为什么汽车不把三缸车气缸加大做成两缸,而是做成不平衡的三缸呢?:壹车热评,100%原创,谢绝搬运!题主的这个思维脑洞挺大的,为什么不把三缸发动机的气缸内径
题主的这个思维脑洞挺大的,为什么不把三缸发动机的气缸内径增大,改成两缸发动机?壹车热评只能遗憾的告诉你,这种做法在柴油发动机可以做到,但汽油发动机却无法做到。
我们现在常见的汽油发动机,气缸直径能做到100mm都已经算是到了它的极限。之所以会出现这样的情况,最关键的原因是汽油在气缸内的燃烧特性。
由于汽油的燃烧速度是非常快的,喷油嘴喷入气缸内的汽油在发生燃烧后,所形成的火焰范围会比较小。如果我们将汽油发动机的气缸直径做的过大,当喷油嘴再次喷入新的燃油后,新喷入的燃油会很容易在前面燃烧火焰的末端位置便开始迅速燃烧,这样气缸内就会形成多个燃烧中心点,从而导致气缸产生爆燃现象。
爆燃,又被称之为“敲缸”,当它出现时发动机的气缸内部会出现不正常的敲击声。这是一种燃油不正常燃烧的现象,它会导致气缸内的压力异常,并对发动机产生不可逆的损坏。
因此通过以上原理介绍,我们了解到的汽油发动机是无法做到大口径气缸的,但柴油发动机是通过压燃的方式进行点燃,它虽然也会形成多个燃烧中心点,但柴油发动机不存在爆燃现象,因此它的气缸甚至可以做到直径1米以上。
所以汽油发动机既然无法增大气缸直径,那么如果只用两个气缸的话,它的动力就势必无法满足现在汽车的需求,因此三缸发动机基本已经算是目前能做到的最低气缸数了。
大家都知道,汽车缸数月多马力越大。但如今三缸的技术日渐成熟,为什么不做成两缸的,主要原因如下:
1 技术问题。虽然市面上已经出现了一些三缸的汽车,比如宝马i8 领克 吉利缤越等。但是就目前的技术来说还不够成熟到可以普及的层次。两缸就更加不用说了,虽然也有少量两缸的车型,如smart 等,这些都是轻微型车,技术还不足以达到较大车型的需求。
2 动力问题。就算两缸开始普及了,也会存在一个问题,那就是动力输出,缸数少动力不会有多大的爆发力,对喜欢开车的人来说是不够满足的,尤其是满载的情况下,更加不用说。
3缸机天生不平衡,牛顿也无能为力!
全球动力界为此努力了一百年:至今没有攻克此难题!
应对排放和环保污染:缺少技术的中国企业和故意诱导某些中国企业犯错的外企把3缸机推向了中国市场!
最后,3缸机后期抖动得像拖拉机一样、4S店无法修复的缺陷将全面爆发:如原来的夏利3缸机一样毁了夏利汽车,一大批民企将中箭落马!
早有媒体在某企刚上3缸机时即说:是激进的冒险主义!
可惜无人听!
现在进也不易、退亦很难!
靠外形吸引的车盲越多,未来支付的维修和口碑损失也越大,并且,一样有可能如夏利一样破产倒闭!
因为该企在3缸机上已越滑越远、越陷越深!
成功是其外形,
失败因其3缸!
