中国单缸发动机之谜:为何排量那么小,力气比四缸的汽车还大?

文摘   2024-12-28 11:45   广东  
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中国单缸发动机之谜





有一点却很奇怪,单缸发动机功能用处特别多,拉犁耕田、拉货运物十分在行,动力也非常强大,就算是遇到大陡坡,它也能够凭借强大的动力上去,某些情况,越野车没办法上去,单缸柴油拖拉机却能发挥实力。


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为何排量那么小,力气比四缸的汽车还大?
二三十年前的农村地区,拖拉机是最常见的机械设备之一,平日生活中常常能够听到“轰轰烈烈“的噪音,现在回想起来,确实是段美好的回忆。
由于技术受限,当时拖拉机使用的基本上是结构简单的单缸发动机,排量小、很难获得大马力不说,工作时也会产生剧烈振动,最让人厌烦的,还得是“突然熄火”,
存在诸多缺陷。
但有一点却很奇怪,
单缸发动机功能用处特别多,拉犁耕田、拉货运物十分在行,动力也非常强大,就算是遇到大陡坡,它也能够凭借强大的动力上去,某些情况,越野车没办法上去,单缸柴油拖拉机却能发挥实力。正如许多网友对它评价那样:“动力不详,遇强则强”,而在许多农村小孩子心中,拖拉机依旧是一辆霸气的“战车”,坐上去特别“拉风”。
而如今,随时代发展,年轻人为了获得更高的薪资,基本前往大城市打拼生活了,都不愿碰锄头、下乡种地,慢慢产生一种现象:大片土地成为荒野,拖拉机渐渐淡出人们的视野。
问题回到单缸发动机上,它的排量一般不到1升,但却可以爆发惊人的力量,那它究竟隐藏着哪些秘密呢?以现在的眼光看,单缸发动机已经过时了,
性能不够齐全、
行驶速度也比较慢,
在汽车领域基本就被淘汰了,但这并不意味着单缸发动机没有应用价值。
早些年,广西那边有位朋友,从破旧三轮车上拆下来一个单缸柴油机,然后把它改装在多轴重型底盘上,让人想不到的是,车辆一口气拉动十几吨重的砖头。
更让人咋舌的是,单缸发动机排量还不到1升,马力最大也就35匹,搭载它的“小红头”拖拉机却能在崎岖山路上甩开陆巡、大G的尾灯,一些人内心产生疑惑:其貌不扬的“小红头”,究竟是何方神圣?
单缸发动机“力气”之所以这么大,与发动机以及变速箱有关,家用汽车一般情况下只有一个主变速箱,但拖拉机就不同了,它的上面往往搭载有主副两个变速箱,和货车变速箱原理差不多。两个变速箱均有各自的档位,加起来一般有15个档,相互配合下,能够将发动机动力发挥到极致。

另外,单缸机发动机,缸直径一般都比较大大,也有一些缺点,比如摇车启动累人,由于轴距非常长,再加上中柬不是刚性连接,启动时车头乱甩容易伤着人,这点需要注意。

中国单缸柴油机多采用压燃式点火方式,没有传统汽油机的点火装置,依靠压缩空气产生的高温直接点燃燃油,燃烧更充分,效率更高,容易产生更大扭矩。例如,在发动机压缩冲程末端喷油嘴就开始喷油燃烧,一边喷油一边燃烧,转速相对较慢,燃烧时间变长,柴油机的回转半径相应拉大,动力臂更长,根据杠杆原理,动力臂越长,曲轴端的扭矩就越大,产生的力和牵引力也就越大。

单缸发动机的曲轴端动力臂比较长,在相同排量条件下,动力臂越长,输出的扭矩越大。同时,气缸长度也随之增加,不过这也带来了转速过慢的缺点。像红头单缸柴油机转速通常在 500 到 800 转每分钟,早期甚至可降至 50 转每分钟。

