07.26 直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

對於汽車來說,最重要的部分莫過於發動機。汽車的本質就是移動的工具,而移動就需要動力,因此作為動力來源的發動機自然是重中之重。而且,發動機的動力的強弱、氣缸數的多寡,在某程度上說,是一種象徵。

在排列的方式上,汽車種類繁多,對發動機的要求開始多了起來。不同排列方式,甚至會對汽車的動力表現也有影響,今天缸哥教大家讀懂發動機的排列方式。

直列發動機

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

直列式發動機佈局,是目前最常見、大家最熟悉的發動機結構。這種排列的形式最為簡單,所有氣缸均是按同一角度並排成一條直線,只使用一個氣缸蓋,其缸體和曲軸的結構也是氣缸排列方式中最簡單的。這當中還細分為縱置與橫置的佈局。

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

直列式佈局的好處在於結構穩定,如凸輪軸、燃油高壓共軌等其他部件的排布更容易。還有一點就是運轉的平順性不錯。目前,這種發動機佈局從3缸到6缸都有涉獵。而其中,近年較多出現的3缸發動機,大多采用直列式。

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

之所以大家對3缸發動機的抖動有明顯的吐槽,主要是在於發動機在做功時,曲軸是固定而且旋轉的,所以旋轉會帶來離心作用,從而導致離心慣性力的出現,也就是有力把曲軸扯出去,最後產生抖動,外加活塞上下運動時也會產生抖動。

V型佈局

在直列發動機當中,如果要使用4個氣缸以上的話,那發動機的長度就會進一步加長。要是放在過去自然是沒什麼問題, 可以為發動機的大小而遷就。可隨著用車環境與使用者對空間的要求,已經容不下如此超長的發動機。因此V型發動機應運而生。所謂V型發動機,簡單的說就是將所有氣缸分成兩組,把相鄰氣缸以小於180°的夾角佈置。

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

如此佈局由於氣缸錯開,所以在增加氣缸數的同時還能把發動機的長度縮減。同時把發動機的重心給降低,可以使車頭的高度往下降,提升空氣力學的表現。更重要的是,V型佈局可以使活塞做功時的震動互為抵消平衡,所以運轉平順性是目前各類佈局當中最優異。但如果排列小的V型發動機,如日產著名的VQ20,就會出現運轉平順性好,可動力比較一般的情況。

VR發動機

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

可以說從直列到V型,是發動機排列上的突破。但始終依然擺脫不了發動機尺寸的問題,V型排佈讓發動機長度縮減,但是寬度也有所增加。於是大眾就在直列和V型之間尋找突破口,繼而推出的VR發動機。VR發動機結合了V型發動機縱向長度短,直列發動機寬度窄的特點。

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

氣缸以15°夾角近乎平行的位置分佈,氣缸蓋上火花塞的孔幾乎並在一條直線上。雖然在排列布局上再一次得到進步,可細化到運轉方面,鑑於進氣與排氣長度的差異,使得每個缸的排氣效果與爆燃情況不一致,使得VR發動機很容易出現爆震、散熱和磨損等問題。

W型發動機

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

由V型到VR再到W型發動機,大眾在發動機排列方面下的功夫還真不少。W型發動機其實並不是如V型發動機那般,把氣缸以W型進行排列。試想一下,如果真是這樣排列,那一臺發動機就會出現兩套曲軸,這顯然是不科學的。所以W型發動機其實只是把兩組V型氣缸以近似W形排列。

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

可是兩組V型發動機共用一套曲軸,就會出現活塞排列角度不同,而出現作用力在方向上的不一致,從而使得整臺發動機在運轉時產生搖擺和震動。所以工程師設計了兩個反向轉動的平衡軸,讓兩個部分的震動在內部相互抵消。

W型與V型相比,可將發動機做得更短一些,曲軸也可短些,這樣就能節省發動機所佔的空間,同時重量也可輕些,但它的寬度更大,使得發動機艙更飽滿

水平對置發動機

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

在全球車壇,使用水平對置發動機的只有保時捷和斯巴魯。氣缸以180角度的方式來排布,這樣可以把發動機的重心降到最低。而且不論是四缸還是六缸,活塞左右運動時所產生的作用力,都會被對向活塞相互抵消,因此運轉平順性甚至比V型排列還要好。

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

不過這樣的排列方式,需要更高的生產工藝,而且佈局兩套進排氣系統,所佔用的發動機寬度要比之前的排列方式更大。還有一點,就是橫置的氣缸因為重力的原因,會使機油流到底部,使氣缸向上一側得不到充分的潤滑。所以在日常使用時,水平發動機需要在機油潤滑、熱車等環節特別注意。

轉子發動機

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

如果說水平對置還有兩家車企在做,那麼轉子發動機現在就只剩下馬自達還在堅持著。轉子發動機的結構最為特殊,由三角形轉子、偏心軸和發動機殼體組成。運轉原理是由三角轉子的中心繞輸出軸中心公轉的同時,三角轉子本身又繞其中心自轉。在三角轉子轉動時,以三角轉子中心為中心的內齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪齧合,齒輪固定在缸體上不轉動。

直列、V型、水平對置……這些發動機的區別到底是什麼?

因此,三角轉子在轉動時三個面把氣缸分為三個部分,每個面與氣缸都會經歷一次進氣、壓縮、做功和排氣的做功過程。所以才說轉子轉動一週,發動機會點火三次。轉子發動機的優點在於體積更小、重量更輕。可缺點也很明顯,就是混合氣燃燒不充分。還有就是點火系統,由於燃燒室在移動運轉,爆炸的過程中火焰傳播的型態並不理想。

寫在最後

目前主流的發動機排列,就只有直列、V型和水平對置,很重要的一點是,整體的製造成本相對經濟,並且在運轉平順性和可靠性上,有技術的保證。換句話說,就算是出現了問題,也可以用較低的成本來解決。當然,如果馬自達能解決好三角轉子密封性的問題,那麼轉子引擎重出江湖就不遠了。


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