[愛卡汽車汽車文化原創]
近年來,隨着環保法規的日益嚴苛,各品牌新車的發動機排量越來越小,並開始逐步拋棄內燃機,走起了純電動路線。大部分在售車型的發動機也僅剩下我們最常見的直列4缸形式,在6缸機都非常罕見的今天,回想起當年各種形式發動機層出不窮的時代,還是有很多值得説道的地方,我們今天就來聊聊那些當年出現過的奇葩發動機,來增加一下奇怪的汽車知識。
星型發動機星型發動機對於很多朋友來説可能有些陌生,這是一種氣缸環繞曲軸排列的往復式內燃機,其活塞通過一根主連桿連接到曲軸上,最上方活塞連接的連桿即為主連桿,其它活塞的連桿為活節式連桿,通過梢孔連接在主連桿中央位置,整體外觀看上去酷似星星,故得名“星型發動機”。
二戰前中期的飛機,包括日本的0式、美國的P-47雷電戰鬥機都配備了星型發動機,直到後期德國才正式將燃氣渦輪飛機引入戰場,也就是現在最常見的軍用飛機發動機。裝備星型發動機的P-47雷電戰鬥機。星型發動機一般都垂直放置在飛機螺旋槳的後方,直接帶動螺旋槳旋轉,這種佈局方式比直列式活塞發動機更合理地利用了空間,省去了減速機構和動力變向傳遞機構,有利於減輕機身重量,使機體更靈活。同時,核心部件佔用的空間越小,飛機受致命傷害的概率就越低,這也是其被廣泛應用的原因之一。
現在我們還可以在很多改裝重機車上見到該類型發動機,一般都為單數缸,5、7、9缸居多,如需提高功率,還可以配合正時曲軸,多層氣缸組來疊加使用。星型發動機相比現在的直列式發動機少了很多外圍組件,包括曲軸連桿、散熱系統以及飛輪,所以擁有佔用空間小、質量輕等優點。而星型發動機不能被汽車廣泛應用有多方面原因,首先是星型發動機很難在汽車上水平放置,因為這樣動力輸出軸就變成了垂直的,而像飛機一樣垂直放置則會導致重心過高、佔用面積過大等問題。此外,因為這種發動機氣缸排布角度過於特殊,每個氣缸角度都不同,所以很難滿足運轉時的潤滑需求。改裝了星型發動機的1939年普利茅斯皮卡。對於內燃機的歷史來説,星型發動機可謂是曇花一現,雖然其有着結構緊湊、穩定性高、功率高等優點,但缺點也同樣非常明顯,散熱性差、油耗高、 噪音大、振動明顯,隨着時間的推移,逐漸被淘汰也是必然結果。
橢圓活塞發動機
氣缸和活塞必須是圓柱形嗎?在本田這裏可不一定!1987年在法國勒芒賽道上,本田車隊新戰車NR750的亮相成為了全場關注的焦點,這台車使用的是本田研發的NR橢圓活塞發動機,相比於常規圓形活塞擁有更多的氣門,可以帶來更順暢的進排氣以及更高的轉速極限。
因為擁有橢圓形的氣缸和活塞,所以每個氣缸可以配兩個火花塞、兩個噴油嘴、八個氣門,每個活塞裝有兩根連桿,發動機轉速可以輕鬆達到2萬轉速以上,最大功率可突破200馬力!初次亮相的NR750不費吹灰之力便取得了杆位,將對手遠遠拋在了身後。在本田這片工程師的樂土,大家可以根據自己的想法實現各種腦洞大開的創意,也正是這種創造性成就了本田“技術宅”的人設。V16發動機
當談起16缸發動機,大家腦海中第一個浮現出來的肯定是布加迪上那台W16發動機,然而知道V16發動機的人卻寥寥無幾。其實V16發動機本質上是由兩個直列8缸發動機以90度夾角拼接而成,跟它同樣缸數的W16發動機則是兩台VR8以45度夾角排列而成。
1929年,瑪莎拉蒂最先在其Tipo V4車型上採用V型16缸發動機,緊隨其後的是阿爾法羅密歐打造的490馬力3.0升V16發動機。在二戰之後,BRM公司為了參加大獎賽,製造了一款1.5升的V16發動機,能夠爆發出600馬力,但其增壓系統經常出現故障,可靠性方面並不盡如人意。搭載V16發動機的瑪莎拉蒂Tipo V4直列8缸發動機本身的體積就已經很大了,更何況是兩台拼接在一起組成的V16發動機,這也是上世紀二三十年代的老爺車都擁有超長”鼻子”的原因。2003年,通用汽車公司將一台排量為13.6升的V16發動機裝在了凱迪拉克Sixteen概念車上,最大功率可達1000馬力,最大扭矩1355NM。
搭載13.6升V16發動機的凱迪拉克Sixteen概念車,最大功率1000馬力,最大扭矩1355NM。當然,V16發動機早已退出了歷史舞台,畢竟這款發動機無論是在實用性還是在成本層面都完全不適合大規模量產。
星型 / 橢圓活塞 / V16
轉子發動機
轉子發動機是由德國人菲加士·汪克爾(Felix Wankel)所發明,他在總結前人研究成果的基礎上,解決了一些關鍵技術問題,成功研製了第一台轉子發動機。
