汽車4缸和6缸自然吸氣發動機,氣缸總容積相同,缸少的發動機工作效率高嗎?

郭文輝198


意思是問:同排量的四缸發動機和六缸發動機是否由於四缸比六缸少了兩個缸所以其工作效率就高?答案是不一定!

其實影響發動機工作效率的因素非常之多而對比缸數對發動機工作效率的影響也是需要有統一前提的。工作效率可以看做是一個量化參數指標表示:W總輸出/W總輸入,所以它和做功多少有關係但影響工作效率的還應依靠其內部轉化效率。如果一定要對比關係那就是同排量、同樣轉化率前提下的四缸和六缸發動機。也就是保證W輸出功一致,這樣平均每缸的做功量會因缸數不同產生差異。

比如:同排量、同功率、同轉化率的四缸和六缸發動機相比,四缸機平均每個缸的做功量是大於六缸平均每個缸的做功量且由於轉化效率也相同,所以四缸平均每個缸的工作效率確實高於六缸平均每個缸的做功效率,但是總工作效率是一樣的。而如果以上前提不統一就會產生不同的可能性,比如轉化率高的六缸機平均每個缸的工作效率和總功率都可能高,同理轉化率高的四缸也可能在單缸工作效率和總工作效率都超過六缸。

同排量下四缸和六缸的工作效率高低並不僅僅通過缸數來判斷

先確定一個前提:同排量(也就是題主說的氣缸總容積,但用總容積不嚴謹因為燃燒室包含總容積裡)也就是每個氣缸缸的活塞上下止點間的容積。由於排量的大小直接影響發動機進氣量和壓縮比的變化所以排量大小是發動機能做多少功的前提。

影響發動機排量大小的直接因素就是氣缸的行程和缸徑:缸徑就是氣缸直徑d,行程就是活塞上下止點之間的距離,氣缸半徑r為d/2,所以發動機的排量為氣缸面積×行程×缸數。如果排量相同的四缸和六缸相比,由於缸數不同排量相同所以四缸的單缸排量一定大於六缸的單缸排量。而排量大則說明單缸做功就多,如果轉化率相同那麼四缸的平均單缸工作效率高於六缸平均單缸工作效率,這個前提一定是同轉化率。然而由於技術、材質以及成本的限制發動機缸徑和行程不是隨便增大或者隨便改變的,像我們熟知的豐田86就是因為其缸徑和行程都是標準86mm而得名,而一般汽油車發動機的缸徑和行程都不會超過110mm。

比如:日產的VQ系列2.5L排量V6發動機就是一個很好的代表,VQ25系列發動機的缸徑和行程為85×73.3mm、V型六缸,根據缸徑和行程可以計算出單缸排量約為0.416L。而豐田最新的A25系列2.5L排量L4發動機的缸徑和行程分別為87.5×103.4mm,經計算其單缸排量約為0.624L。對比VQ25和A25的單缸排量可以看出六缸的明顯小於四缸,也就是說豐田A25發動機的單缸做功肯定是高於日產VQ25的單缸做功,但只看單缸做功多少就一定能得出工作效率高嗎?不一定!還需要看轉化率。我們以VQ25DE和A25A為例子:VQ25和A25A的功率分別為136KW/h和154KW/h、壓縮比分別為10:1和12:1、最高熱效率分別為36%和40%。可以看出A25A的單缸做功多且工作效率高,相反如果讓VQ25擁有A25A的轉化率即使A25A單缸做功多但轉化率低其工作效率也並不會很高。

