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气缸排列形式有哪些

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气缸排列形式是指多气缸发动机,气缸组合呈现出的队列形式。

排列类型 常见有直列(L)、V型(V)、W型(W)、水平对置(H)、转子(R)和VR型(VR),字母后面的数字表示气缸数,如:L4 直列4缸;V6 V型6缸;H6 水平对置6缸等。

L型(直列发动机)

参数中缩写为L,例如L4 是直列4缸发动机。直列是发动机最常用的气缸排列形式。有L3、L4、L5、L6等。

优点 直列排布的气缸在同角度同平面上,仅需使用一个气缸盖,缸体和曲轴结构简单制造成本低。直列排布结构较为紧凑布局灵活,低速扭矩特性好、加装增压器方便等,是应用最广的排列方式。

缺点 直列发动机不适合大排量或注重高转速区间的发动机,气缸数增加时发动机长度变长占用空间大,所以家用轿车上不宜装配6缸以上的直列发动机。

V型

参数中缩写为V,V型发动机是将气缸分为两组,两组气缸以一定的夹角布置到一起(夹角通常为60°,左右两列气缸中心线的夹角γ<180°),使其形成一个夹角的平面,从侧面看气缸呈现出V字形。

优点 同直列布局相比,V型发动机因为排列方式不同,运转过程中可以相互抵消震动,使发动机运转更为平顺,安静。同时V型布局可以缩短发动机的长度和高度,使得重心更低,有更低的安装位置,便于降低风阻设计同时利于提升车辆操控。另外V型在中高转速区间也表现较好,通常V型发动机排量都在2.5L以上,因此常出现在中高级车型中。

缺点 V型排列虽然在结构层面上解决了L型发动机的短板,但在零部件设计和制造工艺更加复杂,同时机体宽度较大,对于发动机舱空间设计和相关辅助配件的安装带来不便。


VR型

较为小众的VR型发动机,可以理解为更小夹角的V型发动机。由大众公司开发,两并列气缸仅15°夹角的V6发动机,称作VR6发动机。代表车型有高尔夫R32、帕萨特R36等。优点 VR发动机的气缸夹角远小于其他V型发动机,两列气缸接近平行,一组汽缸盖就能搞定,对于开发成本来说要远低于60°夹角的V型发动机,特殊的结构使得VR发动机体积特别小,对发动机舱的布局有着更灵活的优势。动力参数上,同样兼顾V型发动机的中高转速和L型发动机的低扭,因此装载VR发动机的帕萨特R36曾备受推崇。

缺点 相比使用60°夹角的V型发动机,VR型发动机同样存在先天缺陷,例如存在明显的抖动,尽管利用平衡稳定装置优化,但依然无法突破结构上的特性,达到V型发动机的平顺感。因此逐渐淡出发动机市场。

W型

W型发动机简单理解为两个VR型发动机组合。结构上并不是完整的W型,而是两个VR型发动机,气缸错开角度排列,并共用一个曲轴,从而形成类似W型的气缸排列形式。W型发动机由德国大众集团研发,目前使用W型的发动机有奥迪A8 W12车型、布加迪-Chiron W16。

优点 W型发动机优点依旧是尺寸较为紧凑,长度相比同缸数的V型发动机更短,曲轴也会相应缩短。可以节省发动机所占的车内空间,但他的宽度较大,使得发动机舱更饱满。

缺点 与VR型发动机一样,W型发动机最大的问题依旧是运行抖动性。为了解决抖动问题,大众集团为W型发动机上设计了两个反向转动的平衡轴,用于抵消内部振动。

H型(水平对置发动机)

相比于通常为60°夹角V型和15°夹角VR型,水平对置发动机气缸夹角刚好为180°,气缸呈现水平对齐姿态,因此被习惯称为H型,如:H6为水平对置6缸发动机。目前采用水平对置发动机的厂商很少,仅保时捷和斯巴鲁依旧使用。摩托车领域,宝马R1200(水鸟)使用的水平对置双缸发动机,又被称为拳击手发动机。优点 水平对置发动机,由于气缸为“平躺”,缸体结构不需要很高,不仅降低汽车重心还能让车身设计更低矮,更利于汽车的姿态和操控稳定性。发动机性能方面,运转平顺性比V型发动机更好,运行时功耗更小效率更高。

缺点 水平对置发动机结构复杂。其次气缸平躺状态下,因重力机油会流到气缸底部,容易造成气缸润滑不充分缸壁偏磨;制造成本高和精密制造难度大等问题。不过一直使用水平对置发动机的斯巴鲁和保时捷已经解决了众多技术难题,但高精密制造带来的高维护成本也是难以避免的,另外机体较宽不利于发动机舱布局和后期维护。

R型(转子发动机)

转子发动机与其他发动机有形态上的差别,很多朋友比较陌生。转子发动机由德国人菲利克斯·汪克尔发明,后由日本马自达公司专利收购。转子发动机又被称为米勒循环发动机。转子发动机没有严格意义上的活塞,而是三角转子转动时,内齿圈驱动中心轴的齿轮。三角转子将气缸分为三个独立空间,三个空间可先后各自完成进气、压缩、做工、排气的工作,因此三角转子自转一周,就能够作功一次,效率上高于往复式活塞发动机。代表成型有马自达RX8,以及大名鼎鼎的勒芒马自达787B赛车。

优点 相比传统四冲程往复式活塞发动机,转子式发动机具有高功率容积比(发动机容积较小就能输出较多动力)的优点。发动机采用轴向运转,不需要曲轴平衡就能达到输出高转的特性。整个发动机只有两个转动部件,与四冲程发动机相比体积小、重量轻、重心低、零部件少、结构简单等优点。

缺点 转子式发动机在使用一段时间之后,也会因设计特性导致油封材料磨损,缸体造成漏气、增加油耗、需要添加混合机油等问题。另外其机械结构比较独特,维修难度比较大。发动机生命周期有限远低于四冲程往复式发动机。

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