一向對新技術情有獨鍾的馬自達斥巨資從汪克爾公司買下了這項技術。由於是一項高新技術,對該領域有研究的人寥寥無幾,發動機壞了無人會修,而且耗油大,令其他汽車品牌對這種發動機的市場前景產生了懷疑。上世紀70年代,各國忙於應付各方面的困難而無暇顧及發展轉子發動機,唯有馬自達公司仍然深信轉子發動機的潛力,獨自研究和生產轉子發動機,併為此付出了相當大的代價。最終他們逐步克服了轉子發動機的缺陷,成功由試驗性生產過渡到商業性生產,並將裝備了轉子發動機的RX-7打入了美國市場,從此一鳴驚人。轉子發動機轉動一圈可做功三次,而普通活塞式發動機轉動兩圈才做功一次,所以轉子發動機更容易拉高轉速,由於只有兩個轉動部件,所以體積相比傳統發動機更小、重量更輕。轉子旋轉的圓形運動比往復式活塞發動機的水平直線運動更平順,噪音和震動都更小。由於沒有往復式發動機的高壓縮比,使得燃燒過程不夠充分,雖然馬自達曾經給轉子發動機增加了渦輪增壓等裝置,但只是提高了輸出功率,並適度減少了尾氣排放,還是與往復式發動機有着很大的差距。轉子發動機的轉子與缸壁間只有一個徑向密封片,徑向密封片與缸體相接觸,並且始終在高速摩擦,發動機使用一段時間之後容易因為油封材料磨損而造成漏氣的問題,大幅增加油耗與污染,其獨特的機械結構也造成了這類發動機維修難度較高,最終並沒有被馬自達大規模使用。
VR6、W12、W16發動機
我們常見的V型發動機氣缸夾角一般在60度左右,高性能跑車大多是90度,例如邁凱倫的V8發動機,而大眾VR6發動機的夾角只有15度,是V型發動機中的異類。
VR6的小夾角設計最大的優勢就是結構緊湊,狹窄的夾角可以跟直列發動機一樣,讓所有氣缸共享一個外殼,長度遠比L6短,寬度小於正統V6,也僅需兩根凸輪軸即可滿足氣門的進排氣正時,結構相比正統V6也有明顯簡化。缺點同樣十分明顯,看似結構相比V6有明顯簡化,實際上卻帶來了有關振動、散熱以及進排氣系統上的一系列問題。振動明顯,噪音大,相互交錯的氣缸讓新鮮空間難以進入遠端的氣缸側,廢氣也難以從遠端排入排氣總管。總之,這種發動機為了縮小尺寸、限制成本付出了很大的代價,這也是其沒有成為主流6缸發動機的最主要原因。如果將上面的VR6當成一個直列六缸發動機看待,再將兩台VR6以72度夾角組合,就組成了一台W12發動機,也就是當年在奧迪A8L上使用的W12發動機。
VR6本身就不是一個特別合理的設計,W12相比之下就存在着更多的技術難題,體積非常龐大,結構非常複雜,完全是兩套缸體,卻要相互配合對外輸出扭矩,為工程設計上增加了不少難度。其實,大眾的VR6發動機至今依舊存在,很大程度上要歸功於W型發動機,畢竟W型發動機的研發就是以VR6為基礎的。換句話説,把奧迪A8L上的W型發動機拆半個下來依舊可以獨立運行。而W16發動機則是由兩個VR8發動機拼接而成,以更小的夾角,更緊湊的體積和佈局,直到現在還在量產,只不過因為其生產和維護成本過高以及過高的排量所帶來的一系列環保問題,導致產量非常低。
搭載W16發動機的布加迪威龍。水平對置發動機
將V型發動機的氣缸夾角擴大至180度,也就是水平放置,就成了水平對置發動機,因為發動機工作時活塞就像拳擊手相互出拳,所以俗稱拳頭髮動機(Boxer Engine)。雖然這個概念最早是汽車發明者——卡爾·本茨提出來的,但奔馳並沒有將其發揚光大,目前僅保時捷和斯巴魯在生產和使用水平對置發動機,並且成為了這兩個品牌極具標誌性的賣點。
因為水平對置發動機的主體結構完全平躺在底盤上,所以相比L型、V型其最大的優勢就是重心低,對追求性能和操控極限的車型來説十分必要,能夠有效提升車輛的穩定性,過彎時車身側傾更小。此外,這種結構下活塞是左右相對運動的,水平方向產生的振動會相互抵消,發動機的平順性同樣非常出色。缺點是造價太高,氣缸需要兩套相同的配氣、正時、潤滑、冷卻系統輔助工作,對工藝要求非常高。如果加裝渦輪增壓器的話,也只能裝在氣缸兩側(雙渦輪),佔用面積也很大,機艙佈局也與主流車完全不同,各部分都要重新設計定製,成本自然節節攀升。此外,因為水平對置發動機的活塞是橫向運動的,所以潤滑油因為重力作用只能“照顧”發動機下半部分,磨損不均勻,非常容易燒機油,需要複雜的潤滑系統才能有效潤滑,這也是水平對置發動機的核心技術。編輯點評:汽車工業發展至今,發動機作為最重要的核心部件之一,經過了一百多年的不斷進化,在無數工程師的不懈努力之下,為我們呈現出了一台又一台可以堪稱藝術品的發動機。時至今日,雖然有些已經不再生產,但其精妙的機械設計和腦洞大開的創意,放在今天看來都感到無比驚歎,可能這就是穿越時空的機械所帶來的永恆魅力吧。
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轉子 / VR6 W12 W16 / 水平對置