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汽车是汽缸越多越好吗?首先我们还是先了解下气缸的作用:
1. 引导活塞在缸内进行直线往复运动;
2. 气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力;
3. 燃料在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能。
简单说就是,气缸提供了活塞运动、燃气压缩、能量转换的环境条件。
发动机排量是最重要的结构参数之一,而发动机排量=圆周率 *半径平方 *3.1416159*活塞半径mm* 活塞半径mm * 行程mm×缸数。理论上说,缸数越多,单位时间内能量转换量的上限就越高,汽车就能获得更多的动力。
虽然通过提高汽缸容积也同样可以获得更大排量,但是气缸容积如果太大,活塞质量便会增加,燃烧率也会降低,最终影响功的顺利输出。
但是提升缸数就不存在这些问题了,事实上它在保证燃烧合理的情况下,能够将活塞变得更小,惯量也会相应降低,这样发动机的转动就会变得更加灵活。这在提升动力的同时,还能有助于动力响应能力和平顺性(噪音变小)。
也就是说缸数越多,越容易做的平顺、响应快。
所以为了推极限,很多暴力机器会采用极夸张的气缸数,比如布加迪的两代猪王以16.4公升V16引擎,超过千匹的输出成为大家最熟悉的16气缸量产车
所以在不考虑现实因素的条件下,气缸数当然是越多越好,毕竟这是物理原理的天性使然(当然也是有限度的,16缸就已经属于很变态的级别了)。
不过如果算上成本、排量、污染等问题,多气缸却还得再经过一番考验。简单说有以下难点:
1. 气缸增多,发动机零件数量自然会成比例增加,结构也会变得更加复杂。
对于任何机器而言,我们是希望结构越简单越好,因为可靠性高。所以多气缸会带来可靠性降低、制造和养护成本大幅增加、调校难度变大;
就拿6气缸为例,民用车发动机3.0L排量以下,很少有6缸的,特别是横置V6发动机。由于横置V6发动机采用的是中间进气,两侧排气的方式,这必然导致有一排气管从发动机下面通向车尾,这会提高发动机的重心,对操控性很不利。
而且因为由于排气管路过长,又会损失很多废气能量,虽然可以给每排气缸布置一个增压器,但成本就太高了。
2. 缸数越多,发动机的质量也会增大。
为什么全铝发动机存在诸多槽点(结构强度不如铸铁、耐腐蚀性差、摩擦系数大等),但仍然很有市场,因为敌不过轻啊。汽车整车重量每减少10%,燃油的消耗可降低6%~8%,所以对重量厂家都是锱铢必较的。
而随着缸数的增多,发动机重量也会增大,一般来说同材质(铸铁)的6缸机要比四缸机要重近30kg(不过各家发动机由于技术不一样,重量幅度会比较大,这里不是很准确,比如大众的FSI V6的发动机整机约为173kg,EA888四缸发动机大约在144kg)。
3. 缸数并不能绝对代表动力
这样的例子很多,比如沃尔沃XC90上的那台2.0T 4缸发动机(VEA发动机家族),最大马力有400匹。作为对比,我们可以看看与其他几家的差别。
在车主中基本上给隐隐约约存在一个气缸鄙视链
发动机气缸,代表着车主的尊严值,发动机气缸越多,尊严值也自然越高
因此在选购车辆的时候,汽车发动机的气缸数量也成为了一个重要的选择标准。
那么就有不少车迷会觉得发动机的汽缸数越多越好呢?
那么肯定有人想着,汽车发动机的气缸能够在尽可能将排量做小,同时将气缸数量做的更多呢?
