直列式發(fā)動機

發(fā)動機作為衡量汽車動力的重要因素，就像人的心臟一樣。對于大多數朋友來說，更注重排量、最大功率、最大扭矩等基本數值。但事實上，氣缸的不同布置形式對我們關心的車輛的安靜性和乘坐舒適性也有重要影響。本文列舉了當今汽車發(fā)動機常見的氣缸布置形式，大致可分為L型布局、V型布局、W型布局、H型布局和三角轉子發(fā)動機。

1.2.5L型布局，排量在l以下最常見的氣缸布局。

●代表發(fā)動機:直列四缸和直列六缸。

標致307（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）的1.6升發(fā)動機和封帆的1.5升發(fā)動機

高爾夫用1.6升發(fā)動機，伊蘭特（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）用1.8升發(fā)動機

如果說現在發(fā)動機最廣泛使用的氣缸布局形式顯然是L型。尤其是排量低于2.5L的發(fā)動機..顧名思義，這種布局的發(fā)動機所有氣缸都以相同的角度排列在一個平面內，只使用一個氣缸蓋，氣缸體和曲軸的結構相對簡單。具體來說，我們通常有四種類型的L3、L4、L5和L6。這種布局發(fā)動機的優(yōu)點是體積緊湊、穩(wěn)定性高、低速扭矩特性好、油耗少，這當然意味著制造成本更低。同時，直列氣缸布局的發(fā)動機緊湊，可以適應更靈活的布局。也方便布置增壓器裝置。但其主要缺點在于發(fā)動機本身功率低，不適合6缸以上的車輛。

●經典直列發(fā)動機——寶馬3.0L Mg-Al合金直列6缸發(fā)動機

近20年來，寶馬品牌以良好的運動控制性能著稱，其中直列6缸發(fā)動機的研發(fā)貢獻明顯。2021年，寶馬集團推出了全新的3.0L Mg-Al合金直列6缸發(fā)動機，最大功率190kw，最大扭矩300Nm。當然，與令人印象深刻的數據相比，更值得稱道的是它是第一臺量產的Mg-Al合金發(fā)動機。相比之下，鎂比傳統(tǒng)鑄鐵輕80%，比傳統(tǒng)鋁輕35%。因此，Mg-Al合金制造的曲軸箱比之前的全鋁曲軸箱輕了10kg，整機質量只有161kg，是同性能水平最輕的發(fā)動機。此外，新的Valvetronic可變正時氣門系統(tǒng)也適用于這款直列6缸發(fā)動機。根據節(jié)氣門的位置，可以無級調節(jié)進氣門的升程和關閉時間，從而節(jié)省12%的燃油。

V型發(fā)動機

2.流暢優(yōu)勢明顯——V型布局

●代表發(fā)動機:V型六缸和V型八缸。

所謂V型發(fā)動機簡單來說就是把所有的氣缸分成兩組，相鄰的氣缸以一定的夾角排列在一起，使兩組氣缸形成一個夾角平面，氣缸從側面呈V型，所以稱為V型發(fā)動機。與我們之前介紹的L型布局相比，V型發(fā)動機縮短了機體的長度和高度，較低的安裝位置可以方便設計人員設計出風阻系數更低的發(fā)動機。同時，得益于氣缸的對置布置，還能抵消部分振動，讓發(fā)動機運轉更順暢。比如一些追求舒適、平順駕駛體驗的中高端車型，依然堅持使用大排量V型發(fā)動機，而不是使用更先進的“小排量直列發(fā)動機+增壓器”的動力組合。綜上所述，我們可以理解發(fā)動機氣缸的V型布局在結構層面上可以克服傳統(tǒng)直列式布局的一些缺點，但同時精密的設計使得制造工藝更加復雜，同時由于發(fā)動機缸體的寬度較大，不方便安裝其他輔助裝置。

●大眾“VR6”發(fā)動機，體積小，動力充沛。

銷往北美市場的大眾EOS（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）搭載的是3.2L VR6發(fā)動機，但這款動力還沒有正式引入國內。

眾所周知，對于V型6缸發(fā)動機來說，60度夾角是最優(yōu)設計，這一點已經被無數科學實驗所證明。因此，大多數V6發(fā)動機都采用這種布局。然而，為了在更小的空間內放下V6發(fā)動機空，大眾集團在1994年開發(fā)了一款夾角為15度、體積更小的VR6發(fā)動機。從動力參數來看，并不遜色于普通的V6發(fā)動機，但在研發(fā)之初就暴露出明顯的抖動問題。通過一系列的平衡和穩(wěn)定手段，問題得到了明顯的改善。然而，它仍然無法超越改變自身的結構特征。就像普通直列發(fā)動機的振動通常大于V型發(fā)動機一樣，較小夾角的VR6的振動由結構本身決定大于V6。比如大眾的高爾夫R32、EOS等車型都已經搭載了這款發(fā)動機。為了環(huán)保和成本，這款3.2升的VR6發(fā)動機已經逐漸淡出歷史舞臺。然而，采用分層燃油噴射技術的3.6升VR6發(fā)動機仍廣泛裝配在奧迪Q7（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、大眾途銳（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、R36等眾多車型上。

