有幸觀看了清華大學帥石金教授的《汽車發動機原理》，於是想到一個問題，現在的汽油發動機的熱效率大部分在25%~35%之間，最好的發動機的效率據報道是41%，那些高效率的發動機應該都用上了下列各種節能技術。能否將汽油發動機的效率進一步提高到60%呢？

提高熱效率就要提高有效輸出功，見上圖，其途徑有三大塊。

在燃燒方面新型活塞旋轉發動機與傳統發動機相比，由於新型發動機的衝程“可設計”，可以設計出等容的燃燒衝程，使燃燒更充分，且充分燃燒後再做功，熱效率可以提高。而傳統發動機則可能要採取很多措施來解決燃燒方面的問題。新型發動機可以輕易地實現阿特金森迴圈和米勒迴圈，因為其衝程是可以設計的，相比複雜的連桿結構的阿特金森迴圈，新型發動機只要通過設計導溝的形狀就能實現，結構要簡單得多，比控制進氣門也還要簡單有效，因為不論晚關進氣門還是早關進氣門都存在一個多餘的過程。為了提高熱效率人們自然而然想到通過隔熱/絕熱來提高熱能的利用率，但是實驗表明採用陶瓷發動機其熱效率也僅提高4個百分點左右與理論預計相差太遠。石教授還給出一個結論，有些熱量不通過氣缸散熱損失則會通過排放損失，因此，絕熱產生的效益不大。

現在做一個原理上的分析，如果能夠絕熱，從原理上來說，將有更多的熱能參與做功，如果採用高膨脹比的話理論熱效率可達74%以上，按74%計算，不絕熱有70%的熱量參與做功，這樣轉化為機械能的熱能為51.8%，如果採用隔熱/絕熱方案後，若有90%的熱量參與做功，熱功效率將達66.6%，也就是應提高約15個百分點。為什麼實際僅達到理論上的三分之一？這可能與傳統發動機的結構有關，隔熱後缸內溫度升高，這樣在壓縮過程中氣體被氣缸加熱從而比絕熱壓縮需要輸入更多的功，溫度升高後壓強也增大，從而造成活塞環的漏氣量增加，這個損失是相當大的，因為是在高溫高壓下的損失會造成輸出功的巨大損失，就如磨損後的發動機效率低下一樣，而缸內溫度升高導致排放溫度升高也是正常的。這樣綜合下來，熱功效率的提高就相當有限了。

而新型熱機在這方面則有所不同，因為活塞與氣缸壁之間零壓力，從而在密封上更有效，也許可以做到不用活塞環而高效地密封。

要提高熱效率還需要從排放熱能再利用入手，增壓發動機可以認為是這樣做了。但並不完美，因為更多是利用排氣的壓強，而這一點本來可以利用阿特金森迴圈來實現。增壓冷卻技術，其實質是降低吸氣溫度，在同樣壓強下和密度下，氣缸內氣體的溫度降低，而自然吸氣同樣壓強密度則溫度高得多。然後在增壓後溫度相當時，排放壓強也更高從而又可以帶動增壓裝置工作，這樣每個迴圈週期做功氣體的總量增加，從而相當於排量也增加了。新型熱機如果採用這一原理則可以通過電動增壓或利用輸出轉軸增壓，增壓後的氣體通過外部管道散熱後進入氣缸，然後通過設計更高的膨脹比來做功，比阿特金森迴圈的膨脹比還要大，使排氣壓強接近外部壓強。

下面分析一下這種方式下的有關理論資料。假設氣溫為300K，增壓比為2，則氣體溫度為396K，再降到330Ｋ，這時壓強約為2.2個大氣壓，再進入缸內以壓縮比11壓縮則壓縮後的溫度為861K，如果燃燒後溫度升高至2411K，則膨脹比可設計為40，這時排氣溫度為511K。這樣，輸入熱量1550K和輸入功96K，散熱損失為277Ｋ，輸出功為1273K，效率為(1273-96)/1550約為76%.這個理論效率和最佳膨脹比下的無增壓的76.9%差不多。不同的是相當於排量加倍，但結構更復雜損耗加大，單位體積的功率增加並沒有那麼多。也就是說，增壓並沒有利散熱的能量。

怎樣利用散熱的能量呢？沒有壓強的熱能是不能直接做功的，而有壓強的熱氣則說明在氣缸內膨脹不夠，可以直接通過增中膨脹比來利用。因此，要利用散熱和尾氣的熱能，只能通過傳導後再用熱機中的外燃機原理來做功利用。現行的發動機似乎都沒有這方面的利用。因此，理論最高效率也就停留在76%左右，再加上絕熱提效不顯著，這樣大約70%的熱能參與做功，熱功轉化率約為53%，減去機械損耗等，最高熱效率也就在40%左右，實驗室的往復式發電機的熱效率也就是50%~51%，有報道稱已有達到50%的。

新型發動機，可以用兩種方案利用散熱來做功，兩種方案都可將排氣通過交換的方式將尾氣的熱能傳給氣缸。

方案一是做成十衝程發動機：吸氣、壓縮、等容燃燒、做功、排氣；吸氣、壓縮、等容吸熱、做功、排氣；十個衝程包括了兩個迴圈，前一迴圈壓縮比大，後一迴圈壓縮比小並利用腔內餘熱做功並降低缸內溫度。方案二是採用雙腔結構，外腔為環形利用內腔餘熱做功，做功時可以採用噴水等方式利用熱能。

利用餘熱後的熱效率可以達到多少呢？

正常熱效率按76%計算，這部分還是轉換率為53%，還有30%的氣缸散熱，約佔17%尾氣熱量中的30%交換過來，則有總熱量的35%左右再利用，利用率按90%，熱效率按50%計算則可以增加約15個百分點，最終熱功率效率達到68%，再減去機械損耗等，則效率可以達到52%~60%。

綜上所述，沒有利用餘熱的發動機，熱功效率53%為上限，利用餘熱後則可熱功轉換效率則可達68%。

新型發動機，可以方便再地利用餘熱，這是傳統發動機所不能的，包括帶Ｔ的發動機也沒有真正利用餘熱做功，只是相當於增加了排量。

新型發動機，結構更簡單，結構越是簡單的機械其機械效率就越高，因此，新型發動機的實際效率要遠遠優於傳統發動機，就是不利用餘熱也會勝出。

新型發動機的基本結構和原理：

以一個具體好理解的例子來說明，在活塞上製作導溝，在氣缸壁上有定杆插入導溝中，正常情況下一條導溝有三個定杆，活塞旋轉一週完成三個迴圈。下圖共有三條導溝，共９個定杆以分散壓力。當然可以只有一條導溝也行，可以將導溝設計在氣缸壁和氣缸蓋上，活塞內的定杆為板狀完全可以承受足夠的壓力。在導溝和定杆的作用下，活塞相對於氣缸在做往復運動的同時迴圈旋轉並輸出動力。