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發(fā)動機氣缸排列
問
提問者:網友
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2017-05-29
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氣缸
排列形式,顧名思義,是指多氣缸內燃機各個氣缸排布的形式,直白的說,就是一臺發(fā)動機上氣缸所排出的隊列形式。 目前主流發(fā)動機汽缸排列形式:L:直列V:V型排列其他非主流的汽缸排列方式:W:W型排列H:水平對置發(fā)動機R:轉子發(fā)動機直列 直列發(fā)動機,一般縮寫為L,比如L4就代表著直列4缸的意思。直列布局是如今使用最為廣泛的氣缸排列形式,尤其是在2.5L以下排量的發(fā)動機上。這種布局的發(fā)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,好比氣缸們站成了一列縱隊?!褐?發(fā)動機』 具體來說,我們常見的大致有L3、L4、L5、L6型四款(數(shù)字代表氣缸數(shù)量)。這種布局發(fā)動機的優(yōu)勢在于尺寸緊湊,穩(wěn)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(fā)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(fā)動機本身的功率較低,并不適合配備6缸以上的車型。V型 所謂V型發(fā)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(fā)動機。 與我們上面介紹的直列布局形式相比,V型發(fā)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(shù)更低的車身,同時得益于汽缸對向布置,還可抵消一部分振動,使發(fā)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(fā)動機,而不使用技術更先進的“小排量直列型布局發(fā)動機+增壓器”的動力組合。 概括的說:我們可以這樣理解,發(fā)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(tǒng)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。 W型 許多人以為就像V型發(fā)動機的汽缸呈V形排列那樣,W型發(fā)動機的汽缸排列形式也一定是呈W形,其實不然,它只是近似W形排列,嚴格說來還應屬V型發(fā)動機,至少是V型發(fā)動機的一個變種。 W型發(fā)動機,W型發(fā)動機是德國大眾專屬發(fā)動機技術。將V型發(fā)動機的每側汽缸再進行小角度的錯開,就成了W型發(fā)動機。或者說W型發(fā)動機的汽缸排列形式是由兩個小V形組成一個大V形,兩組V型發(fā)動機共用一根曲軸。嚴格說來W型發(fā)動機還應屬V型發(fā)動機的變種。 W型與V型發(fā)動機相比可將發(fā)動機做得更短一些,曲軸也可短些,這樣就能節(jié)省發(fā)動機所占的空間,同時重量也可輕些,但它的寬度更大,使得發(fā)動機艙更滿。 W型發(fā)動機最大的問題是發(fā)動機由一個整體被分割為兩個部分,在運作時必然會引起很大的振動。針對這一問題,大眾在W型發(fā)動機上設計了兩個反向轉動的平衡軸,讓兩個部分的振動在內部相互抵消。 目前應用W發(fā)動機的只有大眾以及它旗下其他品牌的車輛,比如老帕薩特的W8,大眾輝騰、賓利歐陸和奧迪A8的W12以及布嘉迪的W16。 水平對置 在上面介紹氣缸V型排列發(fā)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(fā)動機的氣缸夾角為180度。但是水平對置發(fā)動機的制造成本和工藝難度相當高,所以目前世界上只有保時捷和斯巴魯兩個廠商在使用。優(yōu)點: 水平對置發(fā)動機的最大優(yōu)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(wěn)定性。同時,水平對置的汽缸布局是一種對稱穩(wěn)定結構,這使得發(fā)動機的運轉平順性比V型發(fā)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。缺點: 那為什么其它廠家沒有研發(fā)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(yǎng)護成本,并且由于機體較寬,因而并不利于布局。轉子 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(fā)動機感到陌生。轉子發(fā)動機又稱為米勒循環(huán)發(fā)動機,由德國人菲加士?汪克爾發(fā)明,之后這項技術由馬自達公司收購。我們都知道:傳統(tǒng)的氣缸往復運動式發(fā)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(fā)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(fā)動機相比,轉子發(fā)動機取消了無用的直線運動,因而同樣功率的轉子發(fā)動機尺寸較小,重量較輕,而且振動和噪聲較低,具有較大優(yōu)勢。 工作原理: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(shù)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(fā)動機點火做功三次。而轉子發(fā)動機的轉子每旋轉一圈就作功一次。 與一般的四沖程發(fā)動機每旋轉兩圈才作功一次相比,具有高功率容積比(發(fā)動機容積較小就能輸出較多動力)的優(yōu)點。另外,由于轉子發(fā)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(fā)動機只有兩個轉動部件,與一般的四沖程發(fā)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(yōu)點外,轉子發(fā)動機的優(yōu)點亦包括體積較小、重量輕、低重心等。相應缺點是發(fā)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。 VR VR發(fā)動機是大眾的專屬產品,1991年,大眾公司開發(fā)了一種15°夾角的V6 2.8L發(fā)動機,稱做VR6,并安裝在第三代高爾夫上。這種發(fā)動機結構緊湊,寬度接近于直列發(fā)動機,長度不比直列4缸發(fā)動機長多少。 眾所周知,對于V型6缸發(fā)動機而言,60度夾角是最優(yōu)化的設計,這是經過無數(shù)科學實驗論證過的結果。因而絕大多數(shù)的V6發(fā)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(fā)動機,大眾集團另辟蹊徑的研發(fā)出了夾角為15度、體積更小的VR6發(fā)動機。而從動力參數(shù)來看,它并不遜色與普通的V6發(fā)動機,但在研發(fā)之初就暴露了明顯的抖動問題。通過一系列的平衡穩(wěn)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(fā)動機的震動通常都會大于V型發(fā)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(fā)動機。 VR發(fā)動機的汽缸夾角非常小,兩列汽缸接近平行,汽缸蓋上火花塞的孔幾乎并在一條直線上。VR發(fā)動機的特點就是體積特別小,所以非常適用于大眾車系的前置發(fā)動機平臺,因為大眾的前置發(fā)動機前輪驅動底盤都是縱置式的設計,而且發(fā)動機在前軸之前所以發(fā)動機不能過長否則難以布置前懸掛。這款發(fā)動機非常緊湊,雖然是V缸機,但由于兩列汽缸相離很近所以只需要一個汽缸蓋就可以搞定,比90度和60度夾角的V6成本低很多(因為普通V缸機必須加工兩個汽缸蓋如果是DOHC的V缸機還需要加工4根凸輪軸,所以成本很高)?!捍蟊奦R6發(fā)動機』 在基于VR發(fā)動機的基礎上,大眾還研發(fā)出了W12發(fā)動機,由于大眾的汽車平臺,通常都是用的前置發(fā)動機布置。也就是說發(fā)動機是安裝在前軸之前的。由于空間有限,所以對發(fā)動機的緊湊性提出了很高的要求。奔馳和寶馬使用的普通V12發(fā)動機長度很大,在大眾車上顯然是行不通的。因此大眾工程師想把兩臺VR6發(fā)動機以一定的汽缸夾角合在一起,制造出了一臺擁有4列汽缸的W型12缸發(fā)動機。它充分的利用了VR發(fā)動機的緊湊優(yōu)勢,使得這種12缸的超級機器只有普通V6發(fā)動機的長度。
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