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气缸排列形式介绍


气缸排列形式,顾名思义,是指多气缸内燃机各个气缸排布的形式,直白的说,就是一台发 动机上气缸所排出的队列形式。

目前主流发动机汽缸排列形式:

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:水平对置发动机

/>R:转子发动机

直列发动机
直列发动机,一般缩写为 L,比如 L4 就代表着直列 4 缸的意思。直列布局是如今使用 最为广泛的气缸排列形式,尤其是在 2.5L 以下排量的发动机上。这种布局的发动机的所有 气缸均是按同一角度并排成一个平面, 并且只使用了一个气缸盖, 同时其缸体和曲轴的结构 也要相对简单,好比气缸们站成了一列纵队。

『直 6 发动机』

具体来说,我们常见的大致有 L3、L4、L5、L6 型四款(数字代表气缸数量)。这种布 局发动机的优势在于尺寸紧凑,稳定性高,低速扭矩特性好并且燃料消耗也较少,当然也意 味着制造成本更低。同时,采用直列式气缸布局的发动机体积也比较紧凑,可以适应更灵活 的布局。也方便于布置增压器类的装置。但其主要缺点在于发动机本身的功率较低,并不适

合配备 6 缸以上的车型。

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V 型发动机
所谓 V 型发动机, 简单的说就是将所有汽缸分成两组, 把相邻汽缸以一定夹角布置一起 (左右两列气缸中心线的夹角γ <180°),使两组汽缸形成一个夹角的平面,从侧面看汽 缸呈 V 字形(通常的夹角为 60°),故称 V 型发动机。

与我们上面介绍的直列布局形式相比,V 型发动机缩短了机体的长度和高度,而更低的 安装位置可以便于设计师设计出风阻系数更低的车身, 同时得益于汽缸对向布置, 还可抵消 一部分振动,使发动机运转更为平顺。比如一些追求舒适平顺驾乘感受的中高级车型,还是

在坚持使用大排量 V 型布局发动机,而不使用技术更先进的“小排量直列型布局发动机+增 压器”的动力组合。

概括的说:我们可以这样理解,发动机气缸采用 V 型布局,可以说在结构层面上克服了 一些传统直列布局的劣势,但同样,精密的设计让制造工艺更复杂,同时由于机体的宽度较 大,也不方便安装其他辅助装置。

W 型发动机
许多人以为就像 V 型发动机的汽缸呈 V 形排列那样,W 型发动机的汽缸排列形式也一定 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,至少是 V 型发动 机的一个变种。 W 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再进行 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。 严格说来 W 型发动机还应属 V 型发动机的变种。

W 型与 V 型发动机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 大的振动。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 的振动在内部相互抵消。

目 前应用 W 发动机的只有大众以及它旗下其他品牌的车辆,比如老帕萨特的 W8,大众辉腾、 宾利欧陆和奥迪 A8 的 W12 以及布嘉迪的 W16。

水平对置发动机
在上面介绍气缸 V 型排列发动机的时候已经提过, 型布局形成的夹角通常为 60° V (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。但是水平 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。

优点:

水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的汽缸为“平放”,不仅降低了汽车的重 心,还能让车头设计得又扁又低,这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。同时,水平对置的 汽缸布局是一种对称稳定结构, 这使得发动机的运转平顺性比 V 型发动机更好, 运行时的功 率损耗也是最小。当然更低的重心和均衡的分配也为车辆带了更好的操控性。

缺点:

那为什么其它厂家没有研发水平对置引擎呢?除了因为水平对置结构较为复杂外, 还有 如机油润滑等问题很难解决。横置的气缸因为重力的原因,会使机油流到底部,使一边气缸 得不到充分的润滑。 显然保时捷和斯巴鲁都很好的解决了众多技术难题, 但高精度的制造要 求也带来了更高的养护成本,并且由于机体较宽,因而并不利于布局。

转子发动机
相比常见的 L 型、V 型气缸布局形式,可能很多朋友会对三角转子发动机感到陌生。转 子发动机又称为米勒循环发动机,由德国人菲加士?汪克尔发明,之后这项技术由马自达公 司收购。 我们都知道: 传统的气缸往复运动式发动机, 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 直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。 与往复式发动机相比, 转子发动机取消了无用 的直线运动,因而同样功率的转子发动机尺寸较小,重量较轻,而且振动和噪声较低,具有 较大优势。

工作原理: 在三角转子转动时, 以三角转子中心为中心的内齿圈与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(即汽缸壁的形状)似“8”字形。三角转子把汽缸分成三个独 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。而转子发动机的转子每旋转一圈就作功一次。

与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比, 具有高功率容积比 (发动机容积较 小就能输出较多动力)的优点。另外,由于转子发动机的轴向运转特性,它不需要精密的曲 轴平衡就能达到较高的运转转速。 整个发动机只有两个转动部件, 与一般的四冲程发动机具 有进、排气活门等二十多个活动部件相比结构大大简化,故障的可能性也大大减小。

除了以上的优点外,转子发动机的优点亦包括体积较小、重量轻、低重心等。相应缺点 是发动机在使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题, 增加油耗。 另外其独 特的机械结构也造成这类引擎较难维修。

VR 发动机
VR 发动机是大众的专属产品,1991 年,大众公司开发了一种 15°夹角的 V6 2.8L 发动 机,称做 VR6,并安装在第三代高尔夫上。这种发动机结构紧凑,宽度接近于直列发动机, 长度不比直列 4 缸发动机长多少。

众所周知,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。而从动力参数来看,它并不逊色与普通的 V6 发动机,但在研发之初就暴露了明显的抖 动问题。 通过一系列的平衡稳定手段虽使问题得以明显改善。 但这依然无法超越改变其本身 结构上的特性,就像普通直列发动机的震动通常都会大于 V 型发动机一样,夹角更小的 VR6 从结构本身就决定了它的震动会大于 V6。诸如大众旗下的高尔夫 R32、EOS 等车型都曾装配 过这款发动机。

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。VR 发动机的特点就是体积特别小,所以非常适用于大众车系的前置发动机平台, 因为大众的前置发动机前轮驱动底盘都是纵置式的设计, 而且发动机在前轴之前所以发动机 不能过长否则难以布置前悬挂。这款发动机非常紧凑,虽然是 V 缸机,但由于两列汽缸相离 很近所以只需要一个汽缸盖就可以搞定,比 90 度和 60 度夹角的 V6 成本低很多(因为普通 V 缸机必须加工两个汽缸盖如果是 DOHC 的 V 缸机还需要加工 4 根凸轮轴,所以成本很高)。

『大众 VR6 发动机』

在基于 VR 发动机的基础上,大众还研发出了 W12 发动机,由于大众的汽车平台,通常 都是用的前置发动机布置。也就是说发动机是安装在前轴之前的。由于空间有限,所以对发 动机的紧凑性提出了很高的要求。 奔驰和宝马使用的普通 V12 发动机长度很大, 在大众车上 显然是行不通的。 因此大众工程师想把两台 VR6 发动机以一定的汽缸夹角合在一起, 制造出 了一台拥有 4 列汽缸的 W 型 12 缸发动机。 它充分的利用了 VR 发动机的紧凑优势, 使得这种 12 缸的超级机器只有普通 V6 发动机的长度。

『奥迪 W12 发动机』


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