优势有所不同 悉数发动机气缸排列形式
2010年08月08日 01:15 来源：Che168 类型：转载 编辑：胡正暘
发动机作为衡量汽车动力的重要因素，就犹如人的心脏。而对于大多数朋友来说，更多的只是关注到了排量以及最大功率和最大扭矩等基本数值。但其实气缸的不同排列形式也是对我们关心的车辆安静性平顺性有重要影响的。本篇文章就为大家罗列下，时下汽车发动机常见的气缸排列形式，大体可以分为L型（直列式）布局、V型布局、W型布局、H型（水平对置式）布局以及三角转子式发动机。
1.2.5L以下排量最常见的气缸布局——L型（直列式）布局
● 代表发动机：直列四缸、直列六缸
『标致307的1.6升发动机』 『锋范的1.5升发动机』
『高尔夫的1.6升发动机』 『悦动的1.8升发动机』
如果说时下发动机应用最广泛的气缸布局形式，显然是L型（直列式）。尤其是在2.5L以下排量的发动机上。顾名思义，这种布局的发动机的所有气缸均是按同一角度并排成一个平面，并且只使用了一个气缸盖，同时其缸体和曲轴的结构也要相对简单。具体来说，我们常见的大致有L3、L4、L5、L6型四款（数字代表气缸数量）。这种布局发动机的优势在于尺寸紧凑，稳定性高，低速扭矩特性好并且燃料消耗也较少，当然也意味着制造成本更低。同时，采用直列式气缸布局的发动机体积也比较紧凑，可以适应更灵活的布局。也方便于布置增压器类的装置。但其主要缺点在于发动机本身的功率较低，并不适合配备6缸以上的车型。
● 直列发动机的经典之作——宝马3.0L镁铝合金直列6缸发动机
如果说近20年来，宝马品牌一直凭借着良好的运动操控性能闻名于世，这其中直列6缸发动机的研发应用显然功不可没，而在2004年，宝马集团推出了全新的3.0L镁铝合金直列6缸发动机，这款发动机的最大功率为190kw，最大扭矩也达到了300Nm。当然相比骄人的数据更值得称道的是，它是第一台量产镁铝合金发动机。而相比之下，镁材质要比传统铸铁轻80%，比传统铝制材料轻35%。因而得益于应用镁铝合金材质的曲轴箱要比从前的全铝曲轴箱轻了10kg，整个发动机的质量也仅为161kg，是同一性能等级发动机中最轻的。另外，在这款直列6缸发动机上还应用了全新的Valvetronic可变正时气门系统。可以根据油门的位置，无级地调整进气阀门的升程和关闭时间，从而节省12%的燃油。
2.平顺优势明显——V型布局
● 代表发动机：V型六缸、V型八缸
所谓V型发动机，简单的说就是将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定夹角布置一起（左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°），使两组汽缸形成一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形（通常的夹角为60°），故称V型发动机。与我们之前介绍的L型布局形式相比，V型发动机缩短了机体的长度和高度，而更低的安装位置可以便于设计师设计出风阻系数更低的，同时得益于汽缸对向布置，还可抵消一部分振动，使发动机运转更为平顺。比如一些追求舒适平顺驾乘感受的中高级车型，还是在坚持使用大排量V型布局发动机，而不使用技术更先进的“小排量直列型布局发动机+增压器”的动力组合就有这方面。概括的说：我们可以这样理解，发动机气缸采用V型布局，可以说在结构层面上克服了一些传统直列布局的劣势，但同样，精密的设计让制造工艺更复杂，同时由于机体的宽度较大，也不方便安装其他辅助装置。
● 兼顾小体积与充沛动力的大众“VR6”发动机
『销往北美市场的大众EOS搭载了3.2L VR6发动机，但这套动力并没有正式引入国内』
众所周知，对于V型6缸发动机而言，60度夹角是最优化的设计，这是经过无数科学实验论证过的结果。因而绝大多数的V6发动机都是采用这种布局形式的。但为了能在更小的空间内放下V6发动机，大众集团在1994年另辟蹊径的研发出了夹角为15度、体积更小的VR6发动机。而从动力参数来看，它并不逊色与普通的V6发动机，但在研发之初就暴露了明显的抖动问题。通过一系列的平衡稳定手段虽使问题得以明显改善。但这依然无法超越改变其本身结构上的特性，就像普通直列发动机的震动通常都会大于V型发动机一样，夹角更小的VR6从结构本身就决定了它的震动会大于V6。诸如大众旗下的高尔夫R32、EOS等车型都曾装配过这款发动机。而出于环保以及成本的考虑，这款3.2升VR6发动机已经逐渐淡出了历史的舞台。但增加了燃油分层喷射技术（FSI）的3.6升VR6发动机目前仍然广泛装配在奥迪Q7、大众途锐、R36等诸多车型上。
