V8发动机,是内燃机的汽缸排列型式之一。V8表示的是发动机汽缸的排列形式和缸数。
发动机的8个气缸分成两组,每组4个,成V型排列。是高层次汽车运动中最常见的发动机结构,尤其在美国,IRL,ChampCar和NASCAR都要求使用V8发动机。
1902年
法国人Léon Levavasseur设计了世界上第一款V8发动机。
1958年的7月24日,
小行星3789第一台自主研发V8发动机组装完毕并且顺利点火。这款发动机是
红旗向
吉林工业大学借了一辆1955年
克莱斯勒汽车公司帝国作为蓝本进行研发。
简史
1902年法国人Léon Levavasseur设计了世界上第一款V8
发动机。1904年V8发动机概念在法国非常流行,
路易·雷诺制造了V8航空发动机。1905年
劳斯莱斯汽车有限公司制造了3.5升排量的V8发动机。1918年,
凯迪拉克制造了Victoria Coupe。该型号包括De1co电子系统,世界上第一个批量生产的V8发动机,70马力。1949年底,凯迪拉克公司研制出了具有历史意义的高压缩比、顶置式气门、轻型的V8发动机。
1958年的7月24日,
小行星3789第一台自主研发V8发动机组装完毕并且顺利点火。这款
发动机是
红旗向吉林工业大学借了一辆1955年
克莱斯勒汽车公司帝国作为蓝本进行研发。
2021年6月,
中国一汽自主设计的国内首台V型8缸直喷增压(V8TD)发动机在研发总院试制所完成试制。V8TD发动机基于国内唯一的V8平台全面升级打造,最大净功率达到485kW,
最大扭矩为850N·m,相比上一代产品,动力性指标提升了73.2%,达到了国际同类机型的领先水平,将成为红旗至尊车型的核心动力。
原理
构造原理
发动机缸数
汽车
发动机常用缸数有3、4、5、6、8、10、12缸。排量1L以下的发动机常用3缸;1~2.5L的发动机一般为4缸;3L左右的发动机一般为6缸;4L左右的发动机一般为8缸;5.5L以上的发动机一般为12缸。
气缸的排列形式
主要有L形、H形、V形、W形等。一般6缸以下发动机的气缸多采用直列方式排列,少数6缸发动机也有直列方式的,过去也有过直列8缸发动机。直列发动机的气缸体成一字排开,气缸体、气缸盖和曲轴结构简单,制造成本低,低速扭矩特性好,燃料消耗少,应用比较广泛,缺点是功率较低。直列6缸
发动机的动平衡较好,振动相对较小,所以也为一些中、高级轿车采用。6~12缸发动机的气缸一般采用V形排列。
V型发动机
V型发动机气缸排成两列,两列气缸中心线夹角\u003c180°,V型结构大大缩短了发动机的纵向长度,并降低了高度,气缸体
刚度增加,结构紧凑,质量减轻,最大优点是通用性强,增加气缸数量可以提高功率,缸径与行程等结构参数相同,活塞连杆组件通用。但发动机宽度增大,气缸体形状复杂,加工难度大,必须使用两个气缸盖。因而,V型发动机制造成本较高,因此它也是高级级别车辆的标志之一。
常见的V型
发动机多为V6、V8、V10、V12三种机型。
lux多采用
V6发动机。V6发动机两列气缸间采用60°夹角时动平衡效果较好。而V8发动机采用90°夹角可使整机获得最好的动平衡效果,具有最理想的点火和振动特性。从整机的平衡角度来看,V10发动机不好,因而一般轿车不采用V10发动机。在赛车上,当V8的功率达不到要求,而V12尺寸过大难以布置时,不过有采用V10发动机的。
有的V8发动机用不同的角度,20世纪20年代,美国总统
亚伯拉罕·林肯的支持者
亨利·利兰相信夹角为60度的V8发动机比
凯迪拉克公司生产的夹角为80度的发动机运转更为平稳。事实证明利兰是对的。
曲轴类型
V8
发动机基本上分两种曲轴,一种是十字曲轴,另外一种是平面曲轴。十字曲轴的每个曲柄臂之间,呈90度夹角交错布置,平面曲轴的曲柄臂之间角度则为180度,在同一个平面上。
十字曲轴
一组内(每4个一组)每个曲柄与前一个曲柄的夹角都是90°,从曲轴的一端看形成一个垂直结构。这种垂直面可以达到很好的平衡,但要搭配很重的配重铁。因为有很大的旋转
惯性,使这种垂直面结构的V8发动机相对其它类型的发动机的提速或者减速较慢。这种曲轴的V8发动机点火次序是从头到尾的,还需要设计一套额外的排气系统,来连接两端的排气管。