四缸和六缸的優劣差異不單單隻考慮工作效率

六缸相比四缸的優勢在於其穩定、平順、噪音、性能上限以及高轉速的可調教性,所以四缸一般都是2.5L以下排量而六缸往往在2.5-4.0L排量。在原理上四衝程發動機都會經過吸氣、壓縮、做功、排氣四個衝程,但是由於每個衝程所受到的壓力是完全不同的尤其是做功衝程的壓力遠高於其它衝程,所以由於週期性慣性力的作用即使有飛輪的平衡發動機的運行也並不是理想狀態下的平穩、持續、均勻的輸出動力。四衝程發動機每做完一個完整的循環需要曲軸旋轉720度,而由於其點火順序也是依次進行的所以四缸發動機每一個行程需要曲軸旋轉180度,也就是四缸發動機的點火間隔角為180度。同理六缸發動機一個完整的循環也需要曲軸旋轉720度,但是由於缸數增加曲軸行程不變所以其點火間隔角就變成了120度(720/6缸數)。因此六缸發動機相比四缸發動機的運行更平順、連續且震動和噪音更小,這就好比單缸柴油機和四缸發動機的運行差異。

在結構上,V型六缸發動機成60度夾角佈局所以有抵消震動的作用,而因行程和缸徑降低所以其整體高度和寬度就會降低有利於空間佈局;由於長度縮短對曲軸的要求降低,在抑制震動和慣性方面也有優勢;由於缸徑較短所以更有利於發動機在高轉速的性能調教,這也是自吸發動機的魅力所在,所以六缸發動機的天然優勢更多體現在其結構特性上。

總結:同排量下可以說氣缸的數量多少是會影響發動機做功的多少但和發動機的工作效率並沒有直接的因果關係,再者技術原因也是可以改變轉化率的高低的,要對比應儘可能保證額外因素的相同或者相近。


旋轉的方向盤


如果你說的排量滿足做4缸也能正常工作的話,那肯定是4缸機效率高。

那麼為什麼要做6缸機甚至16缸機呢?主要目的就是為了增大功率,滿足市場需求。

那麼為什麼不做一個大的單缸內燃機呢?這樣不是少了好多運動部件,成本又低,效率又高嗎?

下面我給你來解釋一下,為什麼增大功率,必須要增加氣缸數,哪怕是要增加成本,降低機械效率。

增大功率就必須要增大排量(發動機工作容積),增大排量無非於增大缸徑D、行程S和缸數。缸徑加大,有效功率確實以缸徑平方的速度增加,但是慣性力也以缸徑平方的速度增加,導致振動和機械負荷加劇,還會導致發動機氣缸、活塞組、氣缸蓋、氣門等零件的熱負荷增加,爆燃傾向也會加大,所以汽油機的缸徑一般不超過110mm。行程S增加,在缸徑不變的情況下,S/D增加,會導致活塞平均速度提高,引起磨損加速、壽命下降等問題。綜上,想增大發動機功率,最簡單的方法就是增加氣缸數,在同樣的功率要求下,氣缸數越多,氣缸直徑就可以縮小,轉速就可以繼續提高。氣缸數增加,平均有效壓力線性提高,發動機長度加大,平衡性改善。因此,廠家為了提高發動機功率,最好的方法就是增加氣缸數,機械效率確實低了,但任何設計都在取一個滿足市場的平衡,不可能事事最優。



DezonSay


因燃油不同及著火方式不同,汽油機氣缸直徑是有一定的限制。所以需增大功率都是在缸徑允許的設計範圍內選擇向多缸取向。這是汽油引擎和柴油引擎上的區別和分水嶺。

因此,汽油機在相同排量的前提下,選擇多缸設計的優勢為燃燒性能好,噪聲低,均衡性能好,運轉特平穩,振動小,雖然結構凸現冗餘,卻顯綜合性能指標等突出。比如當年的東風汽油引擎為6100發動機,後來的解放141汽油引擎為6102(實則缸徑為101.6mm),僅比東風引擎的缸徑大1.6㎜,卻易爆震及活塞頂產生熾熱點而熄不了火,先採用增加一張氣缸墊降低壓縮比,後經優化採用爆震傳感器及電子點火系統才得以克服。反觀東風汽油引擎卻無此問題出現。


煙鬥1


技術含量差別不大的情況下,四缸發動機功效高,起碼少了兩個燃燒室和配氣機構的聯動與摩擦力。


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