發動機作為衡量汽車動力的重要因素,就猶如人的心臟。而對于大多數朋友來說,更多的只是關注到了排量以及最大 功率 和最大 扭矩 等基本數值。但其實 氣缸 的不同排列形式也是對我們關心的車輛安靜性平順性有重要影響的。本篇文章就為大家羅列下,時下汽車發動機常見的 氣缸排列形式 ,大體可以分為L型(直列式)布局、V型布局、W型布局、H型( 水平對置 式)布局以及三角轉子式發動機。
1.2.5L以下排量最常見的 氣缸 布局——L型(直列式)布局
??? ●? 代表發動機:直列四缸、直列六缸
『 標致307 的1.6升發動機』??????????????? 『風范的1.5升發動機』
『 高爾夫 的1.6升發動機』????????????? 『 悅動 的1.8升發動機』
??? 如果說時下發動機應用最廣泛的 氣缸 布局形式,顯然是L型(直列式)。尤其是在2.5L以下排量的發動機上。顧名思義,這種布局的發動機的所有 氣缸 均是按同一角度并排成一個平面,并且只使用了一個 氣缸 蓋,同時其缸體和 曲軸 的結構也要相對簡單。具體來說,我們常見的大致有L3、L4、L5、L6型四款(數字代表 氣缸 數量)。這種布局發動機的優勢在于尺寸緊湊,穩定性高,低速 扭矩 特性好并且燃料消耗也較少,當然也意味著制造成本更低。同時,采用直列式 氣缸 布局的發動機體積也比較緊湊,可以適應更靈活的布局。也方便于布置增壓器類的裝置。但其主要缺點在于發動機本身的 功率 較低,并不適合配備6缸以上的車型。
??? ●? 直列發動機的經典之作——寶 馬3 .0L鎂鋁合金直列6缸發動機
??? 如果說近20年來, 寶馬 品牌一直憑借著良好的運動操控性能聞名于世,這其中直列6缸發動機的研發應用顯然功不可沒,而在2004年, 寶馬 集團推出了全新的3.0L鎂鋁合金直列6缸發動機,這款發動機的最大 功率 為190kw,最大 扭矩 也達到了300Nm。當然相比驕人的數據更值得稱道的是,它是第一臺量產鎂鋁合金發動機。而相比之下,鎂材質要比傳統鑄鐵輕80%,比傳統鋁制材料輕35%。因而得益于應用鎂鋁合金材質的 曲軸 箱要比從前的全鋁 曲軸 箱輕了10kg,整個發動機的質量也僅為161kg,是同一性能等級發動機中最輕的。另外,在這款直列6缸發動機上還應用了全新的Valvetronic可變正時 氣門 系統。可以根據油門的位置,無級地調整進氣閥門的升程和關閉時間,從而節省12%的燃油。
2.平順優勢明顯——V型布局
??? ●? 代表發動機:V型六缸、V型八缸
??? 所謂V型發動機,簡單的說就是將所有汽缸分成兩組,把相鄰汽缸以一定夾角布置一起(左右兩列 氣缸 中心線的夾角γ<180°),使兩組汽缸形成一個夾角的平面,從側面看汽缸呈V字形(通常的夾角為60°),故稱V型發動機。與我們之前介紹的L型布局形式相比,V型發動機縮短了機體的長度和高度,而更低的安裝位置可以便于設計師設計出風阻系數更低的,同時得益于汽缸對向布置,還可抵消一部分振動,使發動機運轉更為平順。比如一些追求舒適平順駕乘感受的中高級車型,還是在堅持使用大排量V型布局發動機,而不使用技術更先進的“小排量直列型布局發動機+增壓器”的動力組合就有這方面。概括的說:我們可以這樣理解,發動機 氣缸 采用V型布局,可以說在結構層面上克服了一些傳統直列布局的劣勢,但同樣,精密的設計讓制造工藝更復雜,同時由于機體的寬度較大,也不方便安裝其他輔助裝置。
??? ●? 兼顧小體積與充沛動力的 大眾 “VR6”發動機
『銷往北美市場的 大眾EOS 搭載了3.2L VR6發動機,但這套動力并沒有正式引入國內』
??? 眾所周知,對于V型6缸發動機而言,60度夾角是最優化的設計,這是經過無數科學實驗論證過的結果。因而絕大多數的V6發動機都是采用這種布局形式的。但為了能在更小的空間內放下V6發動機, 大眾 集團在1994年另辟蹊徑的研發出了夾角為15度、體積更小的VR6發動機。而從動力參數來看,它并不遜色與普通的V6發動機,但在研發之初就暴露了明顯的抖動問題。通過一系列的平衡穩定手段雖使問題得以明顯改善。但這依然無法超越改變其本身結構上的特性,就像普通直列發動機的震動通常都會大于V型發動機一樣,夾角更小的VR6從結構本身就決定了它的震動會大于V6。諸如 大眾 旗下的 高爾夫 R32、 EOS 等車型都曾裝配過這款發動機。而出于環保以及成本的考慮,這款3.2升VR6發動機已經逐漸淡出了歷史的舞臺。但增加了燃油分層噴射技術( FSI )的3.6升VR6發動機目前仍然廣泛裝配在 奧迪Q7 、 大眾 途銳 、R36等諸多車型上。
