在2015年11月閉幕的第十四屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽決賽中，清華大學(xué)代表隊(duì)以團(tuán)體總分450分的成績(jī)，第六次捧起“挑戰(zhàn)杯”。在清華選送的六件作品中，汽車(chē)系2013級(jí)本科生潘濟(jì)安的作品《新型齒輪齒條式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造與研究》在決賽中斬獲特等獎(jiǎng)，而該作品也是由他獨(dú)立完成的。
潘濟(jì)安的作品初衷是希望可以設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工程可行性高的新型齒輪齒條式發(fā)動(dòng)機(jī)，借用齒輪齒條動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)提高傳統(tǒng)曲軸連桿式發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率，并改善其缸壁側(cè)壓力及摩擦耗能的問(wèn)題。
2014年，在去廣汽新能源部門(mén)學(xué)習(xí)內(nèi)燃機(jī)節(jié)能技術(shù)期間，潘濟(jì)安經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和與技術(shù)人員的交流，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前主流的曲軸連桿式發(fā)動(dòng)機(jī)存在一些不足。例如：燃料燃燒產(chǎn)生的壓力傳遞效率低；經(jīng)常出現(xiàn)因側(cè)向壓力過(guò)大導(dǎo)致活塞組件與缸體摩擦較大，易導(dǎo)致磨損；而且很難實(shí)現(xiàn)小型化、微型化。他想：“為什么一定要用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，可以換種思路試試。”于是，他提出在內(nèi)燃機(jī)中應(yīng)用齒輪齒條機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。
潘濟(jì)安的項(xiàng)目成果看似只更換了最前端的驅(qū)動(dòng)部件，實(shí)則需要完成多項(xiàng)研究來(lái)應(yīng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)整體性能的完善。首先，他研究了齒輪機(jī)構(gòu)的嚙合特性，設(shè)計(jì)了一種齒輪齒條機(jī)構(gòu)作為內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力傳輸裝置。其次，他設(shè)計(jì)了可減小齒條運(yùn)行阻力的直線(xiàn)導(dǎo)軌。再次，他又設(shè)計(jì)油壓阻尼器用于吸收齒條換向帶來(lái)的能量，并對(duì)齒輪、齒條和軸承進(jìn)行噴油潤(rùn)滑，代替原內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的機(jī)油泵。最后，為保證齒輪齒條準(zhǔn)確嚙合傳動(dòng)，他還設(shè)計(jì)一種槽輪機(jī)構(gòu)確保齒輪齒條正確嚙合。通過(guò)實(shí)測(cè)，潘濟(jì)安設(shè)計(jì)的新型齒輪齒條式發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失功較同級(jí)別汽油機(jī)相比降低17%，在小型化動(dòng)力設(shè)備領(lǐng)域具有極為廣闊的應(yīng)用前景。
2013年從遼寧保送進(jìn)入清華大學(xué)的潘濟(jì)安在高中時(shí)就是個(gè)小發(fā)明家，他設(shè)計(jì)制作的機(jī)器人就曾經(jīng)獲得國(guó)內(nèi)和國(guó)際比賽的獎(jiǎng)項(xiàng)。進(jìn)入清華后，他更是感受到汽車(chē)系濃厚的科技氛圍。他說(shuō)，汽車(chē)系科協(xié)對(duì)參加“挑戰(zhàn)杯”的同學(xué)們都非常重視，動(dòng)員和普及工作做得很多，他的獲獎(jiǎng)也離不開(kāi)老師和系科協(xié)一路上的支持。
