为什么在新型车辆上使用较小的发动机

我一直在互联网上搜索一些汽车，并且观察到更新的汽车使用的发动机更小。

例如，我发现福特福克斯（Ford Focus）柴油1.6，甚至梅赛德斯A克拉斯（Mercedes）A Klass 2015柴油都具有1.6发动机，这似乎都不错。

你能解释为什么吗？

与大型引擎相比，小型引擎提供了许多好处。主要是燃油效率也转化为排放。燃烧的燃料越少，从发动机排出的气体就越少。不仅如此，重量也是要考虑的问题。工程师也很喜欢在发动机舱中留出更多配件的空间。

您不再需要在常规汽车中使用大型8缸发动机，因为工程已经达到1.4L可以推动大型汽车行驶的地步。这全都与引擎设计有关。您将不会获得从6或8缸液压缸出来的扭矩，但是对于一个日常驾驶员而言，它将使您从A点到达B点；这就是您真正需要的。此外，随着强制感应（涡轮增压器和增压器）的日益普及，在小得多的发动机中更容易获得马力和扭矩。我见过很少有2.0升将275HP的库存推出工厂，如果不使用涡轮增压器，这几乎是不可能的。

尽管这主要与燃料消耗和排放有关。另外，我也不介意。技术人员的工作容易得多。

正如cloudnyn3所说，这完全是关于发动机设计的改进-现代的1.4可以产生20年前的2.0功率，但是燃油消耗和排放却要好得多-而且它更小更轻，这又有帮助-您得到了汽车上有更多空间用于其他用途，更好的燃油经济性意味着您可以安装更小的油箱而不会失去行驶距离，从而再次获得了空间。

自内燃机（ICE）问世以来，一直存在发展趋势，即自发明以来，它们便变得更小，更轻，更便宜，更强大，更高效。

早期的ICE非常大，但与现代发动机相比却产生的功率很小。最初的汽车必须制造得非常大，并且足够坚固以容纳这些发动机。在早期，汽车也非常昂贵，而且普通人将无法负担得起汽车。

1913年10月，新光汽车公司的首席工程师Louis Coatalen参加了布鲁克兰短，长障碍赛的V12动力汽车。发动机排量为9 L（550立方英寸），缸径和冲程为80 x 150 mm。铝制曲轴箱沿两侧各带有两个气缸，每个气缸三个气缸体，夹角为60度。气缸是铁的，带有带L形燃烧室的整体气缸盖。进气门和排气门由V型中央凸轮轴操作。气门间隙是通过磨削相关零件来设置的，发动机缺乏任何简便的调节手段。这表明了Coatalen将新V12用作航空发动机的最终目标，在这种情况下，应避免在飞行中可能出错的任何调整方法。最初建造时，V12在2,400 rpm下的额定功率为200 bhp（150 kW），重约750磅（340公斤）。发动机为汽车提供动力（名为“ Toodles V”（以Coatalen的妻子Olive的宠物名字命名））在1913年和1914年达到了几项记录。

https://zh.wikipedia.org/wiki/V12_engine#Motor_car_engines

“ Toodles V”发动机比现代发动机更大，更重，但尽管如此，它所产生的动力仅是一个相对较小的现代发动机。早期的工程师当时根本没有能力使引擎更小，更轻。

亨利·福特（Henry Ford）彻底改变了这一状况。他为Model T引入了非常轻巧的小型4缸发动机。他的发动机仅产生约20马力的动力，但这对普通人来说足够了。仍然有为汽车发烧友生产的大型而强大的发动机，但它的确为可负担得起的汽车创造了市场。

在接下来的几十年中，发动机设计稳步改进，从而开创了肌肉车时代。赛车变得越来越流行和成为主流，汽车公司相互竞争以生产出更强大的发动机。有句老话说：“周日赢，周一卖”。目前，制造商对可生产的汽车类型的法规很少。这些汽车基本上是死亡陷阱，制造商知道这一点，因此不采取任何行动。他们中的许多人缺乏安全带等基本安全功能。对燃油经济性的关注也很少。汽油很便宜，没有排放法规，也没有像今天这样的燃油效率。

从1960年代后期开始，政府试图限制汽车的排放。这导致了EPA在1970年的创立。1973年的汽油短缺，以及随后汽油价格的上涨，也是促使肌肉车时代从1974年车型时代开始终结的驱动因素。

