只要3分钟 读懂6种发动机排列形式

2017-04-14 | 浏览:7.6万 | 评论:

发动机作为汽车的动力源泉,就好比我们的心脏。很多朋友对于发动机的认知还只停留在排量、功率、扭矩等基本参数值上,对于内部的结构并没有深入研究。其实,在同等排量情况下,发动机气缸的不同排列形式会对车辆的安静性,平顺性,操控性,甚至油耗等,都会产生重要影响。侃弟今天就大家梳理下现在常见的气缸排列形式,大体可以分为L型(直列式)布局、V型布局、W型布局、H型(水平对置式)和VR型布局,根据做功方式不同,还有三角转子式发动机和奎西发动机。有兴趣的车友不妨来看看。

直列发动机

最常见的是直列布局的发动机,用字母L表示,比如L4(数字代表气缸个数)表示的就是直列四缸发动机,这种布局是指发动机所有气缸均是按同一角度并排成一条直线,只使用一个气缸盖,其缸体和曲轴的结构也是气缸排列方式中最简单的。现在常见的有L3,L4,L5,L6,绝大多数小型车、紧凑型车或一部分中型车,都采用这种布局。 

L3的代表车型:宝马X1

L4代表车型:雪佛兰科迈罗

L5的代表车型:奥迪TT RS

L6代表车型:宝马M135i

 

优点:

(1)    尺寸紧凑,稳定性高

(2)    低速扭矩特性好

(3)    燃油经济性相对较好

(4)    制造成本低,发动机舱布置灵活。

缺点:

(1)    当排气量和汽缸数增加时,发动机长度将大大增加

(2)    发动机功率有限

(3)    布置在车身上重心高,影响操控性。

V型发动机

所谓V型发动机,简单的说就是将气缸分成两组,把相邻气缸以一定夹角布置一起(左右两列气缸中心线的夹角γ<180°),从侧面看汽缸呈V字形,故称V型发动机。通常的夹角为90度,但是实际应用中90度夹角在横向距离上比较的宽,不便于机舱的布置。而且更加倾斜的气缸体,机油在受重力作用会使活塞头润滑不均匀,加大气缸的磨损。为了避免这一弊端,也有更小夹角的72度,75度和60度的气缸体设计。在气缸数上最常见的有V6,V8和V10,V12四种发动机形式,用在一般的车型上V6和V8的动力就已经足够了, V10和V12发动机制造成本昂贵,技术非常复杂,一般搭载在超跑旗舰车型上,例如法拉利的LeFerrari,阿斯顿.马丁Vanquish,兰博基尼Aventador等。

V6代表车型:锐志

V8代表车型:福特野马V8 GT 性能版

V10的代表车型:道奇蝰蛇

V12代表车型:法拉利的LeFerrari

优点:

(1)    相同缸数比直列排布的纵向距离短

(2)    发动机重心比直列排布方式的更低,增强操控性

(3)    运转比较平顺,震动与噪音更小

(4)    有更大的动力输出

缺点:

(1)    结构比较复杂,后期维护成本较高

(2)    比直列排布更宽

(3)    生产成本高

W型发动机

许多人主观地认为V型发动机的汽缸呈V形排列,W型发动机的汽缸排列形式就是呈W形。其实不然,它只是近似W形排列,严格说来还应属V型发动机。W型发动机是德国大众专属发动机技术。将V型发动机的每侧汽缸进行小角度的错开,就成了W型发动机。或者说W型发动机的汽缸排列形式是由两个小V形组成一个大V形,两组V型发动机共用一根曲轴。

W型与V型相比,可将发动机做得更短一些,曲轴也可短些,这样就能节省发动机所占的空间,同时重量也可轻些,但它的宽度更大,使得发动机舱更饱满。

W型发动机最大的问题是发动机由一个整体被分割为两个部分,在运作时必然会引起很大的震动。针对这一问题,大众在W型发动机上设计了两个反向转动的平衡轴,让两个部分的震动在内部相互抵消。

目前应用W发动机的只有大众以及旗下其他品牌的车辆运用,比如:大众辉腾、宾利欧陆和奥迪A8的W12以及布嘉迪威龙的W16.

W16代表车型:布加迪威龙

优点:

(1)  发动机及曲轴更短,结构紧凑,适合用在大排量车上

(2)  相同汽缸数纵向最短

(3)  发动机动力强劲,一般排量可以做的比较大。

缺点:

(1)  制造工艺复杂,价格昂贵

(2)  发动机横向尺寸比较大,不利于布局

(3)  后期的维护成本高

 

 H型(水平对置)发动机

在上面介绍V型气缸排列发动机的时候已经提到,V型布局形成的夹角通常为90°(左右两列气缸中心线的夹角γ<180°),而水平对置发动机的气缸夹角为180度。水平对置发动机的制造成本和工艺难度相当高,所以目前世界上只有保时捷和斯巴鲁两个厂商在使用。

水平对置6缸(H6)代表车型:保时捷911GTS3.0T H6

 

优点:

(1)    重心最低,配重均衡,给车辆带来更好的操控性

(2)    两侧活塞产生的力矩相互抵消,行驶中振动小更平顺

缺点:

