無一例外，提高燃油經(jīng)濟(jì)性一直是所有發(fā)動機(jī)的重要方面。如今進(jìn)入21世紀(jì)，減少CO2 排放量以保護(hù)全球環(huán)境，除了使用更少的燃料資源外，也已成為發(fā)動機(jī)開發(fā)的重要目標(biāo)。問題就變成了：如何大幅度提高在高負(fù)載下運(yùn)行的發(fā)動機(jī)的燃油效率？



解決這一問題的途徑始于一位工程師的靈感。在2001年夏季，工程師在倫敦的兩次會議之間參觀了一家博物館。他的注意力集中在展出的飛機(jī)徑向發(fā)動機(jī)上。當(dāng)他想像曲軸，連桿和活塞等各種組件如何相互作用時(shí)，他注意到主連桿和副連桿的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動如何不同，并粘在了現(xiàn)場。

他憑直覺構(gòu)思了一種使用副連桿的全新機(jī)構(gòu)-不再是現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的一部分。通過副連桿將主連桿通過副連桿連接到曲軸，可以實(shí)現(xiàn)理想的活塞運(yùn)動控制。

這是形狀異常的多鏈接擴(kuò)展擴(kuò)展鏈接引擎的起點(diǎn)。

擴(kuò)展的擴(kuò)展連桿發(fā)動機(jī)是19世紀(jì)后期由英國工程師James Atkinson發(fā)明的，其凈熱效率為18％，在當(dāng)時(shí)是革命性的。在德國工程師尼古拉斯·奧托（Nikolaus Otto）完成了奧托（Otto）發(fā)動機(jī)（現(xiàn)代發(fā)動機(jī)所基于的發(fā)動機(jī)）之后，這項(xiàng)發(fā)明才出現(xiàn)了十年左右。

如果膨脹比大于壓縮比，則發(fā)動機(jī)可以使用更少的燃料工作更多。從理論上講，這是正確的。問題是如何構(gòu)建這樣的引擎。阿特金森130年前的第二臺擴(kuò)展循環(huán)引擎的效率遠(yuǎn)不止于此，但由于它太復(fù)雜而無法以緊湊的尺寸制造，并且不適合高速運(yùn)行，因此它沒有成為主流的一部分。引擎的發(fā)展，并逐漸淡出人們的視線。但是，也許，通過使用子連桿，可以構(gòu)建比Atkinson的機(jī)制更簡單的現(xiàn)代擴(kuò)展擴(kuò)展連桿引擎……

2001年，一個(gè)研究項(xiàng)目開始，以探索擴(kuò)展擴(kuò)展鏈接引擎的可能性。由于該引擎還不存在，并且所有這些只是基于徑向引擎的概念性注釋，因此該團(tuán)隊(duì)幾乎從頭開始研究。

該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是建立一種簡單的機(jī)制。通過在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的連桿和曲柄銷之間放置一個(gè)新的“三角連桿”，并通過擺桿以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的一半旋轉(zhuǎn)它，活塞的沖程可以隨每轉(zhuǎn)而改變。這種多連桿機(jī)構(gòu)可使沖程的行程比壓縮的行程更長，從而實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展的伸縮連桿引擎。會行嗎？第一個(gè)原型機(jī)于2001年12月進(jìn)行了測試，盡管整個(gè)團(tuán)隊(duì)都充滿了懷疑的氣氛，但它卻以生動的聲音呼嘯而動。但是，那僅僅是漫長而艱難的成功之路的開始。


完成并實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組
家用熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組可從高效熱能內(nèi)燃機(jī)中受益最多。但是，低振動和噪聲以及耐用性也是很高水平的前提。開發(fā)團(tuán)隊(duì)不為所動。通過使發(fā)動機(jī)在恒定的條件（例如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速）下運(yùn)行，盡管他們比常規(guī)發(fā)動機(jī)更為復(fù)雜，但他們確信自己的發(fā)動機(jī)甚至可以滿足最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。自從第一臺原型機(jī)經(jīng)過3年零3個(gè)月的反復(fù)試驗(yàn)，無疑將取得成果。

按照他們的計(jì)劃，他們首次嘗試為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組配備發(fā)動機(jī)，其性能比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)高出15％。

通過仔細(xì)選擇材料并仔細(xì)檢查組件設(shè)計(jì)以確保新機(jī)構(gòu)的耐用性，他們還通過了數(shù)千小時(shí)的耐用性測試，沒有任何問題。

