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



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徑向發(fā)動機上。當他想像曲軸，連桿和活塞等各種組件如何相互作用時，他注意到主連桿和副連桿的結構和運動如何不同，并粘在了現(xiàn)場。

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

這是形狀異常的多鏈接擴展擴展鏈接引擎的起點。

擴展的擴展連桿發(fā)動機是19世紀后期由英國工程師James Atkinson發(fā)明的，其凈熱效率為18％，在當時是革命性的。在德國工程師尼古拉斯·奧托（Nikolaus Otto）完成了奧托（Otto）發(fā)動機（現(xiàn)代發(fā)動機所基于的發(fā)動機）之后，這項發(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。問題是如何構建這樣的引擎。阿特金森130年前的第二臺擴展循環(huán)引擎的效率遠不止于此，但由于它太復雜而無法以緊湊的尺寸制造，并且不適合高速運行，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，可以構建比Atkinson的機制更簡單的現(xiàn)代擴展擴展連桿引擎……

2001年，一個研究項目開始，以探索擴展擴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，因此該團隊幾乎從頭開始研究。

該團隊的目標是建立一種簡單的機制。通過在傳統(tǒng)發(fā)動機的連桿和曲柄銷之間放置一個新的“三角連桿”，并通過擺桿以發(fā)動機轉速的一半旋轉它，活塞的沖程可以隨每轉而改變。這種多連桿機構可使沖程的行程比壓縮的行程更長，從而實現(xiàn)了擴展的伸縮連桿引擎。會行嗎？第一個原型機于2001年12月進行了測試，盡管整個團隊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。


完成并實施熱電聯(lián)產(chǎn)機組
家用熱電聯(lián)產(chǎn)機組可從高效熱能內(nèi)燃機中受益最多。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)團隊不為所動。通過使發(fā)動機在恒定的條件（例如發(fā)動機轉速）下運行，盡管他們比常規(guī)發(fā)動機更為復雜，但他們確信自己的發(fā)動機甚至可以滿足最嚴格的標準。自從第一臺原型機經(jīng)過3年零3個月的反復試驗，無疑將取得成果。

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

通過仔細選擇材料并仔細檢查組件設計以確保新機構的耐用性，他們還通過了數(shù)千小時的耐用性測試，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)濟性的擴展擴展連桿引擎終于參加了競爭。作為世界上第一個具有相同系統(tǒng)的批量生產(chǎn)的多鏈接引擎，它被命名為EXlink（擴展擴展鏈接引擎），并為本田的第三代熱電聯(lián)產(chǎn)機組提供了動力。

使用EXlink，可以在傳統(tǒng)發(fā)動機中的連桿和曲軸之間定位一個三角連桿。三角連桿通過擺桿連接到偏心軸上，以完成擴展的伸縮連桿結構。偏心軸的旋轉速度是曲軸速度的一半，從而使活塞的沖程在每個周期中都可以延長和縮短。

EXlink通過縮短進氣/壓縮沖程和加長膨脹/排氣沖程，實現(xiàn)了高膨脹比，將110cm3進氣擴大到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構實現(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)動機的連桿和曲軸之間，并通過擺桿（藍色）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，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（左圖），則三角連桿的右側降低（在曲軸上樞轉），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，則將三角連桿的右側向上推，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氣/壓縮沖程，將長沖程用于膨脹/排氣沖程，實現(xiàn)了將進氣量從110cm3擴大到163cm3的機構。

原則上，膨脹比越高，發(fā)動機的效率越高。這是因為通過燃燒在發(fā)動機中產(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，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），因此具有較高壓縮比的發(fā)動機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。

使用EXlink，多重鏈接機制允許用于擴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。由于進氣沖程短，因此與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，可以減少空氣和燃料進氣期間的泵送損失，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)動機內(nèi)的摩擦而導致的能量損失）不會降低EXlink的燃油效率？

對于傳統(tǒng)的發(fā)動機，當燃燒的空氣-燃料混合物在膨脹沖程期間向活塞施加壓力時，側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，側向力的量較大，因此取決于發(fā)動機，這可能導致一半以上的摩擦損失。



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