嗯嗯本宅TS不是搞力學(xué)的物理也不好，但是現(xiàn)在喜歡自己動(dòng)手DIY當(dāng)然也都感興趣額，不求甚解但是對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)各方面都喜歡，隨手寫個(gè)碎碎念雜文供批判請(qǐng)手下留情輕拍lol

（配圖都是古狗老圖，反正大多是老機(jī)基本public domain了也無(wú)所謂）

出力A經(jīng)濟(jì)A可行性A 1：復(fù)合渦輪：compound turbo這個(gè)名字特指一種雙重功能渦輪，它不僅能用廢氣能量給進(jìn)氣增壓增大馬力（單純渦輪增壓是否提升效率要看調(diào)教，羊調(diào)教嚴(yán)密控制進(jìn)氣和AFR當(dāng)然可以稍稍利用了排氣，大部分情況下低壓縮比提升出力性能排氣也會(huì)更熱，反而降低效率），更重要的是像燃?xì)廨啓C(jī)一樣渦輪本身直接連接曲軸輸出軸，把排氣能量利用到極致。這個(gè)最早搞得很成功就是英國(guó)納皮爾Napier了在1940年代?。。。ㄓ?guó)佬真的是機(jī)械設(shè)計(jì)之神，就說(shuō)Napier，不說(shuō)各種大馬力實(shí)驗(yàn)技術(shù)了，就現(xiàn)在汽車的活塞環(huán)、氣門好多設(shè)計(jì)風(fēng)格和標(biāo)準(zhǔn)都源自Napier）納皮爾的Nomad超大馬力航空壓燃機(jī)不僅出力3000+馬力，而且柴二沖復(fù)合驅(qū)動(dòng)（I型活塞驅(qū)動(dòng)螺旋槳渦輪驅(qū)動(dòng)壓縮和另一幅反漿，計(jì)劃中的II型直接加大功率渦輪柔性耦合到曲軸）燃油經(jīng)濟(jì)性在當(dāng)時(shí)更是驚艷。Napier還搞了Deltic E185 5噸5000+馬力柴油機(jī)在50年代！ 三角對(duì)置-柴油二沖-復(fù)合驅(qū)動(dòng)（不過和Nomad不一樣，渦輪僅僅帶動(dòng)壓縮機(jī)，只不過直接把整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)大燃?xì)廨啴?dāng)作其燃燒室而已，以現(xiàn)在眼光根本不算復(fù)合驅(qū)動(dòng)）

我們都知道四沖活塞機(jī)的效率就是幾點(diǎn)，最重要的1就是排放廢熱，主要就是廢氣、冷卻、自散熱；然后就是壓縮升溫/做工降溫，就是2壓縮比（燃料及其廢氣的比熱容值區(qū)別不大，汽油、酒精算1.3吧，天然氣~1.35，最極限的氫氣也就提升到~1.4，所以關(guān)鍵也就只是壓縮比） ；3細(xì)節(jié)完善（比如通過氣門系消除節(jié)氣門和真空損/泵損、燃燒室分層燃燒、喇叭口之前的gantry噴油嘴低溫霧化之類各種小tricks）

這個(gè)是有大量應(yīng)用的?，F(xiàn)在的F1賽車那小小1.6升發(fā)動(dòng)機(jī)卻800+、1000+馬力全部都是復(fù)合驅(qū)動(dòng)，渦輪既增壓又發(fā)電又直接驅(qū)動(dòng)，極限測(cè)試的熱效動(dòng)力輸出已超過50%。窩窩、斯堪尼亞、man全都在大車上應(yīng)用，增效省油很明顯窩窩是說(shuō)任何情況下穩(wěn)定省油5%。但小車渦輪和負(fù)載太小還要重視響應(yīng)，動(dòng)力耦合又大大增加成本，反而渦輪車總是比同時(shí)的自吸壓縮比低一些、明明能利用廢氣卻更耗油。本來(lái)混動(dòng)車是非常有希望至少?gòu)?fù)合發(fā)電，但現(xiàn)在混動(dòng)不流行了也沒指望了。

