六缸发动机好吗?

「六缸机不见得好·四缸机不见得差」-电机超越所有内燃机

内容概述:

  1. 内燃机排量基础知识
  2. 内燃机缸数与功率扭矩的关系
  3. 内燃机的最终使用方式与价值

六缸发动机是否一定比四缸机更好?相信大部分人都会给出肯定的答案,甚至还有些说法认为L6(直列六缸)优于V8/W12;这些结论都是没有任何参考价值的,六缸机曾经的热门只是因为价格适中,大部分司机能够接触的燃油汽车会用这种机器,然而内燃机缩减缸数到「≥L4」必然的结果,可以说直列四缸发动机是最适合家用代步汽车的机型。



基础知识

排量指内燃机所有气缸进气会排气的流体体积总和,可以理解为气缸加在一起的总容积(容纳混合油气的空间);L6/V6-3.0L的概念是指六个气缸的总容积为3.0升,每个气缸的容积当然只有0.5L,那么其他缸数的排量标准会是多少呢?

  • 单缸容积≤0.75L
  • 最小容积≥0.10L

一般四缸发动机都应该在<3.0L以内,保证单缸不超过750毫升的容积,否则做功时产生的振动会难以控制;目前优秀的四缸增压级均在2.3T以内,落后一些NA(自然吸气机型)最高为2.7L,实际单缸标准可以达到675毫升,相比六缸及更大标准的发动机都要大。


前提缸数极限标准:

  • 3缸≤500毫升
  • 6缸≤666毫升
  • 8缸≤750毫升
  • 12缸>500毫升

这就是不同缸数发动机的单缸容积的极限或者起点,这个知识点是用于分析六缸发动机优劣的基础;要知道排量越大的发动机缸径往往越大,也就是气缸体直径很大,但是活塞的行程会比较小(上下止点往复运动的距离);反之排量越小的发动机缸径越小,但是活塞行程会大得多,这会带来什么不同的感受呢?



扭矩功率与缸数

在普通汽车的各类车型中,缸数越多的发动机等于排量越大;那么排量大的发动机活塞行程小,缸体的状态就像“又短又粗”,活塞行程短则可以有效的提升功率——说白了就是「低扭矩·高功率」的组合。比如很多3.0L-V6自然吸气发动机的最大扭矩低至300N·m,然而这么弱的标准也能实现200kw左右的最大功率,这种调校标准适合“老年代步车”。

因为起步加速会比较柔和(肉),但在想要体验到相对理想的性能,只需要将转速拉升到很高的范围内则体验尚可。然而这种设定是必然更费油的,原因正在于转速的难以控制。


知识点:转速×扭矩÷9549=功率,功率×1.36=马力。发动机输出的马力越大车辆的加速能力就会越强,提升马力的基础有三个模式的概念。

  • 小扭矩·高转速(费油)
  • 大扭矩·低转速(节油)
  • 大扭矩·高转速(费油且性能强)

这就是扭矩和功率马力的关系,和油耗有什么关系呢?其实答案已经很清晰了,汽车与摩托装备的发动机均为「四冲程」,这种机器的曲轴转两次即可做功一次。

发动机转速指的正是曲轴的转速,那么(高转速÷2)/1min喷油做功的频率,是不是要比(低转速÷2)/1喷油做功的频率高呢?喷油次数多当然会更加费油,尤其是对于自然吸气发动机而言,这种机器假设最大扭矩是在4500转达到峰值,在此之前的转速内都是更小排量的标准排量空燃比(空气燃料比)的标准;也就是说转速越高单次喷油的基数就会越大,油耗还能理想控制吗?



【直列四缸】内燃机的缸径小但活塞行程长,这种状态就等于在狭小的空间内,通过活塞极限的挤压气缸内部的空气;空气的“被挤压”叫做「压缩」,气缸总容积÷燃烧室容积=压缩比,压缩的程度越大产生的温度就会越高。因为空气在压缩过程中会产生分子的剧烈不规则碰撞,碰撞过程会因摩擦产生热能而升温。

四缸机型的缸径与行程特点是能够以更大的程度压缩空气,随即产生的是足够高的温度;而高温会更迅速与充分的蒸发液态雾化的燃油,蒸发状态理想则在极短的做工冲程的时间过程中,能够更充分的将燃油达到“无限接近100%”的燃烧状态。

(内燃机无法实现绝对充分燃烧·四缸机的设计会带来哪些提升呢)



答案再简单不过:四缸机依靠这种设计特点,实现的高效率的充分燃烧燃油,转化出的热能(扭矩)就会更大,那么在驾驶过程中能够实现的状态就是【低转速·大扭矩】的节油运行状态。

说白了就是在排量相当的前提下,四缸机会比六缸机的扭矩更大,状态就会更加节油;而六缸机即使使用同样的涡轮增压、机械增压或其他进气技术,实现扭矩超过四缸机也无非是依靠排量的提升,也就是燃烧燃油基数的增长为基础——结果则为「费油PLUS」,这种说法有没有什么参考可以印证呢?


参考F1方程式赛车的1.6T-V6发动机,与目前最优秀的1.6T-L4发动机的扭矩对比吧。

  • 赛车废气加电涡轮加BSG系统最大扭矩350N·m
  • 1.6T代步四缸加废气涡轮最大扭矩达到300N·m

如果给这台四缸机加上电涡轮与BSG电机辅助起步的话,这台扭矩的最大扭矩达到400N·m也不是没有可能性,由此可见六缸发动机的扭矩确实是没有优势的。≥六缸的机器都属于“低扭高转机”,加上涡轮增压技术后的扭矩实际也不会比同排量的四缸机大,只是使用四缸机的初衷本就是为了以“高扭低转”装备节油汽车,所以主流代步汽车普遍为≤2.0T-L4。

不过这个排量标准也不用感觉有遗憾,目前的优秀2.0T增压机可以达到200kw/400N·m的高标准,相比4.0L-V6的自然吸气发动机扭矩功率都相当,而且低转速扭矩爆发力会更大。与3.5L-V6以下的六缸机对比,功率不会差、扭矩肯定更高,代步体验只会更好。



重点:电机的加入决定了6/8/12缸的发动机都会被淘汰,四缸机的角色也从主要动力元,降低为辅助动力元。比如插电式混动的汽车就会这样设定,因为电机的平顺、低转速爆发力与转速标准都不是内燃机可以相提并论的。

电机依靠的是电磁场与永磁体磁极互斥,驱动转子运转输出扭矩;转子悬浮固定不与定子接触,摩擦与振动的稳定都不用考虑。电流传输与转化电磁场的速度仅次于光速,起步瞬间只要给最大电流就能在第一转实现最大扭矩,这是内燃机做不到的;在低扭爆发力足够强的前提下,因为不需要考虑磨损所以还能实现高转速,标准为1.5-2.0万转,与F1赛车的内燃机相当但噪音振动极小。


综上所述,电机的综合体验远超内燃机,且转化动力的过程中的损耗低至个位数,而内燃机却平均高达60%以上(汽油机);所以电机也会非常节油,内燃机只需要用≤L4作为辅助输出动力,或者作为发电器使用为电池组充电即可。

目前的量产车中已经有「L4·双电机」组合的SUV,在整备质量2.4吨的前提下,可以实现4.3秒的破百成绩,加速过程平顺自然、动力响应非常迅猛;尤其是内燃机被BSG电机拉升至高转速后直接点火做功,动力衔接会更加顺畅。此时L4已经够用了,大排量内燃机只是在engine-发动机主攻内燃机的落后阶段的产物,被淘汰只是时间的问题且已经到了这个节点。



电机:天和Auto-汽车科学岛

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