关于实施内燃机换代的建议

关于实施内燃机换代的建议

及其技术成果向国家捐献的报告

中科院各位专家：

我叫潘仲民，陕西临潼人，身份证号码：610123195302172016，中学生时质疑内燃机效率涉及内燃机研究至今。

该研究解决了内燃机有史以来存在的两个问题，一是内燃机传统结构的侧压力摩擦与磨损导致的资源浪费问题，约占内燃机资源消费的20%左右；二是传统循环废气排放不合理，温度高、压力大导致的资源浪费问题，约占内燃机资源消费的30%左右。具体解决方案分别是“往复活塞式内燃机能量转换传动装置”与“非对等性循环内燃机”。

往复活塞式内燃机能量转换传动装置结构合理，简单可靠，无局限性、扭矩峰值高、动力性能好。机械效率约82%—92%，气密性效率约95%—99%。反托实验效果良好，顺应内燃机传统结构工业气候。用该装置取代传统结构的内燃机换代已成必然。一旦取代，内燃机资源消费相应下降20%左右。

非对等性循环内燃机废气排放温度与压力可根据内燃机具体情况设定一合理值，内燃机无论绝热、低散热及一般散热，废气排放温度与压力均可达到同一合理设定值。非对等性循环内燃机研制成功，验证了非对等性循环的实用性及其理论的正确性。同时标志我国内燃机已进入合理排放的历史阶段，用非对等性循环取代传统的内燃机换代已成定局。一旦取代内燃机资源消费相应下降约30%左右。

内燃机应用广泛，涉及交通运输、发电及工农业生产和人民生活各个方面，产业体系非常庞大，递增速度非常快。内燃机更新换代过程不仅涉及产业链的换代

内燃机效率是一个技术物理问题，涉及循环效率、机械效率、燃烧效率、气室效率、气密性效率及制造工艺技术。提高内燃机效率的具体途径是分别提高循环、机械、燃烧、气室、气密性效率及制造工艺技术。

该研究针对性的解决了内燃机传统结构的侧压力摩擦与磨损导致的资源浪费问题，及传统循环对等性导致的资源浪费问题。具体解决方案分别是“往复活塞式内燃机能量转换传动装置”与“非对等性循环内燃机”。

传统结构一个活塞驱动一组曲柄连杆机构。活塞往复活动，连杆在气缸中心线两侧摆动及上、下运动，并推动曲轴转动。连杆摆动导致活塞对气缸壁产生测压力，形成侧压力摩擦副。侧压力是气体在活塞顶部的作用力的一个分力，气体作用力越大，侧压力越大，因此传统结构不适应大活塞大扭矩内燃机。

侧压力副造成摩擦损失与磨损损失。行业专业研究人士指出，气缸径在300毫米以内的传统结构内燃机，侧压力摩擦消耗机械能约2-3%，相当气体总热能的10%左右。专业教材指出，侧压力磨损导致的气体泄漏，约占内燃机油耗的10%左右。

由于受侧压力摩擦副影响，传统结构机械效率约76%－84%。

传统结构简单可靠，且已形成工业气候，如果对传统结构没有突破性改进完善，侧压力问题困扰不可避免。

往复式活塞内燃机能量转换传动装置针对解决传统结构的侧压力导致的资源浪费问题。如图所示，该装置一个活塞同时驱动两组曲柄连杆机构。在曲轴主轴一端固联的一对大小相等且相互啮合的齿轮，是两组曲柄连杆机构同步运动的管理机构。活塞与三轴连接件间的小连杆，是针对解决连杆夹角平分线与气缸中线偏离对活塞运动的干涉问题及连杆缸径比问题。

活塞沿气缸中心线往复运动，并通过小连杆带动三轴连接件沿两连杆夹角平分线同步往复运动，连杆在其夹角平分线两侧对称的摆动及上下运动，并推动主轴同步反向转动。气体在活塞顶部的作用力，通过小连杆三轴连接件均等的分布在两连杆上，并通过两连杆轴颈传递给两曲轴主轴输出。活塞对气缸壁无侧压力，沿气缸中心线运动，在气体中呈漂浮状态。侧压力摩擦副自然消失。该装置机械效率约为82%-92%。气密性效率约95%-99%。

该装置结构合理、简单可靠、机械效率高、气密性效率高，无侧压力摩擦副，无局限性，反托实验效果良好。顺应内燃机传统结构工业气候，具有取代内燃机传统结构的必然趋势。一旦取代，传统结构侧压力导致的资源浪费问题将彻底解决，内燃机将进入一个新的发展阶段。

“往复活塞式内燃机能量转换传动装置”荣获中华人民共和国专利局•中华人民共和国国内贸易部主办的中国专利技术博览会金奖，编号: 962085.1，日期: 96.3.30，2004年获中国商业联合会科技进步奖励办公室颁发的“全国商业优秀科技创新产品奖”。

