嗯嗯本宅TS不是搞力学的物理也不好，但是现在喜欢自己动手DIY当然也都感兴趣额，不求甚解但是对于发动机各方面都喜欢，随手写个碎碎念杂文供批判请手下留情轻拍lol

（配图都是古狗老图，反正大多是老机基本public domain也无所谓啥版权）

出力A经济A可行性A 1：复合涡轮：compound turbo这个名字特指一种双重功能涡轮，它不仅能用废气能量给进气增压增大马力（单纯涡轮增压是否提升效率要看调教，羊调教严密控制进气和AFR当然可以稍稍利用了排气，大部分情况下低压缩比提升出力性能排气也会更热，反而降低效率），更重要的是像燃气轮机一样涡轮本身直接连接曲轴输出轴，把排气能量利用到极致。这个最早搞得很成功就是英国纳皮尔Napier了在1940年代！！！（英国佬真的是机械设计之神，就说Napier，不说各种大马力实验技术了，就现在汽车的活塞环、气门好多设计风格和标准都源自Napier）纳皮尔的Nomad超大马力航空压燃机不仅出力3000+马力，而且燃油经济性在当时更是惊艳。Napier还搞了Deltic E185 5吨5000+马力柴油机在50年代！三角对置-柴油二冲-复合驱动（不过和Nomad不一样，涡轮仅仅带动压缩机，只不过直接把整台发动机驱动大燃气轮当作其燃烧室而已，以现在眼光根本不算复合驱动）

我们都知道活塞机的效率就是几点，最重要的1就是排放废热，主要就是废气、冷却、自散热；然后就是压缩升温/做工降温，就是2压缩比（燃料及其废气的比热容值区别不大，汽油、酒精算1.3吧，天然气₁.35，最极限的氢气也就提升到₁.4，所以关键也就只是压缩比）；3细节完善（比如通过气门系消除节气门和真空损/泵损、燃烧室分层燃烧、喇叭口之前的gantry喷油嘴低温雾化之类各种小tricks）

这个是有大量应用的。现在的F1赛车那小小1.6升发动机却800+、1000+马力全部都是复合驱动，涡轮既增压又发电又直接驱动，极限测试的热效动力输出已超过50%。窝窝、斯堪尼亚、man全都在大车上应用，增效省油很明显窝窝是说任何情况下稳定省油5%。但小车涡轮和负载太小还要重视响应，动力耦合又大大增加成本，反而涡轮车总是比同时的自吸压缩比低一些、明明能利用废气却更耗油。本来混动车是非常有希望至少复合发电，但现在混动不流行了也没指望了。

Napier Nomad I:

窝窝D13:

出力C经济A可行性A 2：柴油二冲程：

另一个提高效率和动力就是二冲程了，和燃气轮一样理论上限大超四冲，尤其是压燃柴二冲。当然压燃和二冲较难配合，机增或者机涡双增是必须的。

这个应用比较大路了没啥好说的，远洋轮大把的低速大型压燃二冲实操能接近理论测试，实操热效好像古狗是40%-接近50%。火车在电气化以前，货运车头很多是柴二冲EMD维修很quirky我最爱，热效和经济性优化好完全不输电力（柴二冲火车EMD理论测试热效42%，实操热效可达36%，电比如煤电是发电35%-38%还要有输变动损耗），仅仅排放无法控制必然淘汰。。。比如使用高热值燃料降排放也无法达标，而且热效降低（不考虑尿素要降低燃烧温度还要增加排气温度减少回收还有喷CNG混合压燃等等。。。比如米帝排放新标Tier4的四冲柴比老的Tier3柴二冲普遍热效低更加耗燃料，真的是在绿色方面有进也有退，不如尽量直接用电了结构也简单。也有提议用BT6冲程超高增压和废气利用，极高热效减少油量弥补克服排放短板lol）

严格说这个老早了不是冷战，在二战前就大量使用，比如Jumo对置柴二冲就1939量产，上面复合涡轮写的Napier Deltic就是借鉴了Jumo的对置循环的柴二冲给英海军研发。不过冷战时期增压和喷油成熟起来让其非常实用，进入新世纪后由于排放而式微，所以本文也加上

