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汽车发动机为什么不采用星型发动机?

 q1338 2018-03-08

普惠公司的R—4360“巨黄蜂”发动机被认为是拥有气缸数最多的星型发动机,采用四排设计,每排7气缸,总共28个气缸,排气量达到了71.5L,功率为2200~3000kW。在可以使用涡轮增压的80年代,F1赛车的最大输出功率曾达到过近1000kW。但和“巨黄蜂”比起来,简直是不够看的。

在喷气发动机之前,活塞式飞机发动机多采用星型设计,特别因其曲轴短战场生存性强,结构紧凑占用空间小,被舰载机广泛使用,例如波音B-50“超级堡垒”、波音377、C-97军用运输机等等。

星型发动机是一种气缸环绕曲轴排列的往复式内燃机,其活塞通过一根主连杆连接到曲轴上,最上方的活塞连接的连杆即为主连杆,其它活塞的连杆则被称为活节式连杆,它们通过销孔连接在主连杆中央位置的环上。

相比传统发动机,比如现最流行的直列发动机,星型发动机少了很多结构,占用体积小,质量轻,散热效果出色。由于推重比很高,相同功率下星形发动机体积小重量要轻的多,另外星型发动机对称的结构使得扭矩输出也更加线性。

此外,由于汽缸在机头位置,相比直列发动机有一部分埋在机身里的设定,前者在检修时要更方便。

虽然它有很多优点,但并不代表一定适合汽车。比如为了满足风冷要求,发动机前部需要裸露,长时暴露在外,一方面会极大程度影响发动机的使用寿命,另一方面因其迎风面积大还会增加风阻系数。

另外,星型发动机这种立式结构在直列发动机面前并没有优势,要知道发动机舱只有那么大点,还要做到尽可能的平整、位置低,以满足舱内布局和驾驶视野需求。

不过也并是没有厂家尝试过星型发动机的研制,比如在上世纪30年代中期,克莱斯勒曾秘密开发了两台5缸22.38kW、1.1L水冷星型发动机汽车,为了解决上文提到的难点,他们将发动机倾斜了45度。虽然这两台汽车累计测试里程超过20万公里,但生不逢时,随后的二战和内部经济状况不良,使得这款车胎死腹中。

虽然星型发动机没能在汽车上铺展开来,但在很多改装摩托车上却可以看到它的身影。比如 去年德国一名西门子电器工程师Frank ohle改装的一款名为red baron的摩托车,就搭载了一台 150匹马力,9缸2500cc的rotec radial r3600发动机。机具辨识度的发动机,配上成熟稳重的美国哈雷改装风格让这款摩托车一时吸引了不少关注。

专业相关。

星型发动机早期被广泛应用于飞机上,一般有五到七个缸,动力强劲(缸数多,且动力传递方式与一般汽车发动机的曲柄连杆机构略有不同)。这种引擎为什么没被应用到汽车上来?因为自身没啥特别突出的优点,且缺点很多。下面具体说明:

优点:结构紧凑,功率提升潜力大,生存性高。

说通俗点就是: 劲大 耐操。喷气机没有出来之前,战斗机动力来源几乎都是星型活塞发动机。这种发动机沿轴向放置在机头,输出轴直连桨叶,比直列式活塞发动机更合理的利用了空间,省去了减速机构和动力变向传递机构等,利于减轻机身重量,使机体更灵活。由于星型发动机气缸沿周向布置,所以在需要更大的功率输出时,可以一圈又一圈的增加缸数(某变态64缸发动机就是这么来的,虽然严格讲不是星型排列,但原理大同小异)二战时一些双排大型星型发动机可以输出惊人的3400匹马力。 另外,发动机在枪林弹雨中穿梭,生存性高也是一重要指标。而对于缸数众多的星型发动机而言,这都是小case,就算一个缸中弹停止工作,剩下的缸也能继续发挥作用。

