情懷的秘密 別在直列六缸機(jī)前說(shuō)平順性最好

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越追求動(dòng)力性能，甚至硬生生把三缸發(fā)動(dòng)機(jī)也給扯出來(lái)，再加個(gè)渦輪增強(qiáng)動(dòng)力性能，完全忽略平順性。當(dāng)然，在豪車領(lǐng)域是不允許不和諧的振動(dòng)產(chǎn)生的，前段時(shí)間V6發(fā)動(dòng)機(jī)變成了平順的代名詞，甚至很多小伙伴都認(rèn)為用上V6的車肯定都非常平穩(wěn)。然而，最新一代的奔馳S級(jí)卻重新采用直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，重燃直6情懷。究竟直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)有什么魔力，為啥能讓豪華品牌戀戀不忘呢？

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　　在排放和燃油經(jīng)濟(jì)性的要求下，小排量的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)大行其道，甚至連D級(jí)豪華車也用上了2.0T的發(fā)動(dòng)機(jī)。各路廠家都說(shuō)其全新的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平順性能夠比得上直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，但沒幾家敢同時(shí)拿出四缸機(jī)和直列六缸機(jī)同時(shí)比拼平順性，況且現(xiàn)在越來(lái)越流行的缸內(nèi)直噴技術(shù)加劇了爆震發(fā)生，令發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪音更加明顯。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的布局相信大伙都熟透了，其中以直列和V型布局占大多數(shù)，然而發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的數(shù)量對(duì)平順性的影響相比氣缸布局來(lái)得更明顯。氣缸數(shù)量越多，排量也越大，發(fā)動(dòng)機(jī)整體的受力越均勻，振動(dòng)越少，從而導(dǎo)致運(yùn)行的噪音也相對(duì)減少。

　　氣缸的布局主要是為了節(jié)省空間，而不是為了平順性。一般乘用車領(lǐng)域直列布局最多為六個(gè)氣缸，并不會(huì)出現(xiàn)直列8缸或者更多，因此氣缸數(shù)超過(guò)6之后便會(huì)采用V型或W型的布局。

　　四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)主要以活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)還會(huì)受到活塞質(zhì)量不均、旋轉(zhuǎn)不平衡質(zhì)量、連桿質(zhì)量不均、連桿活塞曲柄裝配公差等制造誤差和材料密度不均影響，因此成為難以解決的振動(dòng)。

　　當(dāng)然只要制造精度足夠受力均勻情況下，并不會(huì)出現(xiàn)太多的不規(guī)則振動(dòng)，這也解析到為啥大品牌生產(chǎn)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)更貴。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在做功行程才產(chǎn)生動(dòng)力，從而產(chǎn)生振動(dòng)因此在吸氣、壓縮和排氣過(guò)程都較為平穩(wěn)的工作，甚至還會(huì)消耗能量。

　　四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)需要曲柄旋轉(zhuǎn)兩周即720°才能有一次有效的做功。四缸發(fā)動(dòng)機(jī)在720°里每間隔180°點(diǎn)火做功，六缸發(fā)動(dòng)機(jī)則每隔120°便會(huì)有一次點(diǎn)火做功。所以六缸機(jī)比四缸機(jī)做功密度要大，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)振動(dòng)更容易平衡從而平順性更好。

　　活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)便會(huì)產(chǎn)生慣性力，同時(shí)活塞還會(huì)作用在曲柄上形成旋轉(zhuǎn)慣性力和慣性力矩。如何平衡這些力和力矩便成為了平順性的關(guān)鍵。不得不承認(rèn)現(xiàn)在的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為了市場(chǎng)的主流，并且在平順性上發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)得到有效的抑制，但是若要是達(dá)到六缸機(jī)的平順性的話，那就是背叛了所遵循的物理定律。那直列六缸機(jī)又是為啥自身上就能平衡這些力呢？