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就目前的技术,这些问题都不是问题,更何况技术还在不断提升,车企只是愿不愿意因为最大问题在于成本的控制。一个不赚钱的项目对于车企来说就算技术达到也毫无吸引力。
之前车企普遍走的是大排量多缸的路线,随着环保压力的大家都纷纷降排量减缸数,但是你要知道四缸机是车企普遍都有的技术,4缸变3缸还好说,但让4缸直接变2缸还能保证动力及稳定性的前提下需要投入的成本和技术都会提升,甚至材质、产线都要变动。然而对于这么大的车企来说不是动动手指就能搞定的,再说搞两缸很大可能是亏本生意,也不一定让人待见因为混动和纯电动比它更有前途。
发动机为什么难?气缸内运行条件和技术要求极其复杂并且条件苛刻,需要综合考虑的因素太多,不是想当然的因为技术行不通或者没量产必要。但是关系到缸径和行程(相当于增大气缸)有一个参考就是MEP(平均有效压力)可简单看为每个气缸的有效做功。它有一个极其复杂的公式,里面包含的变量有十四个,包含(热功、循环效率、进气密度、空燃比、燃油热比等等)基本上这里面的变量有所变动整个MEP就会变化。
那如题增加两缸机的缸径和行程会达到理论的效果,但是它对硬件的材质以及技术支撑就会无限升高。MEP公式中综合各种情况,汽车的单缸排量容积在333cc-500cc是一个比较合适的区间,增大或者减小不是技术达不到而是要求更高,但并不实惠。所以你见过几十万上百万大排量两缸机摩托车,但你很少见过量产的大排量两缸家用汽车。因为我用四缸随便调教动力油耗都好说,但你让我从新研发大排量两缸还得保证动力、排量、燃油及耐用稳定性浪费时间不说估计都不够回本的,甚至有可能走了弯路被对手彻底甩身后。
两缸机菲亚特、奇瑞、铃木还有不少日系品牌都出过车型,我国还有个叫云雀搭在两缸车不过现在几乎绝种了。由于汽车终归是一款产品,任何研发和技术向导都是奔着利益去的。现阶段汽车都是往电气化方向发展的,估计没人去搞两缸量产车了,三缸也只是过渡,再者两缸的效果可以通过三缸或者四缸通过闭缸技术弥补。
三缸机曲拐夹角为120度,曲轴旋转时其惯性力合力为零,所以在垂直方向上基本不会产生抖动,而曲轴旋转的惯性力矩无法抵消,因此三缸机运转时会有在水平方向上左右摇摆的趋势。
如果做成两缸机的话抖动就厉害了,比如上图为同步曲轴布局,曲拐在同一个方向,这种布局曲轴质量分布在同一侧,转动时会产生偏心效果,打个形象的比喻就像是工地上夯实地基的电夯一样,会有跳动的趋势。再加上气缸做功间隔为360度,会加剧跳动。
还有一种曲轴布局如上图,称作异步双缸。这种布局曲轴重量分布在两侧,转动时惯性力可以相互抵消,但是每个曲拐惯性力相对于支点的惯性力矩非但不能抵消反而被加强了,如此以来发动机运行时在水平方向上就会产生比三缸机更厉害的摇摆。而且这种布局做功间隔也是不连贯的,一个气缸做功后曲轴转过180度下一个气缸立马做功,然后曲轴需要连续转过540度以后又开始两个气缸连续做功,两个气缸做功频率形象点描述就是:咚-咚---咚-咚---咚-咚---,严重的心律不齐,这不均匀的做工间隔会加剧发动机的抖动。
所以说三缸机已经抖了,如果做成两缸的话会更抖。
问题问得有问题。
三缸天然会抖,是不是做成两缸就不会抖了?错,两缸仍然会抖,而且比三缸更抖。
