排量/進(jìn)氣方式/氣缸排列方式

在第一期的文章《教你了解汽車配置表》中，我給大家講了一點(diǎn)車身的參數(shù)。本期，我將繼續(xù)為大家講述發(fā)動機(jī)相關(guān)參數(shù)的奧秘。

●排量

​在空之間的容積，也就是活塞從氣缸的上止點(diǎn)運(yùn)動到下止點(diǎn)，稱為氣缸位移。由于汽車發(fā)動機(jī)通常有幾個氣缸，所以發(fā)動機(jī)的排量是所有氣缸排量的總和。

排量可以說是發(fā)動機(jī)最重要的參數(shù)之一，直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)的很多技術(shù)指標(biāo)。一般來說，在自然吸氣和增壓發(fā)動機(jī)各自的類別中，排量與功率成正比，排量也與油耗和碳排放成正比，但這并不是絕對的。比如今天的1.6L自然吸氣發(fā)動機(jī)已經(jīng)可以媲美幾年前的1.8L甚至2.0L發(fā)動機(jī)的動力，燃油經(jīng)濟(jì)性更好，這是技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。

總的來說，今天增壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得小排量增壓發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)了更好的動力性能和更少的油耗。一般來說，一臺發(fā)動機(jī)的排量基本代表了一輛車的定位，同樣排量的發(fā)動機(jī)由于技術(shù)原因，在功率和油耗上會有一些差異。

●進(jìn)氣模式

​主要有兩種進(jìn)氣方式:自然進(jìn)氣和加壓進(jìn)氣。由于自然吸氣發(fā)動機(jī)通過氣缸工作時產(chǎn)生的負(fù)壓吸入外界空的空氣，所以這種進(jìn)氣發(fā)動機(jī)也稱為自然吸氣發(fā)動機(jī)，也可以表示為“NA”。

前面我們提到過，由于發(fā)動機(jī)的排量在一定程度上與油耗和碳排放成正比，為了在有限的排量內(nèi)盡可能的增加發(fā)動機(jī)的功率，同時可以將油耗和碳排放保持在相對合理的范圍內(nèi)，引入了增壓進(jìn)氣的方法。簡單來說，這種進(jìn)氣方式就是在進(jìn)氣口前安裝一個“增壓風(fēng)扇”，通過風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，強(qiáng)行增加發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量。進(jìn)氣量增加后，發(fā)動機(jī)電腦可以適當(dāng)噴射更多的燃油，提高發(fā)動機(jī)的功率。目前增壓進(jìn)氣的方式主要有兩種:渦輪增壓和機(jī)械增壓。

◆渦輪增壓

渦輪增壓器實(shí)際上是一臺空氣體壓縮機(jī)，它以發(fā)動機(jī)排出的廢氣流為動力，驅(qū)動渦輪增壓器內(nèi)的渦輪，渦輪驅(qū)動同軸葉輪，將來自空氣體過濾管的新鮮空氣體壓縮后送入氣缸。

“渦輪增壓器”

渦輪增壓的特點(diǎn)是充分利用廢氣排放時的動能。相對來說，不會增加發(fā)動機(jī)的負(fù)荷，所以效率更高。它的缺點(diǎn)就是我們常說的“遲滯”，但如今的渦輪增壓發(fā)動機(jī)通過使用更小更輕的渦輪葉片，可以在低速時輸出峰值扭矩，“遲滯”的感覺已經(jīng)很小了。

◆機(jī)械增壓

增壓器通常通過皮帶與發(fā)動機(jī)曲軸的皮帶輪連接。曲軸的旋轉(zhuǎn)帶動增壓器內(nèi)部的葉片旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的葉片將加壓的空氣體送入進(jìn)氣歧管。

“增壓器”

機(jī)械增壓最大的特點(diǎn)是“全時介入”，使其在低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下獲得增壓效果，加速感相對線性，沒有遲滯。但是缺點(diǎn)是會損失一些發(fā)動機(jī)動力，因?yàn)槭怯砂l(fā)動機(jī)曲軸驅(qū)動的，特別是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高的時候。

