为什么汽车不把三缸车气缸加大做成两缸,而是做成不平衡的三缸呢?

双缸汽车很早就有了,上世纪七、八十年代的日本有很多双缸k版皮卡,即便是咱们国内,早在上世纪九十年代时就有过双缸的斯巴鲁云雀(如下图),可以说双缸发动机、三缸发动机用于汽车根本就不是什么新鲜事,而是早就玩过的把戏,只是那个时代和今时今日的玩法不同、目的也不同;上世纪的夏利貌似就是三缸,所以这类发动机离我们从来就没远过;即便是现在,日本国内的双缸增压K-car也非常容易见到。。。

所以题主您这个问题本身就有些不严谨,双缸汽车用发动机一直存在,而且也不用做大,加上涡轮,配个较轻的车身问题不大,所以不是不做双缸、只是时候未到;随着油耗、排放规则变得更加严苛的时候,双缸普及是必然的一个解决方案;车企当然理解消费者的不满,但车企更要看规则的眼色,通过不了规则连车都生产不了,所以这个时代的车企已经很难像过去那般去聆听消费者的心声了,如果规则让车企认为有必要生产双缸,那么双缸汽车用发动机就会出现、会快速的铺开;即便是现如今的三缸发动机也是如此,消费者厌恶、主机厂头疼,但无奈规则给束缚的没办法,所以双缸发动机早晚会出现。。。

小排量双缸汽车发动机早已存在,但大排量的双缸会受到一系列的制约。。。

大部分民用主流车型的排量分布为1.0T-2.5L左右,当然更大排量的发动机也有,但并不符合买菜车发动机的定位;而平均气缸容积则分布在0.33L-0.63L的范围(其实更大单缸容积的发动机也有,但不常见,换句话说就是不太划算);在保证输出相同功率的情况下,单缸容积越大、燃油效率越高,只不过是当单缸容积大余0.5L后,燃烧效率优势变得不再明显,所以最近主流车企都将0.5L的单缸容积定义为最优容积;实际上采取长行程、小缸径的方式可以让发动机的缸体长度缩减许多,可高度增加的却不明显,所以这样一来更容易实现发动机的小型化、轻量化,轻量化同样是也是省油的利器(其实道奇蝰蛇的8.4L V10发动机,单缸容积已经达到0.84L,只不过这已经脱离了民用的范围)。。。如上面这个公式,就是发动机气缸表面积与气缸容积的比值,分子为气缸(可以看作是一个圆柱体)的表面积,由上下表面积➕侧面积所组成(初中数学讲过);分母为气缸的实际容积;气缸表面积与容积的比值越大,就等于热损失更大;而要想将气缸做小可以,但必须得有个限度,只要想降低气缸容积就必然让活塞的行程降低、或者缸径降低、或两者同时进行降低,但如上公式最终结果所示,无论行程或缸径降低,都必然导致面容比增加,等同于燃烧室的换热面积增加,热损耗增加,所以缩小气缸容积是有限度的,而0.33L就已经接近了极限;单缸容积过小不行,而单缸容积过大同样也不行(不是不行、而是不容积控制);发动机的燃烧本质在于火花塞跳火后,利用火焰的传播来点燃汽油,这叫正常燃烧;而燃烧室中存在着数不清的过热点,这些点有导致汽油自然的能力,而被过热点所引燃就属于爆震了,所以发动机是正常燃烧、爆震,所拼的就是自燃与火焰传播的速度谁更快;火花塞跳火产生的火焰传播在过热点自燃前,传播到位引燃所有汽油就是正常燃烧,而火焰还没传播过来,过热点率先自燃就是爆震;所以单缸容积如果做的太大,无论缸径或冲程都会提高(或者只提高一个),这样一来就等同于增加了火焰传播的路程,火焰传播时间延长、火焰及时传播到位的时间就被延后,而过热点利用火焰延期到来的空闲,就容易先一步引燃汽油,从而导致爆震,所以单缸容积没法做得太大!

