情懷的秘密 別在直列六缸機前說平順性最好

　　【太平洋汽車網 技術頻道】現在的發動機越來越追求動力性能，甚至硬生生把三缸發動機也給扯出來，再加個渦輪增強動力性能，完全忽略平順性。當然，在豪車領域是不允許不和諧的振動產生的，前段時間V6發動機變成了平順的代名詞，甚至很多小伙伴都認為用上V6的車肯定都非常平穩。然而，最新一代的奔馳S級卻重新采用直列六缸發動機，重燃直6情懷。究竟直列6缸發動機有什么魔力，為啥能讓豪華品牌戀戀不忘呢？

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　　在排放和燃油經濟性的要求下，小排量的四缸發動機大行其道，甚至連D級豪華車也用上了2.0T的發動機。各路廠家都說其全新的四缸發動機的平順性能夠比得上直列六缸發動機，但沒幾家敢同時拿出四缸機和直列六缸機同時比拼平順性，況且現在越來越流行的缸內直噴技術加劇了爆震發生，令發動機振動和噪音更加明顯。

　　發動機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，然而發動機氣缸的數量對平順性的影響相比氣缸布局來得更明顯。氣缸數量越多，排量也越大，發動機整體的受力越均勻，振動越少，從而導致運行的噪音也相對減少。

　　氣缸的布局主要是為了節省空間，而不是為了平順性。一般乘用車領域直列布局最多為六個氣缸，并不會出現直列8缸或者更多，因此氣缸數超過6之后便會采用V型或W型的布局。

　　四沖程發動機主要以活塞的上下往復運動以及曲柄的旋轉運動。同時發動機還會受到活塞質量不均、旋轉不平衡質量、連桿質量不均、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。

　　當然只要制造精度足夠受力均勻情況下，并不會出現太多的不規則振動，這也解析到為啥大品牌生產制造的發動機更貴。四沖程發動機在做功行程才產生動力，從而產生振動因此在吸氣、壓縮和排氣過程都較為平穩的工作，甚至還會消耗能量。

　　四沖程發動機需要曲柄旋轉兩周即720°才能有一次有效的做功。四缸發動機在720°里每間隔180°點火做功，六缸發動機則每隔120°便會有一次點火做功。所以六缸機比四缸機做功密度要大，簡單來說振動更容易平衡從而平順性更好。

　　活塞上下往復運動便會產生慣性力，同時活塞還會作用在曲柄上形成旋轉慣性力和慣性力矩。如何平衡這些力和力矩便成為了平順性的關鍵。不得不承認現在的四缸發動機已經成為了市場的主流，并且在平順性上發動機振動得到有效的抑制，但是若要是達到六缸機的平順性的話，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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　　寶馬一直以來在豪華車中堅持搭載直列六缸發動機，直至現在也是如此。明明四缸發動機就可以達到一個完美的狀態，寶馬為什么要堅持走直列六缸發動機的路呢？甚至奔馳也開始走回這條路，表面上說是“為了情懷”等一大堆虛無縹緲的東西，實際上等于變相承認直列六缸發動機機在運轉性能上才是最完美的。

　　發動機振動主要由垂直方向的活塞上下運動的往復慣性力以及曲柄連桿旋轉引起的旋轉慣性力和作用的力矩引起的。往復慣性力使發動機整個上下跳動，而往復慣性力矩使發動機產生扭振，也就是發動機的前部向上，后部向下；然后前部向下，后部向上振動。活塞會收到可燃氣體做功導致每個活塞加速度不一致，也讓每個活塞行程有輕微的差異，這也是導致了更深一層的振動產生，這種振動恰好是曲軸轉動的兩倍速度，也就是產生二階振動。

　　為了解決發動機的振動，首先需要對振動的力算出大小，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。活塞產生的往復慣性力和曲柄產生的旋轉慣性力會隨著發動機轉速增加、零件的質量增加成正比。旋轉慣性力較為容易處理，只要在曲柄上安裝平衡塊即可。然而往復的慣性力卻是最難平衡的。對于多缸發動機來說需要平衡往復慣性力，同時也要平衡慣性力矩。因此一臺好的發動機需要通過很的計算才能達到平衡。

　　用四缸發動機舉個例子。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1缸活塞位于壓縮行程的上止點，此時火花塞開始點火然后很快把活塞推下去，這時也是對曲軸的力矩最大，2缸活塞卻沒有收到氣體的燃燒推力，運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活塞，這種不對稱的加速度會引起振動，然而這種振動伴隨著發動機每轉一圈就會發生兩次如此的振動。這些也就可以理解為二階振動。