其實(shí)渦輪增壓系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)正好可以互補(bǔ)優(yōu)勢，這也是部分發(fā)動機(jī)采用雙增壓的原因。增壓在中低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下有效，主要依靠中高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下的渦輪增壓，既解決了渦輪遲滯的問題，又不消耗太多發(fā)動機(jī)動力。但是，由于目前的渦輪增壓發(fā)動機(jī)很好地解決了渦輪遲滯的問題，單獨(dú)使用渦輪增壓器就足夠了。

●氣缸排列形式

氣缸布置是指多缸發(fā)動機(jī)各氣缸的布置。簡單來說，就是發(fā)動機(jī)上氣缸排出的隊(duì)列形式。常見的氣缸布置主要有直列式、V型、W型、水平對置式和轉(zhuǎn)子式。

“直列發(fā)動機(jī)”

“V型發(fā)動機(jī)”

“W發(fā)動機(jī)”

“氫發(fā)動機(jī)”

“右發(fā)動機(jī)”

對于每個氣缸的排列，相信大家都比較了解。對于大多數(shù)消費(fèi)者來說，最常選擇和使用的發(fā)動機(jī)配置是直列式和V型。如果選擇上有些混亂，更多的是選擇直列6缸還是V型6缸。眾所周知，寶馬以直列6缸為榮，而V型6缸則被奧迪、奔馳等眾多廠商采用，關(guān)于這兩款發(fā)動機(jī)的乘坐舒適性和動力性的討論非常廣泛。其實(shí)說起這個，我覺得不管哪個氣缸排列都有一定的品牌傳承和象征，這樣的設(shè)計(jì)可以給喜愛它的消費(fèi)者一種品牌歸屬感和認(rèn)同感，所以很難真正告訴他們是贏是輸，你喜歡哪一個自然是最好的。

氣缸數(shù)/壓縮比/配氣機(jī)構(gòu)

●氣缸數(shù)量

汽車發(fā)動機(jī)常用的氣缸有3、4、5、6、8、10、12、16個。對于普通家用車，3缸、4缸、6缸最多。其實(shí)在一定程度上，發(fā)動機(jī)氣缸越多，這款車的水平就越高。因?yàn)闅飧讛?shù)量與發(fā)動機(jī)排量相對應(yīng)，所以也與油耗和動力性能成正比。

我們可以看到，在目前的節(jié)能減排趨勢下，所有曾經(jīng)搭載V12、V10、V8發(fā)動機(jī)的車型都在通過引入渦輪增壓系統(tǒng)來減少氣缸數(shù)量，但在動力不變甚至更好的情況下，油耗和排放都大幅降低。

在這里，我還想說，在不考慮其他因素的情況下，發(fā)動機(jī)的氣缸越多，其運(yùn)行產(chǎn)生的振動就越小。這是因?yàn)閱挝粫r間內(nèi)參與做功的氣缸較多，導(dǎo)致做功的間隔角度減小，從而使發(fā)動機(jī)做功更加連貫自然。然而，隨著制造技術(shù)的提高和平衡軸等技術(shù)的應(yīng)用，即使是三缸發(fā)動機(jī)在抑制振動方面也做得很好。

●每個氣缸的閥門數(shù)量

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每個氣缸的氣門數(shù)量是指發(fā)動機(jī)每個氣缸擁有的氣門數(shù)量，包括兩個氣門、三個氣門、四個氣門、五個氣門甚至六個氣門。氣門越多，進(jìn)排氣效率越好。就像一個人跑步，當(dāng)他累了氣喘吁吁的時候，需要張嘴呼吸，但是配氣機(jī)構(gòu)越復(fù)雜，就會影響發(fā)動機(jī)的壽命。因此，考慮到進(jìn)排氣的綜合效率和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，四氣門技術(shù)是目前效率最高、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。

