氣缸排列型式

氣缸排列形式，顧名思義，是指多氣缸內燃機各個氣缸排布的形式，直白的說，就是一台發動機上氣缸所排出的佇列形式。

基本介紹

• 中文名：氣缸排列型式
• 別稱：一台發動機上氣缸所排出的佇列形式
• 套用學科：物理
• 適用領域範圍：發動機

分類

目前主流發動機汽缸排列形式：L型直列 、V型排列 、W型排列 、水平對置發動機、R型轉子發動機

詳細介紹

直列發動機

直列發動機，一般縮寫為L，比如L4就代表著直列4缸的意思。直列布局是如今使用最為廣泛的氣缸排列形式，尤其是在2.5L以下排量的發動機上。這種布局的發動機的所有氣缸均是按同一角度並排成一個平面，並且只使用了一個氣缸蓋，同時其缸體和曲軸的結構也要相對簡單，好比氣缸們站成了一列縱隊。

L型直列發動機

具體來說，我們常見的大致有L3、L4、L5、L6型四款（數字代表氣缸數量）。這種布局發動機的優勢在於尺寸緊湊，穩定性高，低速扭矩特性好並且燃料消耗也較少，當然也意味著製造成本更低。同時，採用直列式氣缸布局的發動機體積也比較緊湊，可以適應更靈活的布局。也方便於布置增壓器類的裝置。但其主要缺點在於發動機本身的功率較低，並不適合配備6缸以上的車型。

V型

所謂V型發動機，簡單的說就是將所有汽缸分成兩組，把相鄰汽缸以一定夾角布置一起（左右兩列氣缸中心線的夾角γ<180°），使兩組汽缸形成一個夾角的平面，從側面看汽缸呈V字形（通常的夾角為60°），故稱V型發動機。

與直列布局形式相比，V型發動機縮短了機體的長度和高度，而更低的安裝位置可以便於設計師設計出風阻係數更低的車身，同時得益於汽缸對向布置，還可抵消一部分振動，使發動機運轉更為平順。比如一些追求舒適平順駕乘感受的中高級車型，還是在堅持使用大排量V型布局發動機，而不使用技術更先進的“小排量直列型布局發動機+增壓器”的動力組合。

V型排列發動機

概括的說：我們可以這樣理解，發動機氣缸採用V型布局，可以說在結構層面上克服了一些傳統直列布局的劣勢，但同樣，精密的設計讓製造工藝更複雜，同時由於機體的寬度較大，也不方便安裝其他輔助裝置。

W型

許多人以為就像V型發動機的汽缸呈V形排列那樣，W型發動機的汽缸排列形式也一定是呈W形，其實不然，它只是近似W形排列，嚴格說來還應屬V型發動機，至少是V型發動機的一個變種。

W型發動機，W型發動機是德國大眾專屬發動機技術。將V型發動機的每側汽缸再進行小角度的錯開，就成了W型發動機。或者說W型發動機的汽缸排列形式是由兩個小V形組成一個大V形,兩組V型發動機共用一根曲軸。嚴格說來W型發動機還應屬V型發動機的變種。

W型與V型發動機相比可將發動機做得更短一些，曲軸也可短些，這樣就能節省發動機所占的空間，同時重量也可輕些，但它的寬度更大，使得發動機艙更滿。

W型發動機最大的問題是發動機由一個整體被分割為兩個部分，在運作時必然會引起很大的振動。針對這一問題，大眾在W型發動機上設計了兩個反向轉動的平衡軸，讓兩個部分的振動在內部相互抵消。 目前套用W發動機的只有大眾以及它旗下其他品牌的車輛，比如老帕薩特的W8，大眾輝騰、賓利歐陸和奧迪A8的W12以及布嘉迪的W16。

H型（水平對置）

在上面介紹氣缸V型排列發動機的時候已經提過，V型布局形成的夾角通常為60°（左右兩列氣缸中心線的夾角γ<180°），而水平對置發動機的氣缸夾角為180度。但是水平對置發動機的製造成本和工藝難度相當高，所以目前世界上只有保時捷和斯巴魯兩個廠商在使用。

水平對置發動機的最大優點是重心低。由於它的汽缸為“平放”，不僅降低了汽車的重心，還能讓車頭設計得又扁又低，這些因素都能增強汽車的行駛穩定性。同時，水平對置的汽缸布局是一種對稱穩定結構，這使得發動機的運轉平順性比V型發動機更好，運行時的功率損耗也是最小。當然更低的重心和均衡的分配也為車輛帶了更好的操控性。