以上这些优点使得星型发动机在早期战斗机上被广泛应用,然而对于现代汽车,星型发动机就成了傻大粗的存在。

首先,星型发动机径向尺寸太大,也就是一圈气缸显得太粗,在汽车上不方便布局。即使平躺着放,还得在输出轴与离合器之间加装机构来改变动力传递方向,得不偿失。

另外对汽车而言,并不需要几百甚至上千千瓦的功率输出。战斗机当然是越快越好,但汽车300匹马力绰绰有余。(地表最强超跑布加迪Chiron也不过1500匹)

虽说星型发动机生存性高,但随着材料技术和加工工艺的提高,如今汽车发动机直列四缸也很耐操。况且!万一就算坏了,在地面上怕啥?

星型发动机的缺点:散热 偏磨 油耗 噪音、振动

星型发动机多为风冷发动机,置于机头,靠迎风面气流冷却。如果将它装在汽车上,为了获得最佳冷却效果,得沿汽车中心线轴向布置,就算不考虑视线干扰————顶这么大个轮子在车头不丑么?要是像之前说的那样,发动机平躺在车屁股,失去了大面积散热的条件,各气缸独立的散热片又容易将热量散发到周围空气,毫无疑问车屁股会成为一个火炉。

再说偏磨。不论是斜置式、水平对置式还是星型发动机,偏磨都是个令工程师头疼的问题。无论活塞做的多么轻,在重力作用下缸壁上下两侧必然磨损不均。最后结果就是:在间隙变大和活塞环泵油现象的共同作用下出现烧机油现象。

油耗也是大问题。以丰田陆地巡洋舰5700为例,它搭载v8引擎的百公里综合油耗在16L左右。而星型发动机缸数一般为七个或者更多,油耗上20简直轻而易举(工作容积相似的情况下)

最严重的问题:噪音和振动。现代汽车对舒适性的要求相当高。而星型发动机显然不是位安静的美男子。

如图,星型发动机转子是偏心式的。在汽车上,曲轴的对称配重设置可以抵消大部分振动,而单排星型发动机则很难做到。于是在高速运转时星型发动机的振动问题十分严重。这点决定了它不适合装在汽车上。

综上,优点不再成为优势,缺点依旧还是缺点,所以星型发动机没有被应用于汽车上

————当然

也不是没有

再多的缺点也无法阻挡浇熄改装狂人的好奇



你一定不会喜欢车变成这个样子的🌝

星型发动机(radial engine)是一种气缸环绕曲轴排列的一种往复式内燃机,其活塞通过一个主连杆链接在曲轴上,最上方的活塞连杆就是主连杆,其他活塞的连杆则被称为活节式连杆,它们通过销孔连接在主连杆的 中央位置环上。

性能

星型发动机可靠性高,重量轻,功率提升潜力大,维修性和生存性也不错,一般星型发动机气缸数为奇数,有5缸7缸9缸等。为了增加功率,可以增加几排,最多竟然可以4排×7缸。

结构

在喷气发动机出来前,活塞式飞机发动机大多是采用星型发动机,因其曲轴短,战场生存性强,结构紧凑占用空间小,而被舰载机广泛使用。其余发动机则采用V型设计。

星型发动机这么多优点,为什么不用在汽车上呢?


首先星型发动机结构紧凑,占用空间小,只是相对而言。但是用在汽车上占用的空间还是挺大的 它的活塞环绕曲轴布置,那么喷油系统在汽车上就不好布置。

那么除了它的外围系统比如进排气系统,燃油系统 冷却系统等,在汽车车架的有限空间内更加无法布置,线路布置繁琐。

其次,星型发动机重心高,质量大(相比于其他车用发动机)维修成本也大,且无法和变速箱做匹配。

最后,人们买车主要是在满足使用的情况下,而去追求舒适性,星型发动机震动噪音大,不能满足人们对舒适性的要求。

汽车制造商都是追求利润的,如果星型发动机能用在汽车带来利润,那么早就在汽车上使用星型发动机了,现在汽车上没有使用,就说明星型发动机不能满足汽车使用要求。

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