V 型发动机的类型:部件、工作原理、优缺点
在这篇内容详实的文章中,我们将详细讨论 V 型发动机及其类型、结构图、优缺点。
什么是 V 型发动机?
V 型发动机是一种内燃机,有两组呈「V」形排列的气缸,倾斜角在 60 到 90 度之间,通常布置在曲轴上方。
V 型发动机的气缸数为偶数,如 2、4、6 或 8。简单的直列发动机气缸排成一条直线,而 V 型发动机的设计更复杂。V 型发动机占用空间更小,可容纳更多气缸,有助于提升发动机的扭矩、马力和排量。
V 型发动机的主要部件有哪些?
以下是 V 型发动机结构的主要部件:
- 1空气滤清器
- 2发动机歧管
- 3火花塞
- 4喷油器
- 5喷油器摇臂
- 6喷油器控制轴
- 7喷油器齿条
- 8凸轮轴
- 9推杆
- 10排气门
- 11气缸盖
- 12气缸套
- 13活塞
- 14活塞环
- 15活塞冷却油管
- 16连杆
- 17曲轴
- 18曲轴配重
- 19曲轴箱
- 20油底壳与机油尺
- 21进水接管与歧管
- 22起动机
V 型发动机比直列发动机更短更宽,这在六缸以下发动机中很常见。随着气缸数量增加,这一差异更加明显。
H 型双缸发动机与直列双缸发动机的长度差异很小,但 V8 发动机比直列发动机短得多。与较少见的水平对置发动机相比,V 型发动机更高、更窄,质心更高。
气缸数较少的发动机因点火间隔、曲轴配重和平衡轴的不同而有不同的平衡特性。在 V 型发动机中,两列相对气缸的连杆通常共用一个曲柄销,且二者之间存在偏置。
V 型发动机的工作原理
汽油四冲程发动机与 V 型发动机的工作原理相似。在 V 型发动机中,空气和燃油被吸入气缸,混合气随后被压缩并点燃。
在密闭、被压缩的燃烧室内发生的燃烧产生巨大压力,该力传递给活塞,推动其向下运动。
随后活塞向上运动排出积聚的气体。这一过程循环往复,使曲轴做圆周旋转。循环在不同气缸中错时进行,以保持动力输出平稳。
V 型发动机的主要类型有哪些?
V 型发动机根据所用的气缸配置分为多种类型。V 型发动机的主要类型如下:
V2 发动机
V2 发动机又称 V 型双缸发动机,有两个气缸室,体积小、占用空间少。1889 年,Daimler Stahlradwagen 在其汽车上引入了 V 型发动机的工作原理。如今,这类发动机因设计紧凑而普遍用于摩托车。
V4 发动机
V 型双缸发动机因设计复杂而很少用于汽车,比其他类型发动机少见。
V4 发动机有两对气缸连接在曲轴上,四个气缸按 90 度夹角排列,从而提升性能。其设计高度复杂、制造成本高昂。与直列 4 缸(I4)发动机相比,它在动力和刚性方面运转更平稳。
V6 发动机
V6 发动机是最流行的六缸布置形式。它有两组各三个气缸连接在曲轴上,夹角为 60、90 或 120 度。与 V8 和 V12 发动机相比,它更小、更轻、更紧凑,燃油经济性更好且振动更小。
凭借空间利用率和空气动力学优势,V6 发动机在阿联酋的轿车中非常常见。从 2022 年大奖赛开始,F1 赛车只允许使用涡轮增压 V6 发动机。
V8 发动机
1903 年,工程师们在 V2 发动机取得成功后开发了 V8 发动机。V8 发动机有 8 个气缸,分成两组各四个,由曲轴以 90 度夹角连接。
该发动机紧凑轻量,以高燃烧功率著称,可使汽车快速加速——这得益于始终有两个气缸在推动做功行程。V8 发动机常用于高端和豪华车型,有助于缩小发动机舱尺寸、提高行驶效率。
V10 发动机
V10 发动机是十缸发动机。两列各五个气缸围绕一根曲轴呈 V 形排列。它比 V8 或 V12 发动机少见。