除了考虑爆震问题,更多需要考虑的是气缸先天的布局形式。。。

最优0.5L单缸容积不假,但并不是单缸容积不能超过这个数值;鄙人在上文提到的道奇蝰蛇的V10发动机、排量已达8.4L,单缸容积已经达到了0.84L远超所谓的0.5L最优;原因就是人家是V10的机器,先天结构优势可以平衡掉大单缸容积产生的更大震动!比如V8、V12可以实现一、二阶惯性的平衡(不必人为去给发动机做动平衡);V6、V10类似,都存在曲柄受力不均的问题,但通过增加平衡轴、平衡块很容易解决;直列6发动机就不用说了,先天完美的结构,所以上述这些发动机由于自身优秀的先天结构可以承受更大的单缸容积运转所产生的震动,所以这类V型多缸机器可以适应更大的单缸容积。。。可四缸、三缸、二缸、单缸机器可不行;首先是四缸机,其实与三缸一样,都是先天不完美的结构;四缸是一阶不平衡、三缸是二阶不平衡,而四缸之所以普及是因为被人工做了动平衡—添加平衡轴、平衡块;写到这鄙人有些不解既然四缸也是先天不平衡、而后天得到的改良,可以被接受;那么为什么同样是先天不平衡的三缸发动机被改良就被各种喷呢?很多朋友是不是还认为四缸机很平顺?其实四缸、三缸都差不多,都需要人为进行平衡,早在当年的V6时代,四缸也被喷各种抖,然后现在又拿四缸当宝了?这就像当年满清入关,国人宁死不留辫子;满清垮了,又都宁死不剪辫子,挺有意思的!所以三、四缸发动机本身就有不平顺的特性,在搞出个超大的单缸容积,那平衡起来就困难了!同理一、二缸发动机的先天结构更完蛋,单缸发动机不用多说,一、二阶都有缺陷,要平衡它至少用四根平衡轴;双缸发动机无论是同步双缸、异步双缸都一定会抖的要命、而且比三缸更抖,当然这是指排量一致的情况下,比如1.5L三缸一定比1.5L双缸要抖得多,因为双缸发动机的点火扭震远比三缸要严重,所以双缸发动机的单缸容积不可能做的太大,0.33L还抖个不停呢,弄个0.75L的单缸容积没准开开车把发动机甩丢了。。。总而言之单缸容积越大,每循环产生的震动就越大(容积大、烧的油多、爆炸强度大),所以需要先天的结构优势去抵消,这就是那些V型多缸发动机敢把单缸容积做到0.84L,但四缸、三缸、双缸、但缸则不敢,因为0.33L的单缸容积都难以抑制住抖,如果给双缸弄个大如0.84L的单缸容积,那种震动是没办法去忍受的,所以为了做到可以忍受的平顺,目前双缸只做到0.33-0.5L之间,但发动机的动平衡技术在不断发展,未来没准会出现1.0T双缸发动机的车型,而目前0.66L的双缸即便加上涡轮增压,动力也太勉强,用于K-Car足以,但用于标准车就太困难了;菲亚特倒是有款0.9L的双缸发动机,但也仅仅是用于下图这样的袖珍车,而且优点只有省油,而抖的极为严重,所以同排量做两缸比三缸更抖,两缸的先天结构还不如三缸呢。。。

为什么汽车不把三缸车气缸加大做成两缸,而是做成不平衡的三缸呢?

壹车热评,100%原创,谢绝搬运!

