发动机结构形式

9.发动机结构形式

发动机结构形式就是气缸的排列方式,主要有以下几种方式:

直列发动机

发动机所有气缸均按同一角度肩并肩排成一个平面,气缸是按直线排列的,我们称这样的发动机为直列发动机。基本上所有的3缸和4缸发动机都是直列发动机,少数5缸和6缸发动机也是直列发动机,例如:宝马经典的直列6缸发动机。

直列发动机特点:

优点是缸体和曲轴结构十分简单,而且使用一个气缸盖,制造成本较低,尺寸紧凑,稳定性高,低转速转矩特性好并且燃料消耗也较少。

缺点是随排量气缸数的增加长度大大增加,所以直列发动机一般都是4缸发动机。

图示

直列发动机

V型发动机

将发动机所有气缸分成两组,把相邻气缸以一定夹角布置一起,使两组气缸形成有一个夹角的平面,从侧面看气缸呈V字形,故称V型发动机。

图示

V型发动机

因为V型发动机是两组气缸,所以气缸数均是偶数,如常见的:V6、V8、V10、V12等。V型发动机排量都比较大,气缸数也比较多,一般都在2.5L以上,气缸数在6个以上。

V型发动机特点:

优点是发动机高度和长度尺寸小,在汽车上布置起来较为方便,也能够为驾驶室留出更大的空间。V型发动机气缸对向布置,还可抵消一部分振动,使发动机运转更平顺。

缺点是必须使用两个气缸盖,结构较为复杂、成本较高。另外其宽度加大后,发动机两侧空间较小,不易再安排其他装置。

W型发动机

W型发动机是德国大众汽车公司的专属发动机技术。其原理是:将V型发动机的每侧气缸再进行小角度的错开。

简单点说,W型发动机的气缸排列形式是由两个小V形组成一个大W形,严格说来W型发动机是V型发动机的变种。

图示

W型发动机

W发动机特点:

优点是W型比V型发动机做得更短一些,有利于节省空间,同时重量也可轻些。

缺点是它的宽度更大,使得发动机室更满。(https://www.daowen.com)

大众旗下的辉腾6.0和奥迪的A8L 6.0都采用了W12发动机,布嘉迪威龙则是采用了8.0L W16发动机,W型发动机一般都是用在大众公司旗下的顶级车型。

水平对置发动机

如果将直列发动机看成夹角为0°的V型发动机,那么当两排气缸的夹角扩大为180°时,气缸水平对置排列,就是水平对置发动机了。

图示

水平对置发动机

水平对置发动机特点:

优点是由于它的气缸为“平放”,因此降低了汽车的重心,同时又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。水平对置的气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。

缺点是由于两排气缸水平放置,所以造成发动机缸体很宽,使得发动机室排列变得比较复杂,所以很少有厂家采用。

目前只有两家公司采用水平对置发动机,分别是斯巴鲁和保时捷。

图示

转子发动机

转子发动机

前面我们讲解的几种都是通过气缸内活塞的往复运动最终驱动车子前进,都是往复式发动机,发动机及气缸本身都是相对不动的。

转子发动机则是一种三角活塞旋转式发动机,它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放。

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。

转子发动机的运动特点是在绕输出轴中心公转的同时,三角转子本身又绕其中心自转。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比2。

上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹(即气缸壁的形状)似“8”字形。三角转子把气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。

由于以上运动关系,输出轴的转速是转子自转速度的3倍,这与往复运动式发动机的活塞与曲轴1:1的运动关系完全不同。

转子发动机特点:

优点是尺寸较小、重量较轻、功率很大,并且振动和噪声极低。

缺点是转子技术复杂,制造成本极其高昂,耐用性也低于传统发动机,所以极少有厂家采用。

现在使用转子发动机的仅有马自达一家,RX-8跑车使用的就是1.3L的转子发动机,可以输出170千瓦的功率,相当于普通2.4L的往复式发动机的功率。不过现在的1.4T的发动机也能达到这个水平,所以现在马自达也基本上放弃了转子发动机的研究了。