平面曲轴
平面是指曲柄成180°。
平衡性较差,除非用平衡轴不然震动非常大。由于不用搭配配重铁,曲轴的重量小惯性低,可以有高的转速和加速度。这种发动机是从垂直面演变成平面结构的,平面结构在赛车发动机很常见,因垂直面结构的设计很复杂。大部分的早期V8
发动机都是平面结构设计。1915年,垂直面的设计构思在一次美国汽车工程大会上提出,直到8年后才有了总成。
工作原理
1、当活塞上行,将要接近上
止点时,火花塞产生电火花,把已被压缩的可燃混合气点燃,燃烧的气体迅速膨胀,使气缸内的压力和温度急剧升高,在高压气体的推动下,迫使活塞从上止点向下止点运动,活塞通过连杆,将高压气体的推力传给曲轴使之旋转作功,使
热能转变成机械能;
2、由于活塞的下行,使曲轴箱的容积减小,压力增高,进气口的舌簧阀被关闭,进入曲轴箱的可燃混合气被预压缩;活塞继续下行时,排气孔打开,燃烧后的废气从排气孔排出;随着排气孔打开,扫气孔被打开,曲轴箱中被预压缩的可燃混合气经扫气孔进入气缸,并将废气进一步驱逐出气缸,这一过程称换气过程;
3、作功行程结束时,一个工作循环便完成了。从上述过程中可知,在辅助行程中,活塞上方在压缩,活塞下方在进气;在作功行程中,活塞上方在作功、排气和扫气,而活塞下方对进入曲轴箱的可燃混合气进行预压缩。只要曲轴连续旋转,工作循环便能连续不断地进行。
主要分类
1.按气缸排列方式分类:V8
发动机有两种常见形式,一种是水平对卧8缸,两两并联成一个发动机组,左右两边的气缸头分别朝上,另一种是垂直排列8缸,6个缸分成两组,两组之间夹角90度。
2.按气门结构分类:V8发动机有两种气门结构,分别是双顶置凸轮轴 (DOHC)和单顶置凸轮轴(SOHC)。这两种结构可以提供不同的动力性和舒适性。
除此之外,V8发动机还有按照活塞类型燃油喷射方式等进行分类的。
10款经典V8发动机
法拉利F40/法拉利F120A 2.9L V8双涡轮
法拉利F40采用法拉利惯用的中置引擎布局,引擎为一台90度夹角的2.9L V8引擎。这台不到3L排量的引擎在两颗高增压涡轮的催谷下能够迸发出478匹(352KW)7000rpm的最大功率,足以抗衡4.5公升级的NA高转速引擎。这台2.9升引擎能提供的扭矩输出为629
牛顿米,几乎等同于一台6.3L V8引擎的扭矩输出能力。
Shelby AC Cobra 427/福特7.0L V8
这台V8引擎原厂调教最大马力输出为425匹,而在竞赛版本的(不考虑耐久性)Shelby AC Cobra 427最大马力输出被调至492匹,扭矩679牛·米。得益于强大的动力和轻量车身,AC Cobra 427被当时的汽车爱好者称为“最快的跑车”。
2009雪佛兰CorvetteZR1/通用LS9 6.2L V8机械增压
这台功率密度惊人的LS9 6.2L V8机械增压引擎,能够产生638马力(476 kW),和819 N·m的
最大扭矩。正因为机械增压带来的强大扭矩,配合轻量的车身,让ZR1的6MT变速器1挡齿比可以做的很小,造就了1挡直接破百的奇观。LS9不只有强大的低速扭矩性能,还有仅仅539.8磅的重量,合240kg,实现了惊人的功率密度。
2014保时捷918Spyder /4.6L V8油电混合动力
保时捷918 Spyder插电式混合动力
超级跑车采用了一台排量为4.6L的V8自然吸气引擎,转速高达9150rpm,最大功率输出616马力,升功率比卡雷拉GT还高26匹每升,内燃机只负责驱动后轮。而与之匹配的两部电动马达最大输出功率也达到了208kw(283匹),分别驱动两个前轮。而第三个电动马达传输和给予额外的能量到后轮。在共同输出动力的情况下,这套混合动力系统可以构成全轮驱动系统,并输出超过900匹的总功率。变速器方面采用的是保时捷7速双离合
PDK变速器。最后的结果就是918的0-96km/h加速成绩小于2.8秒,而极速表现为320km/h。为了让这台中置的4.6L V8自然吸气引擎更为高效的运行,保时捷开创性的采用了背置式排气管设计。
法拉利458 speciale/法拉利4.5L V8
