设计多汽缸发动机的难点在哪?

如题。

发动机的缸数几乎都是偶数的。好像只有一款车用过三缸。为什么呢?而且多缸数的发动机很少见,这东西在设计上有什么致命的难题吗?或者说有什么其他原因。

还有就是各种气缸排列方式。同一时期的老车,有的用直列,有的用v排。显然V排技术比较复杂。这里面设计的难点到底在哪?

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14个答案
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Mr.Tech摄影爱好者,汽车专业学生

2015-10-12 18:55

其实,单缸三缸五缸都挺多的。五缸机沃尔沃用的很广泛,旗下所有车型基本都是。三缸机的话,新的小排量车(1.0左右)中很多的,比如福特的1.0T EcoBoost,大众的1.0TSI(好像还没有量产)什么的(感谢提醒,Mini Cooper 1.2和1.5也是三缸发动机)。单缸机,汽车上确实不多,不过摩托里面就一抓一大把了。

偶数主要因为车用发动机基本只有直列,V型,尤其是V型基本没法做成奇数(其实大众曾经搞过一个V5发动机,就是把V6中的一个气缸用滑块替代,保持平衡但是不提供输出功率)。但是航空发动机里面,星形布置的内燃机很常见,这种布局是多个汽缸围成一周,输出轴位于圆心处。星形发动机中五缸,七缸,九缸就是主流了。

气缸多的好处显然是动力更强,但是坏处就是更重,更贵,更复杂。而且这个复杂绝不是1+1=2这种,气缸增多,尤其是V形或者其他什么布局下,平衡,配气,点火什么的都是相当麻烦的事情,成本自然上升。不过在高端车里面,多缸就很多了,题主看看各家顶级车,基本都是V10以上的天下,最多有布加迪的W16(四列气缸,每列4个)和W18(三列气缸,每列6个)。航空发动机中,有人搞过28缸(普拉特惠特尼R-4360)。这些都是不计成本,追求极限性能的典型代表。

果壳上还有篇文章写内燃机气缸布置的,可以参考。

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曲轴是个麻烦,缸体越多,曲轴越长,,,强度是个问题

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  1. 曲轴和凸轮轴的材料特性决定刚度是有限的,缸数量越大,长度越大,为了满足刚度,曲轴和凸轮轴重量尺寸就要上升,最重导致系统级别性能下降;
  2. 如上,V型,星型,W型都是尽可能在增加缸数的同时减少长度的上升,而因此多缸系统复杂度上升,这个不是线性上升的。
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支持者: 荒原狼_82553

1/3/5缸的都普遍存在,再多的话一般会做成V型,所以都是偶数的.

V型的零件多,本质上没有区别.缸越多,机械结构越复杂,成本越高,机械损耗也越大,所以越来越少了,现在一般都是用涡轮来提高输出,减少汽缸数.

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支持者: 断线的傀儡

星型发动机的气缸多为奇数

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并不难

很多米粒尖V8的曲轴和4缸车是一样的

仅仅是开档大一点以便并排容纳相邻的2个连杆

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高性能的航空发动机,都是多缸的,5缸7缸9缸 ,而且都是单数居多,据说是避免耦合什么的,发动机这个玩意主要是看应用,普通私家车,自然是结构简单,价格低,舒适性好作为主要设计要求的,四缸引擎可以保证每个冲程都有一个气缸在做功,少了舒适性差,多了成本划不来,

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Monster_OrangeThe Monster with hysteri...

2015-10-15 10:53

加工精度和材料强度问题吧 ……

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其实设计的难度并不是非常大,现在有各种各样的计算机辅助设计工具,总是能搞出来的。难点还是在制造,制造的难度、成本、材料好坏直接限制了设计人员的意图实现,说白了就是你能设计出来未必能制造出来,因为制造不出来所以你只能改设计到能制造出来的程度。我亲身经历过一个案例,某军工厂打开了某国的潜艇发动机研究,想按1:1重新制作一个用来学习一下(逆向),在完成了所有零件的测绘以后按1:1制造出来了,然后试车发现不能达到同样的性能,于是开始了艰难的找问题解决问题的过程,最后发现每个零件的制造精度只要有少许误差就会损失很多性能,而国内糟糕的材料和工艺直接导致了发动机寿命、性能受损。

所以其实还是难在制造上面,而我国的制造业、材料业有多差想想都能知道,就算明天美国人直接把F35的发动机全套图纸给了我国,不过个N年我们连样机都制造不出来,而大批量生产更是天方夜谭。

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1) 曲轴, 活塞, 活塞杆, 缸体这些东西都不是刚体, 它们会变形, 会振动..... 还会热涨冷缩.....

2) 加工精度有限, 不能保证和图纸上的尺寸没有公差......

这两点决定了, 气缸缸数越多, 设计/加工难度越高, 对材料的要求越高, 成本越高, 发动机寿命越短.... 而且, 过了一点之后, 那就是几何级数般上升......

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上面几位说的很清楚了,多缸内燃机的设计主要难点在于结构尤其是曲轴连杆机构的强度和可靠性,但除此之外,还有运转过程中的往复惯性力平衡,奇数缸的往复惯性力难以通过自身平衡,长期对于自身而言机械损失过大,故业内考虑较少

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逆向设计的发动机你是永远不可能得到最好的性能的,因为你不知道他的设计思路,有一些看起来的误差可能就是他的设计精华,不走自己发展的路永远只是老二。

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