優(yōu)勢(shì)有所不同 悉數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排列形式

直列式發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)作為衡量汽車動(dòng)力的重要因素，就像人的心臟一樣。對(duì)于大多數(shù)朋友來說，更注重排量、最大功率、最大扭矩等基本數(shù)值。但事實(shí)上，氣缸的不同布置形式對(duì)我們關(guān)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(dāng)今汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常見的氣缸布置形式，大致可分為L(zhǎng)型布局、V型布局、W型布局、H型布局和三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。

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(dòng)機(jī):直列四缸和直列六缸。

標(biāo)致307（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的1.6升發(fā)動(dòng)機(jī)和封帆的1.5升發(fā)動(dòng)機(jī)

高爾夫用1.6升發(fā)動(dòng)機(jī)，伊蘭特（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）用1.8升發(fā)動(dòng)機(jī)

如果說現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)..顧名思義，這種布局的發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸都以相同的角度排列在一個(gè)平面內(nèi)，只使用一個(gè)氣缸蓋，氣缸體和曲軸的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積緊湊、穩(wěn)定性高、低速扭矩特性好、油耗少，這當(dāng)然意味著制造成本更低。同時(shí)，直列氣缸布局的發(fā)動(dòng)機(jī)緊湊，可以適應(yīng)更靈活的布局。也方便布置增壓器裝置。但其主要缺點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)本身功率低，不適合6缸以上的車輛。

●經(jīng)典直列發(fā)動(dòng)機(jī)——寶馬3.0L Mg-Al合金直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)

近20年來，寶馬品牌以良好的運(yùn)動(dòng)控制性能著稱，其中直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)貢獻(xiàn)明顯。2021年，寶馬集團(tuán)推出了全新的3.0L Mg-Al合金直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率190kw，最大扭矩300Nm。當(dāng)然，與令人印象深刻的數(shù)據(jù)相比，更值得稱道的是它是第一臺(tái)量產(chǎn)的Mg-Al合金發(fā)動(dòng)機(jī)。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(jī)質(zhì)量只有161kg，是同性能水平最輕的發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，新的Valvetronic可變正時(shí)氣門系統(tǒng)也適用于這款直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)節(jié)氣門的位置，可以無級(jí)調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的升程和關(guān)閉時(shí)間，從而節(jié)省12%的燃油。

V型發(fā)動(dòng)機(jī)

2.流暢優(yōu)勢(shì)明顯——V型布局

●代表發(fā)動(dòng)機(jī):V型六缸和V型八缸。

所謂V型發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)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(gè)夾角平面，氣缸從側(cè)面呈V型，所以稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)。與我們之前介紹的L型布局相比，V型發(fā)動(dòng)機(jī)縮短了機(jī)體的長(zhǎng)度和高度，較低的安裝位置可以方便設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出風(fēng)阻系數(shù)更低的發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)，得益于氣缸的對(duì)置布置，還能抵消部分振動(dòng)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更順暢。比如一些追求舒適、平順駕駛體驗(yàn)的中高端車型，依然堅(jiān)持使用大排量V型發(fā)動(dòng)機(jī)，而不是使用更先進(jìn)的“小排量直列發(fā)動(dòng)機(jī)+增壓器”的動(dòng)力組合。綜上所述，我們可以理解發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的V型布局在結(jié)構(gòu)層面上可以克服傳統(tǒng)直列式布局的一些缺點(diǎn)，但同時(shí)精密的設(shè)計(jì)使得制造工藝更加復(fù)雜，同時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的寬度較大，不方便安裝其他輔助裝置。

●大眾“VR6”發(fā)動(dòng)機(jī)，體積小，動(dòng)力充沛。

銷往北美市場(chǎng)的大眾EOS（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）搭載的是3.2L VR6發(fā)動(dòng)機(jī)，但這款動(dòng)力還沒有正式引入國(guó)內(nèi)。

眾所周知，對(duì)于V型6缸發(fā)動(dòng)機(jī)來說，60度夾角是最優(yōu)設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)已經(jīng)被無數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證明。因此，大多數(shù)V6發(fā)動(dòng)機(jī)都采用這種布局。然而，為了在更小的空間內(nèi)放下V6發(fā)動(dòng)機(jī)空，大眾集團(tuán)在1994年開發(fā)了一款?yuàn)A角為15度、體積更小的VR6發(fā)動(dòng)機(jī)。從動(dòng)力參數(shù)來看，并不遜色于普通的V6發(fā)動(dòng)機(jī)，但在研發(fā)之初就暴露出明顯的抖動(dòng)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(jié)構(gòu)特征。就像普通直列發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)通常大于V型發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，較小夾角的VR6的振動(dòng)由結(jié)構(gòu)本身決定大于V6。比如大眾的高爾夫R32、EOS等車型都已經(jīng)搭載了這款發(fā)動(dòng)機(jī)。為了環(huán)保和成本，這款3.2升的VR6發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)逐漸淡出歷史舞臺(tái)。然而，采用分層燃油噴射技術(shù)的3.6升VR6發(fā)動(dòng)機(jī)仍廣泛裝配在奧迪Q7（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）、大眾途銳（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）、R36等眾多車型上。

