中發(fā)現(xiàn)，快速旋轉(zhuǎn)中性氣體可以產(chǎn)生有利于汽油發(fā)動機的條件。然而，Geyko和Fisch發(fā)現(xiàn)，理想旋轉(zhuǎn)氣體的熱容量，即其受熱時吸收能量的能力，比靜止氣體的熱容量大?？茖W家們隨后意識到，一種以大約音速旋轉(zhuǎn)的氣體，當用于熱力學循環(huán)時，可以使發(fā)動機在更低的溫度下比傳統(tǒng)內(nèi)燃機更有效地運行，“用于奧托或柴油循環(huán)”，為汽油或柴油發(fā)動機提供動力。

熱容效應在固定的最高和最低工作溫度下提高了熱力學效率。此外，最高工作溫度越低，相對效率增益越大，這使得該發(fā)明特別有利于在超低溫發(fā)動機中使用。旋轉(zhuǎn)氣體還修改了標準的內(nèi)燃機設(shè)計，這項發(fā)明的特點是使用8個循環(huán)發(fā)動機，而不是4個循環(huán)發(fā)動機，以便在循環(huán)中的正確位置旋轉(zhuǎn)氣體。這當然會使發(fā)動機變得復雜，在常規(guī)溫度下，傳統(tǒng)發(fā)動機的效率會更高。但在非常低的溫度下，傳統(tǒng)發(fā)動機的效率非常低，汽油燃燒產(chǎn)生的有毒氮氧化物的排放將極大減少。

在這種溫度下，新發(fā)明可能會得到有利的實施，具有更高的效率和燃油經(jīng)濟性，同時通過減少氮氧化物排放來改善空氣質(zhì)量，從而對公眾健康產(chǎn)生相應的好處。目前，專利發(fā)現(xiàn)仍然是理論上的。但是，例如，如果國會立法在全國范圍內(nèi)減少氮氧化物，理論上的可能性可能會變得非常值得進一步發(fā)展，理論上，即使適度降低允許的燃燒溫度，從2500攝氏度左右降至1300-1800攝氏度左右，也足以使旋轉(zhuǎn)燃氣發(fā)動機與傳統(tǒng)的奧托循環(huán)發(fā)動機相比，獲得5%至10%的相對效率優(yōu)勢。

博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實驗室

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