??? ●? “V型+V型”的組合——W型布局
??? 其實從嚴格意義上講,W型發動機還是屬于V型發動機的一種,只是將V型發動機兩邊的 氣缸 再分成兩組,從側面看就像“W”一樣,因此得名。也可以說,W12發動機就是用兩臺V6發動機拼成的,其最大的好處就是相比傳統V12發動機結構緊湊,易于布置,有利于發動機艙的空間的優化,缺點就是結構過于復雜。W型發動機是 大眾 的專利技術,只有 大眾 即 大眾 旗下的品牌才在使用W型發動機,目前主要有W12和W16。但同樣,由于高昂的制造成本,僅應用在 大眾 集團旗下的頂級車型上,例如 奧迪A8 L、 大眾 輝騰 等。
3.更平穩的設計——H型布局( 水平對置 式)
??? ●? 代表發動機:H型四缸
??? 在前面介紹 氣缸 V型排列發動機的時候已經提過,V型布局形成的夾角通常為60°(左右兩列 氣缸 中心線的夾角γ<180°)而 水平對置 發動機只是其 氣缸 夾角為180度。相比傳統布局要符合運動機械原理的汽車發動機組合形式,其制造成本和工藝難度相當高,目前世界上只有 保時捷 和 斯巴魯 兩個廠商在使用。
『采用 水平對置 布局的 氣缸 可以降低車身重心,但對潤滑要求也要更高』
水平對置 發動機的最大優點是重心低。由于它的汽缸為“平放”,不僅降低了汽車的重心,還能讓車頭設計得又扁又低,這些因素都能增強汽車的行駛穩定性。 同時, 水平對置 的汽缸布局是一種對稱穩定結構,這使得發動機的運轉平順性比V型發動機更好,運行時的 功率 損耗也是最小。當然更低的重心和均衡的分配也為車輛帶了更好的操控性,那為什么其它廠家沒有研發 水平對置 引擎呢?除了因為 水平對置 結構較為復雜外,還有如 機油 潤滑等問題很難解決。橫置的 氣缸 因為重力的原因,會使 機油 流到底部,使一邊 氣缸 得不到充分的潤滑。顯然 保時捷 和 斯巴魯 都很好的解決了眾多技術難題,但高精度的制造要求也帶來了更高的養護成本,并且由于機體較寬,因而并不利于布局。
4.重量輕、尺寸小——三角 轉子發動機
??? 相比常見的L型、V型 氣缸 布局形式,可能很多朋友會對三角 轉子發動機 感到陌生,因而有必要先細致介紹下。其實三角 轉子發動機 又稱為米勒循環發動機,由德國人菲加士·汪克爾發明。之后這項技術由 馬自達 公司收購。我們都知道:傳統的 氣缸 往復運動式發動機,工作時 活塞 在 氣缸 里做往復直線運動,而為了把 活塞 的直線運動轉化為旋轉運動,必須使用曲柄連桿機構。 轉子發動機 則不同,它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動 扭矩 。與往復式發動機相比, 轉子發動機 取消了無用的直線運動,因而同樣 功率 的 轉子發動機 尺寸較小,重量較輕,而且振動和噪聲較低,具有較大優勢。
??? 工作原理上:在三角轉子轉動時,以三角轉子中心為中心的內齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合,齒輪固定在缸體上不轉動,內齒圈與齒輪的齒數之比為3:2。上述運動關系使得三角轉子頂點的運動軌跡(即汽缸壁的形狀)似“8”字形。三角轉子把汽缸分成三個獨立空間,三個空間各自先后完成進氣、壓縮、做功和排氣,三角轉子自轉一周,發動機點火做功三次。而 轉子發動機 的轉子每旋轉一圈就作功一次。
『 轉子發動機 原理圖』
??? 與一般的四 沖程 發動機每旋轉兩圈才作功一次『』相比,具有高 功率 容積比(發動機容積較小就能輸出較多動力)的優點。另外,由于 轉子發動機 的軸向運轉特性,它不需要精密的 曲軸 平衡就能達到較高的運轉轉速。整個發動機只有兩個轉動部件,與一般的四 沖程 發動機具有進、排氣活門等二十多個活動部件相比結構大大簡化,故障的可能性也大大減小。除了以上的優點外, 轉子發動機 的優點亦包括體積較小、重量輕、低重心等。相應缺點是發動機在使用一段時間之后容易因為油封材料磨損而造成漏氣問題,增加油耗。另外其獨特的機械結構也造成這類引擎較難維修。
總結:
??? 對于發動機 氣缸 布局來說,目前應用最廣泛的是L型和V型,更高的可靠性和平順性是更多廠家的訴求,相比言之,盡管 轉子發動機 和 水平對置 發動機也有獨特的優勢,但被約束于更高的維護成本和制造精度,使用范圍正在縮小。
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