6缸刚好——浅谈V6发动机

　　“4缸太少，8缸太多，6缸正好。”在大多数情况下，这是真理，尤其在如今小排量发动机流行的时代，6缸或许真的是未来代表性能和平衡的终极答案。

　　汽车经过上百年的发展，发动机技术发展出五花八门的流派。但无论时代如何改变，从8缸、12缸流行的上世纪初，还是发动机小型化后诞生众多4缸名机的现在，6缸发动机永远都是各个时代中永不失色的主流之一。

　　为什么是6缸

　　当然，如果需要更多的马力，8缸和12缸是更好的方案，但我们先不纳入讨论。

　　为什么在任何时代，6缸都会成为流行的发动机形式呢？

　　先把复杂的物理公式和力学模型放一边，通俗地讲缸数的话，发动机缸数越多，曲轴在同样转数中参与做功的汽缸就越多，如果从曲轴向平面来看，曲柄臂外端，也就是主轴颈，就会以曲轴中心为圆心作圆周运动。6缸发动机正好把这个平面投影分成两个重合的“Y”字，曲柄之间正好相差120°，而4缸发动机的投影，则是一个穿过曲轴中心的“I”字。这就是为什么6缸发动机会成为更多人的选择。

　　我们先来看两个概念：一阶震动，震动源的震动频率和发动机的输出转速一致；二阶震动，震动源的震动频率是发动机输出转速的两倍。这两种震动都是发动机振动、工作不完全平顺的原因所在。前者可以靠力学平衡抵消（此处不展开了），而怎么抵消后者才是大学问。

　　我们先看4缸发动机的投影，“I”字夹角180°，正好是一圈的一半，一级振动可以通过相反方向工作的两组活塞抵消，但二级振动却是破坏其平顺性的不起眼元凶：像强调低转扭力的4缸发动机，势必会用更长行程的汽缸，不可避免地增加连杆和活塞的强度，进而增加重量，随着转速的提升，排量的增大进而带动活塞质量的上升，几何级提升的二阶震动会导致这个二阶震动更加明显。这也就是为什么我们很少见到超过3L的直列4缸的发动机的原因。

　　当然，直列4缸发动机几乎都配备了双平衡轴，用来制造震动而消除震动（和钟表业的陀飞轮相似），但这两条轴的加工精度要求非常高，再精密的加工也不可能完全抵消二级振动。那我们看看，少一个汽缸呢？对3缸，也就是6缸的一半，也能出现“Y”投影，从力学的角度来说，无论怎么转，三个曲柄臂都没有产生侧向的一、二阶震动，因为三角形的稳定特性三者互相抵消了。当然，对大多数车辆来说，3缸的动力是不够的，换成直列6缸发动机能内部抵消端到端的震动，这就是为什么，直列6缸是完全的震动内部平衡，特别平顺，而且这是完全的自我平衡，无需不可靠的平衡轴。从多缸汽车被发明以来，几乎直列6缸都是伴随汽车历史走到今天的。

　　是V是直？

　　6缸发动机的好处已经很明显了，那到底是V形布置还是直列布置更好呢？

　　留心如今的车市，只要是6缸发动机，几乎清一色V6出品，只有一个把6缸玩得出神入化的“直6巨匠”宝马在坚持直列6缸结构。是不是很有意思呢？

　　我们不妨看看两种结构的优劣性。直6发动机机体较高，而且较长，不易进行布置，在车头会提高风阻。而V6发动机虽然较宽，占的体积也较大，但胜在重心低，长度小，具有很高的兼容性，尤其是现在提倡平台灵活共用的年代，一台发动机要是能多塞进几个型号的车中，是件很值得厂商高兴的事。

　　由于直列6缸长度远远大于V6，发动机的曲轴和凸轮轴的长度也增加了，所以强度上的要求就更高了。所以V6发动机的曲轴和凸轮轴的强度更好实现，更容易提高转速。

　　在震动表现方面，V6发动机与垂直方向形成一定的夹角，在产生振动时水平方向的分力可以相互抵消，向下的因为是分力，这要比直6向下产生的力小得多。所以，V6在平衡发动机带来的振动方面要比直6具有先天的优势。振动的减小同样可以提高发动机的工作效率，提高转速，增大功率。

　　6缸将成潮流

　　毫无疑问，现在的发动机技术越来越成熟，加上涡轮增压和机械增压技术的日益完善，6缸发动机已经有了替代8缸甚至V12发动机的本钱。而在混合动力技术的介入后，就算有再多的动力需求，一般民用汽车使用“6缸混动”也将成为大多数高性能混合动力车型的答案。我们不妨把目光投向赛车场，这个民用汽车技术的试验场。

　　从2014赛季开始，F1全面采用“1.6L涡轮增压发动机+ERS能量回收系统”的动力单元。F1的发动机经过十多年的演化，从V12开始一路降到如今的V6。虽然这些采用V6结构的1.6L“外星发动机”短期内对民用发动机研发没什么参考意义，但发动机小型化涡轮化的潮流还是不可逆转的。而尽管圈速相比V8时代下降了，这些发动机的输出其实并不比过去差太多，假以时日这些备受吐槽的V6机器必将再度带动F1的科技发展。

　　另一片终极赛车国度——原型车耐力赛场，勒芒24小时耐力赛的霸主奥迪已经用“V6涡轮增压+混合动力”的方案连续夺得了三届全场冠军（2012至2014年），而算上2011年采用常规柴油动力的V6发动机夺冠，奥迪R18赛车的3.7LV6发动机已经四次称霸世界了，而且击败的是采用V8发动机的对手（今年被采用2.0L直列4缸+强混合动力系统的保时捷打败）。而今年表现不佳的日产车队，也是采用了与其旗舰跑车GT-R一样的V6涡轮增压发动机方案，当然，也配备了混合动力。

　　在混合动力的帮助下，F1和LMP1这两种地球上最快的速度机器都采用了V6发动机，这多少预示着V6在未来的高性能领域将逐渐取代V8甚至V12的可能。

　　或许宝马已经有所察觉了，上一代使用V8的M3，在性能更强悍的新一代中也用回了直6。对，不是V6，但连直6都能比上代V8强，这不就增加了更多的想象的可能性吗？

　　宝马的6缸情结

　　几乎在所有方面，V6发动机都是要胜过直6发动机的，这种由于结构优势导致的差异非常明显，有些甚至靠其他技术都是无法弥补的。既然如此，为什么宝马还要一直采用直6发动机呢？难道是宝马没有能力做出好的V6发动机？这显然说不过去，要知道宝马在V8、V12、甚至M系列的V8、V10上都做得很出色，这足以证明宝马完全有这个能力做出很棒的V6发动机，甚至是全球最好的V6发动机。

　　德国人讲究传统，而宝马一直以来就是一个家族性很强的品牌，更是强调传统的延续。宝马一直把自己定位为“发动机只能是最先进的车企”，因此它不遗余力地开发了各种各样的先进技术，来提高其直6发动机的性能：如镁铝合金汽缸盖、汽缸体，电子气门技术，双凸轮轴可变气门正时控制系统等等。可以说，宝马的直6已经匹配得很完美了，堪称全世界最完美的直6发动机，连宝马的公路摩托也出了直6概念版。

　　其它厂家大量推出的V6，仍然不能与宝马的直6相抗衡，直到现在，也依然罕见能与宝马的直6匹敌的V6发动机。明明可以做出更牛的V6机器，但宝马对直6发动机就是不舍得放弃，这就是他们骨子里的骄傲，因此哪怕开发更多技术去减少直6结构的先天不足，宝马也会继续坚持。

　　撰文>飘羽

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