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12缸汽车|缸哥聊技术丨四冲程发动机为什么一直不革新？


提到发动机 ， 你能想到什么？是排量？是气缸数？还是什么？
其实无论是1.0L排量还是6.0L排量、无论是涡轮增压还是机械增压、无论是直列4缸还是V型12缸 ， 它们都有一个共同的特点 ， 即都是四冲程发动机 ， 甚至现在一些125摩托上也开始放弃传统的二冲程发动机而换装四冲程发动机了 。
所以问题就来了 ， 为什么发动机都是四冲程的？

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所谓冲程 ， 指的是活塞从一个极限位置另一个极限位置的距离 ， 按照现在的发动机做功顺序来看 ， 从进气到排气 ， 活塞往返运动了2次 ， 也就是4个冲程 ， 这便是四冲程发动机的由来 。 上文也说到了 ， 既然摩托车能够用二冲程发动机 ， 为什么汽车不行？

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原因其实很简单 ， 二冲程发动机的压缩比往往比较低 ， 且由于构造问题无法输出高转速 ， 与汽车对动力的需求并不匹配；另外 ， 二冲程发动机基本都是单缸的 ， 对于汽车而言 ， 即便按照1.0L的排量计算 ， 试想一下1.0L的单缸发动机得是什么样子？因此二冲程发动机只能用在摩托车、低速车上 。
对于四冲程发动机来说 ， 其可以承受更高的压缩比 ， 动力输出曲线也更符合汽车的工况要求 ， 但它也并非没有缺点 ， 除了需要对进排气门进行精准控制外 ， 还要提升热效率 ， 目前热效率能超过35%的发动机就可以被厂家吹嘘一波了 。

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事实上 ， 发动机做功靠的是活塞驱动曲轴 ， 而活塞驱动曲轴靠的又是气缸内的可燃气体燃烧产生热膨胀 ， 因此热效率越高的发动机往往动力表现会更好且油耗也会相对较低 。
但大家都知道 ， 四冲程发动机四个行程中只有一个行程是做功的 ， 另外三个行程都是消耗能量的 ， 并且发动机也是需要散热的 ， 燃油燃烧所产生的大量热能实际上是被浪费了 ， 那么有没有什么好的解决方式呢？
答案便是六冲程发动机 。

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在2007年六冲程发动机便被美国工程师Bruce Crower研发了出来 ， 只是目前并没有进行应用 ， 我们先来看这个六冲程的发动机是如何工作的 。 原理图如上所示 ， 前面4个冲程并没有变化 ， 有趣的是后面2个冲程 。
四冲程发动机的最后一个冲程是活塞向上运动将气缸内的废气排出 ， 而此时发动机内部的温度依然可以轻松达到100℃ ， 这恰好是水沸腾的温度 ， 于是第五冲程便是向气缸内喷水 ， 是的你没看错 ， 水遇到高温后会迅速膨胀成水蒸气 ， 是不是看着眼熟？貌似是回到了蒸汽机的时代 ， 膨胀的水蒸气将活塞再压下去做功；第六个冲程则是将多余的水蒸气排出去 ， 但并不是排到排气管中 ， 而是排到一个冷凝器里 ， 重新变为水 。

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根据Bruce Crower（如上图）的计算 ， 这台六冲程发动机能比传统的四冲程发动机提升40%的效率 ， 如果是柴油机的话 ， 还可以再提高5% 。 值得一提的是 ， 这项发明获得了美国《Popular Science》（中文版称《科技新时代》）杂志年度十大发明奖 。
不过这种六冲程发动机也并非没有短板 ， 客观的说短板还非常明显 ， 除了要为发动机准备一个水壶之外 ， 对水的要求更高 ， 如果水中杂质较多 ， 那么气缸内如何进行防腐处理？如何保证活塞环的密封性不受影响？毕竟活塞环上还有机油 ， 且燃烧的废气中存在二氧化硫 ， 与水蒸气接触会产生硫酸 ， 这也是一个比较棘手的问题 。


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