(1)    宽度最大

(2)    工艺复杂

(3)    生产维护升本高

(4)    不利于布局,考虑到车身尺寸,发动机排量不会很大。

(5)    横置的气缸因为重力的原因,会使机油流到底部,使气缸向上一侧得不到充分的润滑

(6)    高精度的制造带来了更高的养护成本。

VR发动机

VR发动机是大众的专属产品,对于V型6缸发动机而言,60度夹角是最优化的设计,这是经过无数科学实验论证过的结果。因而绝大多数的V6发动机都是采用这种布局形式的。但为了能在更小的空间内放下V6发动机,大众集团另辟蹊径的研发出了夹角为15度、体积更小的VR6发动机。VR发动机的汽缸夹角非常小,两列汽缸接近平行,汽缸盖上火花塞的孔几乎并在一条直线上。VR6的另一大问题是进排气平衡问题,无论是L6还是V6,每一个气缸的进排气道都可以很容易的做到等长,这让每个气缸的工作状况是接近的。而VR6引擎因为两组气缸交错布局而又处于同一个缸体之中,因此6个气缸的进气和排气长度出现了差异,这就导致了不同气缸进排气效果不一致,导致每个气缸的爆燃情况不能完全一样,进一步放大了VR6的震动和不平顺。虽然大众后来设计了不等长进排气歧管来缓解这种不平衡,但娘胎里带出来的毛病依然没办法根治。

由于VR6引擎的气缸头与同排量的四缸机气缸头投影面积相当,但却需要承受六个气缸轮流爆燃的冲击和热量,因此早期VR6引擎还存在着散热的问题。

VR6特有的斜顶活塞,倾斜度正好与气缸夹角一致,也为15度,这样的设计导致活塞不仅会受到爆燃的垂直推力,还会受到额外的横向推力,导致活塞环受力不平均,磨损寿命也是一大问题。

VR发动机代表车型:高尔夫R32

优点:

(1)  发动机结构紧凑,体积小。宽度接近直列发动机,长度比相同汽缸数的直列发动短很多。

(2)  造价成本较低底。

缺点:

(1)  运转震动较大。虽然通过增加平衡轴等方法可以降低震动,但是由于结构特性,震动仍然比V型排列发动机大很多。

(2)  活塞磨损比较严重。

(3)  进排气不平衡,

(4)  热负荷比较严重。

转子式发动机

相比常见的往复活塞式发动机,很多朋友会对三角转子发动机和奎西发动机感到陌生。转子发动机又称为米勒循环发动机,由德国人汪克尔发明。而真正把转子发动机做出名堂的是在日本的马自达旗下,我们都知道,传统的气缸采用往复式运动,工作时活塞在气缸里做往复直线运动,而为了把活塞的直线运动转化为旋转运动,必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同,它可以将燃气的燃烧膨胀力直接转化为驱动扭矩。转子发动机大体由三角形转子、偏心轴和发动机壳体组成,转子带动偏心轴旋转,将爆炸产生的动力平稳传递到传动桥。三角转子转动时,以三角转子中心为中心的内齿圈和以输出轴中心为中心的齿轮啮合,齿轮固定在缸体上不转动,内齿圈与齿轮的齿数之比为3:2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即气缸壁的形状)似“8”字形。三角转子把气缸分成三个独立空间,三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气,三角转子自转一周,发动机点火做功三次,而冲程式发动机的曲轴每旋转两圈单气缸才做功一次。

代表车型:马自达RX-8

优点:

(1)    尺寸小

(2)    重量小,布置于车身重心比较底

(3)    震动小,噪声小。

(4)    与一般四冲程发动机每旋转两圈做功一次相比,具有高功率容积比(发动机容积较小就能输出较多动力)

(5)    运转最高转速较高。

缺点:

(1)    油封磨损容易造成漏气

(2)    独特的机械结构也造成这类引擎较难维修

(3)    燃油经济性差

(4)    热效率底

(5)    排放性差

(6)    低转无力

链条式(奎西)转子发动机 

奎西发动机是一种基于转子发动机的改进型发动机,与一般转子发动机的三叶片不同,奎西发动机使用了四部分组的链条式转子,使得其具有四个冲程,兼顾了四冲程发动机和转子发动机优点,但目前发展还处于初级阶段。

优点:

(1)    体积小

(2)    重心底

(3)    运转最高转速较高,可以获得较大功率

缺点:

(1)    油封易磨损造成漏气,燃油经济性差

(2)    由于其独特的机械结构后期难以维修

(3)    低转无力

侃弟总结

对于发动机气缸布局,目前应用最广泛的是L型和V型,毕竟可靠性和平顺性是车厂最为关注的,同时整体的制造成本也相对经济。对于发动机结构的钻研,大众很想在气缸布局上做更多的突破,无论是W型还是VR型,都是不断尝试。而日系对于气缸布局显得更传统,除了丰田与斯巴鲁采用了水平对置结构,基本都是最多见的L或V型了,但是也有一个很激进的个例,那就是马自达对于转子发动机孤独地探索,由于马自达独家买断了转子发动机的技术专利,没有更多的厂家跟进研发,要解决诸如密封性、低扭弱、燃油和排放问题,非常缓慢,使得这种理论上很理想的发动机形式未能获得很好的发展。侃弟认为,如果互联网的共享思维能够早点出现,像特斯拉那边把一些技术共享出来,或许对于推动它的发展更为有利。

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