首次授权制造商遵守美国政府针对燃油经济性和排放制定的严格准则。问题是制造商不知道如何满足新的严格规定，并且没有足够的时间去遵守。这些新的排放法规迫使制造商增加排放控制设备，例如催化转化器，从而减少了废气的流量。EPA法规还于1973年从汽油中去除了铅添加剂，这迫使发动机设计发生了变化，从而可以处理无铅汽油。

在1970年代中期，制造了许多装有大型8缸发动机的汽车，它们仅产生约100马力的功率。1971年的克尔维特（Corvette）提供了425马力的发动机，而在1975年，它只有205马力。1975年的基本型号甚至更糟，只有165 hp，这与今天的家用小型货车相同。这引起了公众的强烈抗议，汽车制造商徒劳地尝试进行改进，但是改进非常缓慢。直到1990年代后期，Corvettes的性能指标才与肌肉车的前辈相似。

大约在这段时间，日本生产的小型高效汽车被引入美国市场，并受到了好评。这最终导致美国汽车制造商在美国失去统治地位。美国公司被迫进入小型车市场，因为它们失去了进口产品的销售。在此之前，很少有外国汽车在美国销售。这些销售中有很多是针对小型欧洲跑车的，例如凯旋，阿尔法·罗密欧，MGB，奥斯汀·希利，捷豹，保时捷，梅赛德斯·奔驰，莲花等。

随着时间的流逝，诸如电子燃料喷射和涡轮增压之类的技术导致了效率和功率的显着提高。许多现代发动机可以提供巨大的马力，但仍会消耗燃油。这些新设计是如此高效，以至于大多数汽车不再需要大型发动机。

汽车制造商仍被迫生产更具燃油效率的汽车。还有一些法规限制了整个车队的平均油耗。他们基本上被迫生产全电动或混合动力汽车，以使平均MPG降至标准。仍然有大型V8和V10的汽车，但产量减少的原因在于严格的法规。

这归结为效率。

不久前，汽车总体上更大，更重。生产汽车的国家/地区中的EPA和其他政府组织要求更高的燃油效率。这推动了两个领域的研发：

• 使车辆减轻重量，因此发动机需要更少的能量来使汽车行驶。
• 使发动机以更少的燃料产生更多的动力。

对于这个问题，第一项是题外话，但是由于多种原因，车辆变得更轻了。基本物理原理是，不管动力总成如何，具有一定质量的车辆都需要最少的能量才能行驶。降低质量，则需要较少的能量（阅读：燃料）。

近年来，发动机的动力和燃油效率大大提高。让我们通过一些示例对此进行一些具体说明。我将选择一辆我熟悉并经过研究的卡车。

第三代雪佛兰Silverado（2014+）带有两个主要引擎选项：

• 4.3升V6-285HP
• 5.3升V8-355HP

如果您回到第二代Silverado（2007-2013年），这些年来还有更多选择，但以下是一些生产范围更广的发动机：

• 4.3L V6-195马力
• 4.8升V8-295-302HP
• 5.3升V8-315HP

那是车辆的单代/迭代，并且功率完全不同。较新的V6产生的HP几乎与以前的V8相同，减少了10HP。在相同排量的情况下，它的产量比以前的V6高90HP。

通用汽车在2015年和2016年的车型年中将其LFX引擎投入了很多车型。它的功率根据所处的车辆而变化（对引擎而言，比金属块更多的是，影响功率的部件很多）。通常，它们在301和323 HP之间变化。这个3.6升V6比上面列出的上一代V8具有更大的动力！实际上，3.6升LFX引擎的马力比Silverado的当前4.3升引擎高出15-35（但扭矩更小）。

不用花费太多时间回答这个问题，如果您看看其他制造商和引擎（I4 v V6），您会发现非常相似的结果。总体而言，提高发动机效率存在巨大压力。

与仅十年前生产的发动机相比，现代发动机基本上具有两个额外的气缸。较小的排量通常意味着更高的燃油效率，现代设计也可以产生更多的动力。

较新的汽车具有较小的发动机，因为新的I4发动机可以产生的功率与上一代汽车的V6一样多，并且耗油更少。这满足了EPA的要求，也使那些在燃油上花费更少但仍在需要时仍具有足够动力的驾驶员感到满意。

