排量/進氣方式/氣缸排列方式

在第一期的文章《教你了解汽車配置表》中，我給大家講了一點車身的參數(shù)。本期，我將繼續(xù)為大家講述發(fā)動機相關參數(shù)的奧秘。

●排量

​在空之間的容積，也就是活塞從氣缸的上止點運動到下止點，稱為氣缸位移。由于汽車發(fā)動機通常有幾個氣缸，所以發(fā)動機的排量是所有氣缸排量的總和。

排量可以說是發(fā)動機最重要的參數(shù)之一，直接關系到發(fā)動機的很多技術指標。一般來說，在自然吸氣和增壓發(fā)動機各自的類別中，排量與功率成正比，排量也與油耗和碳排放成正比，但這并不是絕對的。比如今天的1.6L自然吸氣發(fā)動機已經可以媲美幾年前的1.8L甚至2.0L發(fā)動機的動力，燃油經濟性更好，這是技術發(fā)展的結果。

總的來說，今天增壓技術的廣泛應用使得小排量增壓發(fā)動機實現(xiàn)了更好的動力性能和更少的油耗。一般來說，一臺發(fā)動機的排量基本代表了一輛車的定位，同樣排量的發(fā)動機由于技術原因，在功率和油耗上會有一些差異。

●進氣模式

​主要有兩種進氣方式:自然進氣和加壓進氣。由于自然吸氣發(fā)動機通過氣缸工作時產生的負壓吸入外界空的空氣，所以這種進氣發(fā)動機也稱為自然吸氣發(fā)動機，也可以表示為“NA”。

前面我們提到過，由于發(fā)動機的排量在一定程度上與油耗和碳排放成正比，為了在有限的排量內盡可能的增加發(fā)動機的功率，同時可以將油耗和碳排放保持在相對合理的范圍內，引入了增壓進氣的方法。簡單來說，這種進氣方式就是在進氣口前安裝一個“增壓風扇”，通過風扇的轉動，強行增加發(fā)動機的進氣量。進氣量增加后，發(fā)動機電腦可以適當噴射更多的燃油，提高發(fā)動機的功率。目前增壓進氣的方式主要有兩種:渦輪增壓和機械增壓。

◆渦輪增壓

渦輪增壓器實際上是一臺空氣體壓縮機，它以發(fā)動機排出的廢氣流為動力，驅動渦輪增壓器內的渦輪，渦輪驅動同軸葉輪，將來自空氣體過濾管的新鮮空氣體壓縮后送入氣缸。

“渦輪增壓器”

渦輪增壓的特點是充分利用廢氣排放時的動能。相對來說，不會增加發(fā)動機的負荷，所以效率更高。它的缺點就是我們常說的“遲滯”，但如今的渦輪增壓發(fā)動機通過使用更小更輕的渦輪葉片，可以在低速時輸出峰值扭矩，“遲滯”的感覺已經很小了。

◆機械增壓

增壓器通常通過皮帶與發(fā)動機曲軸的皮帶輪連接。曲軸的旋轉帶動增壓器內部的葉片旋轉，旋轉的葉片將加壓的空氣體送入進氣歧管。

“增壓器”

機械增壓最大的特點是“全時介入”，使其在低發(fā)動機轉速下獲得增壓效果，加速感相對線性，沒有遲滯。但是缺點是會損失一些發(fā)動機動力，因為是由發(fā)動機曲軸驅動的，特別是發(fā)動機轉速高的時候。

其實渦輪增壓系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)正好可以互補優(yōu)勢，這也是部分發(fā)動機采用雙增壓的原因。增壓在中低發(fā)動機轉速下有效，主要依靠中高發(fā)動機轉速下的渦輪增壓，既解決了渦輪遲滯的問題，又不消耗太多發(fā)動機動力。但是，由于目前的渦輪增壓發(fā)動機很好地解決了渦輪遲滯的問題，單獨使用渦輪增壓器就足夠了。

●氣缸排列形式

氣缸布置是指多缸發(fā)動機各氣缸的布置。簡單來說，就是發(fā)動機上氣缸排出的隊列形式。常見的氣缸布置主要有直列式、V型、W型、水平對置式和轉子式。

“直列發(fā)動機”

“V型發(fā)動機”

“W發(fā)動機”

“氫發(fā)動機”

“右發(fā)動機”

對于每個氣缸的排列，相信大家都比較了解。對于大多數(shù)消費者來說，最常選擇和使用的發(fā)動機配置是直列式和V型。如果選擇上有些混亂，更多的是選擇直列6缸還是V型6缸。眾所周知，寶馬以直列6缸為榮，而V型6缸則被奧迪、奔馳等眾多廠商采用，關于這兩款發(fā)動機的乘坐舒適性和動力性的討論非常廣泛。其實說起這個，我覺得不管哪個氣缸排列都有一定的品牌傳承和象征，這樣的設計可以給喜愛它的消費者一種品牌歸屬感和認同感，所以很難真正告訴他們是贏是輸，你喜歡哪一個自然是最好的。