　　實際上發動機內部振動主要由一階振動產生，占到70%左右，還剩下30%的二階振動是無法平衡的。這樣也正是這30%的二階振動最終影響整臺發動機的平順性表現。同時二階振動還會隨著發動機轉速、活塞重量等提升，而幾何級別的提升。

　　六缸發動機為何能夠自身振動平衡？首先要從三缸發動機開始。三缸發動機曲柄位置相差120°，無論曲軸怎么轉動，曲軸重心點也是保持不變的，連桿重心也是不變的。所以三缸發動機慣性力的一階振動和二階振動是能夠完美的自我抵消。

　　三缸機點火做功的角度相差240°，即便連桿活塞的振動得到平衡，每個活塞在做功時曲軸都受到相反的作用力在施加。1、3號氣缸位于兩端，則曲軸兩端受力則不均勻，從而產生旋轉力矩，也就是圍繞著2號缸的連接點為中心作出蹺蹺板的擺動，稱為端振動。這種振動屬于慣性力矩的一階振動，需要通過平衡軸兩端的砝碼進行抑制振動。然而實際上再多的平衡措施也只能抑制振動，無法完全消除振動，同時慣性力矩的二階振動也無法抑制。這也是三缸發動機平順性不如四缸的原因。

　　回到直列六缸機，可看成是兩個三缸發動機對稱排列。1、2、3號活塞和4、5、6號活塞行程兩組自我平衡的系統，同時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。三缸發動機產生的端振動也可以得到平衡，從而解決三缸發動機的慣性力矩的一階和二階振動。同時往復慣性力的一階振動和二階振動也在機內得到平衡。因此機內無需任何的平衡軸，實現自身的平衡。

　　至于V型六缸機情況又不一樣。兩個活塞和連桿共用一個曲柄，當為兩列氣缸夾角90度時，發動機的二階慣性力相互抵消，而一階往復慣性力加起來就變成了旋轉慣性力，和曲柄的轉速相同。因此V型六缸機則會產生如三缸機般的旋轉慣性力矩和慣性力矩的一階振動和二階振動。需要通過四塊或者六塊的平衡塊進行平衡慣性力矩一階振動。但是，由于V型六缸發火角度密集，同時一側的端振動的橫向力比另一側的活塞作用力抵消，因此要比三缸機振動要少多了。

　　V6與直6在平順性有著無法比擬的差距，V6需要通過外部的平衡軸才能有效抑制振動，但無法消除振動。直列六缸機則通過自身的物理特性即可達到最佳的平衡，同時整體零件布局要比V6簡單不少，直列六缸機只需要加強曲軸抗內彎曲的扭轉剛度就能達到完美。這也是寶馬一直追求直列六缸機的最主要原因之一，平衡性能最佳。當然V8、V10、V12、W12這些另當別論，不過由兩臺L6組成的V12發動平順性也是最最最厲害的。

　　制約直列六缸發動機發展最大障礙就是發動機的長度，并不是每臺車的發動機空間都是那么大。直列六缸發動機長度較大，無法橫置擺放，這也限定絕大多數的前驅車無法布置直列六缸發動機。同時后驅車縱置布置直列六缸發動機也需要較長的發動機空間，同時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。當然這也不是沒有解決的辦法，奔馳重新推出的直列六缸發動機則是采用48V電壓，可省去發動機前部的皮帶輪布置等設備，縮短整體發動機的長度。

　　當然，直列六缸機也不是直列四缸機直接加兩個缸就完事，而是需要重新設計曲軸、缸體、凸輪軸、氣門等一系列部件。直列六缸發動機從自身物理特性即可達到一種無法比擬的平衡狀態，同時它也是最親民的自我平衡發動機。不過，隨著世界汽車向著低碳環保的方向邁進，直列六缸發動機不知道還有多少存世時間呢？雖然還有一些大廠仍然不放棄直六發動機，通過更加先進的手段對其生命周期進行延續，這也讓人們看到大排量發動機不一定就是不環保的；然而，現實的情況卻是直列六缸發動機車型確實是買少見少了，對車輛平順性有苛刻要求的小伙伴，千萬不要放過搭載這款經典機型的車輛，狠下心來買買買吧！（圖/文/攝：太平洋汽車網 賴達聰）

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