Princip simulačního modelu
Pro termodynamickou simulaci není potřeba řešit kinematiku bi-rotačního motoru, když se blok válců otáčí v pevné skříni a klikový hřídel se otáčí opačným směrem. Tento mechanismus si lze také představit jako stacionární (zastavený) blok válců motoru a motorová skříň s kanály otáčejícími se kolem bloku válců. Relativní pohyb vrtání válce ve vztahu k výfukovým a sacím kanálům je pro simulaci důležitý. Tento pohyb společně s tvarem kanálů definuje křivku plochy průtoku kanálů v závislosti na úhlu klikového hřídele klasického čtyřtaktního cyklu. Tato křivka je v simulacích vytvořena prostřednictvím virtuálních ventilů. Takto je pro účely simulace možné převést bi-rotační motorový cyklus, který se zdá být složitý, na konvenční cyklus čtyřtaktního motoru.
V tomto případě je jediný rozdíl oproti klasickému čtyřtaktnímu motoru ve skutečnosti, že každý válec používá pro sací a výfukový cyklus každý druhý cyklus různé kanály v závislosti na aktuální pozici válce v motorové skříni. Aby bylo možné toto jev zaznamenat v simulaci, je každý válec vybaven čtyřmi ventily, z nichž každý se otevírá do příslušného sběrače, a je vytvořeno ovládání pro deaktivaci a aktivaci jednotlivých párů ventilů podle kinematiky bi-rotačního motoru. Tím je zajištěno, že dynamika plynu ve výfukovém a sacím systému motoru odpovídá jeho skutečné funkci. Obrázek níže je diagram uspořádání kanálů v simulačním modelu, který odpovídá skutečnému motoru. Při tomto přístupu je potrubí rozvětveno na tři částí. Toto rozdělení je použito pouze kvůli nahrazení rotace bloku válců a proto jsou ztráty v těchto větvích nastaveny na nulu.
Charakteristika průtoku jednotlivých kanálů v závislosti na rotaci bloku motoru je důležitým vstupem do simulace. Tyto charakteristiky byly experimentálně změřené a poté použité v matematickém modelu, stejně jako základní geometrie motoru a výfukového a sacího kanálu. Profil otevírání portů byl převzat z CAD modelu a k tomuto profilu byly přiřazeny koeficienty průtoku.
Pro kompletní kalibraci termodynamického modelu je výhodné experimentálně změřit co nejvíce dat, jako jsou průtokové rychlosti, tlaky a teploty při různých provozních bodech motoru. Nicméně kvůli fázi vývoje motoru tato data nemohla být získána. Proto bylo nutné pro účely simulace použít empirické výpočetní modely, které jsou odvozeny od konvenčních spalovacích motorů. V některých případech jsou tyto modely také aplikovatelné na bi-rotační motor – např. model pro výpočet přenosu tepla ve válcovém motoru a proces spalování. V jiných oblastech je kvůli specifičnosti motoru méně vhodný – včetně modelu pro výpočet teploty stěny válce a modelu pro výpočet mechanických ztrát. Bez těchto dat je sice možné odhadnout potenciál motoru z hlediska termodynamiky, ale je třeba očekávat určitý stupeň nejistoty, která by mohla být zintenzivněna kvůli inovativnímu designu tohoto motoru.
Výkon motoru bez mechanických ztrát lze přesně předpovědět. Mechanické ztráty musí být určeny experimentálně nebo komplexnějšími výpočty. Pro hrubý odhad efektivního výkonu motoru byly konstanty standardního modelu tření Chen-Flynn upraveny na horní limit, což znamená, že se jedná o nejpessimističtější dostupný odhad.
Výsledky simulace
Hodnoty točivého momentu a výkonu, které jsou nadprůměrné, lze dosáhnout díky příznivému rychlému otevírání a zavírání sacích a výfukových kanálů a jejich velkým průřezům. Tento výkon je neobvyklý pro současné konvenční motory s pohyblivými ventily. Když jsou sací a výfukové potrubí správně naladěny na požadované otáčky motoru, dochází k maximálnímu naplnění válce (oblast max. točivého momentu). Mimo tuto optimalizovanou oblast jsou tlakové podmínky v kanálech méně příznivé, dochází k nadměrné vnitřní recirkulaci plynu a může být pozorován pokles točivého momentu. Toto chování je typické pro atmosfericky plněné motory a je pravděpodobně značné zlepšení díky velkým průřezům a rychlostem otevírání sacích a výfukových kanálů.
Nejvýznamnějším zjištěním je, že hodnota maximálního průměrného efektivního tlaku je výrazně vyšší než průměrné výsledky u atmosférických sážehových motorů. Grafy pro plné zatížení, průměrný efektivní tlak a spotřebu paliva byly simulovány ve dvou verzích. První verze zahrnuje běžné hodnoty výpočetních konstant, které mohou ovlivnit přesnost výpočtu. Pesimistická verze výpočtu uvažuje méně příznivé hodnoty výpočetních konstant, které leží na horním rozmezí pro některé modely. Tyto dvě verze definují určitý rozsah, ve kterém lze očekávat skutečné hodnoty parametrů motoru. Výsledky jsou podmíněny předpokladem dostatečné kvality tvorby směsi, rychlosti spalování a účinnosti, což jsou standardy pro současné čtyřtaktní motory, a dále podmíněny předpokládaným úspěšným designem všech dílů, které ovlivňují termodynamický cyklus motoru.
