車厘子大叔還在讀大學的時候聽過這樣一個故事:隨著科技發(fā)展,電子噴油嘴被發(fā)明出來,其性能完全超越當時的化油器,而且價格低廉。雖然奔馳也開始嘗試在自己的發(fā)動機上搭載這樣的電噴系統(tǒng),不過他們也沒有停止化油器的研究。在化油器幾乎絕跡的時候,他們研制出了性能十分接近電子噴油嘴的化油器。 有人認為奔馳這是多此一舉的表現(xiàn),但大叔認為奔馳的做法相當高明,電噴發(fā)動機的前景尚未明朗,倒不如盡可能地改善成熟的技術(shù)。把雞蛋分開幾個籃子放總不會出錯。 近幾年國家都在大力發(fā)展新能源汽車,并提出了“彎道超車”的概念。誠然,電動車是未來的趨勢,不過內(nèi)燃機也并非沒有提升的空間,而且這個空間還不小,但首先我們要從發(fā)動機的工作循環(huán)說起。 現(xiàn)在我們市面上看到的往復式活塞發(fā)動機都是四沖程發(fā)動機,活塞從上止點到下止點或上止點到下止點的過程即為一個沖程,它包括進氣、壓縮、做功和排氣四個過程。經(jīng)過近100年的改進,這種發(fā)動機在實驗室里可以達到50%以上的效率。不過由于各種因素,量產(chǎn)發(fā)動機的熱效率只有30%多。 除了摩擦、冷卻和漏氣損失外,進氣、壓縮和排氣沖程都在消耗發(fā)動機的動力。工程師希望減少發(fā)動機的工作過程以實現(xiàn)更高的效率,于是發(fā)明了兩沖程發(fā)動機。發(fā)動機氣缸體上有三個孔,即進氣孔、排氣孔和換氣孔,這三個孔分別在一定時刻由活塞關閉。在活塞上行的時候,進氣孔打開,其余兩個孔關閉,混合氣被壓縮;隨后活塞點燃混合氣,活塞下行,換氣孔和排氣孔打開,曲軸箱內(nèi)的混合氣被壓入氣缸,廢氣被排出。 由于兩沖程發(fā)動機的曲軸每轉(zhuǎn)一圈,對外做功一次,而且其結(jié)構(gòu)簡單,因此它的單位質(zhì)量輸出功率很高。不過二沖程發(fā)動機的缺點同樣明顯,因為它在下行過程中會把大量潤滑油帶入燃燒室,所以會產(chǎn)生大量的污染。另外,因為二沖程發(fā)動機換氣的動作不精確,所以其油耗也很高。 與其計較每一個沖程上的損失,還不如從能量損失較大的地方換回更多的熱效率,所以工程師把希望放在六沖程和八沖程的發(fā)動機身上。 在一般四沖程發(fā)動機的排氣行程結(jié)束后,在第五個沖程向灼熱的氣缸內(nèi)噴水,使之變成高溫高壓的水蒸氣,推動活塞繼續(xù)做功。然后在下一個沖程將水蒸氣排出,經(jīng)冷卻后回收利用,這就是六沖程發(fā)動機。它在六個沖程中有兩個做功沖程,充分利用氣缸內(nèi)的剩余熱量,不僅能夠提升效率,而且還能增加功率。然而突然的噴水冷卻使氣缸就像經(jīng)歷一次淬火的過程,改變氣缸的力學性能,另外也會使氣缸的應力增加,減少其壽命。 而八沖程發(fā)動機則是相中了廢氣中的熱量,它在傳統(tǒng)的四沖程發(fā)動機上增加了副氣缸,把它作為作蒸汽做功的場所。在排氣沖程結(jié)束后,將廢氣導入副氣缸中,經(jīng)歷“廢氣進入-廢氣壓縮-蒸汽做功-廢氣排出”的過程。其中“蒸汽做功”是在廢氣壓縮的上止點噴水后蒸發(fā)膨脹,進而推動副氣缸的活塞繼續(xù)做功。不過八沖程發(fā)動機因為結(jié)構(gòu)復雜,成本較高,現(xiàn)只存在于實驗室中。 如果我們現(xiàn)在就把希望全部放在電動車上面,未免也太孤注一擲了吧?,F(xiàn)在正是科技爆炸的時代,就算現(xiàn)在內(nèi)燃機(汽油機)的熱效率達到了40%,那離理論的卡諾循環(huán)極限還遠著呢!誰說內(nèi)燃機的壽命到頭了? |
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