更少的燃料，更多的工作。根本上改善了燃油經(jīng)濟(jì)性的擴(kuò)展擴(kuò)展連桿引擎終于參加了競爭。作為世界上第一個(gè)具有相同系統(tǒng)的批量生產(chǎn)的多鏈接引擎，它被命名為EXlink（擴(kuò)展擴(kuò)展鏈接引擎），并為本田的第三代熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組提供了動力。

使用EXlink，可以在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)中的連桿和曲軸之間定位一個(gè)三角連桿。三角連桿通過擺桿連接到偏心軸上，以完成擴(kuò)展的伸縮連桿結(jié)構(gòu)。偏心軸的旋轉(zhuǎn)速度是曲軸速度的一半，從而使活塞的沖程在每個(gè)周期中都可以延長和縮短。

EXlink通過縮短進(jìn)氣/壓縮沖程和加長膨脹/排氣沖程，實(shí)現(xiàn)了高膨脹比，將110cm3進(jìn)氣擴(kuò)大到163cm3排氣。阿特金森循環(huán)的“少油，多功”的原理是通過簡單而緊湊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。



行程長度如何改變

使用EXlink，鋁合金三角連桿（紅色）位于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的連桿和曲軸之間，并通過擺桿（藍(lán)色）連接到偏心軸，從而控制三角連桿的姿態(tài)。偏心軸以曲軸速度的一半旋轉(zhuǎn)，并以偏心于軸心的方式連接到擺桿的下邊緣。

EXlink活塞的下止點(diǎn)位置根據(jù)擺桿下邊緣連接的狀態(tài)而有所不同。如果擺桿的下邊緣連接處于最低點(diǎn)（左圖），則三角連桿的右側(cè)降低（在曲軸上樞轉(zhuǎn)），并且連桿的下邊緣相對較高?；钊麤]有降低太多，因此活塞沖程很短。


如果擺桿的下邊緣連接處于最高點(diǎn)，則將三角連桿的右側(cè)向上推，降低連桿的最低位置，從而產(chǎn)生更長的活塞沖程。曲軸每轉(zhuǎn)一圈，活塞的行程就會變短一次，然后變長一次。

通過將短沖程用于進(jìn)氣/壓縮沖程，將長沖程用于膨脹/排氣沖程，實(shí)現(xiàn)了將進(jìn)氣量從110cm3擴(kuò)大到163cm3的機(jī)構(gòu)。

原則上，膨脹比越高，發(fā)動機(jī)的效率越高。這是因?yàn)橥ㄟ^燃燒在發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生的高溫和高壓氣體，活塞越能將其推向大氣壓力，它所做的功就越多。

對于常規(guī)發(fā)動機(jī)，普遍的看法是，由于膨脹沖程容積等于壓縮沖程容積（對于奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)），因此具有較高壓縮比的發(fā)動機(jī)具有更高的燃油效率，因此膨脹比等于壓縮比。然而，已知簡單地提高壓縮比以提高效率會引起諸如爆震的問題，甚至可能損壞發(fā)動機(jī)。

使用EXlink，多重鏈接機(jī)制允許用于擴(kuò)展的筆畫體積大于用于壓縮的筆畫體積。換句話說，膨脹率大于壓縮率。壓縮比為12.2：1，足以避免爆震，而膨脹比則提高到17.6：1。通過有效地壓縮較少的燃料和空氣，并使燃燒的氣體膨脹到更大的體積，可以使用燃料的最大能量。由于進(jìn)氣沖程短，因此與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)相比，可以減少空氣和燃料進(jìn)氣期間的泵送損失，并且可以提高熱效率。



減少摩擦

EXlink由許多鏈接組件組成。為什么這些組件的連接所引起的摩擦（或由于發(fā)動機(jī)內(nèi)的摩擦而導(dǎo)致的能量損失）不會降低EXlink的燃油效率？

對于傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)，當(dāng)燃燒的空氣-燃料混合物在膨脹沖程期間向活塞施加壓力時(shí)，側(cè)向力作用在氣缸壁上，從而在活塞和氣缸之間產(chǎn)生大量摩擦。由于較大的連桿角度，側(cè)向力的量較大，因此取決于發(fā)動機(jī)，這可能導(dǎo)致一半以上的摩擦損失。



EXlink的設(shè)計(jì)使其在膨脹沖程期間連桿幾乎平行于氣缸壁。結(jié)果，由于活塞側(cè)向力引起的摩擦損失小于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的一半。即使具有額外的連桿組件，EXlink的發(fā)動機(jī)摩擦力也與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)類似，從而實(shí)現(xiàn)了阿特金森循環(huán)的全部燃油效率優(yōu)勢。