关于汽车发动机的种类型号及其优缺点的研究

关于汽车发动机的种类型号及其优缺点的研究 陆丹丹 东南大学成贤学院经济管理系财务管理 1 班 03610105 摘要：本文旨在简单阐述汽车发动机的种类型号，从多个角度和方面对汽车发动机加以分 类 和剖析，并针对几类可比性较强的发动机在性能上进行较为详细的比较，在细致 的比较下更为明确地突显各类汽车发动机的优缺点。 关键词：发动机、种类、性能 一， 引言 发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，关系到汽车的动力性、经济性以及环保 型。简单地讲发动机就是一个能量转换机构，即汽油（柴油）的热能，通过在密封气缸内 燃烧气体膨胀时，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。发动机的所 有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了 100 多年的历史，无论是在 设计上、制造上、工艺上还是在性能上和控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变， 这是一个富于创造的时代，那些发动机的设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体， 把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完美的程度，各世界著 名汽车厂商也将发动机性能作为竞争亮点，那么，了解汽车发动机的种类型号及其各自的 优缺点就成为最基础的一步！ 二， 发动机的种类、型号 1， 按活塞运动方式分类 汽车发动机按照活塞运动方式分类可以分为复活塞式和旋转活塞式两种。前者活塞 在气缸内作往复直线运动，后者活塞在气缸内作旋转运动。 2， 按进气系统分类 汽车发动机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气（非增压）式发动机和 强制进气（增压式）发动机。若进气是在接近大气状态下进行的，则为非增压式内燃 机或自然吸气式内燃机；若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压内 燃机。增压可以提高内燃机功率。 3， 按照气缸排列方式分类 汽车发动机按照气缸排列方式不同可以分为单列式、双列式和三列式。单列式发动机 的各个气缸排列成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成 倾斜的甚至水平的。双列式发动机把气缸排列成两列，两列之间的夹角小于 180 度 （一般为 90 度）称为 V 型发动机，若两列之间的夹角等于 180 度称为对置式发动机。 三列式把气缸排列成三列，称为 W 型发动机。 4， 按照气缸数目分类 汽车发动机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发 动机称为单缸式发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸式发动机。如双缸、三缸、 四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸、十六缸等都是多缸发动机。现代汽用发电机多采 用四缸、六缸、八缸发动机。 5， 按照行程分类 内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可以分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。 把曲轴转两圈（720 度） ，活塞在气缸内上下往复运动四个冲程，完成一个工作循环的 内燃机称为四冲程内燃机；而把曲轴转一圈（360 度） ，活塞在气缸内上下往复运动两 个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用四冲程 内燃机。 6， 按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气 缸体和汽缸盖冷却水中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是 利用流动于气缸体和气缸盖表面散热片之间的空气作为冷却介质的。水冷发动机冷却 均匀，工作可靠、冷却效果好，被广泛的应用于现代车用发动机。 7， 按照供油方式分类 内燃机按照所使用原料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称 为汽油机；使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。 8， 按发动机布局划分 按照汽车发动机在车身上的布局，可以将发动机划分为前置发动机、中置发动机以及 后置发动机三种。 三， 几类典型发动机的优缺点 1， 直列、V 型、W 型以及水平对置等几种发动机的优缺点 （1） 直列发动机 直列发动机的所有气缸均按同一角度肩并肩排成一个平面，它的优点是缸体和 曲轴结构十分简单，而且使用一个气缸盖，制造成本较低、尺寸紧凑。直列发动 机稳定性高，低速扭矩特性好并且燃料消耗比较少，但缺点是功率较低，并且不 适合六缸以上的发动机采用。直列发动机在国产车中应用十分广泛，几乎所有中 档以下的国产车及采用四缸发动机的车型都是直列发动机。