题主的这个思维脑洞挺大的,为什么不把三缸发动机的气缸内径增大,改成两缸发动机?壹车热评只能遗憾的告诉你,这种做法在柴油发动机可以做到,但汽油发动机却无法做到。

我们现在常见的汽油发动机,气缸直径能做到100mm都已经算是到了它的极限。之所以会出现这样的情况,最关键的原因是汽油在气缸内的燃烧特性。

由于汽油的燃烧速度是非常快的,喷油嘴喷入气缸内的汽油在发生燃烧后,所形成的火焰范围会比较小。如果我们将汽油发动机的气缸直径做的过大,当喷油嘴再次喷入新的燃油后,新喷入的燃油会很容易在前面燃烧火焰的末端位置便开始迅速燃烧,这样气缸内就会形成多个燃烧中心点,从而导致气缸产生爆燃现象。

爆燃,又被称之为“敲缸”,当它出现时发动机的气缸内部会出现不正常的敲击声。这是一种燃油不正常燃烧的现象,它会导致气缸内的压力异常,并对发动机产生不可逆的损坏。

因此通过以上原理介绍,我们了解到的汽油发动机是无法做到大口径气缸的,但柴油发动机是通过压燃的方式进行点燃,它虽然也会形成多个燃烧中心点,但柴油发动机不存在爆燃现象,因此它的气缸甚至可以做到直径1米以上。

所以汽油发动机既然无法增大气缸直径,那么如果只用两个气缸的话,它的动力就势必无法满足现在汽车的需求,因此三缸发动机基本已经算是目前能做到的最低气缸数了。

为什么汽车不把三缸车气缸加大做成两缸,而是做成不平衡的三缸呢?

内燃机并非「偶数缸平稳·奇数缸抖动」-双缸发动机不适合汽车

趣味问题:

  • 把三缸发动机缩减为双缸能否解决怠速抖动的缺点?

似乎对于燃油汽车装备的发动机而言,怠速是否抖动的决定因素变成了“奇数”和“偶数”的区分;只要是偶数哪怕是双缸机也能够平稳,然而这种观点是错误的。≥直列四缸不论奇偶数都可以做到平顺,≤直列三缸怎样都难以做到平稳,哪怕是用上平衡轴技术获或以星型发动机布局都没有用,决定因素有排量缸径等等,下面就来简单了解一下吧。

排量与扭矩

内燃机的排量指所有气缸容积的总和,或理解为气缸吸气或排气流体体积的总和(容积概念);汽车排量的上下限跨度很大,比如最小排量的微型车可以低至0.66L,而大排量柴油机可以达到16.00L。

有没有注意过一个问题,一般排量≥3.0L的汽油机大都会是六缸机,柴油机特殊一些还会使用四缸机;这种区别设定则是基于不同机型要在做功时区分振动强度,说白了就是柴油机振动强一些但只有扭矩足够大(能节油)即可,而汽油机就要以平稳运行与顺畅的动力衔接为主,于是单缸容积有了很大区分。

汽油发动机的标准:单缸最小容积应≥0.1L,单缸最大容积应≤0.75L。

直列三缸发动机的最大排量往往是1.5L,每个气缸的容积则在0.5L以内;而六缸发动机最大在0.66L以内,八缸的极限为0.75L,然而最高标准的V12发动机却普遍为接近0.5L,为什么要这么设计呢?

原因在于单组气缸的容积如果过大,运行时吸入的空气和喷射的燃油也会很多;内燃机是一种通过燃烧产生热能,再将热能转化为机械能的发动机。燃烧的过程中必然会程度较大的振动,因为这种化学反应的过程是分子剧烈程度的不规则碰撞,结果则因碰撞产生的振动带动活塞曲轴与机体共振,这与三缸不宜变四缸有什么关系呢?

