中国人的发明或将颠覆世界发动机发展进程

佰力

　　1876年德国人奥托发明往复活塞式四冲程汽油机，1892年德国工程师狄塞尔发明了压燃式发动机，1905年瑞士人波希提出了废气涡轮增压理论，1967年德国博世公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统，1978年日本研究成功混合动力汽车。发动机技术经历了数次重大的科技突破，遗憾的是，没有一项是国人所创。

　　如今一位中国人的发明，将使发动机技术取得突破，并有可能改写世界发动机的发展进程。

　　百年发动机的进化过程说清楚非常复杂，但用三个字就可以概括：热效率。从奥托发动机14%的热效率进化到今天全世界主流的汽油发动机热效率在30-40%之间，甚至以生产新能源汽车闻名的比亚迪实现全球最高发动机热效率达46.06%，但是进化的幅度越来越小。为什么呢？因为目前提高热效率的研究方向均是控制燃烧过程来适应单曲轴连杆机构，使得热效率提高越来越受到这一束缚。

　　从发动机热能动力转换过程看，传统单曲轴结构功率传输机构在做功行程开始的1/4行程中，活塞处于燃气高压作用下，但对曲轴的切向力却很小，导致热能转化为机械功少，未转化的热能被冷却液和废气带走，增加了排气和冷却损失。

单曲轴连杆功率传输机构工作时，活塞侧压力使其与缸套产生摩擦力，造成功率损失占发动机总机械损失的50%。

中国的一项国家发明专利《一种提高发动机有效热效率方法及其制备的功率传输机构》(ZL201810308535.3)，突破传统单曲轴连杆的束缚，运用大偏心量的双曲轴连杆机构，提高直线往复-旋转运动功率传输转化效率，使活塞运动规律更好的适应内燃机的燃烧过程，热效率得以大幅提高。

　　这项发明的核心技术路线是采用双曲轴连杆结构，将发动机功率传输机构中的曲轴轴线与缸体中心线间设置较大偏心距。曲轴负偏置方向运转，在两个连杆和活塞之间增加活塞杆，成为负偏置反拉双曲轴连杆功率传输机构。由于双曲轴结构负偏置旋转，提高直线往复-旋转运动功率传输转化效率；而双曲轴结构消除了活塞侧压力，机械损失减小；负偏置旋转使活塞做功行程比压缩行程快，利于低温燃烧降低了排气和冷却损失，同时做功行程活塞速度快不易产生爆燃，可大幅度提高压缩比；上述四个方面综合起来使得采用双曲轴功率传输机构的发动机最低燃油消耗率比国家标准低30%。排气污染物减少90%，运转平稳振动小，使用寿命长等。用作发电机组动力时可双轴输出，消除双曲轴同步齿轮的功率传递，减小噪声，尤其适合增程式汽车。

应用于清洁能源甲醇发动机，可利用双曲轴功率传输机构压缩比的大幅提高，解决了甲醇发动机功率下降及冷启动困难问题。用电网无法消纳的风电、光电绿色能源转化甲醇，无风无光时甲醇发电供给电网，形成清洁能源闭环，推动甲醇经济发展，有利于实现“碳达峰”和“碳中和”目标，真正走符合中国国情的新能源之路。

　　采用化油器式双曲轴功率传输机构的小型四冲程汽油机样机，排气量117cm³，经权威机构测试输出功率4.47kW/5013rpm、最低燃油消耗率 255.2g/kWh(3200rpm)，标定转速3060rpm加权计算CO排放1.26%、HC排放164.9ppm。

科技改变生活。一项科技发明，带来的可能是中国汽车由大到强的机会，带来的可能是颠覆原有格局，创造数千亿市场的划时代变革。