都说缸数越多越平稳 那为啥不做小排量V6/V8发动机?

2018-02-06 责任编辑:孙永乐 向编辑提问

  首先,我们先来梳理一下主流乘用车机头的现状。

  缸数最少的三缸发动机排量都在1.0L左右,最具代表性的是福特EcoBoost 1.0T发动机,经常拿奖;四缸发动机目前仍是主流,排量覆盖1.2L到2.5L,不必赘述;直列五缸渐渐被淘汰,包括奥迪和沃尔沃的2.5L发动机,直列六缸在豪车领域有崛起的趋势,除了宝马外,奔驰最新开发的六缸发动机就是直列布局,排量是3.0L;V6仍然是应用最广泛的豪车发动机,排量从2.5L到3.6L;V8发动机排量在4.0L左右,其中德系居多,而日系和美系则普遍排量更高;6.0L以上大多是12缸发动机,也有大众W12、W16、雪佛兰V8这样的奇葩。

  小排量多缸发动机并不是没出现过,老日产天籁、红旗世纪星也就过2.0L V6发动机,而丰田老陆巡、皇冠、以及雷克萨斯旗下产品还用过2.0L直列六缸发动机,虽然动平衡不错,但油耗偏高,逐渐被舍弃,现在都已经完全退出历史舞台。

  ▲从内燃机的特性说起

  如果给汽车发动机下个定义的话,应该叫:往复式奥托循环内燃机,其工作过程由四个冲程组成(吸气、压缩、做功、排气),其中,单个气缸只有做功冲程是提供动力的,其他三个冲程都要靠飞轮的惯性提供扭矩输出,这就意味着发动机的扭矩输出并不是线性的。因此,气缸数越多,做功冲程的相位重叠就越充分,扭矩输出越线性,发动机运行就越平稳。

  这就跟我们上班一样,24小时全日制工作模式,每人额定工作时间是6小时(实际上只有中间4小时是高效办公),四个人刚好覆盖全天,现在有6个人、8个人乃至12个人参与,就会有大量时间是重叠的,工作进度自然推进更快。

  为什么气缸缸数越多,发动机运行越平稳,这就是最核心原因。既然如此,那为什么汽车厂商不推6缸/8缸的小排量发动机呢?原因有以下几种:

  ▲小排量多缸发动机低扭特性不好。

  现在主流乘用车发动机单个气缸的排量都在0.5L左右,这个0.5L的数据其根本还是气缸的缸径和行程(圆柱体积=底面积x高度),它们不仅决定了燃烧室的容积,还决定了发动机扭矩输出的特性。相同容积下,气缸行程越短、缸径越大(矮胖形),活塞可以快速跑完一个行程,整个发动机一个周期用时就越短,这意味踩油门可以快速拉高转速,而如果行程越长、缸径越小(瘦长形),活塞跑一个行程用时就长一点,运行周期就更长,这意味着发动机转速爬升更慢,但因为长行程的设定,做工冲程时活塞就可以更充分利用燃烧热能,低转速下就可以有更大扭矩的输出。

  举个例子,F1赛车用的发动机排量只有1.6L,但却有8个缸,活塞行程远低于乘用车发动机,所以转速轻松就能破万,为的就是在高转速下实现更大功率的性能输出,而乘用车发动机活塞行程长,其平均转速也就3000转上下,在较低转速就能发挥出足够日常家用的扭矩输出,而且省油。

  鉴于往复式内燃机的这种特性,乘用车发动机单个气缸的排量就被限制在了0.5L左右这个水平,可以稍大,但不能太偏小,不然发动机低转速时扭矩输出太小,转速高时,性能有了,但吵的要死,所以,多缸发动机其整体是没办法进一步缩小排量的。

  ▲结构复杂,体积大,不利于机舱布局。

  气缸增多必然导致发动机占用体积更大,这对车子本来就小的低端车来说更是个大麻烦,没法往机舱里塞,即使塞进去了,内部也非常拥挤,不利于散热还有维修,例如搭载2.5T直列五缸发动机的奥迪TT RS,发动机前横置,机舱已经非常拥挤。目前最小的六缸发动机应该是大众的Vr6,虽然因为夹角只有15°左右,但占用体积对家用车来说仍然偏大,跟别提夹角都在60°以上的正统V6、V8发动机。而直列6缸发动机则明显偏“细长形”这对前纵置后驱来说不是什么大问题,但又有几个家用车用的前纵置后驱呢?

  ▲外围组件增多,成本高/油耗高。

  发动机每个气缸都需要进气、点火、冷却、润滑以及传动,多一个气缸就要多一整套这样的系统,如果是V形布局,还要多一套凸轮轴。零部件数量增多,不经对工艺提出更高要求,很难限制成本,同时,多一套系统也就多了一份机械损耗,多了一份重量,这会稀释发动机的功率,严重影响燃油经济性。此外,相同工艺条件下,复杂的机械结构也会导致故障率明显升高,对消费者来说,后期维护成本也高于“简单粗暴”的直列四缸发动机。为了发动机的平顺性牺牲可靠性、经济性,这对本来就走低端、廉价路线的家用车来说可不是什么明智之举。

  ●总结:

  小排量发动机为什么不做成平顺性更好的V6乃至V8形式,首先是燃料的燃烧特性翻过来限制了燃烧室的容积和样式,单个燃烧室太小发动机低扭表现太差,跟家用车的定位“白字不合”;其次,多缸相比少缸,发动机体积更大,利于发动机布局、散热以及维修;最后,多缸结构更复杂,外围组件更多,工艺要求高、机械损耗大、燃油经济性差,站在消费者的角度,拿可靠性和经济性换平顺性可不是个划算的买卖。随着发动机技术的日渐成熟,三缸发动机的怠速震动问题也逐渐得到缓解,如今在低端车领域已经隐隐有取代四缸机的趋势,其最主要原因还是减少缸数带了的经济性优势。

相关文章

我要评论0/150

发表[Ctrl+Enter快速发布]

全部评论(2)

  • 315车友6月前

    马自达创驰蓝天X发动机估计不久要推出了,还要开发创驰蓝天3发动机,这个更牛了。

  • 315车友6月前

    六缸以上的小排量发动机单个气缸的排量低带动其他气缸的动力小,需要大飞轮的惯性力,载重量不足。F1的排量只有1.6L,有8个缸,载重量只有一二个人