让我们首先探讨一个重要的发动机参数——发动机排量。排量指的是发动机中所有汽缸的工作容积总和,通常以升(L)为单位表示。每个汽缸的工作容积,即活塞从上止点到下止点的气体容积,也被称为单缸排量,这一数值由缸径和活塞行程决定。排量作为一个关键参数,能有效地反映发动机的大小,通常排量越大,发动机的输出功率也就越高。
接下来,我们来了解其他常见的发动机参数。汽车资料中常出现的“L4”、“V6”、“V8”、“W12”等字样,这些表示的是发动机汽缸的排列形式及缸数。发动机常见的缸数有3缸、4缸、6缸、8缸、10缸和12缸等。
排量在1升以下的发动机通常配备3缸,例如0.8升的奥拓和福莱尔。排量在1升至2.5升之间的发动机则多为4缸,如许多经济型和中档轿车都采用此配置。排量接近3升的发动机一般为6缸,例如排量为3.0升的君威和新雅阁。排量在4升左右的发动机则常见于8缸配置,如4.7升的北京吉普JEEP4700。对于排量超过5.5升的发动机,通常使用12缸配置,例如宝马760Li的V12发动机。在相同缸径下,缸数越多则排量更大,功率也更高;而在排量相同的情况下,缸数增加则缸径可缩小,这样能提升发动机的转速,获得更高的功率输出。
除了缸数外,了解“汽缸排列形式”也是至关重要的。5缸以下的发动机多采用直列排列方式,其中直列4缸(L4)是最常见的配置。少数6缸发动机也采用直列方式排列。
直列发动机的汽缸一字排开,其结构简单,制造成本较低,且低速扭矩特性良好,燃料消耗少,体积紧凑,广泛应用于各种车辆。直列发动机的功率通常较低。一般情况下,1升以下的汽油发动机采用直列3缸配置,1至2.5升的汽油机多采用直列4缸,有些四轮驱动汽车采用直列6缸,这样的设计宽度小,有利于在旁边布置增压器等设备。例如,北京吉普JEEP4000就是采用直列6缸发动机。
直列6缸发动机因动平衡较好、振动相对较小,常被中高级轿车采用。6缸到12缸的发动机多采用V形排列,如V10发动机主要用于赛车。V形发动机具有较小的长度和高度,布局方便,通常被认为是较高级的发动机,因此常作为高级轿车的标志。
V8发动机的结构复杂,制造成本较高,因此使用较少。V12发动机体积庞大,重量也大,仅有极少数高级轿车如宝马760Li会采用。大众公司还开发了W型发动机,包括W8和W12,汽缸以四列错开的角度布置,形体紧凑。例如,大众辉腾的W12发动机就是一个6.0升的排量。
机体是发动机的骨架,支撑着各个机构和系统,必须具备足够的强度和刚度。机体主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等部分构成。
首先是气缸体,水冷发动机的气缸体通常与上曲轴箱铸成一体,称为气缸体——曲轴箱。气缸体一般采用灰铸铁制成,上部的圆柱形空腔为气缸,下部为支撑曲轴的曲轴箱,内腔为曲轴运动的空间。气缸体内部铸有加强筋、冷却水套和润滑油道等。
气缸体分为几种形式:(1) 一般式气缸体,油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度,这种气缸体结构紧凑,重量轻,但刚度和强度较差;(2) 龙门式气缸体,油底壳安装平面低于曲轴旋转中心,具有良好的强度和刚度,但结构较笨重,加工困难;(3) 隧道式气缸体,曲轴主轴承孔整体式,采用滚动轴承,结构紧凑,刚度强,但加工精度要求高,曲轴拆装不便。
气缸体的冷却方法有水冷和风冷两种。水冷发动机通过气缸体和气缸盖中的冷却水套来循环冷却液,带走部分热量,从而对气缸和气缸盖进行冷却。
现代汽车普遍使用水冷多缸发动机。气缸的排列形式影响发动机的外型尺寸、结构特点以及机体的刚度和强度。按照气缸的排列方式,气缸体可以分为直列式、V型和对置式三种。
直列式气缸体结构简单,适用于六缸以下的发动机,但其发动机长度和高度较大。例如,捷达、富康和红旗轿车都采用这种气缸体。有些车将发动机倾斜以降低高度。
V型气缸体气缸排成两列,相比直列发动机,V型发动机缩短了机体长度和高度,增加了刚度,减轻了重量,但宽度增大,结构复杂,加工困难。通常用于8缸及以上的发动机,有时6缸发动机也使用这种形式。
对置式气缸体气缸排成两列,夹角为180°,这种排列方式使得发动机高度较小,适合风冷,但应用较少。
气缸体的气缸可以分为整体式和气缸套两种。整体式气缸强度高,但制造成本高。气缸套则将气缸制造成独立的圆筒形零件,具有耐磨性强、制造成本低的优点。气缸套分为干式和湿式两种,干式气缸套壁厚较薄,散热不如湿式气缸套好;湿式气缸套外壁与冷却水直接接触,散热效果好,但强度和刚度较差,易产生漏水现象。
气缸体下部的曲轴箱分为上曲轴箱和下曲轴箱,上曲轴箱与气缸体铸成一体,下曲轴箱用于存储润滑油,并封闭上曲轴箱,形状取决于发动机总体布局和机油容量。油底壳底部装有放油螺塞,通常配有永久磁铁,以吸附润滑油中的金属屑,减少磨损。在上下曲轴箱接合面之间有衬垫,以防止润滑油泄漏。
最后是气缸盖,它安装在气缸体上方,密封气缸并形成燃烧室。气缸盖通常用灰铸铁或铝合金制成,内部有冷却水套,通过循环水来冷却燃烧室。气缸盖上配有进排气门座、气门导管孔、进气通道和排气通道等部件。汽油机的气缸盖上有安装火花塞的孔,柴油机则有喷油器的孔。
不同形式的燃烧室对发动机的工作效果影响很大。半球形燃烧室结构紧凑,火花塞置于中心,燃烧速率高;楔形燃烧室结构简单,适合高效混合;盆形燃烧室制造成本低,但进排气效果较差。每种燃烧室形式都有其独特的优点和应用场景。