再者,单缸发动机的变速箱起着关键作用。拖拉机等通常搭载有主副两个变速箱,加起来一般有 15 个档,相互配合能将发动机动力发挥到极致。以典型的四轮拖拉机为例,其低速一档可能将柴油机的扭矩放大近 100 倍。假设一台 15 匹马力的单缸柴油机,最大扭矩约为 50 牛米,经过变速箱放大后,驱动轮获得的扭矩可以达到惊人的 5000 牛米。而普通家用轿车一档的扭矩放大倍数约为 13 倍,相比之下相形见绌。

单缸发动机结构简单,生产成本低,维护和保养也更简单。它对燃料要求低,柴油、汽油、煤油,甚至菜籽油、花生油都能烧。这种 “傻大黑粗” 的设计虽然看起来不高端,但却带来了成本低廉、可靠性高、易于仿制等优势。单缸发动机在农业、运输、灌溉、发电等领域广泛应用,充分展现了其强大的实用性和适应性。

单缸发动机采用压燃式点火方式具有诸多显著优势。首先,这种点火方式燃烧更充分,效率更高。在压燃过程中,空气在高压下被压缩产生极高的温度,足以引燃燃料,无需传统汽油机的点火装置。这使得燃料能够更充分地燃烧,最大限度地释放能量,从而为发动机提供更强大的动力输出。

例如,中国的单缸柴油机常常被称为 “红头机”,其采用压燃式点火方式,虽然排量小,通常在 1 升以下,但却能爆发出惊人的力量。单缸柴油机的曲轴端动力臂比较长,根据杠杆原理,动力臂越长,输出的扭矩就越大。而压燃式点火方式使得发动机在低转速的情况下,依然能够输出强劲的扭矩,轻松拉动几十吨重的货物。

在众多应用场景中,单缸柴油机展现出了卓越的性能。拖拉机是单缸柴油机最常见的应用场景之一,无论是耕地、播种,还是运输货物,单缸柴油机都能发挥出强大的动力。在农村地区,单缸柴油机拖拉机成为了农民们的得力助手,帮助他们完成各种繁重的农业生产任务。

此外,压燃式点火方式还具有结构简单的优点。相比传统汽油机的点火装置,压燃式发动机没有复杂的点火系统,减少了故障发生的概率。同时,这种简单的结构也使得发动机的制造成本更低,维修起来更加方便。很多农村地区的修理工,用锤子、扳手就能把发动机修好。

中国单缸发动机对燃料要求极低,这带来了诸多好处。它大大提高了发动机的适应性。单缸柴油机可以使用柴油、汽油、煤油,甚至菜籽油、花生油都能烧,堪称发动机的 “万能胃”。这种对燃料的广泛适应性使得单缸发动机在各种不同的环境和条件下都能正常工作。

在一些偏远地区或资源匮乏的地方,可能无法轻易获得高质量的柴油或汽油,但单缸发动机却能利用当地现有的燃料资源继续运行。例如,在一些农村地区,农民们可以使用自家种植的菜籽油或花生油来为单缸柴油机提供动力,这不仅降低了使用成本,还提高了发动机的可用性。

对燃料要求低也降低了生产成本。由于单缸发动机不挑剔燃料,用户在选择燃料时具有更大的灵活性,可以根据实际情况选择价格更为低廉的燃料。这对于一些经济条件较为有限的用户来说,无疑是一个重要的优势。

此外,对燃料要求低还使得单缸发动机在一些特殊情况下能够发挥关键作用。比如在紧急救援或野外作业等情况下,可能无法及时获得标准的燃料供应,但单缸发动机却能依靠各种可获得的燃料继续工作,为救援和作业提供动力支持。单缸发动机对燃料要求低的特点,不仅体现了其强大的适应性和实用性,也为用户带来了经济上的实惠和在特殊情况下的可靠性保障。

至于“小红头”拖拉机是谁发明的,一些人翻阅资料,认为发明人是德国天才发明家鲁道夫·迪塞尔。可事实上呢,这位发明家发明的是压燃式柴油机,并非“小红头”拖拉机,而“东方红”拖拉机,可是地地道道的“中国制造”。