低壓縮比

活塞下止點(diǎn)時氣缸內(nèi)的最大容積與活塞上止點(diǎn)時氣缸內(nèi)的最小容積之比即為壓縮比，可以代表混合氣體的壓縮程度。

壓縮比是一個能基本反映發(fā)動機(jī)工作效率的參數(shù)。對于自然吸氣發(fā)動機(jī)來說，壓縮比的提高意味著在不考慮其他因素的情況下，發(fā)動機(jī)的性能和效率得到相應(yīng)的提高。但是壓縮比不能提得太高，因?yàn)闀o汽油機(jī)帶來爆震，嚴(yán)重影響汽油機(jī)的工作壽命，所以經(jīng)常需要使用高檔汽油來降低爆震的可能性。如今，自然吸氣發(fā)動機(jī)的壓縮比通常在10.5: 1左右。比如馬自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天科技使用的發(fā)動機(jī)壓縮比可以達(dá)到14:1，但仍然可以使用93號汽油。所以高壓縮比的發(fā)動機(jī)不一定要用高標(biāo)號汽油，這是由于一些發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)以及后期的具體調(diào)整。

●配氣機(jī)構(gòu)

配氣機(jī)構(gòu)在發(fā)動機(jī)中的作用是根據(jù)各氣缸的工作順序和工作循環(huán)要求，定時開啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)排氣門，使新鮮空氣體或混合氣體進(jìn)入氣缸，排氣排出氣缸。

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目前常見的配氣機(jī)構(gòu)采用頂置凸輪軸的設(shè)計(jì)，分為單頂置凸輪軸和雙頂置凸輪軸。這是本田單頂置凸輪軸使用的最受歡迎的形式，它與自己的i-VTEC系統(tǒng)形成了獨(dú)特的氣門系。雖然DOHC是主流，但我們很難區(qū)分這兩種頂置凸輪軸。

此外，在美國大排量發(fā)動機(jī)中，也應(yīng)用了中央凸輪軸頂置閥的普通氣門布置。結(jié)合每缸兩個氣門的設(shè)計(jì)，這款發(fā)動機(jī)可以在中低速范圍內(nèi)獲得出色的充電效率，從而在該速度范圍內(nèi)獲得出色的動力輸出。

●氣缸直徑×沖程

缸徑是指氣缸的直徑，行程是指活塞上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的距離。不考慮其他因素，單純看缸徑和行程的大小，可以得出“小缸徑×長行程”的設(shè)計(jì)會使峰值扭矩的轉(zhuǎn)速更低，適用于中低速發(fā)動機(jī)，起步加速時動力輸出強(qiáng)勁。

相反，“大缸徑×短行程”設(shè)計(jì)的發(fā)動機(jī)更適合高速發(fā)動機(jī)，因?yàn)榛钊拿恳粋€行程都比較短，更高的極限轉(zhuǎn)速是它的特長，想要起步更快，只能通過提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。

“今天的2.4L V8 F1發(fā)動機(jī)”

賽車引擎就是最好的例子。目前F1發(fā)動機(jī)排量為2.4L V8。對于普通的民用發(fā)動機(jī)來說，2.4L的排量一般以4缸的形式就足夠了，而F1發(fā)動機(jī)則需要8缸，這使得活塞的運(yùn)動行程極短，趨于高速設(shè)計(jì)。為了保證其加速性能，該發(fā)動機(jī)常用的工作轉(zhuǎn)速范圍通常在13000rpm以上。

燃油標(biāo)號/供油方式

●最大功率

最大功率是指發(fā)動機(jī)能夠達(dá)到的最大功率輸出。隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，發(fā)動機(jī)的功率也相應(yīng)增加。達(dá)到一定速度后，功率不會再增加，而是呈下降趨勢，所以最大功率會標(biāo)注相應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

●最大扭矩

扭矩是指發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時曲軸端輸出的平均扭矩，扭矩的大小也與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速直接相關(guān)。扭矩越大，發(fā)動機(jī)輸出強(qiáng)度越大，曲軸轉(zhuǎn)速變化越快，汽車爬坡能力和加速性越好。然而，扭矩隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。如果轉(zhuǎn)速過高或過低，扭矩都不是最大值，最大扭矩只會在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生，也就是標(biāo)注最大扭矩時給出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速范圍。

