直列四缸与V型六缸发动机详细解析

ksj7341 · 发表于 2009-9-3 10:36

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　　发动机技术发展到今天，很多东西大家都已达成共识，比如轿车发动机的排量和气缸数量的关系。2.0升以下的发动机一般都是4缸，3.0-4.0一般是6缸，4.0以上则大多采用V8甚至V12的设计。但2.5升左右的机器是用4缸还是6缸好呢？这个问题就值得探讨一下了。

　　导弹艇和拖船

　　先说点题外话。我军常用的导弹快艇和港口常用的大马力拖船主机的输出功率都是8000马力。导弹艇用的是两台42缸高速柴油机并机工作，每台机器都是由7组星型6缸布置的气缸组成的。84个气缸，平均单缸功率还不到100马力；而拖船的主机一般都是直列6缸，也有少数采用直列8缸的，单缸功率在1000马力以上。

　　哪个效率高呢？这个问题根本不用讨论。如果港务局把84缸发动机装在拖船上，不用等到经济危机就已经破产了。而军品大多是不计成本，不惜一切代价的产物。再看可靠性。我们能见到船龄超过20年甚至更长的拖船还在任劳任怨地工作，但导弹快艇的发动机寿命却是用小时来计算的。

　　上面只是一个极端的例子。但就2.5升左右的轿车发动机而言，目前的发展趋势的确是直列4缸机比V型6缸机更受青睐。因为对家用车来说，经济性、可靠性永远是压倒一切的性能。

　　为什么同样排量的4缸机比6缸机的经济性和可靠性更好呢？下面我们深入探讨一下这个问题。

　　高速≠高转速

　　重型卡车的柴油机最大功率转速只有不到2000rpm，而高性能跑车的发动机可以拉到7000rpm以上，但两者都属于高速发动机。为什么呢？因为发动机工程师区分高速和低速发动机的标准是活塞平均运行速度，而非转速，这个指标比发动机转速更能衡量机器的负荷水平。由于直列4缸机的缸径和行程都大于同等排量的V型6缸机，因此，同样负荷下，它的转速更低。比如说马自达睿翼的4缸2.5升MZR发动机的活塞行程是100mm，而同为2.5升的日产天籁VQ25采用V6设计，活塞行程只有73.3mm。当活塞平均速度达到10m/s时(一般这个速度下的燃油经济性比较好)，马自达睿翼的发动机转速只有3000rpm，而天籁的已经达到了4100rpm。显然马自达睿翼的设计更符合大多数人的日常开车习惯。

　　同样的原因，马自达睿翼的MZR发动机在4000rpm时输出最大扭矩226Nm，并且之前很宽的区间扭矩曲线都非常平坦；而天籁的最大扭矩点在4400rpm，扭矩曲线上呈现出相对明显的尖峰。

　　决胜3000转

　　由于内磨擦损失和泵气损失都比较小，大多数4缸机在3000转左右是最富有活力的转速区段，而6缸机的唤醒转速相对要晚一些。

　　从结构上我们很容易明白个中的原因。由于多了两个气缸，6缸机比4缸机多了两组活塞，相应地，多出了4道气环、两道油环，接触及磨擦面积增加了30%左右，而增加出来的两根凸轮轴、8只气门弹簧、8只气门油封也在偷偷从你的油箱里偷油。

　　谁更平稳

　　6缸机的运转平稳性优于4缸机，这似乎是个定论。果真如此吗？对于气缸夹角120°的V6发动机的确是这样，但现在发动机舱的空间越来越宝贵，，比如BMW和volvo。仍然采用直列汽缸技术。

　　像锐志的5GR和天籁VQ25都采用了相对紧凑的60°气缸夹角，它可以抵消活塞往复运动带来的振动，但由于各缸做功不是均匀地间隔120°曲轴转角，因此它并不是完美的100%动平衡。

　　所以说，和4缸机一样，大多数V6发动机还需要平衡轴。在高转速下，V6和直4在振动上的区别基本可以忽略不计。

　　谁更紧凑？

　　这个问题大概也不用讨论了，直4比V6不仅造型紧凑、重量轻，故障率也低很多。我们想说的是，对于大多数发动机横向布置的前驱车，直4比V6在进气效率、升级空间方面拥有更多的优势。

