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气缸排列形式有哪些

    [汽车之家 百科]    气缸排列形式是指多气缸发动机各个气缸的排布形式,简单来说,就是发动机上气缸所排出的队列形式。常见的气缸排列形式主要有直列(L或I,国内更习惯用L来表示直列)、V型(V)、W型(W)、水平对置(H)、转子(R)和VR型(VR))。

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。

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    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。

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    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。

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    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型发动机是德国大众专属发动机技术。

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    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。

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    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。

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,V型布局形成的夹角通常为60°(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。

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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。

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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。

转自发动机

    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。

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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。

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    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发动机同样是大众的专属产品,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。

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    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)。

    但实际情况是对于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。(文/图 汽车之家)

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