内燃机传统循环指奥托.狄塞耳循环，如图三、图四所示。传统循环属对等性循环，所谓对等性循环，是指一定量气体压缩前的体积与其燃烧膨胀作功结束时的体积相等；压缩比与其膨胀比相等；气体压缩室容积与其膨胀作功室容积相等。这种对等性，限定了气体膨胀作功体积及废气排放温度与压力；滋生了循环效率引入压缩比概念的理论性错误，导致了内燃机传统循环效率低、废气排放温度高、压力大的僵滞格局。这一格局至今已造成的资源浪费，约占内燃机资源总消费的30%左右，并产生大量的二氧化碳热湿气体，造成环境问题。

非对等性循环内燃机针对解决传统循环的对等性导致的资源浪费问题。非对等性循环如图五所示。所谓非对等性循环，是指一定量气体压缩前的体积小于其燃烧膨胀作功结束时的体积；压缩比小于其膨胀比；气体压缩室容积小于其膨胀作功室容积。它是在压缩比一定的条件下，按一定比例参数增大其膨胀比。

内燃机循环包括排气、进气、压缩及燃烧膨胀作功过程。压缩过程，外界对系统作功，缸内气体温度升高、压力增大，压缩比反映了压缩过程结束时的气体状态。膨胀作功过程，系统对外界作功，缸内气体温度下降，压力减小，膨胀比反映了膨胀作功过程结束时的气体状态。

对内燃机而言，一定量一定比例的燃料与空气，在一定压缩比的情况下完全燃烧，其绝热膨胀作功过程，当其压力降至大气压时的体积为有效膨胀作功体积。这一体积确定了废气的合理排放标准。

由于燃烧过程气体分子数量增加，体积出现增量；同时气体吸收一定量热能，体积也相应出现增量。因此，一定量一定比例的燃料与空气压缩前的体积小于其有效膨胀作功体积，二者之比就是非对等性循环比例参数。上述就是非对等性循环理论。

非对等性循环废气排放压力可根据内燃机实际情况设定，但不能低于大气压，否则内燃机效率下降。内燃机无论绝热、低散热及一般冷却散热，废气排放均可达到同一设定值。

非对等性循环效率与膨胀比相关；与缸内燃气最高压力与废气排放最高压力比相关。计算公式为： ，式中 为膨胀比， 为缸内燃气最高压力， 为废气排放最高压力，多原子气体 =1.33。

例一、 传统循环汽油内燃机，缸内燃气最高压力约为 ，废气排放最高压力约为 ，循环效率 。

非对等循环汽油内燃机，缸内燃气最高压力约为 ，废气排放设定压力 ，循环效率 。

例二、 传统循环柴油内燃机，缸内燃气最高压力约为 ，废气排放最高压力约为 ，循环效率 。

非对等循环柴油内燃机，缸内燃气最高压力约为 ，废气排放设定压力 ，循环效率 。

非对等循环内燃机研制成功，验证了非对等性循环的实用性及理论的正确性，解决了传统循环对等性导致的资源浪费问题，同时标志我国内燃机已进入合理排放的历史阶段。用非对等性循环取代传统循环的内燃机换代已成为必然。一旦取代，内燃机资源消费下降约30%左右，二氧化碳热湿气体排量相应减少30%左右。

“非对等性循环内燃机”荣获中华人民共和国国家知识产权局主办的中国专利技术博览会金奖，编号：962085.1，日期：96.3.30，2004年荣获中国商业联合会科技进步奖励办公室颁发的“全国商业优秀科技创新产品奖”。

该研究过程，涉及了大量单向式与往复式活塞机方案，包括俄罗斯发明的双曲柄连杆机构方案；涉及了现有的内燃机循环，包括米勒循环；涉及了现代内燃机的一些新技术，新概念，如日本的稀薄燃烧技术、进排气系统的单扳机管理技术，绝热、低散热概念内燃机与复合机理论，高转速、小行程等。

该研究过程走访了“上海内燃机研究所”，“清华大学汽车系内燃机教研室”，“中科院热物理所”，“中国农林大学内燃机系”，“西安交通大学”，“二汽总工办”等单位。与有关专家教授进行了交流，对我国内燃机技术现状及发展动向有了进一步了解。

上述过程表明“往复活塞式内燃机能量转换传动装置”与“非对等性循环内燃机”是现代内燃机升级换代的关键性技术，世界领先。

该研究过程发表了《内燃机非对等性循环原理》、《对内燃机循环效率引入压缩比概念的异议》、《中国进入WTO世界经济出现靓点—论内燃机换代》、《非对等性循环内燃机研制报告》、《关于实施内燃机换代的建议》、《用自主知识产权保障部队装备》等相关论文。《对内燃机循环引入压缩比概念的异议》、《中国进入WTO世界经济出现靓点—论内燃机换代》获“优秀学术成果一等奖”。

该研究属自己选项，自己研究，自己承担研究经费的个人行为。该研究成果“往复活塞式内燃机能量转换传动装置”与“非对等性循环内燃机”导致的内燃机换代，已涉及到国家工业发展问题，故向国家捐献。

实施内燃机换代过程可使我国工业在近一二十年内有一个强劲的发展势头，一旦换代，内燃机资源消费下降约40%左右，二氧化碳等温室气体排量相应减少50%左右，使现有资源使用期限相应延长。

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