纵观现代汽车所使用的发动机,其特点之一是相对于排量的气缸数量减少,重量和紧凑性也相应减少。不用说,让汽车的每个部件变得更轻、更紧凑,对驾驶性能、动力性能、环境性能等各个方面都有积极的影响。
现在,关于气缸数的减少,如果按升序列出商用车(乘用车)使用的气缸数,分别是:单缸、2缸、3缸、4缸、5缸、6缸,8缸,缸数在减少,从10缸到12缸再到16缸,以前12缸的车有8缸,8缸的有6缸,6缸的有4缸,4缸的有3缸。
其中,当安装在车辆中时最有可能受到尺寸限制的气缸布局是直列式气缸布局,其中气缸长且垂直地布置。串联排列6个气缸被认为是量产汽车的极限,直列6缸发动机以具有终极振动平衡而闻名,因为主惯性力和辅助惯性力以及整个力偶都平衡良好,并且发动机旋转平稳,几乎没有振动。
8缸以上、10缸、12缸均采用V型气缸布局,但V8被认为是组合了两个直列4缸单元的发动机,V10有两个直列5缸单元,V12则组合了两个直列5缸单元6 缸发动机,连接两个直列6缸发动机,具有出色的旋转平衡,因其极其平稳的旋转而一直被用于豪华汽车。
但是到目前为止已经使用的气缸数量中,几乎没有奇数气缸?就旋转平衡而言,主、副惯性力均平衡,但会产生惯性力偶,因此需要平衡轴或配重来抵消。考虑到直列4缸发动机需要针对二次惯性的对策,可以说3缸发动机根据结构的实用性很高。
直列五缸发动机平衡主惯性力和副惯性力,但会产生较大的惯性力偶,因此有时使用主力偶平衡轴来抵消这种惯性力。此外,力偶发生的趋势与连接两个直列五缸单元的V10相同(理论上倾斜角为72度,但在量产车中也有90度的倾斜角),而量产车则有针对惯性力偶的对策,这成为了瓶颈,几乎从未投入实际使用。
另一方面,量产汽车不存在7缸和9缸发动机的原因主要是由于尺寸和重量问题。具有7或9 个气缸的V形布局在结构上是不可能的。由于左右列的气缸数量不同,因此旋转平衡性极差。在直列式布局中,由于曲轴伸长,发动机的整体长度增加,并且七个气缸无法实现适当的曲轴定相。此外,九缸发动机的整体长度变得更长,同时曲轴和气缸体的重量也增加,使得其安装在车辆上变得极其困难。这就是为什么没有汽车应用的实际例子。
顺便说明一下,飞机的星形发动机通常具有气缸数为奇数,并且没有偶数个气缸的示例。这是由于点火正时和旋转平衡造成的。汽车(乘用车级别)直列式布局的最大气缸数为8个气缸。搭载于梅赛德斯-奔驰300SLR(W196S)的M196型3.0升发动机,采用2个直列4缸单元垂直连接的结构。