氣缸數(shù)/壓縮比/配氣機構

●氣缸數(shù)量

汽車發(fā)動機常用的氣缸有3、4、5、6、8、10、12、16個。對于普通家用車，3缸、4缸、6缸最多。其實在一定程度上，發(fā)動機氣缸越多，這款車的水平就越高。因為氣缸數(shù)量與發(fā)動機排量相對應，所以也與油耗和動力性能成正比。

我們可以看到，在目前的節(jié)能減排趨勢下，所有曾經搭載V12、V10、V8發(fā)動機的車型都在通過引入渦輪增壓系統(tǒng)來減少氣缸數(shù)量，但在動力不變甚至更好的情況下，油耗和排放都大幅降低。

在這里，我還想說，在不考慮其他因素的情況下，發(fā)動機的氣缸越多，其運行產生的振動就越小。這是因為單位時間內參與做功的氣缸較多，導致做功的間隔角度減小，從而使發(fā)動機做功更加連貫自然。然而，隨著制造技術的提高和平衡軸等技術的應用，即使是三缸發(fā)動機在抑制振動方面也做得很好。

●每個氣缸的閥門數(shù)量

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每個氣缸的氣門數(shù)量是指發(fā)動機每個氣缸擁有的氣門數(shù)量，包括兩個氣門、三個氣門、四個氣門、五個氣門甚至六個氣門。氣門越多，進排氣效率越好。就像一個人跑步，當他累了氣喘吁吁的時候，需要張嘴呼吸，但是配氣機構越復雜，就會影響發(fā)動機的壽命。因此，考慮到進排氣的綜合效率和結構的復雜性，四氣門技術是目前效率最高、應用最廣泛的技術。

低壓縮比

活塞下止點時氣缸內的最大容積與活塞上止點時氣缸內的最小容積之比即為壓縮比，可以代表混合氣體的壓縮程度。

壓縮比是一個能基本反映發(fā)動機工作效率的參數(shù)。對于自然吸氣發(fā)動機來說，壓縮比的提高意味著在不考慮其他因素的情況下，發(fā)動機的性能和效率得到相應的提高。但是壓縮比不能提得太高，因為會給汽油機帶來爆震，嚴重影響汽油機的工作壽命，所以經常需要使用高檔汽油來降低爆震的可能性。如今，自然吸氣發(fā)動機的壓縮比通常在10.5: 1左右。比如馬自達創(chuàng)馳藍天科技使用的發(fā)動機壓縮比可以達到14:1，但仍然可以使用93號汽油。所以高壓縮比的發(fā)動機不一定要用高標號汽油，這是由于一些發(fā)動機系統(tǒng)的特殊設計以及后期的具體調整。

●配氣機構

配氣機構在發(fā)動機中的作用是根據(jù)各氣缸的工作順序和工作循環(huán)要求，定時開啟和關閉各氣缸的進排氣門，使新鮮空氣體或混合氣體進入氣缸，排氣排出氣缸。

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目前常見的配氣機構采用頂置凸輪軸的設計，分為單頂置凸輪軸和雙頂置凸輪軸。這是本田單頂置凸輪軸使用的最受歡迎的形式，它與自己的i-VTEC系統(tǒng)形成了獨特的氣門系。雖然DOHC是主流，但我們很難區(qū)分這兩種頂置凸輪軸。

此外，在美國大排量發(fā)動機中，也應用了中央凸輪軸頂置閥的普通氣門布置。結合每缸兩個氣門的設計，這款發(fā)動機可以在中低速范圍內獲得出色的充電效率，從而在該速度范圍內獲得出色的動力輸出。

●氣缸直徑×沖程

缸徑是指氣缸的直徑，行程是指活塞上止點到下止點的距離。不考慮其他因素，單純看缸徑和行程的大小，可以得出“小缸徑×長行程”的設計會使峰值扭矩的轉速更低，適用于中低速發(fā)動機，起步加速時動力輸出強勁。

相反，“大缸徑×短行程”設計的發(fā)動機更適合高速發(fā)動機，因為活塞的每一個行程都比較短，更高的極限轉速是它的特長，想要起步更快，只能通過提高發(fā)動機轉速來實現(xiàn)。

“今天的2.4L V8 F1發(fā)動機”

賽車引擎就是最好的例子。目前F1發(fā)動機排量為2.4L V8。對于普通的民用發(fā)動機來說，2.4L的排量一般以4缸的形式就足夠了，而F1發(fā)動機則需要8缸，這使得活塞的運動行程極短，趨于高速設計。為了保證其加速性能，該發(fā)動機常用的工作轉速范圍通常在13000rpm以上。