然后说说排量与缸数,就目前汽车的汽油发动机而言,每缸500ml排量是经济性最好的,沃尔沃、宝马等,都是以此为标准做模块化,3缸1.5,4缸2.0,5缸2.5(老沃尔沃用过5缸,现已弃用),6缸3.0……
也就是说,2缸1.0是可以,但想要做到2缸1.5就不经济了,因为每缸750ml需要单独开发无法共用模块,成本会很高,还不如用3缸1.5。
那可以做成1.5T的6缸吗?当然可以,而且平顺性会非常好,但是这么小排量做成6缸扭矩就会很小,带动汽车会有些吃力,单从性能上来说6缸1.5T不如3缸1.5T有劲。
所以题主您这个问题本身就有些不严谨,双缸汽车用发动机一直存在,而且也不用做大,加上涡轮,配个较轻的车身问题不大,所以不是不做双缸、只是时候未到;随着油耗、排放规则变得更加严苛的时候,双缸普及是必然的一个解决方案;车企当然理解消费者的不满,但车企更要看规则的眼色,通过不了规则连车都生产不了,所以这个时代的车企已经很难像过去那般去聆听消费者的心声了,如果规则让车企认为有必要生产双缸,那么双缸汽车用发动机就会出现、会快速的铺开;即便是现如今的三缸发动机也是如此,消费者厌恶、主机厂头疼,但无奈规则给束缚的没办法,所以双缸发动机早晚会出现。。。
大部分民用主流车型的排量分布为1.0T-2.5L左右,当然更大排量的发动机也有,但并不符合买菜车发动机的定位;而平均气缸容积则分布在0.33L-0.63L的范围(其实更大单缸容积的发动机也有,但不常见,换句话说就是不太划算);在保证输出相同功率的情况下,单缸容积越大、燃油效率越高,只不过是当单缸容积大余0.5L后,燃烧效率优势变得不再明显,所以最近主流车企都将0.5L的单缸容积定义为最优容积;实际上采取长行程、小缸径的方式可以让发动机的缸体长度缩减许多,可高度增加的却不明显,所以这样一来更容易实现发动机的小型化、轻量化,轻量化同样是也是省油的利器(其实道奇蝰蛇的8.4L V10发动机,单缸容积已经达到0.84L,只不过这已经脱离了民用的范围)。。。如上面这个公式,就是发动机气缸表面积与气缸容积的比值,分子为气缸(可以看作是一个圆柱体)的表面积,由上下表面积?侧面积所组成(初中数学讲过);分母为气缸的实际容积;气缸表面积与容积的比值越大,就等于热损失更大;而要想将气缸做小可以,但必须得有个限度,只要想降低气缸容积就必然让活塞的行程降低、或者缸径降低、或两者同时进行降低,但如上公式最终结果所示,无论行程或缸径降低,都必然导致面容比增加,等同于燃烧室的换热面积增加,热损耗增加,所以缩小气缸容积是有限度的,而0.33L就已经接近了极限;
单缸容积过小不行,而单缸容积过大同样也不行(不是不行、而是不容积控制);发动机的燃烧本质在于火花塞跳火后,利用火焰的传播来点燃汽油,这叫正常燃烧;而燃烧室中存在着数不清的过热点,这些点有导致汽油自然的能力,而被过热点所引燃就属于爆震了,所以发动机是正常燃烧、爆震,所拼的就是自燃与火焰传播的速度谁更快;火花塞跳火产生的火焰传播在过热点自燃前,传播到位引燃所有汽油就是正常燃烧,而火焰还没传播过来,过热点率先自燃就是爆震;所以单缸容积如果做的太大,无论缸径或冲程都会提高(或者只提高一个),这样一来就等同于增加了火焰传播的路程,火焰传播时间延长、火焰及时传播到位的时间就被延后,而过热点利用火焰延期到来的空闲,就容易先一步引燃汽油,从而导致爆震,所以单缸容积没法做得太大!
