说到轿车和卡车发动机，自尼古拉斯·奥托(Nikolaus Otto)在1876年发明现代内燃机以来，变化不大。但至少在理论上，内燃机可能会发生重大变化。美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的研究人员，获得了美国专利商标局的一项新设计专利，该设计可以提高汽油燃料内燃机的效率并减少有毒排放，这些内燃机为全球数百万辆轿车和卡车提供动力。理论设计列出了发动机用来推动车辆行驶的内燃缸内气体快速旋转的方法。
PPPL物理学家、普林斯顿天体物理科学教授纳特·菲施(Nat Fisch)是这种专利方法的共同开发者，他说：这个想法是为了让发动机在比其他情况下认为可能温度更低的情况下工作，从而减少有毒氮氧化物的排放。主要开发者是物理学家Vasily Geyko，他作为PPPL普林斯顿等离子体物理项目的研究生参与了这个项目，Fisch是该项目的负责人。Fisch和Geyko申请了这项专利，这项专利源于物理学家对等离子体进行的快速旋转和压缩的研究。
在美国能源部国家核安全管理局(NNSA)和美国国防威胁降低机构的支持下，研究人员在研究中发现，快速旋转中性气体可以产生有利于汽油发动机的条件。然而，Geyko和Fisch发现，理想旋转气体的热容量，即其受热时吸收能量的能力，比静止气体的热容量大。科学家们随后意识到，一种以大约音速旋转的气体，当用于热力学循环时，可以使发动机在更低的温度下比传统内燃机更有效地运行，“用于奥托或柴油循环”，为汽油或柴油发动机提供动力。
热容效应在固定的最高和最低工作温度下提高了热力学效率。此外，最高工作温度越低，相对效率增益越大，这使得该发明特别有利于在超低温发动机中使用。旋转气体还修改了标准的内燃机设计，这项发明的特点是使用8个循环发动机，而不是4个循环发动机，以便在循环中的正确位置旋转气体。这当然会使发动机变得复杂，在常规温度下，传统发动机的效率会更高。但在非常低的温度下，传统发动机的效率非常低，汽油燃烧产生的有毒氮氧化物的排放将极大减少。
在这种温度下，新发明可能会得到有利的实施，具有更高的效率和燃油经济性，同时通过减少氮氧化物排放来改善空气质量，从而对公众健康产生相应的好处。目前，专利发现仍然是理论上的。但是，例如，如果国会立法在全国范围内减少氮氧化物，理论上的可能性可能会变得非常值得进一步发展，理论上，即使适度降低允许的燃烧温度，从2500摄氏度左右降至1300-1800摄氏度左右，也足以使旋转燃气发动机与传统的奥托循环发动机相比，获得5%至10%的相对效率优势。
博科园｜研究/来自：普林斯顿等离子体物理实验室
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