单次做功振动强度的控制水平,直接决定汽车的NVH(噪音/振动/声振粗糙度);比如直列三缸发动机每组气缸容积为0.5L,喷油量按照14.7:1的空气燃料比计算,混合油气的基数比2/4缸发动机如何呢?计算喷油量要将体积换算为质量后才能得出结果,不过因换算比较麻烦,下面只需要了解概念即可。

  1. 直列四缸1.5L单缸容积0.375÷14.7
  2. 直列三缸1.5L单缸容积0.5÷14.7
  3. 直列双缸1.5L单缸容积0.75÷14.7

理论上以三缸发动机的最大排量做成双缸正好是极限标准,但是过大的进气量会有过大的喷油量,相同排量的缸数越少则进气喷油量越大。那么单次做功可燃物基数过量增多,燃烧时产生的振动强度必然会更大,结果反而会是缩减气缸后的怠速或行驶振动感会更加明显——就像柴油机。

双缸发动机的两种类型

1:同步双缸发动机的振动强度会比较大。所谓同步指两组气缸活塞上下往复运动的动作一致,区别是一组气缸做功时另一组气缸开始吸气,四冲程发动机的运行动作有四步,同步双缸也是要交替运行的。

  • 进气喷油
  • 压缩蒸发
  • 膨胀做功
  • 排气

两组气缸看似是在做出相同的动作,不过只有一组气缸会因做功产生垂直方向的惯性作用力;另一组气缸的活塞以相同方向以相同的势能做出相同的动作,结果则会加强发动机往同一个方向的作用力。于是运行中的机体就会以上下的垂直方向出现较为明显的抖动,这种机器用于摩托上的振动问题是相当突出的。

2:异步双缸的振动强度同样比较大。所谓的异步指两组气缸的活塞总是一组上行时,另一组一定是在下行;这种设计理论上可以通过不同方向的作用力,一定程度抵消做功时产生的作用力,然而也只是能够一定程度而已。

因为没有在做功气缸活塞是被曲轴推动的“从动活塞”,做功的气缸是通过热能推动活塞,活塞通过连杆推动曲轴运动的“主动活塞”。两种作用力是做不到均衡的,状态类似于轮胎的动平衡失调,所以只有通过平衡轴才能起到更理想的均衡效果,只是在不同的转速(功率)区间还是做不到尽善尽美。

异步双缸的摩托同样有振动问题,然而这些摩托的排量大多为0.5L左右,单缸容积不过0.25L。但是作为汽车使用的发动机需要在0.5-0.75L之间,那么产生的振动就会是倍数级的提升,想要缓冲振动只能通过发动机机脚;这种充满液压油的橡胶件,承受过高频率的振动冲击,不论材料与工艺标准如何高是不是也都很容易损坏呢?

三缸发动机以最大单缸0.5L的容积已经造成了机脚胶的快速损坏,正常的四缸机可以用到接近10万公里才会出现问题,而三缸汽车有些只要两三万公里就会损坏机脚胶了,双缸只会更加夸张。所以只有早期的菲亚特126p使用这种机器,在三缸汽车成为主流后则迅速淘汰了双缸,更平顺的四缸发动机成为主流后又淘汰了三缸,不过四缸不会再被淘汰了。

点火间隔角的关系

同样是奇数缸的发动机,三缸机会明显的抖动,但是五缸发动机却显得相当的平顺,这是为什么呢?原因正在于点火间隔角的区别,四冲程发动机曲轴旋转两圈是一个完整循环,也就是转两圈点火做功一次;那么多个气缸交替运行则会交替的点火做功,只是还会有角度的区别。

  • 双缸机360度(同步)
  • 三缸机240度
  • 四缸机180度
  • 五缸机144度
  • 六缸机120度

曲轴转动(转过角度)的过程是不是需要时间?角度越大需要的时间当然就会越长。假设一个循环所需要的时间为1000毫秒,双缸机需交替做功的时间则为500毫秒,这个“空档”就是留给做功气缸活塞惯性作用力带动机体摇摆振动的时间。

然而三缸机则只需要333毫秒,振动的强度减弱的同时还会缩减异常作用力去“作用”的时间,机体则会相对平稳一些。重点是直列五缸发动机的标准仅为200毫秒,作用力没有充足的时间去影响机体,所以稳定性就会很高了。