最优0.5L单缸容积不假,但并不是单缸容积不能超过这个数值;鄙人在上文提到的道奇蝰蛇的V10发动机、排量已达8.4L,单缸容积已经达到了0.84L远超所谓的0.5L最优;原因就是人家是V10的机器,先天结构优势可以平衡掉大单缸容积产生的更大震动!比如V8、V12可以实现一、二阶惯性的平衡(不必人为去给发动机做动平衡);V6、V10类似,都存在曲柄受力不均的问题,但通过增加平衡轴、平衡块很容易解决;直列6发动机就不用说了,先天完美的结构,所以上述这些发动机由于自身优秀的先天结构可以承受更大的单缸容积运转所产生的震动,所以这类V型多缸机器可以适应更大的单缸容积。。。
可四缸、三缸、二缸、单缸机器可不行;首先是四缸机,其实与三缸一样,都是先天不完美的结构;四缸是一阶不平衡、三缸是二阶不平衡,而四缸之所以普及是因为被人工做了动平衡—添加平衡轴、平衡块;写到这鄙人有些不解既然四缸也是先天不平衡、而后天得到的改良,可以被接受;那么为什么同样是先天不平衡的三缸发动机被改良就被各种喷呢?很多朋友是不是还认为四缸机很平顺?其实四缸、三缸都差不多,都需要人为进行平衡,早在当年的V6时代,四缸也被喷各种抖,然后现在又拿四缸当宝了?这就像当年满清入关,国人宁死不留辫子;满清垮了,又都宁死不剪辫子,挺有意思的!所以三、四缸发动机本身就有不平顺的特性,在搞出个超大的单缸容积,那平衡起来就困难了!同理一、二缸发动机的先天结构更完蛋,单缸发动机不用多说,一、二阶都有缺陷,要平衡它至少用四根平衡轴;双缸发动机无论是同步双缸、异步双缸都一定会抖的要命、而且比三缸更抖,当然这是指排量一致的情况下,比如1.5L三缸一定比1.5L双缸要抖得多,因为双缸发动机的点火扭震远比三缸要严重,所以双缸发动机的单缸容积不可能做的太大,0.33L还抖个不停呢,弄个0.75L的单缸容积没准开开车把发动机甩丢了。。。
总而言之单缸容积越大,每循环产生的震动就越大(容积大、烧的油多、爆炸强度大),所以需要先天的结构优势去抵消,这就是那些V型多缸发动机敢把单缸容积做到0.84L,但四缸、三缸、双缸、但缸则不敢,因为0.33L的单缸容积都难以抑制住抖,如果给双缸弄个大如0.84L的单缸容积,那种震动是没办法去忍受的,所以为了做到可以忍受的平顺,目前双缸只做到0.33-0.5L之间,但发动机的动平衡技术在不断发展,未来没准会出现1.0T双缸发动机的车型,而目前0.66L的双缸即便加上涡轮增压,动力也太勉强,用于K-Car足以,但用于标准车就太困难了;菲亚特倒是有款0.9L的双缸发动机,但也仅仅是用于下图这样的袖珍车,而且优点只有省油,而抖的极为严重,所以同排量做两缸比三缸更抖,两缸的先天结构还不如三缸呢。。。
小挖客说:根本的原因其实是加减一个气缸的难度小得多,加大气缸就是重新设计基础件,难度太大。其次才是,偶数的缸并不一定比奇数的振动小。题主给了大家一个很好的提醒。
和喷气式发动机的核心机一样,活塞式发动机的“气缸”其实也是核心机,某一种尺寸的气缸,缸体直径、行程、喷嘴……压力、磨损、扭矩……等等都经过复杂计算和匹配,生产时的模具、模型、工装等等也都已经固定,要改动的话非常困难,相当于重新设计发动机了。
因此,在负载、工作条件等大致相同的情况下,改变气缸的数量比起改动气缸的尺寸要简单得多!这就象在飞机上,尤其是不同大小客机,是加减发动机数量容易,还是改动发动机大小容易?
发动机的气缸数和运转是否平衡没有必然联系。当然,偶数的气缸更容易做到平衡,但这决不代表奇数的气缸就不平衡,因为相关的机构除了可以考虑左右对称以外,还可以考虑轴对称布局。下图是个航空发动机上的例子,极端了一些,但可以参考。
1、加减气缸数比起改动气缸容易得多
2、奇数气缸经过优化运转的平衡性会跟偶数一样好
3、这个问题给了大家一个提醒:无论是设计还是生产的角度来看,修改气缸都是件成本高昂、周期很长的事。所以看气缸的相关数据才是区分发动机“代”的重要特征
每个汽缸的容量大约在500cc上下效率最高,容量太高的汽缸来不及燃烧燃料,必须降低转速等待燃烧完全,结果是虽然加大了汽缸,却损失了马力。
曾经的坐骑本田CB400,那声音,那动力,那平顺!不要跟我扯什么科技进步了,真实目的显而易见。摩托车都四缸甚至六缸,哎……
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