其實(shí)最大扭矩所伴隨的速度范圍，直接關(guān)系到平時的駕駛感受。對于城市駕駛來說，走走停?？赡芎茴l繁。如果最大扭矩的速度范圍可以調(diào)整得更低，那么在起步階段可以獲得更好的動力。我們希望最大扭矩的轉(zhuǎn)速范圍能盡可能覆蓋發(fā)動機(jī)的整個轉(zhuǎn)速范圍，這樣無論是起步加速還是中高速超車都能獲得最佳的動力輸出。對于自然吸氣發(fā)動機(jī)來說，這顯然是不可能的，所以充分利用發(fā)動機(jī)的最大扭矩輸出范圍對駕駛員來說尤為重要。通常，通過降檔和提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速可以獲得所需的充足動力。

對于渦輪增壓發(fā)動機(jī)來說，通過調(diào)節(jié)排氣減壓閥的開啟正時，可以獲得峰值扭矩較寬的轉(zhuǎn)速范圍，而對于消費(fèi)者來說，要注意渦輪增壓發(fā)動機(jī)達(dá)到峰值扭矩的最低轉(zhuǎn)速。速度越低，起步階段動力越好，省油。

●燃料標(biāo)簽

燃油標(biāo)號代表辛烷值，辛烷值越高，抗爆性能越好。一般來說，燃料等級與發(fā)動機(jī)的壓縮比直接相關(guān)，即壓縮比越高，應(yīng)使用的燃料等級汽油就越高。當(dāng)然，這不是絕對的。一些壓縮比比較高的發(fā)動機(jī)，通過后期的調(diào)整和特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使用相對低標(biāo)號的汽油。這具有為消費(fèi)者提供便利和降低車輛成本的優(yōu)點(diǎn)。

●供油模式

發(fā)動機(jī)需要燃燒混合氣體做功，我們也稱燃油與空氣體混合的方式為供油方式。汽車發(fā)動機(jī)的主要供油方式有化油器、單點(diǎn)電噴、多點(diǎn)噴射和缸內(nèi)直噴。但是對于現(xiàn)在的車輛來說，后兩種是主要的供油方式，直噴式供油方式的使用越來越多。

簡單來說，缸內(nèi)直噴技術(shù)就是將位于進(jìn)氣歧管的傳統(tǒng)噴油器移動到氣缸內(nèi)進(jìn)行噴射。它的優(yōu)點(diǎn)是可以更精確地控制噴油量，同時可以使混合氣與特殊的進(jìn)氣渦流混合更充分，提高燃油利用率。此外，通過這種缸內(nèi)直噴技術(shù)噴射到氣缸中的霧化油滴可以適當(dāng)降低燃燒室的溫度，從而匹配更高的壓縮比，進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的效率。

●氣缸蓋材料

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“氣缸蓋”

氣缸蓋作為承載配氣機(jī)構(gòu)的部件，安裝在氣缸體上，從上部密封氣缸，形成燃燒室。由于與高溫高壓氣體接觸，要承受很大的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷?，F(xiàn)在的發(fā)動機(jī)，氣缸蓋基本都是鋁合金制造的，這主要得益于鋁合金良好的導(dǎo)熱性。

●氣缸體材料

目前，汽油機(jī)的缸體材料主要分為鑄鐵和鋁合金。在柴油機(jī)中，鑄鐵缸體占絕大多數(shù)。

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鋁合金圓筒具有重量輕、導(dǎo)熱性好的優(yōu)點(diǎn)。雖然叫鋁合金缸體，但缸體部分仍然是鑄鐵缸套或涂有合金鋼涂層，以保證缸體部分的耐磨性和強(qiáng)度。

鑄鐵缸體的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕性高，熱負(fù)荷能力強(qiáng)。然而，鋁合金缸體是普通民用汽車發(fā)動機(jī)的大勢所趨。此外，有些廠家會用鎂合金和鋁合金組成鋁鎂合金復(fù)合缸體，這樣會在一定程度上降低發(fā)動機(jī)的質(zhì)量，最終達(dá)到提高燃油經(jīng)濟(jì)性的目的。

總結(jié):

其實(shí)通過發(fā)動機(jī)的相關(guān)參數(shù)，我們基本上可以了解一臺發(fā)動機(jī)在技術(shù)上的先進(jìn)水平。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動機(jī)將有更好的動力性能和更少的油耗和排放。對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)來說，這種進(jìn)步可能很慢，但在今天仍然很難被取代。

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