Napier Nomad I:

窩窩D13:

出力C經(jīng)濟(jì)A可行性A 2：柴油二沖程：

另一個(gè)提高效率和動(dòng)力就是二沖程了，和燃?xì)廨喴粯永碚撋舷薮蟪臎_，尤其是壓燃柴二沖。當(dāng)然壓燃和二沖較難配合，機(jī)增或者機(jī)渦雙增是必須的。

這個(gè)應(yīng)用比較大路了沒啥好說(shuō)的，遠(yuǎn)洋輪大把的低速大型壓燃二沖實(shí)操能接近理論測(cè)試，實(shí)操熱效好像古狗是40%-接近50%?；疖囋陔姎饣郧埃涍\(yùn)車頭很多是柴二沖EMD維修很quirky我最愛，熱效和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化好完全不輸電力（柴二沖火車EMD理論測(cè)試熱效42%，實(shí)操熱效可達(dá)36%，電比如煤電是發(fā)電35%-38%還要有輸變動(dòng)損耗），僅僅排放無(wú)法控制必然淘汰。。。 比如使用高熱值燃料降排放也無(wú)法達(dá)標(biāo)，而且熱效降低（不考慮尿素要降低燃燒溫度還要增加排氣溫度減少回收還有噴CNG混合壓燃等等。。。 比如米帝排放新標(biāo)Tier4的四沖柴比老的Tier3柴二沖普遍熱效低更加耗燃料，真的是在綠色方面有進(jìn)也有退，不如盡量直接用電了結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。也有提議用BT6沖程超高增壓和廢氣利用，極高熱效減少油量彌補(bǔ)克服排放短板lol）

嚴(yán)格說(shuō)這個(gè)老早了不是冷戰(zhàn)，在二戰(zhàn)前就大量使用，比如Jumo對(duì)置柴二沖就1939量產(chǎn)，上面復(fù)合渦輪寫的Napier Deltic就是借鑒了Jumo的對(duì)置循環(huán)的柴二沖給英海軍研發(fā)。不過冷戰(zhàn)時(shí)期增壓和噴油成熟起來(lái)讓其非常實(shí)用，進(jìn)入新世紀(jì)后由于排放而式微，所以本題目冷戰(zhàn)文也加上

廢話句其實(shí)管得最嚴(yán)的民用小車在排放上占得是很迷你的份額。全世界排放污染最大是牛肉畜牧業(yè)，畜牧業(yè)等效排放量跟火電相當(dāng)而牛肉和奶業(yè)占了60%。交通業(yè)的整體排放都小于畜牧業(yè)，而交通類里面管理松散的遠(yuǎn)洋輪占了大頭（但遠(yuǎn)洋輪熱效也是極度高效），小車排放遠(yuǎn)不如大車在車類里都是小頭。所以啊綠黨們你們?nèi)ビ《葴纾ㄕ寂欧挪划a(chǎn)肉的巨量）牛，比卡便宜小車喉嚨效果好多了（本質(zhì)上控制人口計(jì)劃生育才是最佳方案，不過西方綠黨的邪教思想根深蒂固連婦女墮胎都打打殺殺，任何生育方面都不能談）。

性能運(yùn)動(dòng)上二沖也是夢(mèng)想啊，雖然氣門系麻煩但也有各種各有優(yōu)缺點(diǎn)的循環(huán)方法，二沖兩倍循環(huán)速度的連續(xù)動(dòng)力和高轉(zhuǎn)聲尖叫真的是大讓人興奮了，看盆友的摩托越野二沖真的是匪夷所思的人車一體、動(dòng)力隨叫隨到啊。這種運(yùn)動(dòng)型+增壓柴油壓燃更是夢(mèng)想了

