研发背景
强载荷齿条式发动机是一种高效、节能、环保、动力性好，制造成本与使用成本均得到大幅降低的新型内燃机。该机是一种全新理论、全新设计，是内燃机颠覆性地创新，其技术水平国际领先，并完全拥有自主知识产权。是现代常规内燃机更新换代产品。

它采用齿条齿轮轴替代常规发动机的曲柄连杆机构，使发动机输出功率提高30%以上；它较好地利用了力学原理，把发动机工作中所产生的燃烧膨胀力的作用线平移至功率输出齿轮的切线处，并适当增加了输出扭矩力臂，使发动机功率得到进一步增加。经计算，本发动机的燃油消耗比当今世界上任何一种发动机的燃油消耗都要降低30%—50%以上。其1升排量的发动机可达现排量为3升发动机的动能。

它合理设置的齿条齿轮系统，解决了齿侧冲击，齿条承载等难题，使发动机工作更平衡更可靠。

它同其它发动机一样，均由功率传输机构、缸体、燃烧系统。冷却，润滑系统，起动机构，配气机构所组成。本发明主要改变了发动机的传动机构和缸体的设置，但其活塞以上部分仍沿用常规发动机的现有机构和技术。（有关资料表明，发动机的传动机构，是发动机的“脊椎”，它对发动机的工作过程和各项经济指标有根本性的影响）。所以在本发明实施产业化时，只要在设计中尽量选用常规发动机的通用零部件，不仅可以减少研发期的费用和环节，而且可使产品推向市场，实现产业化的周期大大缩短。另外因改动部分，是用齿条，齿轮替代原发动机的曲轴连杆，这使发动机的制造，加工更简单方便，生产成本更低，批量化生产效率更高。

新型节能环保发动机属于国家“十二五”重点支持发展的新兴产业，是世界汽车行业未来发展的方向。相比新能源汽车，节能汽车是一种更为现实和更低成本的选择方案。节能环保发动机是未来内燃机的竞争焦点，是解决雾霾天气的重要途径。

节能环保发动机目前国内尚处于导入期(这些企业引进的是美国OPOC发动机)或成长初期，据资料表明，一些之前尚未有发动机生产经验的企业近期已强势进入节能环保发动机领域。

强载荷齿条式发动机，从创新设计和技术的优势方面来讲，比美国2011年汽车类最佳科技成果第1名，opoc（对置活塞，对置气缸）发动机更先进，更节能环保。它是做强中国汽车产业，提升我国重大装备国际竞争力的可靠保证。将它作为利用高新技术改造和提升传统产业项目而论，其经济效益、社会效益、产业规模都非常巨大。

应用范围
市场需求分析：

内燃机是以汽油、柴油、天然气、液化石油气等为燃料而做功的动力机械，是迄今为止最方便的移动动力，其使用范围之广，用途之多，已经渗透到人类，生活的各个方面。而作为内燃机更新换代产品的强载荷齿条式发动机，以它卓越的性能和优越的各项经济指标，其市场前景更为广阔，它更符合人们的需要，也必将为人类带来更大的福音。据2010年国家有关部门统计，内燃机全行业从业人员近40万人，内燃机全国年总产量约7400万台，总功率达14亿千瓦，产值3100亿元。目前，国内以内燃机为动力的机械饱有量约为2亿（台、辆）。据美国EcoMotors公司首席执行官唐·朗克尔分析，到2030年中国汽车总产量将达到3000万辆。《国务院关于促进农业机械化和农机工业又好又快发展的意见》明确提出，到2014年非道路动力要达到10亿千瓦，这为内燃机行业发展奠定了政策基础。此外，新能源汽车的电池技术不成熟，电动车市场遇冷，这也说明占有庞大市场的内燃机领域是大有可为的。

市场竞争分析：

强载荷齿条式发动机是一种高效、节能、环保、动力性好、制造成本和使用成本均得到大幅降低的新型内燃机，它通过改变内燃机的功率传输机构，使内燃机的工作过程，动力性能和各项经济指标都发生了质的飞跃。它相对于现代西方国家内燃机中的“涡轮增压”，“高压共轨”，“电控喷油”等等节油甚微的技术来讲，是内燃机的一次革命，是颠覆性的创新，是改造提升传统内燃机产业的一项重大关键核心技术突破，重大技术集成创新。

它与目前国内外常规发动机相比，效率最高。其发动机功率传输效率达90%以上。在燃油经济性方面，它比现在世界上任一种内燃机均节省燃油30%~50%以上。发动机工作时，气缸中的运动活塞与气缸壁的摩擦几乎为零。它动力性好、升功率大，结构紧凑。所以，作为内燃机的更新换代产品，它可全面取代现常规使用的各式内燃机，广泛地应用于交通运输，工程机械、农业机械、渔业船舶、国防装备等各个领域。