458 italia的4.5L V8引擎以4.5L的排量实现了570匹9000rpm的最大马力和540
牛顿米的
最大扭矩,而458 speciale的引擎采用了制造
一级方程式锦标赛引擎的设备和生产工艺,让其制造工艺相对458 italia更加精美,零件公差变得更小,重量更加平衡。这台4.5L V8引擎在相同的9000rpm能够输出额外的35马力,最大功率达到了605匹,代表了目前自然吸气V8引擎制造的最高水准。这台V8引擎拿到了2014年全球十佳引擎大奖。
1971JensenInterceptor /克莱斯勒440 7.2L V8
这辆JensenInterceptor搭载了60年代最为出色的V8引擎440 CID Six-Pack,这台拥有6只化油器的V8引擎最大输出功率达到390匹,
最大扭矩为664
牛顿米。这台V8引擎采用美式古典V8引擎惯用的平顶缸盖设计,结构零件数量少,制造成本低,可靠性高。这类
发动机的进排气门安排在发动机一侧,由凸轮轴通过顶杆直接驱动气门省略了挺杆和摇臂系统,被称为OHV结构。美式V8引擎正是将简单直接的OVH结构发扬光大,铸成经典。
1970DodgeChargerR/T /426 HEMI 7.0L V8
这台7.0L V8引擎换算一下排量为426立方英寸,因此老美叫他426。这台V8引擎能够爆发425匹的最大功率(317 kW)和664牛·米的
最大扭矩,原厂状态下就能从容的烧胎拉烟。
凌志LS400/丰田1UZ-FE 4.0L V8
LS400分为前期版(UCF10)和后期版(UCF20),1997年后出产的后期版升级了5速
自动变速器,1UZ-FE也搭载了VVT-i可变气门升程技术,动力明显提升,还降低了油耗。1UZ-FE采用了90度夹角,每缸4气门,DOHC双顶置凸轮轴机构。该发动机采用了电喷系统,由ECU负责发动机的运行进行管理,并拥有丰田EFI电子燃油喷射技术。
IUZ-FE
发动机缸体及缸盖均由铝合金铸造而成,点火顺序为经典的1-8-4-3-6-5-7-2,燃烧室为屋脊型,火花塞位于燃烧室中央。曲轴为锻造的,有8块平衡块,曲轴由5个轴承座支承,轴承由铜铅合金制成,可以看出平顺度和耐用性是IUZ-FE在设计制造中考量的重中之重。
2005AudiRS4Avant/奥迪4.2L V8 FSI
2005款RS4是首款运用高转速引擎的奥迪量产版车型,最高转速达到了8250rpm。同时以4163毫升的排量实现了420匹的最大马力,以自然吸气的方式达到了100马力/升的骄人数值。得益于V8的结构,在保证升功率的情况下,90%的
发动机扭矩能够在2250到7600rpm的转速范围内连续输出,使驾驶者能够处于一种轻松的状态下进行驾驶而不需要频繁的换挡。
Radical SR8LM/铃木-RPE 2.8 L RPX V8
英国人利用两台来自公升级MOTO铃木GSX-R1300()的1.3L 直列四缸发动机零件,进行扩缸,打磨并重造,铸造成一台2.8L V8发动机,自行命名为RPE 2.8 L RPX V8,并重新编写ECU程序,让两台原本能够在9800rpm爆发出175匹马力的1.3L直列四缸引擎摇身一变,成为了一台能够在10500rpm输出460匹马力的小怪兽,并且这台V8引擎干重仅为88KG,成就了目前民用自然吸气发动机最高升功率164匹每升,最高功率密度5.22马力每公斤。
发展趋势
V8发动机的发展趋势包括以下几点:
1.混合动力技术的应用:为了降低油耗和排放,V8
发动机将逐渐引入混合动力技术,通过优化动力分配和燃油喷射系统等手段,提高燃油经济性和排放性能。
2.轻量化设计和新材料的应用:为了提高发动机的动力性和经济性,V8发动机将采用轻量化设计和新材料,如铝合金、高强度钢等,以降低发动机质量,提高动力性能和燃油经济性。
3.涡轮增压技术的应用:随着环保法规的日益严格,V8发动机将逐渐引入涡轮增压技术,通过提高进气压力和发动机功率,满足排放和油耗要求。
4.智能化和数字化技术的应用:随着
汽车工业的数字化转型,V8
发动机将逐渐引入智能化和数字化技术,如发动机管理系统 (ECU)的升级和传感器技术的应用,以提高发动机的智能控制水平和性能表现。