五冲程发动机，什么东西来的？

现代汽车或摩托车使用的发动机一般只分为二冲程和四冲程，而二冲程发动机因高油耗、排放不环保等问题已经淘汰。在现代“新能源”带来的冲击下，各个车企或引擎制造商都想方设法提高传统发动机的“效率”，从而提高在这个汽车“电气化”时代生存下去的空间。为提高引擎“效率”何谓是百花齐放，什么样的技术都有，例如：MAZDA（马自达）推出了“重创蓝天”计划的超高压缩比“压燃”汽油发动机、NISSAN（日产）推出了可变压缩比发动机、Honda（本田）在推出带涡轮增压的V-Tec发动机等等。有些技术已经实现量产化，而有些技术则还在研发阶段，就例如今天要介绍的五冲程发动机一样。

五冲程发动机是Gerhard Schmitz（格哈德·斯密茨）提出的一种拥有复合燃烧功能的发动机 ，并在2000年获得专利。由Ilmor Engineering（英国一家研发高性能赛车工程公司）负责设计和研发，原型机在2011年就已经生产出来了。原型机是一台1,478cc涡轮增压直列三缸发动机，能输出166N·M的扭矩和97KW的功率。

其工作原理，就是一台同步双杠4冲程发动机中间，增加一个类似“Stirling Engine（斯特灵发动机）”工作原理的进气式汽缸来实现五冲程。根据Gerhard提出的概念，要实现“五冲程”发动机最少需要两个汽缸才能实现。但如果只是用两个汽缸来实现五冲程目标，不单止不会提高发动机效率，还会受到严重影响，而三缸发动机发动机缺能完美实现这一概念。

图：可以看出中间的汽缸要比两边 的 要大，具体原因下文会提到。

如图所示，是在传统4冲程发动机做功和排气冲程中间增加的这“第五冲程”，即进气、压缩、做功、二次膨胀/做功、排气，且该冲程只能由一个独立的汽缸完成。

具体流程为1缸（高压缸）活塞向下运行做进气冲程；然后有下向上运行经行压缩冲程；接着就是点火让压缩的混合气体（空气和雾化燃油混合）产生爆炸推动活塞向下进行做功；活塞向上运行将未完全充分燃烧的混合气体排向2缸；2缸（低压缸）通过这为燃烧充分的气体让其延长燃烧时间利用剩余的热膨胀能量将活塞向下推动完成第二次做功；紧跟着就是活塞向上运行将废气排出发动机外，同时3缸处于做功冲程；3缸活塞向上运行未完全燃烧的混合气体推向2缸，从2缸再次做功；之后有2缸将废弃排出发动机，形成循环。简单来讲就是1缸和3缸是传统四冲程工作原理，而中间的2缸就只有做功和排气两个冲程。

图：这图就能明显看出，1、3缸只有进气管，2缸只有排气管。

至于为什么中间的汽缸会比两边的汽缸大，是因为经过一次做功之后的未完全燃混气体要在理论上全部排出，不然会严重影响下一次做功冲程。而中间的汽缸理论上是只需要和1缸容积一样能够容纳同等分量的气体就可以了，但实际上要比1缸要大1倍。

一是要有更加多的空间让混合气体持续燃烧，延长燃烧时间从而产生更多的膨胀能量再次推动2缸活塞向下运行，实现二次做功；二是能够无限接近将1缸残余混合气体完全排干净。拿Ilmor的原型机举例，其1、3缸（均为350cc排量）的排量加起来是700cc，2缸的排量是778cc。

图：此图能更清晰看出2缸要比1、3缸大出1倍之多。

由上图可以看出，“五冲程”理念下设计出来的发动机是一款DOHC（双顶置凸轮轴）发动机。但与普通DOHC有一些不同，该发动机两根凸轮轴和曲轴的转速比是不一样的。控制1、3缸气门开闭的凸轮轴转速和曲轴转速比例是2:1(既凸轮轴转两圈，曲轴转一圈),单独控制2缸排气门的凸轮轴转速和曲轴转速比刚好是1:1。

“尼个係点解呢？”这和上文提到的其工作原理息息相关，因为普通四冲程三缸发动机曲轴每转两圈完成次1.5做功，而5冲程三缸发动机曲轴每转一圈就完成1次做功。这也让“五冲程”三缸发动机拥有4缸发动机的平稳性，是普通四冲程三缸发动机无法比拟的。

图：Ilmor的五冲程三缸发动机原型机，为了进一步实行低能耗，额外第5冲程将不会参与到怠速和低转速运行中，目前依然是处于研发如何简化状态。

五冲程三缸发动机的优点是：发动机效率高、油耗低（相同排量下，能够节省20%的能源消耗）；其确定也非常明显，就是汽缸盖结构复杂，导致发动机会比一般的四冲程三缸发动机要更大、更重。造价成本高，难以实现量产也是缺点之一。希望五冲程发动机能提早攻破难关实现量产化，为传统燃油活塞式内燃机带来一次革命性的进化。