世界頂級引擎製造商BMW重視「每缸500c.c.」的理由是?

為什麼BMW引擎每缸要500c.c.?
 
長期以來,汽車引擎每一氣缸排氣量大多會以500c.c.為一個基準。象徵性的是例如2000c.c.的直列四缸引擎。總排氣量超過2000c.c.的車型,會選擇直列六缸,V型八缸、V型12缸等引擎型式。不過,也有美國車6.0升V8引擎(每缸750c.c.)的例子。另外,也曾經出現過總排氣量2000c.c.的直列六缸引擎汽車,例如豐田的Crown和Mark II、日產Skyline GT、Fairlady Z等,以及台灣市場的Nissan Cefiro 2.0 V6,這種情況下每缸的排氣量為333.3c.c.。
 
現在,以每缸排氣量為500c.c.,然後擴大到三缸、四缸、六缸、並將排氣量增加到1500c.c.、2000c.c.、3000c.c.的方式,不僅是BMW,Mercedes-Benz與Alfa Romeo也採用同樣方式。但是,也有例外如:Mercedes-Benz的1300c.c.的四缸引擎、Alfa Romeo的2900c.c.六缸引擎等。但也有自成一格者如:瑞典Volvo之前的作法是以1缸500c.c.的單一直列四缸引擎來對應所有車型。


BMW以每缸排氣量為500c.c.,擴大到三缸、四缸、六缸、八缸。圖為BMW 318i Luxury。
 
每缸500c.c.的設定有其考量
 
每缸500c.c.的設定考量的是輸出和損失的平衡。如果排氣量小於500c.c.,輸出自然下降。在考慮引擎的效率(也可以認為是燃油效率)的同時,不僅要考慮將燃料完全燃燒的燃燒技術,還要考慮到引擎運作時所產生的機械損失,例如氣缸中活塞的往復運動,以及凸輪軸和曲軸作動時所產生的磨擦損耗。這些損耗,如果是三缸的話會有三組機械零件的磨耗,四缸的話便是四組機械零件的磨耗。總排氣量相同為2000c.c.的話,四缸的損失會小於六缸,因此能提高總效率(燃料效率)。
 
特別是近年,燃油效率法規變得更加嚴格,減少機件磨耗與提昇燃油效率就顯得更加重要。


每缸500c.c.的設定考量的是輸出和損失的平衡。如果排氣量小於500c.c.,輸出自然下降。
 
現在引擎趨向長衝程設計。
 
其次,往復式引擎内部,活塞在氣缸內往復運動的速度極高。對照下來可達每秒22~25m。這與活塞在引擎内部的移動距離有關。
 
在每缸500c.c.的情況下,如果缸徑(氣缸直徑)x行程(活塞移動距離)是相同平方,則兩者均為約86mm。例如,如果活塞的平均速度為每秒22m,引擎轉速最高可達到7600rpm。作為市場上大宗量產車的引擎來説,可以説是高轉速的引擎。
 
縮短活塞的往復運動距離,可以使轉速加快。但是相對的,氣缸直徑變大會影響燃燒效率,發生無法完全燃燒燃料的問題。
過去的引擎趨向於即使燃油效率不佳,但可透過高轉速來增加輸出功率;但是現在則趨向於增加活塞的行程,保持合適的缸徑來提高燃燒效率。當輸出不足時,則透過加上渦輪增壓器、馬達驅動來補足所需要的性能。
 
以氣缸數調整總排氣量(例如輸出和損失的協調性,順暢地體驗高轉速),每缸500c.c.是綜合效益較為明確的排氣量。況且在汽車廠的立場上,能模組化量產不同排量的引擎,減少不同排量引擎的的性能調整與測試。這也是提高成本效益的方法。
 

Volvo之前的作法是用1缸500c.c.的單一直列四缸引擎來對應所有車型。圖為Volvo XC60 B5。
 

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