^{（注意：我省略了上面的一些引擎选项，这些选项不是很常见，并没有真正增加讨论的范围。是的，我知道GM提供的是6.2L V8，但很少有Silverados拥有，并且它没有帮助回答问题）}

由于由活塞驱动的内燃机是一种不连续的动力源，仅在气缸中的燃料“砰”声时才产生动力，因此有两种基本的方法可从发动机中获得更多动力：1）使发动机旋转得更快，在单位时间内提供更多的刘海，或2）使其旋转速度变慢，但增加圆柱体以在单位时间内获得更多的刘海。

（是的，您可以添加增压器或涡轮增压器或其他一些系统，以将更多的燃料和空气填充到气缸中，并且可以将多组点填充到分配器中，并使分配器旋转得更慢-但是现在让我们忽略这些事情，只是为了争辩：-)。

早在白天（tm），大多数汽油发动机使用点对点点火系统，通过分配器轴上的凸轮打开和关闭弹簧驱动的机械开关（“点”），产生火花。转子和分配器与火花塞之间的电线将其连接到合适的气缸。机械开关在断开时会通过中断流过线圈的电流而产生火花；流过线圈的电流导致形成磁场，而中断电流会导致磁场崩溃，从而在线圈中间的铁棒中产生感应电流，该铁棒与线圈的中心极相连。分销商。

因为这些点是弹簧驱动的机械开关，所以它们的反应速度受到限制。总的来说（我非常一般情况下）使用点火系统并带有点火点的发动机将无法在2500 RPM以上的速度下可靠运行，因为点火点会在打开位置“浮动”-并且由于点火点没有闭合，因此没有电流可以流经线圈到达设置磁场，当这些点打开时会崩溃，从而产生点火火花。是的，您可以在这些点上使用更坚固的弹簧，但这会导致不必要的问题，例如分配器的过度磨损。因此，如果对RPM具有绝对（上限）上限，那么从发动机中获得更多动力的唯一方法就是在发动机中增加更多的气缸，这样，每旋转一圈，您就会从发动机中得到更多的撞击声。四缸发动机每转可为您带来两声刘海；六个圆柱，三个刘海；八个气瓶，四个刘海。配备多达22个气缸的大型飞机发动机，每转一圈的冲击声更大。因此，更多的气缸，更大的动力。

进入电子点火的世界，现在这已成为世界上几乎所有汽油发动机的标准配置。该系统取消了机械开关，而用全电子设备代替了机械开关，而实际上没有“复位”时间，从而使发动机的运行速度大大提高。今天，在高速公路上以高于3000 RPM的转速运行四缸发动机很常见-我的福特Fiesta的小四缸发动机在65 MPH时的转速约为3200 RPM。同时，制造商在发动机设计上进行了逐步改进，从而提高了单位排量的马力。但是，IMO促成了小型发动机更高马力的最大贡献是电子点火，这使小型发动机能够以更高的RPM运行。

YMMV :-)

不同的答案涉及整体答案的不同部分。您要寻找的根本答案是功率密度：每立方英寸（或升）排量多少马力（kW，无论如何）。

以理想的方式推开这辆车需要多少功率？发动机重量的很大一部分是发动机，因此，更小，更轻的发动机将意味着更少的推力。更少的质量=更少的气体。这就是为什么福特目前的F-150生产线使用铝制车身而不是钢制车身的原因。它更轻，移动所需的功率更少。

正如@Bob Jarvis所指出的，与旧的点/线圈/分配器系统相反，电子点火具有运行高转速并仍保持点火正时的能力。实际上，它在整个范围内提供了更精确的计时。更精确的时序会导致更高的功率密度。

燃油喷射提供了更加精确的燃油混合。有了这个更精确的定时，您可以使用更高的压缩比（化油器的1981 Omni I在我十几岁的时候开车时为8：1，在喷油的1998 Dakota我最近开车时为9.5：1；使用相同的便宜，无铅汽油）。更高的压缩比可实现更高的功率密度以及更高的热效率。

汽油直喷可以进一步提高您可以使用的压缩比。汽油直接喷入气缸，仅冷却气缸中的空气。进气口喷射喷入进气歧管，在此过程中冷却进气门和歧管。较冷的空气可以在开始引起自燃（爆震）之前处理更多的压缩。