首先根据内燃机的燃烧理论模型,奥托循环原理的理论,内燃机的空燃比以及压缩比,活塞的直径,冲程长短等等的参数,能够直接影响发动机的热效率。
因此根据内燃机燃烧特性理论以及这么多年来的经验,发动机的单缸排气量越接近500CC,发动机的效能越好。
而发动机则是根据活塞直径以及冲程长短,需要根据所搭载的车型来决定发动机的性能取向,究竟是低速发动机还是高速发动机。
在确定了发动机的单缸排量之后,发动机的设置还需要根据车型的定位,给车子安装不同的排量的发动机。
理论上在发动机的单缸排量如果确定为500CC,那么乍看之下发动机的缸数是越多越好。
不过实际上却并非如此,虽然所发动机缸数越多,代表着发动机的性能越强,但是这也代表着发动机的体积重量将会加大,先不管厂商的生产成本,对于普通车主而言,用车成本,油耗,税费,维修保养难度都大大增加。
另外,并非是所有车辆都适用大尺寸,大排量的发动机,由于车身尺寸有限,一旦容纳下大排量发动机,很容易会造成车身重量失去平衡的问题,严重影响操控性。
参考车型:大众帕萨特B5.5 W8 4.0L
如果采用小排量多缸的制造策略,这无疑就是牺牲了实用性,对厂商而言确实能够做出来,但是由于缸径小了,结构变复杂了,零配件多了,对于工艺的要求可不是简单的提升,成本也随着工艺的问题不断上涨,既无实用性,而且成本又高,这样的发动机基本上是不会被市场所接受的,一般只能是作为艺术品欣赏而已。
参考车型:本田CBX
这款神车就是将1L引擎设计成直列六缸,性能也不错,声浪更是迷人,不过随着时间的推移,因为种种原因而被市场淘汰。
机动车发动机的气缸理论上越多越好,因更多的缸数可以提升发动机功率,功率决定了汽车的极速和高速加速体验,同时决定了平顺体验。
发动机的基础结构包括汽缸、活塞、连杆、曲轴以及等等,汽缸简单理解就是一个缸体,活塞在气缸内往复循环压缩加热混合油气之后由火花塞点燃气态燃油做功产生动力(汽油机),可以把一个汽缸理解为一个“工作室”“能量转化室”“燃烧室”亦或者一个“员工”。
如果理解为员工的话发动机就是一个团队,汽缸越多输出可以实现的工作量也就越大;不过工作量如果是固定量的话,更多的汽缸就能让每一个员工的作业更加高效、精细和准确,以这种理解方式去理解多缸发动机很容易分辨优劣。
①·假设发动机排量为1.6升且用涡轮增压进气技术,缸数为V型六缸;1.6升的进气总量平均分布到六个气缸则每个气缸为0.267升空气,空燃比固定为14.7:1喷油量也是恒定的,总量不变但每个气缸的“工作量”更小则能让燃烧更精准、更完全。
②·四冲程发动机一次循环曲轴旋转720度,为保持运转的平衡各个气缸之间存在点火间隔角而且是相同的,四缸发动机的间隔角为180度而六缸发动机则为120度;简单理解同样排量的V6发动机做功的效率更高,输出的峰值扭矩驾驶相同效率越高(转速越快)性能自然会更强。
因为【功率=转速X扭矩÷常数】,假设每个气缸往复一次输出的扭矩相同,V6发动机的转速提升效率更高效则发动机的功率输出也会越直接,性能的体现也就更理想了。比如F1赛车使用的1.6T V6发动机虽然峰值扭矩在350~400N·m之间并不算夸张,但是最大功率却能够达到550kw(750Ps马力)左右,所以这种发动机的极速可以非常高,而且转速提升速度很快也能够致癌2秒多轻松破百,因为峰值扭矩即使不大但在单位时间内输出的总量是极多的。
所以从性能方面发动机确实是气缸越多越好,而且同样排量的多缸发动机燃烧更充分也能减少固定区间的碳污染问题。重要的是更多气缸发动机运行也会更加平顺,合理的结构布局能够在每个气缸运行中产生的惯性作用力被“对称式”抵消,这样就能保证发动机的平稳运行了。
不过发动机气缸越多制造工艺越复杂成本也就越高,所以六缸八缸等发动机多使用在高价的豪华汽车上,普通代步车多为直列四缸发动机。常用的四缸机功率总是要小一些,但面对120km/h的最高限速也确实不需要大功率,能让四缸机实现大扭矩体验在中低速加速中的性能已经足够了。
至于三缸发动机只标准的廉价机头,只有三个气缸会造成运行中每个气缸产生的惯性作用力无法抵消,三个活塞循环往复的产生作用力发动机自然会摇摆。而发动机又是通过机脚胶相对刚性固定在车架上,所以摇摆会产生震动、震动频率不合理的话则会出现抖动感。在抖动中运行的发动机总会拉低用车体验,其次会快速磨损发动机和损坏机脚胶。
但即使有这么多缺点三缸发动机也不是一无是处,因为制造成本足够低可以让整车价格降低,早期的微型低价车能够这么便宜也离不开三缸机的功劳。只是某些品牌在消费级甚至高价车上用这种机器无疑是底线不够高的,这类车还是不建议考虑的。
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