　　眼下绝大多数主流的直列4缸汽油机都采用进气在前、排气在后的反置式布局，它的空气流动路线是最合理的，不仅如此，它还更便于布置增压器，由于催化转换器可以离排气歧管很近甚至于排气歧管做成一体，它也更容易满足未来更严格的排放法规。

　　而横置的V6就比较麻烦，它采用的是中间进气、两侧排气的布局，这样势必要有一排3缸的排气管从发动机下面通向车尾，这无形中提高了发动机的位置和重心，不利于进一步改善操控性，最大的问题是，增压器怎么布置？如果把6个缸的排气汇总到一起来驱动增压器，由于排气管路过长，排气的温度和压力都下降得很多，这无形中损失了很多废气能量。每排气缸布置一个增压器倒是可以解决这个问题，但那样的成本会很高。还有散热、进气过分加热等许多问题，总之现在的趋势是，在普通轿车上，V6越来越多地被同排量，更精致的4缸机取代。

　　高强化，一把双刃剑

　　高强化不仅让发动机的数据看起来更漂亮，也可以用更小的排量获得更大的功率，从而规避针对排量的很多高额税收，听起来是个很不错的主意，但实际上呢？举个极端的例子，参加CTCC场地赛的车子虽然模样和民用版量产车差不多，但发动机的输出功率都提升了50%-100%，强化到这种程度，车子连怠速都不稳了，不过这丝毫不影响它参加比赛，因为赛道上没有人用得着怠速工况。

　　高强化发动机牺牲的主要是中低速性能，而这恰恰是我们最需要的。还是以2.5升发动机为例，小型V6设计可以把断油转速提升到7000转，相应的最大功率标到200匹也没有问题，但它的经济性、可靠性以及中低速相应肯定不如170匹的大四缸机器用着爽。降低强化程度带来的另一个好处是可以使用更廉价的93号汽油，发动机的保养间隔也可以适当延长，出门在外不会因为水土不服而出现这样那样的毛病。马自达睿翼MZR2.5L发动机采用的就是直列4缸技术，在中低速状态下动力表现十分充沛，实用性=实际使用时的价值理念会给你带来更多的惊喜。

0777 · 发表于 2009-9-3 11:55

好，有说服力，收藏了。

苍穹的树熊 · 发表于 2009-9-3 21:58

精辟~lz
学习了

F150 · 发表于 2009-9-4 19:58

奥迪的2.4用的好像是6缸，奥迪的工程师看来“不如”马自达的工程师啊。但奥迪2.4好像比马自达的2.5贵很多吧！呵呵

F150 · 发表于 2009-9-4 19:58

奥迪的2.4用的好像是6缸，奥迪的工程师看来“不如”马自达的工程师啊。但奥迪2.4好像比马自达的2.5贵很多吧！呵呵

没刹车 · 发表于 2009-9-4 23:27

最后一句是此文的关键。。。。。。。。。。。

晚晚打飞机 · 发表于 2009-9-5 04:52

胡说八道，

那个托网抄下来的，小日本唬中国人买它的直列四缸就是这么说的，全世界都知道V型缸比直列缸优越，你见过F1的发动机是直列缸的吗。。。。

阿摇 · 发表于 2009-9-5 15:35

比如说马自达睿翼的4缸2.5升MZR发动机的活塞行程是100mm，而同为2.5升的日产天籁VQ25采用V6设计，活塞行程只有73.3mm。当活塞平均速度达到10m/s时(一般这个速度下的燃油经济性比较好)，马自达睿翼的发动机转速只有3000rpm，而天籁的已经达到了4100rpm。显然马自达睿翼的设计更符合大多数人的日常开车习惯。
个人理解：发动机的能量损耗到了高速后主要是克服活塞往复运动的惯性力的动能（1/2MVV），所以有理由说在同等转速下、同等排量下活塞速度越低能量损耗越少。不敢说功率越大，至少损失少。另至少活塞还能继续加快，功率还能继续加大。

dongjing118 · 发表于 2009-9-6 11:53

学习

王瑾 · 发表于 2009-9-6 11:59

好帖，学习了，各有各的好啊

驭骑定远 · 发表于 2009-9-6 12:47

学习了

。实践中见真知。

zhangbaoli · 发表于 2009-9-6 21:18

上了精彩的一课

柴油引擎 · 发表于 2009-9-6 23:05

怪不得奔驰他们要97#油,学习了

文字游戏 · 发表于 2009-9-8 11:31

新马6的托文呗,还写这么长,真有兴致

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