四缸发动机
四缸发动机,又可称为四缸引擎,是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器。
通常是把化学能转化为机械能。有时发动机既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器,比如汽油发动机,航空发动机。动机总的主要部分就是气缸,这里就是整个汽车的动力源泉。
四缸发动机其机体主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等部件组成。
四缸发动机其基本原理是将汽油(柴油)的热能,通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时,推动活塞作功,转变为机械能。
主要用途:多用于轿车的发动机、摩托车、油锯和其他小功率动力机械。
四缸发动机类别
四缸发动机一般分为直列四缸、水平对置四缸和V列四缸。
先说说直列四缸
直列四缸
直列四缸是内燃机的汽缸排列型式之一,在排量小于2.0升的四缸内燃机中最常见。因为直列四缸的四个气缸成直线排列,所以又叫同轴四缸。最小的直列四缸发动机是1961年Mazda P360 Carol keicar。
直列四缸又称L型四缸发动机,它的四个汽缸均按同一角度肩并肩排成一个平面。
优点:缸体和曲轴结构十分简单,而且使用一个汽缸盖,制造成本较低,尺寸紧凑。直列发动机稳定性高,低速扭矩特性好并且燃料消耗也较少。
缺点:功率较低。
水平对置四缸
水平对卧四缸发动机是内燃发动机的一种,它是一种往复式发动机,由4个活塞分成左右各2个汽缸,以水平对卧的方式组成,而本条目专指活塞式内燃机。
优点:
1、低重心--安全性好,操控极限高
水平对置发动机由于气缸布局呈现180℃水平对置,发动机的重心非常低,而对于汽车来说,低重心可以增加高速行驶稳定性、增加过弯极限、增加抓地力,从而增加汽车行驶的安全性,此外,由于发动机的重心低,允许使用相对软一些的避震,这样可以增加舒适性。
2、低振动--噪音低、舒适性好
相对于直列四缸和V型6缸布局来说,水平对置发动机的气缸在运转时互相相对运动,形成一种对称稳定结构,这样的设计可以抵消气缸运动时产生的振动,特别是垂直方向的振动要小的多,当然这种低振动来源于气缸相对运动的平衡,因此,在发动机启动或熄火瞬间,还是能感觉到明显的横向振动的。
3、低油耗
由于气缸的水平运动,水平对置发动机不需要复杂的平衡轴去抵消振动,水平对置发动机取消了曲轴配重,使曲轴重量整体降低,减少曲轴旋转惯性,减少了运转阻力,可以降低油耗、此外也有助于发动机转速的提升。水平对置发动机的怠速转速要比一般的发动机低很多,一般只有580-670转之间,低怠速自然会带来低油耗。
缺点:
1、制造设计复杂、成本高
由于气缸水平对置,且燃烧室在发动机的两侧,这就导致必须要有两根凸轮轴和进排气系统,两套进排气系统需要比较长的正时链条进行协调工作,这就导致正时系统过于复杂,降低可靠性。此外,在重力的影响下,润滑要求比较高,飞溅效果差,需要采用油泵强制循环润滑,斯巴鲁还通过在气缸内壁使用钼金属涂层来减少摩擦,提升耐磨效果。而为了强度,部分发动机的曲轴通常还采用高硬度的钼铬合金钢铸造,这些都会增加制造成本。
2、发动机宽度过大-避震受限
发动机扁平安放,导致发动机的横向宽度增大,因此,水平对置发动机的物理排量一般不能超过4.0L,此外也会给汽车的避震设计带来困难,因此,斯巴鲁的车型前避震一般只能使用较为实惠的麦弗逊悬架。
3、维护保养不方便
更换火花塞对于直列发动机来说,是非常简单的事情,但是,如果想要更换水平对置发动机的火花塞,就比较麻烦,不仅需要拆开一些附属配件,还需要专用的工具,有些对于普通发动机很简单的维修动作,到了水平对置发动机上有可能就需要抬发动机。
V列四缸
V4发动机
V4发动机是四缸活塞发动机,其中汽缸共享一个共同的曲轴和被布置成V型构造。
V4发动机与直列四缸发动机相比,V4发动机不太常见。但是,V4发动机已用于汽车、摩托车和其他应用。
大多数V4发动机有两个曲柄销,由相对的气缸共享。曲轴通常由三个主轴承支撑。
优点:
与更常见的直列四缸发动机布局相比,V4发动机要短得多。虽然可以使用不同的V角,但如果两个活塞处于90°V角且共享曲柄销,则发动机提供了额外的优势,即完美的初级平衡,可减少振动。该设计还可以产生比直列四缸发动机更小的摇摆偶,并且较短的曲轴由于其刚度增加而不易受到扭转振动的影响。
缺点:
V4发动机的缺点包括与直列4发动机相比其设计本身更宽,以及需要两个排气歧管、两个气缸盖和两个气门机构(因此顶置凸轮发动机需要两个或四个凸轮轴)而不是一个气缸盖、一个歧管、一个气门机构和一个或两个用于直列四缸发动机的凸轮轴。拥有两个独立的组件组会增加成本和复杂性。
由于V4发动机比直列四缸发动机更宽,因此在保持紧凑尺寸的同时结合辅助驱动、进气系统和排气系统可能更加困难。尽管60°V4发动机比90°V4发动机更紧凑,但60°设计没有完美的主平衡(如果曲柄销未分开),因此通常需要平衡轴来减少振动。此外,任何具有共享曲柄销的(四冲程)V4发动机都会不均匀地点火,并且可能需要更重的飞轮。