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为什么六冲程发动机不能用于车辆?
发布时间:2019-07-19    

发动机是汽车的心脏,当谈及一辆汽车的性能时,首先想到的就是发动机的表现。除此之外,随着环境污染的加剧,人们对机动车尾气排放和能耗也有了更高的要求。对于传统内燃机来说,高性能、高效能、低排放、低油耗,是永恒的追求。

同时,由于化石能源的逐渐枯竭,以汽车为主的内燃型发动机的燃料因此变得越来越金贵,比如在中国,汽油紧张时间,油价一度飙升到8元以上,这个价格让众多车主不禁唏嘘,甚至幻想:如果汽车不烧汽油,改烧水,那该多好!

话说:梦想一定要有的,万一达到了呢!众多车主所想的,可能也是研发工程师们所想的。“烧水”的发动机真的存在,这就是六冲程发动机。这种发动机由美国工程师Bruce Crower于2007年研讨成功,不过,时至今日,却一直处在实验和理论分析阶段。

什么是六冲程发动机?

在说明这个问题前,我们先简单了解一下,什么是蒸汽内燃机。在古代,人们出于某种原因把水装入一个密闭的瓶子里,用木塞子塞紧瓶口然后加热。在水也被烧沸腾的时候突然发生了“不可思议”的事情——瓶盖子嘭的一下就飞了,似乎瓶子里有了一股强大的力量一脚踹飞了瓶盖。这种现象放在今天来说非常容易解释,无非是水也被加热后由液态变成气态,体积膨胀,对瓶子内部产生大于外界的压强,从而将瓶盖推向瓶外。人们根据这种原理将瓶盖改成活塞,于是发明了蒸汽机。人们用煤炭加热锅炉,锅炉内的水也被加热成水蒸汽,在体积膨胀的时候推动气缸内的活塞,从而驱动船只、火车、纺织机器。这种形式的引擎我们一般称之为蒸汽机。

1876年,德国人奥托设计并制造出第一台以煤气为燃料的火花点火式四冲程内燃机,在1878年的巴黎万国博览会上受到极高的评价。这种发动机体积小,重量轻,消耗的煤气少,每分钟可达200转。此后,越来越多的工厂都采用内燃机代替蒸汽机。1883年,德国工程师戴姆勒制成以汽油为燃料的内燃机,每分钟可达900转。内燃机的发明及应用引起了交通运输的一场革命。1885年,德国机械工程师卡尔·本茨制成第一台用内燃机驱动的新型交通工具——汽车。

这与我们今天要说的六冲程发动机有什么关系呢?别着急,我们慢慢来讲。

四冲程发动机的工作循环由4个活塞行程组成,即进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。普通的四冲程发动机把3/4的能量以热能的形式散发掉了。而六冲程发动机,是在四冲程发动机的基础上研制出来的,具有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程、喷水汽化作功冲程、排汽冲程六个进程。而且结合了蒸汽机的原理,在完成了第四个排气冲程后,在第五个冲程活塞到达上止点时,向燃烧室喷入水,水会马上变成温度高达816度的水蒸气,体积急剧膨胀1600倍,同时压强急剧增大,推动活塞继续做工,完成第六个冲程。

如此一来,每6个冲程中就出现2个做功冲程,而消耗的燃油却没有变化。到了第6个冲程,发动机把水蒸气排放到一个冷却器,水蒸气在那里重新变成水。

六冲程发动机有什么优势?

根据资料,六冲程发动机的效率比传统四冲程发动机效率提高40%,如果是柴油发动机,则提升45%。普通内燃机超过60% 的能量以热能的形式耗散掉了,如果把这部分的能量利用起来,发动机的效率能够得到极大的提高。此外,六冲程发动机还有以下优点:

1、发动机转速高。由于消除了四冲程发动机菌状气门浮动引流来的的惯性,六冲程发动机安全极限转速较高,理论上可达 28000Wmin。

2、油耗少、排放低。六冲程发动机在低转速/节气门开启时比传统的发动机省油35% 。在高转速/节气门全开时也可节油13%。由此减少了CO2的排放。

3、改进了低转速扭矩。六冲程发动机比产生一致扭矩的四冲程发动机的转速低1000r/min同时,随着转速的上升,其扭矩将会呈线性增加。

4、制造成本低。由于它与四冲程发动机相比,运动部件少,不但减少了机械噪声,而且制造成本低。

对于普通老百姓来讲,一些技术方面的东西都是白扯,关系的问题,六冲程发动机它省油啊!既然如此,那为什么六冲程发动机没有广泛推广呢?

六冲程发动机有什么弊处?

1、由于第五冲程要利用水做功,就必须考虑水质问题,如果水质不好,产生水垢后再与润滑油作用形成油泥,会导致活塞卡死。所以就要考虑水的纯化和纯化水的补充问题。

2、水蒸气会和废气中的二氧化硫产生硫酸,腐蚀气缸、活塞、活塞环和气门,这就是防腐的问题。随之而来的是,水的回收问题。这些都会增加汽车的装备质量。

3、第五、六冲程中,如果不润滑,那么气缸的磨损、腐蚀十分严重;而如果润滑,那么做功之后排出来的水蒸气就也被润滑油污染,进入冷凝器之后,润滑油凝结,时间稍长就会堵塞管路。

4、气缸壁会受到强烈的冷热交变应力,冷热交变会改变材料的属性,降低韧性,使其寿命严重降低。

实际上,只要向内燃机气缸喷水(与燃油一同喷入),就可以提升发动机的输出功率和热效率,而这种想法在几十年前就有人尝试过,无奈由于气缸腐蚀问题过于严重而放弃。

虽然对于这些缺点还没有很好的解决举措,但目前在试验中,采用水蒸汽直排的方法,因此,不用考虑水的收集问题,而对于腐蚀问题和交变应力,目前采用高性能耐磨蚀合多或者陶瓷。

但是这两种方案,一是不能很满意的解决问题,二是由于成本太高,无法大规模推广,因此,六冲程发动机目前还不能用于车辆。不过,如果将来技术突破,汽车应用或许也不再是问题。我们拭目以待吧。

 

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