EMD 710/E23

出力D經(jīng)濟(jì)C可行性B 3：轉(zhuǎn)子柴油機(jī)：

超輕量級(jí)、功重比天生優(yōu)勢(shì)的Wankel轉(zhuǎn)子，加上經(jīng)濟(jì)可靠的柴油壓燃（解決柴油壓燃最大問題：機(jī)體比火花塞重好多），聽起來(lái)感覺不難可以研究，但至今也沒有真正實(shí)現(xiàn)。但冷戰(zhàn)時(shí)還是設(shè)計(jì)造出了能實(shí)用機(jī)型的，最有名就是羅羅。

羅羅的設(shè)計(jì)也是很新穎，除了轉(zhuǎn)子機(jī)主體外，還有一個(gè)小轉(zhuǎn)子負(fù)責(zé)燃燒室，兩個(gè)轉(zhuǎn)子聯(lián)合增壓用較小的熱浪費(fèi)達(dá)到大大超過曲軸機(jī)增的效果，以能夠足夠壓縮比柴油壓燃。目標(biāo)是輕量小巧高輸出，但雙轉(zhuǎn)子效果還是折衷折扣了的，最后小型機(jī)能自行工作、功重比和經(jīng)濟(jì)性在當(dāng)時(shí)相當(dāng)優(yōu)秀，但是加大作為坦裝發(fā)動(dòng)機(jī)都只預(yù)熱壓縮氣體試驗(yàn)沒有自運(yùn)行，而普通柴油進(jìn)化很快、轉(zhuǎn)子就沒有繼續(xù)。

早期R1系1.2L大轉(zhuǎn)子+0.5L小轉(zhuǎn)子燃燒室（0.5L直接取用的汪克爾博士NSU小機(jī)），等效*2單缸2.4L，1960-70年代柴油60hp 耗油率220g/kWh，不過實(shí)驗(yàn)時(shí)間很短所以角封和各處運(yùn)動(dòng)件的材料設(shè)計(jì)還是必須要加固才能可靠。雙轉(zhuǎn)子R6是大缸3.25L+小缸1.2L 等效13L吧設(shè)計(jì)只有450kg。其單缸試驗(yàn)版R3在同樣經(jīng)濟(jì)性下達(dá)到了180hp，不過主要是解決一大堆材料加固和可靠性問題，一直用的預(yù)熱壓縮空氣進(jìn)氣而沒有像R1一樣獨(dú)立運(yùn)行。此時(shí)約翰牛軍費(fèi)緊縮，雙轉(zhuǎn)子版并沒有造出來(lái)

話說(shuō)回來(lái)這個(gè)初始小型機(jī)很不錯(cuò)，雖然擴(kuò)大不合適很難，但就直接加固完善、發(fā)展小型民用也不錯(cuò)啊，不過沒有搞下去（而且排放是個(gè)死穴，各國(guó)重視排放后肯定也無(wú)法通過）?，F(xiàn)在的好像只有航模/無(wú)人機(jī)方面還在研究柴油轉(zhuǎn)子，但是是火花塞不是壓燃

當(dāng)然了實(shí)用的汪克爾轉(zhuǎn)子本身就是冷戰(zhàn)年代成熟，不過主要是民用，尤其后來(lái)在馬自達(dá)手里發(fā)揚(yáng)光大奪冠勒芒耐力還成了重野的漫畫二豬腳。羅羅這個(gè)轉(zhuǎn)子柴油則是為了冷戰(zhàn)軍方開腦洞搞出來(lái)的

出力D經(jīng)濟(jì)A可行性D 4：絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)：

這個(gè)是真正的內(nèi)燃機(jī)王者技術(shù)！難度也是王者+。

一句話說(shuō)，完善完美內(nèi)燃機(jī)最重要的就是完全利用排氣能量減少浪費(fèi)，這也是渦輪復(fù)合的初衷利用了一部分排氣帶渦輪，但還是大多排出浪費(fèi)。絕熱機(jī)直接用耐熱陶瓷造內(nèi)表面，絕熱無(wú)冷卻系，用在車輛上。這不是空冷機(jī)因?yàn)檫B發(fā)動(dòng)機(jī)的自散熱都最小化了。排除掉散熱本身是大大增效，機(jī)體高溫只要不爆缸也有助于噴油汽化更細(xì)，排氣溫度高多了但是正好極度利于渦輪復(fù)合！