V10 发动机通常用于跑车和高性能车辆,比直列 10 缸发动机更实用。首台 V10 柴油发动机于 1965 年问世,首台 V10 汽油发动机于 1991 年搭载于道奇蝰蛇(Dodge Viper)。
V12 发动机
V12 发动机是汽车工业中最强大的发动机之一。其气缸通常以 60 度夹角布置,以获得更好的平衡性。
这类发动机用于船舶、飞机、军用车辆及其他大功率场合,因为它们能产生最大的马力。
V12 发动机与 V8 发动机在设计、外形和性能上有所不同。V12 凭借处理更大流量的能力提供更强劲的动力。劳斯莱斯幻影 III(Rolls-Royce Phantom-III)是第一辆使用 V12 发动机的量产车。
V16 发动机
V16 发动机是一种活塞式发动机,两列各八个气缸围绕一根曲轴呈 V 形排列。它比 V8 和 V12 发动机少见,多数 V16 发动机的夹角为 45 度。V16 发动机首次使用是在 1910 年的 Antoinette VII 试验飞机上。如今主要用于铁路机车、船舶和固定式发电机组。
V18 发动机
V18 发动机有两列各九个气缸围绕一根曲轴呈 V 形排列。这种独特布置主要用于大型低速柴油发动机。
V20 发动机
V20 发动机是活塞式发动机,两列各十个气缸围绕一根曲轴呈 V 形排列。大型 V20 柴油发动机应用于多种场合,包括机车、矿用卡车、发电机组和船用发动机。
V22 发动机
V22 发动机采用 V 形设计,22 个气缸分两列排列。这种布局结构紧凑,同时输出功率高。
V24 发动机
V24 发动机有两列各十二个气缸围绕一根曲轴呈 V 形排列。20 世纪 30 年代初,V24 发动机为 Macchi M.C.72 飞机提供动力,该机参加了 1931 年的施奈德杯(Schneider Trophy)飞行竞速赛。
V 型发动机的优缺点
| 优点 | 缺点 |
| 应用更广泛: 适用于卡车、摩托车、军用车辆和飞机。 | 设计复杂: 设计和装配复杂,车企开发难度大。 |
| 空气动力学更优: 紧凑的尺寸改善了空气动力学性能。 | 冷却问题: 冷却问题是其一大缺点。 |
| 动力传递更强: 更短的曲轴将更多动力传递给飞轮。 | 重量增加: 额外的部件增加了发动机重量。 |
| 扭矩更大: 在崎岖地形上表现更好。 | 成本更高: 相比其他发动机更昂贵,使搭载 V 型发动机的车辆被视为豪华车。 |
| 尺寸多样: 有从两缸到二十四缸的各种规格。 | 燃油效率较低: 通常比其他类型发动机更费油。 |
| 振动与噪音更低: 与其他发动机布局相比,振动和噪音更小。 |
直列发动机与 V 型发动机的主要区别是什么?
| 方面 | 直列发动机 | V 型发动机 |
|---|---|---|
| 效率 | 通常比同尺寸的 V 型发动机更高效。 | 与同尺寸直列发动机相比效率较低。 |
| 复杂度 | 通常更简单、更易维护。 | 通常更复杂、更难维护。 |
| 尺寸与外形 | 细长形;小型车中常横置安装。 | 设计紧凑。 |
| 冷却 | 冷却更具挑战性,尤其是风冷发动机。 | 通常更容易冷却。 |
| 重心 | 因布局宽而平,重心较低。 | 与直列发动机相比重心较高。 |
| 凸轮轴 | 采用顶置凸轮时,所需凸轮轴数量仅为 V 型发动机的一半。 | 与采用顶置凸轮的直列发动机相比,需要更多凸轮轴。 |
| 制造成本 | 制造成本通常低于 V 型发动机。 | 制造成本可能高于直列发动机。 |
| 振动 | 通常更不易产生振动。 | 与直列发动机相比更易产生振动。 |