●組合“v+ V”-W布局

其實(shí)嚴(yán)格來說，W型發(fā)動(dòng)機(jī)還是V型發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，只是將V型發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)的氣缸分成兩組，從側(cè)面看像“W”，因此得名。也就是說，W12發(fā)動(dòng)機(jī)由兩臺(tái)V6發(fā)動(dòng)機(jī)組成。它最大的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的V12發(fā)動(dòng)機(jī)相比，結(jié)構(gòu)緊湊，易于布置，有利于空發(fā)動(dòng)機(jī)艙的優(yōu)化，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。W型發(fā)動(dòng)機(jī)是大眾的專利技術(shù)，目前只有大眾，也就是大眾旗下的品牌在使用W型發(fā)動(dòng)機(jī)。目前主要有W12和W16。但由于制造成本較高，僅用于大眾集團(tuán)的頂級(jí)車型，如奧迪A8L（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）、大眾輝騰（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）等。

水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)

3.更穩(wěn)定的設(shè)計(jì)-H型布局

●代表發(fā)動(dòng)機(jī):H型四缸

圖為斯巴魯福曼采用的水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)。

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

“水平對(duì)置布局的氣缸可以降低車身重心，但對(duì)潤(rùn)滑的要求也比較高。”

水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是重心低。因?yàn)樗臍飧资恰氨馄健钡模粌H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(qiáng)汽車的行駛穩(wěn)定性。同時(shí)，水平對(duì)置氣缸布局是對(duì)稱穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行平順性優(yōu)于V型發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力損失也最小。當(dāng)然，更低的重心和均衡的分布也給車輛帶來了更好的機(jī)動(dòng)性，那么為什么其他廠商還沒有研發(fā)出水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)呢？除了水平相對(duì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性之外，還有其他難以解決的問題，如油潤(rùn)滑。由于重力作用，水平油缸會(huì)使油流向底部，使一個(gè)油缸不能充分潤(rùn)滑。顯然，保時(shí)捷和斯巴魯很好地解決了很多技術(shù)問題，但高精度的制造要求也帶來了較高的維護(hù)成本，而且由于車身較寬，不利于布局。

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)

4.重量輕、體積小的三角形轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)

●代表性發(fā)動(dòng)機(jī):馬自達(dá)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)

與常見的L型和V型氣缸布局相比，很多朋友可能對(duì)三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)不太熟悉，所以有必要先詳細(xì)介紹一下。事實(shí)上，三角形轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，也稱為米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，是由德國(guó)人菲加斯·萬(wàn)克爾發(fā)明的。這項(xiàng)技術(shù)后來被馬自達(dá)收購(gòu)。眾所周知，在傳統(tǒng)的往復(fù)缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，工作時(shí)活塞在缸內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，為了將活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，必須使用曲柄連桿機(jī)構(gòu)。另一方面，轉(zhuǎn)子直接將可燃?xì)怏w的燃燒膨脹力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)扭矩。與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)消除了無用的直線運(yùn)動(dòng)，因此同等功率的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)體積更小，重量更輕，振動(dòng)和噪音更低，具有很大的優(yōu)勢(shì)。

工作原理:三角形轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以三角形轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)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(zhuǎn)。內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)比為3:2。上述運(yùn)動(dòng)關(guān)系使三角形轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡看起來像圖8。三角形轉(zhuǎn)子將氣缸分成三個(gè)獨(dú)立的空室，三個(gè)空室分別完成進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣。三角形轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一次，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火做功三次。而旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈就工作一次。

旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖

與一般四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)只做一次功相比，它具有功率容積比高的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向運(yùn)行特性，它可以在沒有精確曲軸平衡的情況下實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)行速度。整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)只有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部件。與一般的進(jìn)排氣門等20多個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，故障的可能性大大降低。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)還包括體積小、重量輕、重心低等。相應(yīng)地，缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)使用一段時(shí)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(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)也使得這類發(fā)動(dòng)機(jī)難以維護(hù)。

總結(jié):

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)和水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)雖然也有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但受到較高的維護(hù)成本和制造精度的制約，應(yīng)用范圍不斷縮小。