燃油標號/供油方式

●最大功率

最大功率是指發(fā)動機能夠達到的最大功率輸出。隨著發(fā)動機轉速的提高，發(fā)動機的功率也相應增加。達到一定速度后，功率不會再增加，而是呈下降趨勢，所以最大功率會標注相應的發(fā)動機轉速。

●最大扭矩

扭矩是指發(fā)動機運轉時曲軸端輸出的平均扭矩，扭矩的大小也與發(fā)動機轉速直接相關。扭矩越大，發(fā)動機輸出強度越大，曲軸轉速變化越快，汽車爬坡能力和加速性越好。然而，扭矩隨著發(fā)動機轉速的變化而變化。如果轉速過高或過低，扭矩都不是最大值，最大扭矩只會在一定的轉速范圍內產生，也就是標注最大扭矩時給出的轉速或轉速范圍。

其實最大扭矩所伴隨的速度范圍，直接關系到平時的駕駛感受。對于城市駕駛來說，走走停?？赡芎茴l繁。如果最大扭矩的速度范圍可以調整得更低，那么在起步階段可以獲得更好的動力。我們希望最大扭矩的轉速范圍能盡可能覆蓋發(fā)動機的整個轉速范圍，這樣無論是起步加速還是中高速超車都能獲得最佳的動力輸出。對于自然吸氣發(fā)動機來說，這顯然是不可能的，所以充分利用發(fā)動機的最大扭矩輸出范圍對駕駛員來說尤為重要。通常，通過降檔和提高發(fā)動機轉速可以獲得所需的充足動力。

對于渦輪增壓發(fā)動機來說，通過調節(jié)排氣減壓閥的開啟正時，可以獲得峰值扭矩較寬的轉速范圍，而對于消費者來說，要注意渦輪增壓發(fā)動機達到峰值扭矩的最低轉速。速度越低，起步階段動力越好，省油。

●燃料標簽

燃油標號代表辛烷值，辛烷值越高，抗爆性能越好。一般來說，燃料等級與發(fā)動機的壓縮比直接相關，即壓縮比越高，應使用的燃料等級汽油就越高。當然，這不是絕對的。一些壓縮比比較高的發(fā)動機，通過后期的調整和特殊的結構設計，可以使用相對低標號的汽油。這具有為消費者提供便利和降低車輛成本的優(yōu)點。

●供油模式

發(fā)動機需要燃燒混合氣體做功，我們也稱燃油與空氣體混合的方式為供油方式。汽車發(fā)動機的主要供油方式有化油器、單點電噴、多點噴射和缸內直噴。但是對于現(xiàn)在的車輛來說，后兩種是主要的供油方式，直噴式供油方式的使用越來越多。

簡單來說，缸內直噴技術就是將位于進氣歧管的傳統(tǒng)噴油器移動到氣缸內進行噴射。它的優(yōu)點是可以更精確地控制噴油量，同時可以使混合氣與特殊的進氣渦流混合更充分，提高燃油利用率。此外，通過這種缸內直噴技術噴射到氣缸中的霧化油滴可以適當降低燃燒室的溫度，從而匹配更高的壓縮比，進一步提高發(fā)動機的效率。

●氣缸蓋材料

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“氣缸蓋”

氣缸蓋作為承載配氣機構的部件，安裝在氣缸體上，從上部密封氣缸，形成燃燒室。由于與高溫高壓氣體接觸，要承受很大的熱負荷和機械負荷?，F(xiàn)在的發(fā)動機，氣缸蓋基本都是鋁合金制造的，這主要得益于鋁合金良好的導熱性。

●氣缸體材料

目前，汽油機的缸體材料主要分為鑄鐵和鋁合金。在柴油機中，鑄鐵缸體占絕大多數(shù)。

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鋁合金圓筒具有重量輕、導熱性好的優(yōu)點。雖然叫鋁合金缸體，但缸體部分仍然是鑄鐵缸套或涂有合金鋼涂層，以保證缸體部分的耐磨性和強度。

鑄鐵缸體的優(yōu)點是耐腐蝕性高，熱負荷能力強。然而，鋁合金缸體是普通民用汽車發(fā)動機的大勢所趨。此外，有些廠家會用鎂合金和鋁合金組成鋁鎂合金復合缸體，這樣會在一定程度上降低發(fā)動機的質量，最終達到提高燃油經濟性的目的。

總結:

其實通過發(fā)動機的相關參數(shù)，我們基本上可以了解一臺發(fā)動機在技術上的先進水平。隨著技術的不斷發(fā)展，發(fā)動機將有更好的動力性能和更少的油耗和排放。對于傳統(tǒng)內燃機來說，這種進步可能很慢，但在今天仍然很難被取代。

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