世界顶级引擎制造商BMW重视「每缸500c.c.」的理由是?
为什么BMW引擎每缸要500c.c.?长期以来,汽车引擎每一气缸排气量大多会以500c.c.为一个基准。象征性的是例如2000c.c.的直列四缸引擎。总排气量超过2000c.c.的车型,会选择直列六缸,V型八缸、V型12缸等引擎型式。不过,也有美国车6.0升V8引擎(每缸750c.c.)的例子。另外,也曾经出现过总排气量2000c.c.的直列六缸引擎汽车,例如丰田的Crown和Mark II、日产Skyline GT、Fairlady Z等,以及台湾市场的Nissan Cefiro 2.0 V6,这种情况下每缸的排气量为333.3cc。现在,以每缸排气量为500c.c.,然后扩大到三缸、四缸、六缸、并将排气量增加到1500c.c.、2000c.c.、3000c.c.的方式,不仅是BMW,Mercedes-Benz与Alfa Romeo也采用同样方式。但是,也有例外如:Mercedes-Benz的1300c.c.的四缸引擎、Alfa Romeo的2900c.c.六缸引擎等。但也有自成一格者如:瑞典Volvo之前的作法是以1缸500c.c.的单一直列四缸引擎来对应所有车型。
BMW以每缸排气量为500c.c.,扩大到三缸、四缸、六缸、八缸。图为BMW 318i Luxury。
每缸500c.c.的设定有其考量每缸500c.c.的设定考量的是输出和损失的平衡。如果排气量小于500c.c.,输出自然下降。在考虑引擎的效率(也可以认为是燃油效率)的同时,不仅要考虑将燃料完全燃烧的燃烧技术,还要考虑到引擎运作时所产生的机械损失,例如气缸中活塞的往复运动,以及凸轮轴和曲轴作动时所产生的磨擦损耗。这些损耗,如果是三缸的话会有三组机械零件的磨耗,四缸的话便是四组机械零件的磨耗。总排气量相同为2000c.c.的话,四缸的损失会小于六缸,因此能提高总效率(燃料效率)。特别是近年,燃油效率法规变得更加严格,减少机件磨耗与提升燃油效率就显得更加重要。
每缸500c.c.的设定考量的是输出和损失的平衡。如果排气量小于500c.c.,输出自然下降。
现在引擎趋向长冲程设计。其次,往复式引擎内部,活塞在气缸内往复运动的速度极高。对照下来可达每秒22~25m。这与活塞在引擎内部的移动距离有关。在每缸500c.c.的情况下,如果缸径(气缸直径)x行程(活塞移动距离)是相同平方,则两者均为约86mm。例如,如果活塞的平均速度为每秒22m,引擎转速最高可达到7600rpm。作为市场上大宗量产车的引擎来说,可以说是高转速的引擎。缩短活塞的往复运动距离,可以使转速加快。但是相对的,气缸直径变大会影响燃烧效率,发生无法完全燃烧燃料的问题。过去的引擎趋向于即使燃油效率不佳,但可透过高转速来增加输出功率;但是现在则趋向于增加活塞的行程,保持合适的缸径来提高燃烧效率。当输出不足时,则透过加上涡轮增压器、马达驱动来补足所需要的性能。以气缸数调整总排气量(例如输出和损失的协调性,顺畅地体验高转速),每缸500c.c.是综合效益较为明确的排气量。况且在汽车厂的立场上,能模组化量产不同排量的引擎,减少不同排量引擎的的性能调整与测试。这也是提高成本效益的方法。
Volvo之前的作法是用1缸500c.c.的单一直列四缸引擎来对应所有车型。图为Volvo XC60 B5。
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