前兩天，有一位不知名網(wǎng)友問我，為什么發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸是圓的不是方的？

Eva：哈哈哈哈

網(wǎng)友：明明發(fā)動(dòng)機(jī)外觀是個(gè)矩形啊。

我一聽就笑了，發(fā)自內(nèi)心的嘲笑，這個(gè)網(wǎng)友莫不是在跟我開玩笑呢？

Eva：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸當(dāng)然是圓的啦！

網(wǎng)友：是吼？所以為什么呢？

當(dāng)時(shí)我突然發(fā)現(xiàn)，原來我從來沒有去思考過一個(gè)看起來這么理所當(dāng)然的問題，于是當(dāng)下靈機(jī)一動(dòng)，想到了一個(gè)非常機(jī)智的答案化解了這場尷尬的危機(jī)。

從某些角度來看，氣缸就是方的呀？縱向截面難道不是方的嗎？而且活塞是圓的，匹配不了方形氣缸

雖然逃過了這次危機(jī)

但是在這件事過了以后，我還是一直被這個(gè)問題困擾著，吃飯、上廁所、洗碗、睡覺、刷微博、刷b站都不自然地在思考一個(gè)問題：為什么會(huì)有這么無聊的人問這種無聊問題……畢竟這個(gè)回答并不完美，甚至還有點(diǎn)蠢。

這事兒這就像跟別人吵架，事后才想起來應(yīng)該怎么懟回去。

后來在我翻閱了材料學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)原理、工業(yè)制造學(xué)、初中物理、初中數(shù)學(xué)、熱力學(xué)以及幾篇論文以后，我結(jié)合自己的理解，總結(jié)了四個(gè)答案，這四個(gè)答案也可以充足地證明氣缸完全沒有使用方形的理由。

制造

首先是在制造方面的工藝和成本限制，眾所周知，缸體、缸蓋等發(fā)動(dòng)機(jī)的很多零部件其實(shí)很多都是發(fā)動(dòng)機(jī)廠家在外面買的，但是在進(jìn)入到工廠的時(shí)候，它們都只是一塊粗糙的、但是已經(jīng)有形狀的鐵塊，就跟我們買的毛坯房一樣的意思，房子建好了，就差裝修了。

這時(shí)候工廠就需要通過各種手段和方式將這個(gè)氣缸裝修好，甚至在打磨時(shí)還要強(qiáng)調(diào)一下氣缸內(nèi)部的那些不易發(fā)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)，試想，這個(gè)時(shí)候如果是個(gè)方形的氣缸的話，會(huì)需要一個(gè)面一個(gè)面地去打磨，而且還有四個(gè)直角需要打磨，所以很難將方形缸體加工達(dá)到適合的精度。

當(dāng)然也不是不行，但是這個(gè)成本是非常昂貴的，我相信你不會(huì)愿意為這個(gè)原因多花一筆錢的。

減少摩擦損失

然后是方形的活塞會(huì)有更大的摩擦損失。

摩擦損失是什么？

氣缸內(nèi)的摩擦損失就是活塞與缸壁之間摩擦產(chǎn)生的阻力，這個(gè)阻力會(huì)對混合氣燃燒產(chǎn)生的能量造成浪費(fèi)。

熱能的損失就會(huì)導(dǎo)致做工階段用于推動(dòng)活塞的能量少了，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率。

那為什么是方形比圓形的摩擦損失大呢？

眾所周知（初中學(xué)過的），圓形是同等面積中周長最短的形狀，而柱狀體的體積等于底面積乘以高度。也就是說，同樣的排量的發(fā)動(dòng)機(jī)，同樣體積的氣缸，方形的氣缸的周長會(huì)比圓柱形的氣缸周長要長，也就是說長方體的側(cè)面積比圓柱的側(cè)面積更大，這就帶來一個(gè)問題了，方形的氣缸配上方形的活塞，會(huì)比同樣排量的圓形的氣缸和圓形的活塞有更大的摩擦面。

由于摩擦損失是活塞環(huán)與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體之間的接觸而產(chǎn)生的，所以說如果氣缸側(cè)面積越大，需要克服的摩擦力就越大，那么輸出到曲柄上的動(dòng)力會(huì)越少，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低，所以為了降低摩擦損失，氣缸不會(huì)用方形的。

簡單點(diǎn)來說就是，摩擦的表面積越小，摩擦損失最少，所以圓形氣缸和活塞的所帶來的摩擦損失是小于方形大于圓形的，所以選擇圓柱形活塞可最大程度地減少活塞環(huán)和缸壁之間的表面接觸。

密封性與膨脹

活塞與氣缸之間其實(shí)并不是兩個(gè)面之間直接接觸的，它們之間還有一個(gè)非常重要的部件——活塞環(huán)，活塞環(huán)是氣缸里的重要的密封性零件，他可以防止活塞上下兩腔相互竄氣。

因?yàn)閳A形的活塞沒有角，壓力會(huì)在整個(gè)氣缸上均勻分布，在高壓的情況能確?；钊h(huán)以相等的壓力壓向氣缸，保證氣缸與活塞的密封性。

活塞環(huán)會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的時(shí)候膨脹，因?yàn)槭菆A形，膨脹的時(shí)候依然會(huì)保持圓形，但如果是方形的活塞環(huán)在受熱膨脹時(shí)，你可以想象一下，一個(gè)方形膨脹以后會(huì)是什么樣子，方形的四個(gè)邊會(huì)受到壓力膨脹，然后四邊可能會(huì)彎曲變形，導(dǎo)致活塞環(huán)與氣缸壁之間抱死。

最后是應(yīng)力集中

好，就算你說制造成本可以解決、摩擦損失可以通過材料和工藝減少、密封性可以通過特殊設(shè)計(jì)的活塞環(huán)或者除了活塞環(huán)以外的方案解決，但是方形截面氣缸的應(yīng)力集中問題就是這個(gè)問題的終結(jié)了，應(yīng)力集中可以說是方形橫截面氣缸最大的硬傷，因?yàn)樗鼤?huì)很快地?fù)p壞發(fā)動(dòng)機(jī)。

方形截面的氣缸中，因?yàn)榉叫未嬖诩饨堑脑颍瑫?huì)存在非常大的應(yīng)力集中，而圓形截面的氣缸每個(gè)位置的受力是均勻的，所以應(yīng)力也是相等的，也就不存在應(yīng)力集中。

在同樣的材料條件下，方形的氣缸疲勞極限比圓形截面的氣缸強(qiáng)度更低，也就是更容易裂開什么的。

所以發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸通過使用無折角的形狀來避免這種應(yīng)力集中，例如圓柱形。

其實(shí)最后的答案可以非常簡單，人類研究圓形氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)研究了上百年，當(dāng)然也沒必要因?yàn)檎l的突發(fā)奇想把氣缸改成方形，雖然很早之前發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸也出現(xiàn)過橢圓形的，例如本田的一臺(tái)賽用摩托—— NR500，當(dāng)然還有轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)這種異類，但是到了今天，因?yàn)閷Τ杀竞涂煽啃缘鹊淖非?，人們最終選擇了圓形氣缸。

發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過了上百年發(fā)展至今，人類通過自己的努力和智慧將量產(chǎn)民用發(fā)動(dòng)機(jī)最高熱效率從很低很低提升到了今天的41%，甚至實(shí)驗(yàn)室里和賽道上還有更高的數(shù)字，是的，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)在未來變得更加高效，這種機(jī)械的神秘和美麗是無可取代的。

愿圓形橫截面氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)不老，也愿我們青春不逝。