那為什麼其它廠家沒有研發水平對置引擎呢？除了因為水平對置結構較為複雜外，還有如機油潤滑等問題很難解決。橫置的氣缸因為重力的原因，會使機油流到底部，使一邊氣缸得不到充分的潤滑。顯然保時捷和斯巴魯都很好的解決了眾多技術難題，但高精度的製造要求也帶來了更高的養護成本，並且由於機體較寬，因而並不利於布局。

轉子發動機

相比常見的L型、V型氣缸布局形式，可能很多朋友會對三角轉子發動機感到陌生。轉子發動機又稱為米勒循環發動機，由德國人菲加士·汪克爾發明，之後這項技術由馬自達公司收購。我們都知道：傳統的氣缸往復運動式發動機，工作時活塞在氣缸里做往復直線運動，而為了把活塞的直線運動轉化為旋轉運動，必須使用曲柄連桿機構。轉子發動機則不同，它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。與往復式發動機相比，轉子發動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉子發動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優勢。

工作原理：在三角轉子轉動時，以三角轉子中心為中心的內齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉動，內齒圈與齒輪的齒數之比為3:2。上述運動關係使得三角轉子頂點的運動軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉子把汽缸分成三個獨立空間，三個空間各自先後完成進氣、壓縮、做功和排氣，三角轉子自轉一周，發動機點火做功三次。而轉子發動機的轉子每旋轉一圈就作功一次。

轉子發動機工作原理

與一般的四衝程發動機每旋轉兩圈才作功一次相比，具有高功率容積比（發動機容積較小就能輸出較多動力）的優點。另外，由於轉子發動機的軸向運轉特性，它不需要精密的曲軸平衡就能達到較高的運轉轉速。整個發動機只有兩個轉動部件，與一般的四衝程發動機具有進、排氣活門等二十多個活動部件相比結構大大簡化，故障的可能性也大大減小。

除了以上的優點外，轉子發動機的優點亦包括體積較小、重量輕、低重心等。相應缺點是發動機在使用一段時間之後容易因為油封材料磨損而造成漏氣問題，增加油耗。另外其獨特的機械結構也造成這類引擎較難維修。

VR發動機

VR發動機是大眾的專屬產品，1991年，大眾公司開發了一種15°夾角的V6 2.8L發動機，稱做VR6，並安裝在第三代高爾夫上。這種發動機結構緊湊，寬度接近於直列發動機，長度不比直列4缸發動機長多少。

眾所周知，對於V型6缸發動機而言，60度夾角是最最佳化的設計，這是經過無數科學實驗論證過的結果。因而絕大多數的V6發動機都是採用這種布局形式的。但為了能在更小的空間內放下V6發動機，大眾集團另闢蹊徑的研發出了夾角為15度、體積更小的VR6發動機。而從動力參數來看，它並不遜色與普通的V6發動機，但在研發之初就暴露了明顯的抖動問題。通過一系列的平衡穩定手段雖使問題得以明顯改善。但這依然無法超越改變其本身結構上的特性，就像普通直列發動機的震動通常都會大於V型發動機一樣，夾角更小的VR6從結構本身就決定了它的震動會大於V6。諸如大眾旗下的高爾夫R32、EOS等車型都曾裝配過這款發動機。

VR發動機的汽缸夾角非常小，兩列汽缸接近平行，汽缸蓋上火花塞的孔幾乎並在一條直線上。VR發動機的特點就是體積特別小，所以非常適用於大眾車系的前置發動機平台，因為大眾的前置發動機前輪驅動底盤都是縱置式的設計，而且發動機在前軸之前所以發動機不能過長否則難以布置前懸掛。這款發動機非常緊湊，雖然是V缸機，但由於兩列汽缸相離很近所以只需要一個汽缸蓋就可以搞定，比90度和60度夾角的V6成本低很多（因為普通V缸機必須加工兩個汽缸蓋如果是DOHC的V缸機還需要加工4根凸輪軸，所以成本很高）。

大眾VR6發動機

在基於VR發動機的基礎上，大眾還研發出了W12發動機，由於大眾的汽車平台，通常都是用的前置發動機布置。也就是說發動機是安裝在前軸之前的。由於空間有限，所以對發動機的緊湊性提出了很高的要求。賓士和寶馬使用的普通V12發動機長度很大，在大眾車上顯然是行不通的。因此大眾工程師想把兩台VR6發動機以一定的汽缸夾角合在一起，製造出了一台擁有4列汽缸的W型12缸發動機。它充分的利用了VR發動機的緊湊優勢，使得這種12缸的超級機器只有普通V6發動機的長度。