● “V型+V型”的组合——W型布局
其实从严格意义上讲，W型发动机还是属于V型发动机的一种，只是将V型发动机两边的气缸再分成两组，从侧面看就像“W”一样，因此得名。也可以说，W12发动机就是用两台V6发动机拼成的，其最大的好处就是相比传统V12发动机结构紧凑，易于布置，有利于发动机舱的空间的优化，缺点就是结构过于复杂。W型发动机是大众的专利技术，只有大众即大众旗下的品牌才在使用W型发动机，目前主要有W12和W16。但同样，由于高昂的制造成本，仅应用在大众集团旗下的顶级车型上，例如奥迪A8L、大众辉腾等。
3.更平稳的设计——H型布局（水平对置式）
● 代表发动机：H型四缸
『图为应用在斯巴鲁森林人上的水平对置发动机』
在前面介绍气缸V型排列发动机的时候已经提过，V型布局形成的夹角通常为60°（左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°）而水平对置发动机只是其气缸夹角为180度。相比传统布局要符合运动机械原理的汽车发动机组合形式，其制造成本和工艺难度相当高，目前世界上只有保时捷和斯巴鲁两个厂商在使用。
『采用水平对置布局的气缸可以降低车身重心，但对润滑要求也要更高』
水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的汽缸为“平放”，不仅降低了汽车的重心，还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。 同时，水平对置的汽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。当然更低的重心和均衡的分配也为车辆带了更好的操控性，那为什么其它厂家没有研发水平对置引擎呢？除了因为水平对置结构较为复杂外，还有如机油润滑等问题很难解决。横置的气缸因为重力的原因，会使机油流到底部，使一边气缸得不到充分的润滑。显然保时捷和斯巴鲁都很好的解决了众多技术难题，但高精度的制造要求也带来了更高的养护成本，并且由于机体较宽，因而并不利于布局。
4.重量轻、尺寸小——三角转子发动机
● 代表发动机：马自达转子发动机
相比常见的L型、V型气缸布局形式，可能很多朋友会对三角转子发动机感到陌生，因而有必要先细致介绍下。其实三角转子发动机又称为米勒循环发动机，由德国人菲加士·汪克尔发明。之后这项技术由马自达公司收购。我们都知道：传统的气缸往复运动式发动机，工作时活塞在气缸里做往复直线运动，而为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同，它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。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。
工作原理上：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3:2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹（即汽缸壁的形状）似“8”字形。三角转子把汽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。而转子发动机的转子每旋转一圈就作功一次。
『转子发动机原理图』
与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次『』相比，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。另外，由于转子发动机的轴向运转特性，它不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速。整个发动机只有两个转动部件，与一般的四冲程发动机具有进、排气活门等二十多个活动部件相比结构大大简化，故障的可能性也大大减小。除了以上的优点外，转子发动机的优点亦包括体积较小、重量轻、低重心等。相应缺点是发动机在使用一段时间之后容易因为油封材料磨损而造成漏气问题，增加油耗。另外其独特的机械结构也造成这类引擎较难维修。
总结：
对于发动机气缸布局来说，目前应用最广泛的是L型和V型，更高的可靠性和平顺性是更多厂家的诉求，相比言之，尽管转子发动机和水平对置发动机也有独特的优势，但被约束于更高的维护成本和制造精度，使用范围正在缩小。