生产条件及设备
强载荷齿条式发动机，由于零构件无特殊的材料，加工工艺要求 ，国内的普通相关机械加工企业都可从事批量化生产。

技术路线及原理
在现常规使用的往复活塞式发动机中，曲柄连杆机构将活塞往复直线运动转变成曲柄旋转运动而输出功率（见附图一）。在做功行程中，发动机将燃料燃烧产生的热能转变为推动活塞做往复式运动的机械能，再通过连杆带动曲轴做旋转运动；在其他行程中，又由曲柄来驱动活塞做往复运动，从而实现换气和压缩的过程。在做功行程中，活塞作用在曲柄上的作用力随着曲轴转角的变化而变化。当活塞在上止点时，活塞连杆和曲轴主轴颈的中心成一直线。这时曲轴的扭矩为零，气体压力对活塞所做的功全部转化为对曲轴主轴颈的破坏力。有效做功的作用力为零。而在上止点后12o—15oCA时燃料的能量转变成最高压力，其有效做功的作用力也只有20%—25%，其70%—80%的作用力使活塞产生侧向压力，使活塞侧面与缸体内表面产生很大的滑动摩擦损耗，并导致活塞和缸体表面可能因严重磨损而遭到破坏。所以曲柄连杆机构传输功率效率很低。发动机能耗损失严重。

为解决上述问题，强载荷齿条式发动机则采用齿条齿轮轴替代常规发动机中的曲柄连杆传动机构，并把缸体（气缸中心）移植到齿轮轴齿轮的切线位置上。其运动方式为，发动机将燃料燃烧产生的热能转变为推动活塞，齿条做往复式运动的机械能。再通过齿条往复运动推动齿轮轴的旋转运动（在齿轮轴上设有带齿圈的超越离合器）。这样，不仅使发动机在做功行程中，燃烧膨胀作用力通过活塞齿条，无侧向分解，直接而充分地始终作用在齿轮旋转轴齿轮的切线上进行做功，使燃料的燃烧能量充分得到高效利用。提高了发动机的效率，而且还因齿轮旋转轴齿轮可以设计成一较大的半径（齿轮半径是发动机产生扭矩的力臂，根据力学原理可知，当作用力不变时力臂越大，则产生的扭矩就越大）。这就像杠杆一样，使燃烧膨胀作用力得到有效放大，使发动机产生更大的扭矩和动能。其次，在整个做工行程中，膨胀作用力始终经过活塞齿条直接作用在齿轮轴齿轮的切线上，无侧向力的分解，故而也不会使活塞对气缸壁产生压力，和对齿轮轴轴颈产生压力，使发动机机械摩擦损耗几乎为零，避免了常规发动机出现的敲缸，拉缸现象，提高了发动机的使用寿命和可靠性，减少了发动机因活塞对缸壁的交变冲击力产生的机械振动和噪音。

技术特色
强载荷齿条式发动机是一款完全具有自主知识产权的创新性发动机。在创新技术方面攻克解决了百年未解的齿侧冲击，齿条承载。正时累积位移误差等诸多难题，设计发明出强载荷齿条式发动机，并制作了相关样机。 专利方面： 在2013年11月申报的两项发明专利已于2016年4月获批。

经济效益分析
投资估算（中试阶段）

1.1& emsp 总投资：600万元

制造成本：600*60%（设计、制作、技术升级等）

管理费用：600*20%

不可预测费：600*20%

详见附表：

一、加工费、制作费、外协件、模具等

二、房租、水电、办公耗材（电脑、打印机等）

三、差旅费（交通工具租赁）咨询费

四、运输、安装、搬运、装卸

五、工资（员工）五金一险

六、检验检测费、鉴定专家聘用费

七、标准件采购

八、劳动保护（防护）

九、工具、器材、（小型手动、电动工具）耗材（磨料、磨具）

十、招待、宣传

十一、不可预见费用（委托加工、检测、认证）市场价格波动

1.2中试场地：200平方

（一）、办公室

（二）、会议室

（三）、财务室

（四）、厨卫

（五）、仓库

（六）、休息室

1.3中式阶段人员配备：

管理人员3名

外聘技术入员：2名

外聘外协：1名

外聘财务：1名

外聘后勤：1名

1.4中试任务

在结构性理论科研样机的基础上，通过中试完成其功能性的科研工作。即实现整机点火运行，验证其可靠性，动力性，经济性，并测出相关数据，为以后定型生产做好的前期工作。

1.5中试周期

中试从设计绘图到检测认证完毕所需时间。即为中试周期。

本周期的计算以加工制作及装配所需最长时间的铸件零构件为依据，所需共约8－10个月。其流程为设计总图——绘零构件图——出模具图——制作模具——铸造零构件——零构件失效处理——零构件机加工——验收——装配检测评审。