涡轮增压器和增压器使您可以将更多的空气（和燃料）压缩到给定的排量中，从而使您的发动机表现出更大的排量。这样做会燃烧更多的燃料。这提供了“按需”功能。它可以使您的“按需”功率密度非常高；足够高，不需要更多的气缸或排量即可达到理想的功率水平。您不想一直在该油门设置下运行，但是在需要时就可以使用它。

可变气门正时允许您执行阿特金森/米勒循环，而不是普通的奥托循环。这对您的功率密度没有太大帮助，因为它进一步将“基本”功率密度与“按需”功率密度相除。如果您不经常需要动力，这将进一步提高燃油经济性。但是它可以恢复到完整的Otto周期，使您在需要时恢复到最大的“按需”功率设置。

最终结果是，所有这些小技巧都可以从每立方英寸（升）的排量中挤出更多的动力。并为您提供更大范围的功率设置，而更低的功率设置则可显着降低每英里（或公里，如果您愿意）的燃料消耗（并显着降低排放）。

福特的Ecoboost发动机产品线使用了上述所有功能。结果，他们迅速将V8替换为V6，并将V6替换为I4。@Gusdor在他的嘉年华中提到了1升发动机；可以肯定这是3缸Ecoboost发动机。由此产生的发动机是否长期可靠，是一个悬而未决的问题。涡轮增压器，特别是在高转速汽油（汽油）发动机上，过去往往不那么可靠。这些引擎足够新，以至于它们上没有太多的长期数据。他们可能已经解决了问题。现在说还为时过早。

几年前，狂欢的事全是肌肉车。快速加速，响亮的引擎和强劲动力都是时尚。但是，多年来，EPA和其他各种机构一直在努力减少排放（节约环境）。因此，汽车制造商已经开始制造汽车，目标是使一氧化碳，氮氧化物和碳氢化合物含量最少。显然，发动机越小，排放越少。

此外，肌肉车的时尚在很大程度上已经取代了豪华车的模式，豪华车的模式可以设计成具有较小的马达但具有更多的功能。因此，客户感到满意，制造商感到满意，EPA感到满意，而且，正如cloudnyn3所说，技术人员也感到满意。

实际上，这种趋势可能会逆转。小型发动机需要在全开节气门（WOT）下运行才能产生任何有用的功率，而WOT浓缩会降低燃油效率，这是当前不切实际的驾驶周期无法衡量的。汽油直喷等技术意味着会产生微粒，微粒过滤器的成本很高（但对于那些受影响的人来说，肺癌的成本更高）。涡轮增压器是易碎的部件，可能在汽车的整个使用寿命（包括其最后几年）中成为整体负担。发动机工作循环（阿特金森循环）的改善也意味着，尽管能效会提高，但容积效率实际上可能会降低。阿特金森循环最初用于混合动力车，

例如，考虑我的1989年欧宝威达。115hp 2.0升C20NE发动机。现在考虑现代等同物：丰田普锐斯。1.8升2ZR-FXE发动机的输出功率为98 hp，尽管电动助推器会产生一些额外的动力，所以总体而言，这些汽车的功率大致相同，并且加速速度也大致相同。从2.0升到1.8升变化不大。

是的，有减小尺寸和涡轮增压的趋势，但这种趋势似乎正在逆转。例如，在欧洲市场，以前拥有1.33升自然吸气式发动机的Toyota Yaris正在以非混合动力配置转向1.5升发动机。混合动力车始终使用1.5升发动机（与1.5升非混合动力车型略有不同）。我还了解到，北美市场一直提供1.5升发动机。

因此，在电动汽车最终取代液体燃料驱动的汽车之前，请不要做出最终结论。可能是这样的情况，最后一辆在死恐龙（*）上运行的以液体燃料为动力的汽车将使用不带涡轮增压器的阿特金森循环发动机，这意味着发动机的尺寸与旧车中的尺寸大致相同。

我？我从2.0升（1989年Opel Vectra）到1.33升（2011 Toyota Yaris）移至2.5升（2016 Toyota RAV4混合动力车），尽管同时我还考虑了汽车的尺寸，价格，重量和性能，将其略微调高。

（*）：是的，我知道石油实际上并非来自死去的恐龙...