●組合“v+ V”-W布局

其實嚴格來說，W型發(fā)動機還是V型發(fā)動機的一種，只是將V型發(fā)動機兩側的氣缸分成兩組，從側面看像“W”，因此得名。也就是說，W12發(fā)動機由兩臺V6發(fā)動機組成。它最大的優(yōu)點是與傳統(tǒng)的V12發(fā)動機相比，結構緊湊，易于布置，有利于空發(fā)動機艙的優(yōu)化，但缺點是結構過于復雜。W型發(fā)動機是大眾的專利技術，目前只有大眾，也就是大眾旗下的品牌在使用W型發(fā)動機。目前主要有W12和W16。但由于制造成本較高，僅用于大眾集團的頂級車型，如奧迪A8L（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、大眾輝騰（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）等。

水平對置發(fā)動機

3.更穩(wěn)定的設計-H型布局

●代表發(fā)動機:H型四缸

圖為斯巴魯福曼采用的水平對置發(fā)動機。

如前面介紹的帶氣缸的V型發(fā)動機，V型布局形成的夾角通常為60°，而水平對置發(fā)動機的氣缸間夾角僅為180°。與傳統(tǒng)的以運動機械為原理的汽車發(fā)動機組合相比，其制造成本和技術難度都相當高。目前全球只有保時捷和斯巴魯在使用。

“水平對置布局的氣缸可以降低車身重心，但對潤滑的要求也比較高?！?/p>

水平對置發(fā)動機最大的優(yōu)點是重心低。因為它的氣缸是“扁平”的，不僅降低了汽車的重心，還使汽車的前部變得扁平而低矮。這些因素可以增強汽車的行駛穩(wěn)定性。同時，水平對置氣缸布局是對稱穩(wěn)定的結構，使得發(fā)動機的運行平順性優(yōu)于V型發(fā)動機，運行時的動力損失也最小。當然，更低的重心和均衡的分布也給車輛帶來了更好的機動性，那么為什么其他廠商還沒有研發(fā)出水平對置發(fā)動機呢？除了水平相對結構的復雜性之外，還有其他難以解決的問題，如油潤滑。由于重力作用，水平油缸會使油流向底部，使一個油缸不能充分潤滑。顯然，保時捷和斯巴魯很好地解決了很多技術問題，但高精度的制造要求也帶來了較高的維護成本，而且由于車身較寬，不利于布局。

轉子發(fā)動機

4.重量輕、體積小的三角形轉子發(fā)動機

●代表性發(fā)動機:馬自達轉子發(fā)動機

與常見的L型和V型氣缸布局相比，很多朋友可能對三角轉子發(fā)動機不太熟悉，所以有必要先詳細介紹一下。事實上，三角形轉子發(fā)動機，也稱為米勒循環(huán)發(fā)動機，是由德國人菲加斯·萬克爾發(fā)明的。這項技術后來被馬自達收購。眾所周知，在傳統(tǒng)的往復缸發(fā)動機中，工作時活塞在缸內做往復直線運動，為了將活塞的直線運動轉化為旋轉運動，必須使用曲柄連桿機構。另一方面，轉子直接將可燃氣體的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。與往復式發(fā)動機相比，旋轉發(fā)動機消除了無用的直線運動，因此同等功率的旋轉發(fā)動機體積更小，重量更輕，振動和噪音更低，具有很大的優(yōu)勢。

工作原理:三角形轉子轉動時，以三角形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。齒輪固定在氣缸上，不旋轉。內齒圈與齒輪的齒數比為3:2。上述運動關系使三角形轉子頂點的運動軌跡看起來像圖8。三角形轉子將氣缸分成三個獨立的空室，三個空室分別完成進氣、壓縮、做功和排氣。三角形轉子旋轉一次，發(fā)動機點火做功三次。而旋轉發(fā)動機的轉子每轉一圈就工作一次。

旋轉式發(fā)動機示意圖

與一般四沖程發(fā)動機每轉只做一次功相比，它具有功率容積比高的優(yōu)點。此外，由于旋轉發(fā)動機的軸向運行特性，它可以在沒有精確曲軸平衡的情況下實現更高的運行速度。整個發(fā)動機只有兩個旋轉部件。與一般的進排氣門等20多個運動部件的四沖程發(fā)動機相比，結構大大簡化，故障的可能性大大降低。除了上述優(yōu)點外，旋轉發(fā)動機的優(yōu)點還包括體積小、重量輕、重心低等。相應地，缺點是發(fā)動機使用一段時間后，由于油封材料的磨損，容易造成漏氣，增加油耗。此外，其獨特的機械結構也使得這類發(fā)動機難以維護。

總結:

對于發(fā)動機氣缸布局，目前使用最廣泛的是L型和V型，更高的可靠性和平順性是更多廠家的要求。相比之下，旋轉發(fā)動機和水平對置發(fā)動機雖然也有獨特的優(yōu)勢，但受到較高的維護成本和制造精度的制約，應用范圍不斷縮小。