19世紀以來,人類對于内燃機的追尋腳步從未停下,無論是燃料的升級、動力的上升還是效率的提高,動力機械的革命推動了工業的進步,而這其中最大的“受益者”,還數汽車。
到21世紀,汽車上搭載的四沖程發動機已經變得更加完善、更加先進。但在茶餘飯後,不少車主們還是會冥思苦想:既然今天全世界對發動機的要求都那麼高,難道就沒有一種油耗低、排放少、動力強的發動機能站出來?難道21世紀就隻能任由電動車喧嚣?
這樣的“狠角色”當然有,它便是“六沖程發動機”。
本期,我們将回答以下三個問題:
1、何為六沖程發動機;
2、六沖程發動機的優缺點;
3、六沖程發動機的前景和啟示。
PS:這篇文章也許不會讓你成為“老司機”,但一定能讓你長見識,現在,靜下心來好好感受工程師們的腦洞吧!
一、什麼是“六沖程發動機”?
四沖程發動機示意圖
首先我們要知道,市面上車輛使用的往複活塞式發動機,絕大部分是四沖程發動機(部分摩托車使用二沖程發動機,有興趣可自行了解),四沖程,也就是它的工作過程分為四個行程:進氣、壓縮、做功、排氣。在這四個行程中,發動機共做功一次、曲軸旋轉兩周。
可以說,六沖程發動機是在四沖程發動機的基礎上誕生的,也就是當發動機完成“進氣、壓縮、做功、排氣”四個行程後,立馬把水噴進高溫的氣缸裡,水在高溫下會立即變成蒸汽,體積急劇膨脹,氣缸内産生的強大壓力再次推動活塞做功,最後再把水蒸氣排出氣缸。
六沖程發動機示意圖
因此,六沖程發動機的工作過程是:進氣、壓縮、做功、排氣、噴水汽化做功、排氣。
不難看出,六沖程發動機比四沖程發動機多做了一次功、曲軸也多轉一周,但二者使用的燃油量卻是相同的,隻因六沖程發動機在第二次做功的時候,借助了第一次做功後缸内的高溫環境,把水受熱變成水蒸氣的巨大力量利用了起來。
據悉,六沖程發動機的效率比四沖程發動機效率提升40%,而如果是柴油發動機,效率則提升45%。
這是不是有點像不同類型的兩個人跑步?一個人跑夠五十米的時候直接刹停下來,另一個人跑夠五十米後卻借着慣性又跑出去了十幾米。
二、六沖程發動機的優缺點
六沖程發動機的優勢顯而易見,首先當然是提升了燃油經濟性、減少了有害氣體的排放,它把那部分原本“浪費”的熱能給利用了起來,真正做到了榨幹每一滴燃油的能量;其次是轉速高,因為六沖程發動機特殊的氣門結構,它需要應對的慣性更小,安全轉速極限更高;最後,因為六沖程發動機的特性,它的低扭更強(同等扭矩下,六沖程發動機轉速比四沖程發動機低1000r/min)。
說到這裡,大家應該早就意識到了六沖程發動機的“不對勁”,畢竟它又燒水又燒油的......
是的,六沖程發動機沒有被普遍運用到汽車上,确實是遇到了不少技術難點。
其一是發動機的潤滑問題。作為發動機五大系統之一,潤滑系統在發動機運轉的過程中起到了至關重要的作用,根據六沖程發動機的原理,在前面四個行程中,發動機還可以正常潤滑沒有問題,但到了第五個噴水汽化做功行程,含有水分的氣缸又怎麼實現潤滑呢?
倘若水和機油混在一起,機油會變質不說,到第六個行程,缸内排出的水蒸氣需要回收到泠凝器裡,如果有機油夾雜在一起回收,不但水會被污染變質,管道還有可能被堵塞。發動機不潤滑顯然是不行的,金屬與金屬之間摩擦如果沒有了那層“油膜”,其磨損之大不難想象。
其二是缸體及其它零部件的耐用性,氣缸在高溫下瞬間又去接觸相對低溫的水,完成一次循環之後又再噴入燃油燃燒,這“冰火兩重天”,試問誰頂得住?再說了,水對于金屬本來就有一定的腐蝕性,因此在六沖程發動機生産制造時,材料及其成本就成為了難題!
綜上所述,六沖程發動機雖然優勢明顯,但卻有着難以解決的,甚至可以說是緻命的缺點,因此,六沖程發動機隻能停留在實驗階段,距離量産似乎還有很長一段距離。
三、六沖程發動機的前景和啟示
那麼,技術難題解決不了,是不是就可以說六沖程發動機是個廢柴?對于普通消費者來說,可能暫時是這樣,畢竟民用車、民用發動機追求的一大要素就是耐用性和可靠性,如果這點都保證不了,再好的動力又如何?再好的燃油經濟性又怎樣?
但對于内燃機領域乃至整個汽車行業而言,六沖程發動機卻算得上是一次技術的突破和觀念的颠覆,畢竟它打破了四沖程發動機的概念,就像當初轉子發動機相對于往複活塞式發動機的“另類”一般,技術在進步,材料也在不斷革新,如果未來内燃機能夠不死,六沖程發動機就還有機會。
當初不被看好的轉子發動機,在馬自達手裡卻成為了“金不換”,雖說轉子發動機在今天面臨着環保、排放的問題,但馬自達不也還是沒有放棄嗎?六沖程發動機能否迎來春天,除了要靠大環境和時代,還要看車企、工程師們的努力。
毋庸置疑,當下解決能源、環保問題最直接的辦法還是上電機,電動車可以做到很強勁的動力、很優秀的科技感,但對于真正熱愛機械、癡迷于内燃機的人來說,電機恐怕還是單一、呆闆、沒有魅力的。在此,我們希望汽車不會完全抛棄内燃機,不會放棄這份“機械之美”,希望内燃機能夠與時俱進、生生不息!
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