这些问题归根结底的答案就是发动机小型化。提问者回忆一下,没人现在在研究自然吸气三缸发动机吧?
小型化是目前内燃机发展的趋势,原因在于更小的、功率密度更大的发动机相对能够降低摩擦损失,从而提升发动机热效率(输出功/消耗燃油的低热值,即W/Q)。至于粗略的原理,可以看我之前对涡轮增压问题的解答 涡轮增压提高了热效率(W/Q)吗?是提高了动力性还是燃油经济性?
小型化目前可行的途径只有通过增压。不管是涡轮增压还是机械增压,即通过提高缸内充量的密度来燃烧更多的燃油,发出更大的功率。
发动机变小了,汽缸数就要缩减。
缩减到多少呢?
目前Ford的1.0L fox涡轮增压发动机升功率达到了90kW,这一功率基本上能够驱动市面上绝大多数的A级车,甚至一部分B级车和小、中型SUV。2020年之前,这一功率密度,仅投产的车型来说,可能会达到100kW(Volve Drive-E目前有投产112.5kW的)。
也就是说0.8-1.4L的高增压汽油机将是未来发动机的主流。
这么大的发动机要使用几个汽缸呢?
1个?汽车不是摩托车,一个汽缸的平衡问题怎么解决?面容比貌似也不靠谱不是?
两个?两个和一个除了NVH问题,还都有一个通病——排气不连续。考虑一个双缸发动机,排气门打开提前30度,关闭滞后30度,这样一个排气脉冲大概240度曲轴转角,发动机一个循环是720度,也就是在一个循环中有720-480=240度曲轴转角没有废气经过涡轮。排气不连续在自然吸气发动机中可能不是大问题,可是在涡轮增压机型中,这240度意味着涡轮端没有废气经过。所以你可以想象涡轮不停地在加速-减速-加速,这样涡轮的绝热效率是非常差的。而在压缩机端,由于转速在变化,所能提供的压力和流量也随之变化,如果把离心压缩机的工作特性放在压缩机map上,可以看到是一个靠近喘振极限的圈——不停的靠近又远离工作极限,意味着必须有较大的喘振裕度才能避免喘振。这增大了涡轮增压器匹配的难度。另一方面,如果发动机进气压力始终波动,怎么能期望发动机能够产生平稳的扭矩?扭矩不平稳,震动就大,舒适性无从谈起。
仨?240*3=720,刚好,涡轮可以处在比较连续的排气能量下,工作平稳。(你看到玛莎拉蒂V6,为啥有两个涡轮增压器?BMWV6为啥也是?为啥V6涡轮增压机型都有两个涡轮增压器?现在你明白了吧?不是为了布置方便。发动机不是搭积木。)
四个?我是1.0L的发动机啊,一个汽缸还没一个可乐罐那么大,小点了。
实际上,设计初期要考虑气缸的面容比等参数来确定汽缸数目,并且要考虑到发动机平台化的需求,并不是1.0L一定要3缸或者4缸,分析过程也不是我上述这样拍脑袋这么简单。但是3缸性能参数可以接受,往下能缩(别忘了今后可能0.8L发动机能发出80kW甚至更高的功率,你的车,额定功率多大?)往上能扩,平台化潜力大,相比4缸少一个缸的零件,何乐而不为?

其实吧,小型化不不节省成本,对比一下同样功率的发动机,通过增压进行小型化的发动机一般都比自然吸气的发动机要贵。但是2020年贵国的燃油消耗率标准是5.6L/100km,不上增压过不去阿。

— 完 —

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【知乎日报】
你都看到这啦,快来点我嘛 Σ(▼□▼メ)

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