动力强劲的星型发动机,为何汽车上没有普及?

动力强劲的星型发动机,为何汽车上没有普及?
2019-07-19 12:45:29 机械cax360

【疯狂机械控第485期】星型发动机是典型的气缸活塞发动机,它的可靠性高,功率提升潜力大,很多飞机都采用了星型发动机,那它为什么在汽车上没有普及呢?

动力强劲的星型发动机,为何汽车上没有普及?

▲星型发动机

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,最上方活塞连接的连杆即为主连杆,其它活塞的连杆为活节式连杆,它们通过梢孔连接在主连杆中央位置的环上。

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▲星型发动机

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,一般星型发动机的气缸组数是奇数个,有5缸,7缸,9缸,为了增加功率还可以将其多排叠加,将多个气缸组排成好几排,最多竟然能到4排×7缸,普·惠公司的巨黄蜂R-4360达到28个汽缸,功率为2200~3000kW。

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▲普·惠巨黄蜂R-4360发动机

在喷气发动机出现之前,活塞式飞机发动机大多采用星型设计,因其曲轴短战场生存性强,结构紧凑占用飞机空间小而被舰载机广泛使用,其余发动机则采用V型设计。

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▲星型发动机

星型发动机沿轴向放置在机头,输出轴直接连接桨叶,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。

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▲星型发动机用于飞机

由于星型发动机气缸沿周向布置,需要大功率输出时,可以一圈圈的增加缸数,二战时某双排星型发动机输出了惊人的3400匹马力。另外,发动机在枪林弹雨中穿梭,生存性高也是一个重要指标。对于缸数众多的星型发动机而言,就算一个缸中弹停止工作,剩下的缸也能继续发挥作用。

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▲星型发动机用于飞机

相比传统发动机,比如现在最流行的直列发动机,星型发动机少了很多结构,散热效果更加出色。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。

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▲星型发动机结构图

虽然星型发动机有很多优点,但并不代表它适合汽车。比如为了满足风冷要求,发动机前部需要长期裸露在外,极大程度影响发动机的使用寿命,迎风面积变大还会增加风阻系数。

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▲星型发动机

星型发动机虽然结构紧凑且体积小,但是相对于汽车而言,还是过于庞大。星型发动机径向尺寸太大,在汽车上不方便布局。即使平躺放置,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,还要为其布置排气系统、冷却系统和燃油系统,但汽车并无足够空间。

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▲星型发动机

星型发动机多为风冷发动机,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,需沿汽车中心线轴向布置。星型发动机独特的活塞立式布置会升高汽车重心,不仅降低了汽车稳定性和抓地力,还提升了维修成本,且无法与当前变速箱匹配,需额外研发新型变速箱,提高了制造成本。还有发动机舱空间有限,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。

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▲搭载7缸星型发动机的卡车

现代汽车对舒适性的要求相当高,星型发动机由于噪音过大,往往需要佩戴防噪耳机,严重降低驾驶乐趣,且容易发生交通事故。星型发动机转子是偏心式的,单排星型发动机很难做到曲轴对称配重,高速转动时,星型发动机的振动问题十分严重。

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▲搭载7缸星型发动机的卡车

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▲搭载7缸星型发动机的卡车

星型发动机的多气缸会产生高油耗,汽车经济性很不友好。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,百公里综合油耗上20L很容易做到。

动力强劲的星型发动机,为何汽车上没有普及?

▲星型发动机用于汽车

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▲星型发动机用于汽车

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水冷式星型发动机汽车,为了解决上面提到的技术难点,他们将发动机倾斜了45度。

动力强劲的星型发动机,为何汽车上没有普及?

虽然这两台汽车累计测试里程超过20万公里,但是生不逢时,随后的二战和内部经济状况不良,使得这款汽车最终没有上市销售。

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