发动机的缸径与行程是什么意思?它对发动机的性能有哪些影响?

原标题:发动机的缸径与行程是什么意思?它对发动机的性能有哪些影响?

大家在看汽车配置表时,会发现上面有一项“缸径行程”这一参数,很多人都不知道它表示什么意思。今天我们就来说一说这两个参数的含义,以及它们对发动机的重要意义。

首先来看看什么是“缸径”。所谓的“缸”是指发动机气缸,它是发动机最核心的部位,它与活塞、气缸盖共同组成了燃烧室,可燃混合气在其中燃烧、爆炸产生巨大的下压力,推动活塞向下运动产生扭矩,并通过曲轴向外输出。它的工作环境是极其恶劣的,温度和压力都剧烈变化,所以它需要承受很大的热负荷和机械负荷,并具有一定的抗腐蚀能力。因此气缸套一般都用优质铸铁铸造而成。需要注意的是,即使是所谓的“全铝发动机”气缸套也是铸铁的,而非铝合金的。所谓的“径”是指气缸截面圆的直径。“缸径”就是指气缸直径的大小,也就是我们俗称的气缸大小。

那么这个“缸径”的大小有什么说道呢?很多人可能不知道,我国汽车发动机的编号规则就是“气缸数量+缸径”。比如很早以前的解放发动机,编号为CA6102,就是指发动机有六个气缸,缸径是102mm;还有东风EQ6100发动机,指发动机有六个气缸,缸径是100mm;其它的比如6135、6120、492、495、376、185,等等,都是第一位数字表示气缸数量,第二位数字表示缸径,知道了这个规则,就可以读懂很多国产发动机的型号了。当然,现在有些发动机型号不是这样标注了,比如CA6DL-2,WD615.67,14N4S1,CA4GB1,等等;而国外的发动机编号又是另一种规则,各国都是不一样的,比如著名的三菱4G15系列发动机、丰田的3UZ-FE、1RZ发动机、宝马的B58发动机,大众的EA211、EA888发动机,等等。

大家仔细观察,还会发现一个问题,那就是柴油发动机的缸径都可以做得很大,一般都在100mm以上,有些船用发动机缸径甚至可以做到一米多;但是汽油发动机的缸径普遍较小,普遍在70~90mm之间,很少有超过100mm的,这究竟是为什么呢?

这一点主要与汽油和柴油的燃烧特性有关。大家知道汽油发动机是使用火花塞点火的方式点燃混合气的,如果气缸的直径过大,气缸中的末端混合气就会在火焰前锋到达前发生燃烧,即爆燃,并且缸径越大,发动机的压缩比就不能做得很大,比如普拉多2.7四缸发动机,气缸直径是95mm,压缩比只有10.2:1,而很多小排量发动机压缩比都在11:1左右了;柴油发动机是使用压燃式的方式来点燃混合气的,在燃烧时会产生多个火焰中心同时燃烧,所以不存在爆燃这种说法,即使缸径做的很大也无所谓。

再来看看发动机的“行程”。所谓的“行程”又叫做“冲程”,它是指活塞从上止点运动到下止点所走过的距离,它等于曲轴曲柄半径的二倍。一般来说,活塞的行程越大,发动机的扭矩就越大,同时发动机的转速也越低。比如柴油发动机,由于柴油燃烧速度慢,所以柴油机一般都趋向于长行程、低转速;而汽油燃烧速度快,所以汽油发动机趋向于短行程、高转速。这也是柴油发动机比汽油发动机扭矩更大的原因之一。

下面就来说说缸径与行程对发动机意为着什么,能决定发动机的哪些参数和性能。

1、缸径与行程直接决定了发动机的排量。所谓的发动机排量是指活塞从上止点移动到下止点所通过的工作容积,如果发动机有若干个气缸,所有气缸工作容积之和称为发动机排量。发动机排量=π*气缸半径的平方*行程*气缸数,很显然,缸径与行程越大,气缸数越多,发动机的排量就越大。比如说某款四缸发动机缸径是80mm,行程是90mm,那么它的排量为:40²x3.14x90x4=1808640mm³≈1.8L。