現(xiàn)在網(wǎng)上可信的材料很少，但很確定米帝在70-80年代坦裝和康明斯合作了一輛實(shí)驗(yàn)卡車，實(shí)運(yùn)行10000英里，耗油改善38%，極限熱效在那年代達(dá)到了48%（約等效170g/kWh，老式民用車達(dá)到1升油6度電的效率）。嗯，現(xiàn)在偷油獺普二代，連續(xù)可調(diào)氣門線控阿特金森直噴的買菜車四沖也只有極限熱效42%。這輛試驗(yàn)卡車也只是實(shí)驗(yàn)?zāi)芊窠獬?，減小體積改善更可靠并不是奔著熱效省油去的，所以單純是陶瓷改造全內(nèi)表面、全絕熱，也沒有加渦輪復(fù)合輸出來(lái)廢氣利用。

問題也就是陶瓷咯，曾經(jīng)有一個(gè)年代人類流行陶瓷渦輪，那個(gè)年代的渦輪響應(yīng)快但是加大增壓就會(huì)碎掉，如果車子有三元。。。 請(qǐng)節(jié)哀陶瓷葉片碎片排不出去，會(huì)直接一波流帶走整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)。既然米帝是希望小體積更可靠而不是省油，那么很自然的沒有繼續(xù)發(fā)展。SAE有計(jì)算過，如果陶瓷能可靠了，往熱效發(fā)展、渦輪復(fù)合可以把四沖車用機(jī)提到60%，這是把理論極限最低的四沖一下子在工程上提到燃?xì)廨喭?jí)了。而且絕熱之佳，從四沖熱機(jī)工程原理上很直觀自然。

問題就是陶瓷+機(jī)體高溫?zé)o散熱還是沒有人能放心。。。 現(xiàn)在最好的渦輪材料是Gamma-Ti鋁化鈦間化合金，和陶瓷一樣輕巧高響應(yīng)但和鎳系因康奈爾一樣散熱，強(qiáng)度和硬脆介于金屬和陶瓷之間不再像陶瓷一樣碎掉，不過耐溫也只是耐熱合金級(jí)別、沒法和陶瓷相比，絕熱還是避免不了陶瓷。不知道材料科學(xué)能不能克服這些問題，尤其我大天朝陶瓷生產(chǎn)力極強(qiáng)（毛系自蔓延燒結(jié)全世界只有天朝能達(dá)到大毛同級(jí)水平記得），要是未來(lái)能成為現(xiàn)實(shí)，絕熱廢氣復(fù)合再生的極限60%熱效可是跟最強(qiáng)的CNG再生發(fā)電同級(jí)，秒殺其它火電。假如真能做到極限55%-60%，考慮日常實(shí)操損耗和輸變動(dòng)損耗一樣吧，真的是看電網(wǎng)火電煤電份額，絕熱四沖可以相當(dāng)于、甚至秒殺全電的熱效。當(dāng)然陶瓷強(qiáng)度。。。太遙遠(yuǎn)了。。。 現(xiàn)在全世界強(qiáng)推全電，這方面的研發(fā)也已最小化。

出力A經(jīng)濟(jì)C可行性B 5：旋轉(zhuǎn)氣門：

這方面我也不是很了解，但是氣門系是平常改裝的重點(diǎn)，我都是一定加強(qiáng)氣門簧，如果把高振動(dòng)、往復(fù)的普通氣門（poppet蘑菇頭氣門）換成單純旋轉(zhuǎn)的、很容易生產(chǎn)精調(diào)的旋轉(zhuǎn)氣門，像賽車的旋轉(zhuǎn)型ITBS節(jié)氣門那樣？感覺好完美，就像渦輪一樣完全光滑的單純旋轉(zhuǎn)