新中国成立之初,我国制造业基础相对薄弱,为了发展农业,提高国民经济,拖拉机就成了“排头兵”,一味依赖从国外进口可不行,唯有把制造技术牢牢掌握在自己手中,才有光明的发展前景。
在引进苏联拖拉机的基础上,我国一拖集团经过不懈努力,终于生产出了中国拖拉机品牌,也就是东方红拖拉机,体积更小、制造更加简单。
东方红拖拉机采用的是单缸发动机,具有8个前进档,虽然看起来似乎“其貌不扬”,但真可谓是“五脏俱全”,它的身上只有14个主要部件,零件总数不超过300个,在动辄上千零件的现代多缸柴油机面前,简直就是个“极简主义者”。据资料显示,短短几十年时间,东方红拖拉机就卖出了几百万辆,而它不单单是在国内火爆,在东南亚,它还和日本的久保田、洋马打得火热,实惠的价格,让其拥有不错的销量,非常受欢迎。
另外,这玩意儿还特别“耐操”,一台单缸发动机,如果我们保养得当的话,能用个二三十年,坏了就修一修,修修还能用,能省下不少钱。

更让人惊奇的是,即便没有柴油,食用油照样能跑,这就是惯性飞轮压燃的好处,但它也有一个缺点,那就是天一冷就很难启动了,人们基本上是往水箱里倒点开水。想想看,一台排量不到1升的发动机,能干这么多活,还这么抗造,这不就是活生生的“小个子干大事”吗?

中国单缸发动机排量小但力气大(相对四缸汽车发动机而言),主要有以下几方面原因:

1. 扭矩特性方面:

- 低转速大扭矩:单缸发动机转速相对较低,通常在500-800转/分钟,而这种低转速的特性使其更容易输出较大的扭矩。扭矩决定了车辆的爬坡能力和负载能力,对于需要牵引重物、进行农耕作业等场景非常重要。相比之下,四缸发动机通常为了追求更高的功率和更流畅的动力输出,在设计上转速相对较高,扭矩输出在低转速区间可能不如单缸发动机强劲。

- 燃烧方式特殊:以单缸柴油机为例,采用压燃式的燃烧方式,燃油在压缩冲程并一边喷射一边燃烧,延长了燃烧时间,使得燃烧过程中能量的释放更加集中和强劲,进而产生较大的扭矩。

2. 机械结构方面:

- 曲轴端动力臂长:单缸发动机的曲轴端动力臂比较长,根据杠杆原理,在相同排量下,动力臂越长,输出的扭矩就越大。较长的动力臂能够将活塞的往复运动转化为更强大的旋转动力,使发动机在输出扭矩方面具有优势。

- 气缸长度长:单缸发动机的气缸长度相对较长,这也为活塞提供了更长的做功行程,使得每次做功过程中能够产生更多的能量,进一步增加了扭矩输出。不过,气缸长度长也导致单缸发动机的转速提升相对困难,这是其转速慢的一个原因。

3. 变速箱匹配方面:

- 大齿轮比变速箱:单缸发动机通常会配备大齿轮比的变速箱,这种变速箱可以将发动机输出的扭矩进一步放大。例如拖拉机上的主副两个变速箱,通过不同齿轮的组合,可以实现多种挡位的切换,低速时能够将扭矩放大到非常可观的程度,从而使单缸发动机能够拉动极重的货物或应对复杂的工作场景。而一般的四缸汽车主要用于日常行驶,对扭矩放大的需求没有那么高,变速箱的设计更侧重于平衡动力输出、燃油经济性和驾驶舒适性等方面。

4. 应用场景适应性方面:

- 针对特定需求优化:单缸发动机的应用场景主要集中在对扭矩要求较高、对速度要求相对较低的领域,如农业机械、小型工程机械等。在这些场景下,单缸发动机的特性能够更好地满足实际需求,其强大的扭矩可以轻松应对重物牵引、耕地等工作。而四缸汽车发动机则需要兼顾动力、速度、燃油经济性、舒适性等多方面的性能,在单纯的扭矩输出方面可能不会像单缸发动机那样进行极致的优化。

或许,这就是中国工业的一个缩影:不追求花哨,但求实用,不比体面,但求效率,而在日常生活中,

各位读者也应该根据实际情况购买。

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