排气量是发动机最重要的结构参数之一。发动机的功率、扭矩等都与它有直接的关系。一般说来,排量越大,功率和扭矩也越大。当然,这是在同类型发动机对比,我们不能用自然吸气发动机和涡轮增压发动机对比。此外,在我国还根据发动机排量来收取汽车消费税和车船税,排量越大税费越高,这也是我国大排量汽车价格高企的一个重要原因。

此外,发动机活塞行程与缸径以不同的方式组合,可以很容易的改变压缩比、排量等参数,进而改变发动机的功率、扭矩以及大量输出特性等。比如把曲轴半径加大,相应的活塞行程就长了,这样发动机的排量和压缩比都增大了。典型的例子是丰田的锐志,2.5L和3.0L车型发动机机体是相同的,只是更换了内部的曲轴、活塞、连杆等配件,从而改变了排量、压缩比以及输出功率。

2、缸径与行程直接决定了发动机的动力输出特性。在发动机中,气缸直径与活塞行程之比称为缸径行程比,它有三种模式:缸径大于行程的发动机叫短行程发动机,缸径行程比大于1;缸径等于行程的叫等行程发动机,缸径行程比等于1;缸径小于行程的叫长行程发动机,缸径行程比小于1。这三种发动机动力输出特性是不一样的。

(1)缸径大于行程的短行程发动机:这种发动机的特点是只有在很高的转速时发动机才能发出较大的功率和扭矩,也称为高速发动机,它的极限转速甚至可以达到15000转/分钟,常用转速也在6000~10000转/分钟之间。这些发动机一般应用在赛车发动机和摩托车发动机上,比如F1赛车发动机、法拉利、兰博基尼等,但是由于低速扭矩比较差,所以在民用车上应用相对较少。这种发动机的技术含量和制造成本都是最高的,因为发动机转速高,发动机内部的摩擦损失也大,对材料和技术要求都非常高。一般说来短行程发动机的缸径行程比不会大于1.3:1,超过这个数值就是追求极致高速性能的加强型高速发动机了。

(2)缸径等于行程的等行程发动机:这种发动机的特点是动力输出相对比较均衡,低速扭矩和高速动力性都不错,相对来说更兼顾高速动力性。它一般应用在一些跑车上,比如著名的丰田86,就是发动机的缸径与行程都是86mm,因此而得名。还有一些大排量的自然吸气发动机,为了减少气缸数,通常会把缸径做的较大,在保证低速扭矩的前提下,缩短活塞行程,比如丰田普拉多2.7发动机,缸径与行程都是95mm。

(3)缸径小于行程的长行程发动机:这种发动机的特点是可以在较低的转速下就发出比较大的扭矩,比较适合民用,所以市面上绝大多数的发动机都是这种长行程发动机,很多越野车和柴油发动机都是这样设计的。相对来说,汽油发动机转速相对较高,所以它的缸径行程比也比较大,一般都是小于1而大于1:1.3;而柴油发动机转速相对较低,并且对低速扭矩要求较高,所以它的缸径行程比比汽油机小,有些甚至会小于1:1.3。

3、缸径与行程直接决定了发动机的外形尺寸。很显然,发动机的缸径越大、活塞行程越大、气缸数越多,发动机的外形尺寸也就越大。其中气缸直径越大,发动机的长度越大,这对于发动机横置、前置前驱的车型来说,布置就比较困难,所以这种车型发动机缸径不可能很大,而纵置发动机相对就容易一些;活塞行程越大,发动机就会越高,汽车重心也越高,操控性会受到影响。你看有很多发动机横置、前置前驱的车型发动机都是倾斜布置的,很大一部分原因就是为了降低发动机的高度。

总体来说,发动机的缸径与行程是发动机重要的结构参数,它直接决定了发动机的排量、压缩比、动力输出特性以及发动机外形尺寸等。缸径行程比越大,发动机越趋向于高转速,发动机转速爬升的也越快,一般适用于汽油发动机;缸径行程比越小,发动机越趋向于低转速,一般适用于追求低速高扭矩的柴油发动机。

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