當(dāng)然了，DOHC+普通氣門真的是很簡(jiǎn)潔美麗，氣量超大，可以高轉(zhuǎn)可靠。在二戰(zhàn)年代沒有電控沒有電噴，那時(shí)候比如Napier等等大航發(fā)喜歡二沖一樣的缸壁氣門。但是大發(fā)轉(zhuǎn)速很低的很難精調(diào)，戰(zhàn)后賽車系高轉(zhuǎn)高輸出，大家發(fā)現(xiàn)普通氣門真的很不錯(cuò)，極度穩(wěn)定高轉(zhuǎn)可靠，氣量很大，很容易更換凸輪軸精調(diào)。

當(dāng)然賽車高轉(zhuǎn)也就是萬(wàn)轉(zhuǎn)級(jí)，這時(shí)候氣門系負(fù)荷已經(jīng)很大了。如果追求完美就可能看到旋轉(zhuǎn)氣門，比普通氣門更簡(jiǎn)潔更少零件，氣量相當(dāng)甚至極限優(yōu)化后更高（普通圓形氣門每缸5氣門時(shí)達(dá)到極限氣量），簡(jiǎn)化機(jī)頭設(shè)計(jì)！F1賽車隊(duì)也有考察過的。而且這樣可以對(duì)燃燒室外形最優(yōu)化，不用考慮圓形氣門布置了，可以進(jìn)一步提高熱效，尤其是也有利于設(shè)計(jì)最佳貧富分層燃燒進(jìn)一步高效

不過，這個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)雖然單純旋轉(zhuǎn)會(huì)無(wú)比可靠，也能直觀看到有需要油封，燒機(jī)油、壽命、冷卻都是可能問題。實(shí)際上現(xiàn)在有一些公司在研究推廣并有現(xiàn)成產(chǎn)品，都是密封會(huì)很快開始微漏。所以這么平順簡(jiǎn)潔的性能設(shè)計(jì)，不差錢的F1一直沒有采用大概也是有原因的

出力C經(jīng)濟(jì)B可行性C 6：可變壓縮比：

渦輪機(jī)高增壓下穩(wěn)定燃燒時(shí)（還有坦克這種大車低溫啟動(dòng)時(shí)），增壓比需要小一些。但是低轉(zhuǎn)增壓不明顯接近自吸時(shí)，增壓比較高才能大出力高熱效（這也是很多渦輪機(jī)明明能利用廢氣實(shí)際卻反而更耗油，因?yàn)楣潭ǖ纳缘蛪嚎s比性能調(diào)校）。畢竟從活塞機(jī)效率公式上，壓縮比是最直接的參數(shù)。

當(dāng)然，可變壓縮比活塞是高負(fù)荷高精密高速運(yùn)動(dòng)件，直接連桿作動(dòng)的話很容易想象可靠性和難度，所以冷戰(zhàn)期間各家坦裝研發(fā)出很多實(shí)驗(yàn)型，但一直也沒有聽說(shuō)批生產(chǎn)實(shí)用。

當(dāng)然今天這個(gè)終于是尼桑用到自家量產(chǎn)車上了，當(dāng)然現(xiàn)在民用的設(shè)計(jì)不會(huì)采用可變活塞，而是復(fù)合凸輪軸。更早期的民用實(shí)驗(yàn)型則是更粗暴的可變?nèi)紵摇??！?不過復(fù)合凸輪軸雖然增重，但是可以在設(shè)計(jì)性能下很可靠，也很容易電控精調(diào)，增壓時(shí)（高負(fù)荷或者高動(dòng)力時(shí)）提供多一種方法發(fā)揮馬力，自吸時(shí)（渦輪機(jī)低負(fù)荷低效時(shí)）高壓縮比更加節(jié)油。尼桑的CR8-CR14真的是把火花塞機(jī)最理想的壓縮比基本覆蓋了，CR8可以極高增壓直線加速，CR14也接近米勒/阿特金森+高RON燃料的上限

現(xiàn)在各家民用車也有在研究偏心輪移動(dòng)活塞梢，不過好像還沒有很成熟的誰(shuí)知道效果如何。在強(qiáng)推全電的時(shí)勢(shì)下感覺未來(lái)渺茫。