宝马公司一直是直列 发动机的坚决拥护者，宝马的直列六缸发动机无论在技术含量、缸数上还是在性 能表现上都可算是直列发动机的极致。宝马的顶级车型新 7 系轿车仍然采用直列 六缸发动机的版本。 （2） V 型发动机 V 型发动机的高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便。尤其是现代汽 车比较重视空气动力学，要求汽车迎风面越小越好，也就要求发动机盖越低越好。 另外，如果将发动机长度缩短，便能为驾乘舱留出更大的空间。由于气缸之间已 相互错开布置，这便于通过扩大气缸直径来提高排量和功率并且适合于较高的气 缸数。此外，V 型发动机气缸对向布置，还可抵消一部分震动，使发动机运转更 平顺。 V 型发动机的缺点则是必须使用两个气缸盖，结构较为复杂、成本较高。另外 其宽度加大后，发动机两侧空间较小，不易再安排其他装置。目前国产中高档车 型中，不少采用 V 型 6 缸发动机，比如君威，帕萨特及奥迪 A6 等等。欧洲的豪 华轿车往往采用 8 缸以上的 V 型发动机设计，比如劳斯莱斯的、奔驰顶级的 S600 轿车等都是 V12 发动机，而目前 V 型发动机最高可达 16 缸，排量在 10 升以上。 （3） W 型发动机 W 型发动机是德国大众专属发动机技术，它与 V 型发动机相比可以将发动机做 的更短一些，曲轴也可以短一些，这样就能节省发动机所占的空间，同时重量也 乐意轻些，但它的宽度更大，使得发动机室更满。W 型发动机的最大问题是发动 机由一个整体被分割为两个部分，在运作时必然会引起很大的震动。针对这一问 题，大众在 W 型发动机上设计了两个反向转动的平衡轴，让两个部分的震动在内 部相互抵消。大众的旗舰车型以前由于没 2 缸发动机，而与同级别奔驰 S600 相 比底气不足，而大众全新 W12 发动机则彻底改变了这一劣势，大众旗下的另两款 豪华车：本特利新车 GT 和奥迪旗舰 A8L6.0 都采用 W12 发动机。 （4） 平对置发动机 水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的气缸为平放，因此降低了汽车 的重心，同时又能将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。 此外，水平对峙的气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的。水平对峙发动机是日本富招牌 技术之一，采用水平对峙技术的发动机的富士 WRX-STi 车型是世界拉力赛场上的 传奇车型，也是全球飙车族们梦寐以求的挚爱。 （5） 转子发动机 转子发动机采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放。转子发动机的优点十分 明显，它尺寸较小，重量较轻，功率很大，并且噪声和震动极低。但是由于转子 技术的复杂，使其制造成本及其高昂，耐用性也低于传统发电机。至今为止，将 转子技术成熟应用于市场产品的仅有马自达一家厂商。目前，马自达赫赫有名 RX-8 跑车正是转子发动机技术的最新继承者。 2， 柴油机与汽油机的优缺点 与柴油相比较，汽油的沸点低、容易气化，汽油发动机通过气缸压缩，将吸进 的汽油气化，并与缸内空气相混合，形成可燃混合气体，最后由火花塞放电点燃 气体推动气缸活塞做功；柴油的特点是自然温度低，所以柴油发动机不需要火花 塞之类的点火装置，它采用压缩空气的办法提高空气温度，是空气温度超过柴油 的自然测试。这是再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。两种 发动机相比而言，一般来说，因为汽油发动机需要对汽油的喷射量、喷入时间以 及点火时间控制的十分准确，因此结构往往比柴油机更加精密复杂一些，而柴油 机由于气缸的 大于汽油机，因而对材料的结构强度和刚度则要求更高一些。 汽油发动机大功率及转速高，运转安静平顺，排放低，而柴油发动机的优点是 燃烧效率高、油耗低，并且低转速扭矩及最大扭矩远远超过汽油机。体现在驾驶 感受上，人们会发现柴油驱动的轿车起步十分迅速，在山路及坡道上后劲十足， 然后在中后段的加速性以及最高车速方面又会逊于同档次的汽油机版本。国内传 统柴油机一直给人以体积笨重、震动噪声大以及排放污染严重的印象，因此国产 轿车基本采用汽油发动机，然而近年来，国外知名车商开始将一些最新的柴油机 技术引入到中国，大大改善了国人对柴油机的偏见，譬如一汽大众刚刚推出 TDI 柴油发动机宝来，其环保性、动力性以及平顺性都不逊于汽油机，同时又具备柴 油机特有的巨大扭力和超低油耗，市场前景十分看好。 3， 前置、中置以及后置发动机的优缺点 目前在国内车市上所能看到的绝大部分车型都是采用的前置发动机，即发动 机位于车前轮轴之前。前置发动机的优点是简化了车子变速器与驱动桥的结构， 特别是对于目前占绝对主流的前轮驱动车型而言，发动机将动力直接输送到前 轮上，省略了长长的传动轴，不但减少了功率传递损耗，也大大降低了动力传 动机构的复杂性和故障率，此外，将发动机至于驾驶员的前方，在正面撞车时， 发动机可以保护驾驶员免受冲击，从而提高了车的安全性。与前置发动机相对 应的是后置发动机，后置发动机往往对应于一些后轮驱动的大马力车型，典型 车型为保时捷的 911 系列跑车。此外，还有一种布局便是中置发动机，即发动 机位于汽车的前后轮轴之间，对于一些极端追求性能的车型而言，将发动机中 置是一种最理想的方式，因为发动机的位置正好位于车子中心附近，而不是重 量过于集中在车头或车尾，达到最佳的配重比，这将大大的提高车子的操控