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残缺中追求完美的V6

2015-06-25辛迪嘉

汽车与运动 2015年5期
关键词:往复运动汽缸曲轴

辛迪嘉

世间所有活塞往复式内燃机,要想平稳运行必须平衡三种内力:1.曲轴轴线以外的旋转质量,如曲轴上的配重和连杆颈(就是连接活塞连杆的部位);2.往复运动的力量,比如活塞来回来去加减速的力量;3.汽缸点火时产生的爆炸力量。

旋转质量和往复运动比较容易通过发动机汽缸的布局获得平衡,斯巴鲁和保时捷采用的水平对置布局就能轻松做到。但水平对置发动机由于宽度较大,只要排量稍微大一些,大部分车型的发动机舱都容不下,所以并不太常见。

V型发动机的V夹角对于平衡汽缸的爆炸力至关重要。对于四冲程发动机(也就是大部分发动机),曲轴要旋转720°才能完成一个做功周期(吸气、压缩、燃烧、排气),所以V型发动机的最理想夹角可根据一个简单公式获得:

720°/发动机气缸数 = V夹角

但问题来了,根据这个公式算出来的V6最佳夹角是120°,但120°夹角的V6会和水平对置发动机面临同样的体积问题。所以V6一般会采取“曲线救国”的策略,采用60°夹角。

60°V6的内力除爆炸力以外并不能自我平衡,因为V6其实就是两个斜着绑在一起的直列三缸发动机。为了弥补喜欢振动的天生缺陷,许多V6在曲轴旁加装平衡轴—— 一个带有配重、和曲轴同步旋转但不参与做功运动的转轴。

那通用和奔驰V6的90°夹角又是怎么回事呢?90°不能被120°整除,相隔90°点火不能保证720°周期都能均匀做功(90°×6 = 540°)。为解决这个问题,工程师设计出了裂式连杆颈曲轴(split-journal crankshaft),这种曲轴也有3个相隔120°的曲轴连杆颈,但每个连杆颈又会分裂出夹角为30°的两个子连杆颈,分别各自连接一个汽缸。如此一来两个相隔的曲轴连杆颈既能保证120°,又能保证90°的两个汽缸可以对称点火。

虽然曲轴结构复杂,但90°V6给进气支管布局留了充足的空间,方便布局涡轮增压器。

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