总结:三缸发动机抖动的因素有很多,比如点火间隔角、做功不同步、单缸容积偏大等等因素;想要解决该问题就只能增加到四缸,因为四缸机运行中必然会有两组活塞同步上行,同时还有两组活塞同步下行,作用力的抵消效果更理想,单缸容积更小且同时应用了平衡轴技术,所以稳定性已经很不错了。

至于三缸机即使做成星型发动机也起不到提升平稳的效果,星型机就像是旋转中的车轮;只有保证车轮每个对称位置的质量相同,在转动中产生的离心力才会均衡。而三缸机只能交替运转,直列是水平线上三个位置垂直作用力的交替出现,星型布局就像是不同位置交替出现不同的“离心力”——没有什么技术可以让这种机器有良好的体验。

编辑:天和Auto-汽车科学岛

天和MCN授权发布

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为什么汽车不把三缸车气缸加大做成两缸,而是做成不平衡的三缸呢?

大家都知道,汽车缸数月多马力越大。但如今三缸的技术日渐成熟,为什么不做成两缸的,主要原因如下:

1 技术问题。虽然市面上已经出现了一些三缸的汽车,比如宝马i8 领克 吉利缤越等。但是就目前的技术来说还不够成熟到可以普及的层次。两缸就更加不用说了,虽然也有少量两缸的车型,如smart 等,这些都是轻微型车,技术还不足以达到较大车型的需求。

2 动力问题。就算两缸开始普及了,也会存在一个问题,那就是动力输出,缸数少动力不会有多大的爆发力,对喜欢开车的人来说是不够满足的,尤其是满载的情况下,更加不用说。

为什么汽车不把三缸车气缸加大做成两缸,而是做成不平衡的三缸呢?

因为做成两缸会变得更抖!!!

三缸机曲拐夹角为120度,曲轴旋转时其惯性力合力为零,所以在垂直方向上基本不会产生抖动,而曲轴旋转的惯性力矩无法抵消,因此三缸机运转时会有在水平方向上左右摇摆的趋势。

如果做成两缸机的话抖动就厉害了,比如上图为同步曲轴布局,曲拐在同一个方向,这种布局曲轴质量分布在同一侧,转动时会产生偏心效果,打个形象的比喻就像是工地上夯实地基的电夯一样,会有跳动的趋势。再加上气缸做功间隔为360度,会加剧跳动。

还有一种曲轴布局如上图,称作异步双缸。这种布局曲轴重量分布在两侧,转动时惯性力可以相互抵消,但是每个曲拐惯性力相对于支点的惯性力矩非但不能抵消反而被加强了,如此以来发动机运行时在水平方向上就会产生比三缸机更厉害的摇摆。而且这种布局做功间隔也是不连贯的,一个气缸做功后曲轴转过180度下一个气缸立马做功,然后曲轴需要连续转过540度以后又开始两个气缸连续做功,两个气缸做功频率形象点描述就是:咚-咚---咚-咚---咚-咚---,严重的心律不齐,这不均匀的做工间隔会加剧发动机的抖动。

所以说三缸机已经抖了,如果做成两缸的话会更抖。

为什么汽车不把三缸车气缸加大做成两缸,而是做成不平衡的三缸呢?

3缸机天生不平衡,牛顿也无能为力!

全球动力界为此努力了一百年:至今没有攻克此难题!

应对排放和环保污染:缺少技术的中国企业和故意诱导某些中国企业犯错的外企把3缸机推向了中国市场!

最后,3缸机后期抖动得像拖拉机一样、4S店无法修复的缺陷将全面爆发:如原来的夏利3缸机一样毁了夏利汽车,一大批民企将中箭落马!

早有媒体在某企刚上3缸机时即说:是激进的冒险主义!

可惜无人听!

现在进也不易、退亦很难!

靠外形吸引的车盲越多,未来支付的维修和口碑损失也越大,并且,一样有可能如夏利一样破产倒闭!

因为该企在3缸机上已越滑越远、越陷越深!

成功是其外形,

失败因其3缸!

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