废话句其实管得最严的民用小车在排放上占得是很迷你的份额。全世界排放污染最大是牛肉畜牧业，畜牧业等效排放量跟火电相当而牛肉和奶业占了60%。交通业的整体排放都小于畜牧业，而交通类里面管理松散的远洋轮占了大头（但远洋轮热效也是极度高效），小车排放远不如大车在车类里都是小头。所以啊绿党们你们去印度灭（占排放不产肉的巨量）牛，比卡便宜小车喉咙效果好多了（本质上控制人口计划生育才是最佳方案，不过西方绿党的邪教思想根深蒂固连妇女堕胎都打打杀杀，任何生育方面都不能谈）。

性能运动上二冲也是梦想啊，虽然气门系麻烦但也有各种各有优缺点的循环方法，二冲两倍循环速度的连续动力和高转声尖叫真的是大让人兴奋了，看盆友的摩托越野二冲真的是匪夷所思的人车一体、动力随叫随到啊。这种运动型+增压柴油压燃更是梦想了

EMD 710/E23

出力D经济C可行性B 3：转子柴油机：

超轻量级、功重比天生优势的Wankel转子，加上经济可靠的柴油压燃（解决柴油压燃最大问题：机体比火花塞重好多），听起来感觉不难可以研究，但至今也没有真正实现。但冷战时还是设计造出了能实用机型的，最有名就是罗罗。

罗罗的设计也是很新颖，除了转子机主体外，还有一个小转子负责燃烧室，两个转子联合增压用较小的热浪费达到大大超过曲轴机增的效果，以能够足够压缩比柴油压燃。目标是轻量小巧高输出，但双转子效果还是折衷折扣了的，最后小型机能自行工作、功重比和经济性在当时相当优秀，但是加大作为坦装发动机只能达到设计效果一半马力，而普通柴油进化很快就没有继续。

早期R1系1.2L大转子+0.5L小转子燃烧室（0.5L直接取用的汪克尔博士NSU小机），等效*2单缸2.4L，1960-70年代柴油60hp 耗油率220g/kWh，不过实验时间很短所以角封和各处运动件的材料设计还是必须要加固才能可靠。双转子R6是大缸3.25L+小缸1.2L 等效13L吧设计只有450kg。其单缸试验版R3在同样经济性下达到了180hp，不过主要是解决一大堆材料加固和可靠性问题，一直用的预热压缩空气进气而没有像R1一样独立运行。此时约翰牛军费紧缩，双转子版并没有造出来

话说回来这个初始小型机很不错，虽然扩大不合适很难，但就直接加固完善、发展小型民用也不错啊，不过没有搞下去（而且排放是个死穴，各国重视排放后肯定也无法通过）。现在的好像只有航模/无人机方面还在研究柴油转子，但是是火花塞不是压燃

当然了实用的汪克尔转子本身就是冷战年代成熟，不过主要是民用，尤其后来在马自达手里发扬光大夺冠勒芒耐力还成了重野的漫画二猪脚。罗罗这个转子柴油则是为了冷战军方开脑洞搞出来的

出力D经济A可行性D 4：绝热发动机：

这个是真正的内燃机王者技术！难度也是王者+。

一句话说，完善完美内燃机最重要的就是完全利用排气能量减少浪费，这也是涡轮复合的初衷利用了一部分但还是大多排出浪费。绝热机直接用耐热陶瓷造内表面，绝热无冷却系，用在车辆上，这不是空冷机因为连发动机的散热都最小化了。排除掉散热本身是大大增效，机体高温只要不爆缸也有助于喷油汽化更细，排气温度高多了但是正好极度利于涡轮复合！

现在网上可信的材料很少，但很确定米帝在70-80年代坦装和康明斯合作了一辆实验卡车，实运行10000英里，耗油改善38%极限热效在那年代达到了48%（约等效175g/kWh）。嗯，现在偷油獭普二代，连续可调气门线控阿特金森直喷的买菜车四冲也只有极限热效42%。这量试验卡车也只是实验能否解除散热，减小体积改善更可靠并不是奔着热效省油去的，所以单纯是陶瓷改造全内表面、全绝热，也没有加涡轮和涡轮复合废气利用。