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　　寶馬一直以來(lái)在豪華車中堅(jiān)持搭載直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，直至現(xiàn)在也是如此。明明四缸發(fā)動(dòng)機(jī)就可以達(dá)到一個(gè)完美的狀態(tài)，寶馬為什么要堅(jiān)持走直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的路呢？甚至奔馳也開始走回這條路，表面上說(shuō)是“為了情懷”等一大堆虛無(wú)縹緲的東西，實(shí)際上等于變相承認(rèn)直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)性能上才是最完美的。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)主要由垂直方向的活塞上下運(yùn)動(dòng)的往復(fù)慣性力以及曲柄連桿旋轉(zhuǎn)引起的旋轉(zhuǎn)慣性力和作用的力矩引起的。往復(fù)慣性力使發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)上下跳動(dòng)，而往復(fù)慣性力矩使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生扭振，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)的前部向上，后部向下；然后前部向下，后部向上振動(dòng)。活塞會(huì)收到可燃?xì)怏w做功導(dǎo)致每個(gè)活塞加速度不一致，也讓每個(gè)活塞行程有輕微的差異，這也是導(dǎo)致了更深一層的振動(dòng)產(chǎn)生，這種振動(dòng)恰好是曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的兩倍速度，也就是產(chǎn)生二階振動(dòng)。

　　為了解決發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，首先需要對(duì)振動(dòng)的力算出大小，這就要分析出活塞、連桿、曲柄的加速度，再配合著它們自身的重量即可算出力的大小?；钊a(chǎn)生的往復(fù)慣性力和曲柄產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加、零件的質(zhì)量增加成正比。旋轉(zhuǎn)慣性力較為容易處理，只要在曲柄上安裝平衡塊即可。然而往復(fù)的慣性力卻是最難平衡的。對(duì)于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)需要平衡往復(fù)慣性力，同時(shí)也要平衡慣性力矩。因此一臺(tái)好的發(fā)動(dòng)機(jī)需要通過(guò)很的計(jì)算才能達(dá)到平衡。

　　用四缸發(fā)動(dòng)機(jī)舉個(gè)例子。1和4缸的位置相同、2和3缸位置相同，1和2缸卻相反。當(dāng)1缸活塞位于壓縮行程的上止點(diǎn)，此時(shí)火花塞開始點(diǎn)火然后很快把活塞推下去，這時(shí)也是對(duì)曲軸的力矩最大，2缸活塞卻沒有收到氣體的燃燒推力，運(yùn)行的速度沒有太大變化。因此做功的活塞的加速度大于其余三個(gè)活塞，這種不對(duì)稱的加速度會(huì)引起振動(dòng)，然而這種振動(dòng)伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈就會(huì)發(fā)生兩次如此的振動(dòng)。這些也就可以理解為二階振動(dòng)。

　　實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部振動(dòng)主要由一階振動(dòng)產(chǎn)生，占到70%左右，還剩下30%的二階振動(dòng)是無(wú)法平衡的。這樣也正是這30%的二階振動(dòng)最終影響整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的平順性表現(xiàn)。同時(shí)二階振動(dòng)還會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、活塞重量等提升，而幾何級(jí)別的提升。

　　六缸發(fā)動(dòng)機(jī)為何能夠自身振動(dòng)平衡？首先要從三缸發(fā)動(dòng)機(jī)開始。三缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄位置相差120°，無(wú)論曲軸怎么轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸重心點(diǎn)也是保持不變的，連桿重心也是不變的。所以三缸發(fā)動(dòng)機(jī)慣性力的一階振動(dòng)和二階振動(dòng)是能夠完美的自我抵消。

　　三缸機(jī)點(diǎn)火做功的角度相差240°，即便連桿活塞的振動(dòng)得到平衡，每個(gè)活塞在做功時(shí)曲軸都受到相反的作用力在施加。1、3號(hào)氣缸位于兩端，則曲軸兩端受力則不均勻，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，也就是圍繞著2號(hào)缸的連接點(diǎn)為中心作出蹺蹺板的擺動(dòng)，稱為端振動(dòng)。這種振動(dòng)屬于慣性力矩的一階振動(dòng)，需要通過(guò)平衡軸兩端的砝碼進(jìn)行抑制振動(dòng)。然而實(shí)際上再多的平衡措施也只能抑制振動(dòng)，無(wú)法完全消除振動(dòng)，同時(shí)慣性力矩的二階振動(dòng)也無(wú)法抑制。這也是三缸發(fā)動(dòng)機(jī)平順性不如四缸的原因。