问题也就是陶瓷咯，曾经有一个年代人类流行陶瓷涡轮，那个年代的涡轮响应快但是加大增压就会碎掉，如果车子有三元。。。请节哀陶瓷叶片碎片排不出去，会直接一波带走整个发动机。既然米帝是希望小体积更可靠而不是省油，那么很自然的没有继续发展。SAE有计算过，如果陶瓷能可靠了，往热效发展、涡轮复合可以把四冲车用机提到60%，这是把理论极限最低的四冲一下子在工程上提到燃气轮同级了。而且绝热之佳，从四冲热机工程原理上很直观自然。

问题就是陶瓷+机体高温无散热还是没有人能放心。。。现在最好的涡轮材料是Gamma-Ti铝化钛间化合金，和陶瓷一样轻巧高响应但和镍系因康奈尔一样散热，强度和硬脆介于金属和陶瓷之间不再像陶瓷一样碎掉，不过耐温也只是耐热合金级别没法和陶瓷相比，绝热避免不了陶瓷。不知道材料科学能不能克服这些问题，尤其我大天朝陶瓷生产力极强（毛系自蔓延烧结全世界只有天朝能达到大毛同级水平记得），要是未来能成为现实，绝热废气复合再生的极限60%热效可是跟最强的CNG再生发电同级，秒杀其它火电。假如能做到极限55%-60%，考虑日常实操损耗和输变动损耗一样吧，真的是看电网火电煤电份额，相当于甚至秒杀全电的绝热四冲。当然陶瓷强度。。。太遥远了。。。现在全世界强推全电这方面的研发也已最小化。

出力A经济C可行性B 5：旋转气门：

这方面我也不是很了解，但是气门系是平常改装的重点，我都是一定加强气门簧，如果把高振动、往复的普通气门（poppet蘑菇头气门）换成单纯旋转的、很容易生产精调的旋转气门，像赛车的旋转节气门那样？感觉好完美，就像涡轮一样完全光滑的单纯旋转

当然了，DOHC+普通气门真的是很简介美丽，气量超大，可以高转可靠。在二战年代没有电控没有电喷，那时候比如Napier等等航发喜欢二冲一样的缸壁气门。但是大发转速很低的很难精调，战后赛车系高转高输出，大家发现普通气门真的很不错，极度稳定高转可靠，气量很大，很容易更换凸轮轴精调。

当然赛车高转也就是万转级，这时候气门系负荷已经很大了。如果追求完美就可能看到旋转气门，比普通气门更简洁更少零件，气量相当甚至极限优化后更高（普通圆形气门每缸5气门达到极限气量），简化机头设计！F1赛车队也有考察过的。而且这样可以对燃烧室外形最优化，不用考虑圆形气门布置了，可以进一步提高热效，尤其是也有利于设计最佳贫富分层燃烧进一步高效

不过，这个简单的设计虽然单纯旋转会无比可靠，也能直观看到有需要油封，烧机油、寿命、冷却都是可能问题。实际上现在有一些公司在研究推广并有现成产品，都是密封会很快开始微漏。所以这么平顺简洁的性能设计，不差钱的F1一直没有采用大概也是有原因的

出力C经济B可行性C 6：可变压缩比：

涡轮机高增压下稳定燃烧时（还有坦克这种大车低温启动时），增压比需要小一些。但是低转增压不明显接近自吸时，增压比较高才能大出力高热效（这也是很多涡轮机明明能利用废气实际却反而更耗油，因为固定的稍低压缩比性能调校）。毕竟从活塞机效率公式上，压缩比是最直接的参数。

当然，可变压缩比活塞是高负荷高精密高速运动件，直接连杆作动的话很容易想象可靠性和难度，所以冷战期间各家坦装研发出很多实验型，但一直也没有听说批生产实用。

当然今天这个终于是尼桑用到自家量产车上了，当然现在民用的设计不会采用可变活塞，而是复合凸轮轴。更早期的民用实验型则是更粗暴的可变燃烧室。。。不过复合凸轮轴虽然增重，但是可以在设计性能下很可靠，也很容易电控精调，增压时（高负荷或者高动力时）提供多一种方法发挥马力，自吸时（涡轮机低负荷低效时）高压缩比更加节油。尼桑的CR8-CR14真的是把火花塞机最理想的压缩比基本覆盖了，CR8可以极高增压直线加速，CR14也接近米勒/阿特金森+高RON燃料的上限

现在各家民用车也有在研究偏心轮移动活塞梢，不过好像还没有很成熟的谁知道效果如何。在强推全电的时势下感觉未来渺茫。