　　回到直列六缸機(jī)，可看成是兩個(gè)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)稱排列。1、2、3號(hào)活塞和4、5、6號(hào)活塞行程兩組自我平衡的系統(tǒng)，同時(shí)1和6活塞、2和5活塞以及3和4活塞處于同一水平的高度。三缸發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的端振動(dòng)也可以得到平衡，從而解決三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性力矩的一階和二階振動(dòng)。同時(shí)往復(fù)慣性力的一階振動(dòng)和二階振動(dòng)也在機(jī)內(nèi)得到平衡。因此機(jī)內(nèi)無(wú)需任何的平衡軸，實(shí)現(xiàn)自身的平衡。

　　至于V型六缸機(jī)情況又不一樣。兩個(gè)活塞和連桿共用一個(gè)曲柄，當(dāng)為兩列氣缸夾角90度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的二階慣性力相互抵消，而一階往復(fù)慣性力加起來(lái)就變成了旋轉(zhuǎn)慣性力，和曲柄的轉(zhuǎn)速相同。因此V型六缸機(jī)則會(huì)產(chǎn)生如三缸機(jī)般的旋轉(zhuǎn)慣性力矩和慣性力矩的一階振動(dòng)和二階振動(dòng)。需要通過(guò)四塊或者六塊的平衡塊進(jìn)行平衡慣性力矩一階振動(dòng)。但是，由于V型六缸發(fā)火角度密集，同時(shí)一側(cè)的端振動(dòng)的橫向力比另一側(cè)的活塞作用力抵消，因此要比三缸機(jī)振動(dòng)要少多了。

　　V6與直6在平順性有著無(wú)法比擬的差距，V6需要通過(guò)外部的平衡軸才能有效抑制振動(dòng)，但無(wú)法消除振動(dòng)。直列六缸機(jī)則通過(guò)自身的物理特性即可達(dá)到最佳的平衡，同時(shí)整體零件布局要比V6簡(jiǎn)單不少，直列六缸機(jī)只需要加強(qiáng)曲軸抗內(nèi)彎曲的扭轉(zhuǎn)剛度就能達(dá)到完美。這也是寶馬一直追求直列六缸機(jī)的最主要原因之一，平衡性能最佳。當(dāng)然V8、V10、V12、W12這些另當(dāng)別論，不過(guò)由兩臺(tái)L6組成的V12發(fā)動(dòng)平順性也是最最最厲害的。

　　制約直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展最大障礙就是發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度，并不是每臺(tái)車的發(fā)動(dòng)機(jī)空間都是那么大。直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度較大，無(wú)法橫置擺放，這也限定絕大多數(shù)的前驅(qū)車無(wú)法布置直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)后驅(qū)車縱置布置直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)也需要較長(zhǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)空間，同時(shí)留有散熱皮帶輪等部件的空間，因此也只能是豪華轎車在用。當(dāng)然這也不是沒有解決的辦法，奔馳重新推出的直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)則是采用48V電壓，可省去發(fā)動(dòng)機(jī)前部的皮帶輪布置等設(shè)備，縮短整體發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度。

　　當(dāng)然，直列六缸機(jī)也不是直列四缸機(jī)直接加兩個(gè)缸就完事，而是需要重新設(shè)計(jì)曲軸、缸體、凸輪軸、氣門等一系列部件。直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)從自身物理特性即可達(dá)到一種無(wú)法比擬的平衡狀態(tài)，同時(shí)它也是最親民的自我平衡發(fā)動(dòng)機(jī)。不過(guò)，隨著世界汽車向著低碳環(huán)保的方向邁進(jìn)，直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)不知道還有多少存世時(shí)間呢？雖然還有一些大廠仍然不放棄直六發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)更加先進(jìn)的手段對(duì)其生命周期進(jìn)行延續(xù)，這也讓人們看到大排量發(fā)動(dòng)機(jī)不一定就是不環(huán)保的；然而，現(xiàn)實(shí)的情況卻是直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)車型確實(shí)是買少見少了，對(duì)車輛平順性有苛刻要求的小伙伴，千萬(wàn)不要放過(guò)搭載這款經(jīng)典機(jī)型的車輛，狠下心來(lái)買買買吧?。▓D/文/攝：太平洋汽車網(wǎng) 賴達(dá)聰）

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