之前教授有文章講過發動機的入門理論以及常見的直列四缸發動機，發動機抖動的原因等，今天我們來看看V6、H4、V8、V10、V12以及W16發動機有什麼特點。

V型發動機，顧名思義是氣缸成V字排列，基本上從6缸起步，因為V6發動機最大的優勢在于長度比L6短，能容易布置，即便是前置前驅的車型也可以使用，例如日産有一段時期很喜歡使用V6的前驅車，例如風度A33等。

V6發動機，一般情況下我們稱靠近自己一側的氣缸為1号氣缸，随後一次交替順序定義，V6發動機的點火順序也特别好記，同樣是123456，左右左右交替點火，點火間隔我們之前的文章也曾經講過如何計算，4x180/6=120，也就是120度，這也是V型氣缸的夾角，也就是兩組缸體的夾角是120度。但現實中的V6最常用的夾角是60度。

V6發動機的曲軸，1、2活塞、3、4活塞以及5、6活塞兩兩共用共一個曲軸曲柄，有些V型發動機的夾角是180度，他們之間還叫V型發動機而不是水平對置發動機，是因為兩個活塞共用一個曲柄。

1、2活塞和3、4活塞之間相差120度，也就是說1、2活塞跟56活塞相差240度，假如從曲軸的軸向看過去，那麼上面是1、2活塞的曲柄，左下是3、4活塞的曲柄，右下的5、6活塞的曲柄，他們互相間隔120度，大緻呈一個等邊三角形。

V6發動機不像是L6發動機能實現完美自平衡，V6需要曲軸配重來平衡一階振動。V型氣缸的夾角是120度，左側活塞處于下止點，而對應的曲軸配重當然剛好指向這個活塞，于是兩者的力就互相抵消了；與此同時，在同一個曲柄上的另外一個活塞正處于下行階段，随着曲軸旋轉，當右側這個活塞到達下止點的時候，配重剛好轉到指向它，于是二者的力又互相抵消了。

當活塞到達上止點時，與到達下止點時的情況剛好相反，所以同樣可以平衡掉兩者的力，使發動機達到平衡狀态。

不過實際中，汽車廠家更常用的夾角是60度的V6，而不是使用120度的V6，這樣做發動機會更加緊湊。要實現這個目标，可以調整點火間隔或者用錯位曲柄（Split pin crank）的曲軸。錯位曲柄是讓兩側活塞的位置互相錯開一定的角度，2号活塞與1号活塞連接位置要向左偏轉60度，之後再連接到曲軸上，這麼做帶來的結果就是1号氣缸會比2号氣缸早點火120度，這樣就能同樣做到點火間隔為120度。

V6發動機最大的優點在于發動機比較緊湊，緊湊的發動機能夠讓布置更加簡單，可以用在前驅、後驅、四驅布局上；V6發動機能夠有比L4更大的排量，由于L4發動機由于二階振動問題，排量無法做得很大，那麼對于自然吸氣發動機來說，V6就能做得更大排量；發動機強度也是V6的特點，L6發動機由于發動機縱向過長，所以容易引起扭轉，而V6發動機則不存在這個問題。

V6發動機的缺點在于其機械結構比較複雜，需要有兩套缸頭，更多的部件意味着更多的摩擦、慣性；制造成本也會更高，因為兩個缸頭需要有兩套配氣機構，還有一個形狀特别的中缸；此外，V6發動機也會有二階振動問題，跟L6相比V6發動機更像是兩台三缸機的合體。

水平對置跟傳統直列和V型發動機不同，它的缸體是橫向布置的，活塞也是平行運行的。水平對置發動機還被稱為Boxer發動機，原因是因為它的活塞運動時是來回水平運動，看上起像拳擊手出拳一樣，所以也被稱之為拳擊手發動機。

從平面圖看，與V6發動機一樣，1号氣缸位于左下側，2号氣缸位于右下側，以此類推。而點火順序是1324，這樣做就能平衡掉所有的不平衡的力。從曲軸上看，1、2号活塞同時向外或者向内運動，這樣一來就可以平衡掉所有的力，3、4号活塞也是跟1、2号運動一樣，所以同樣能平衡。

例如，3、4号活塞到達下止點時，此時的一階力是向内的，而3、4号活塞是對向的，所以能互相抵消，而二階力是向外的，但兩個活塞同時擁有向外的力，所以二階力也是平衡的。對于水平對置發動機來說，一階力和二階力都是平衡的。

仔細觀察，會發現其實兩個對向的活塞是互相錯開的，所以活塞給曲軸的力也是錯開的，那麼這些力就會使得發動機在自己的平面上左右搖擺（具體表現為俯視觀察發動機時，會出現順時針或逆時針的震動）。

為什麼不讓活塞完全對稱？當然這麼做是可以的，但是這會導緻氣缸之間的間隙更大，從而發動機也會變長一些，最好的方式還是讓它們保持錯開的結構，再配合現代化先進的發動機懸置振動隔離技術處理，并且它本身産生的晃動也不會特别大。

很明顯，水平對置發動機的成本更高，它有兩個缸體、兩個缸頭、兩組氣門裝置這都讓發動機的複雜程度增加。同時水平對置發動機寬度很大，需要更寬的地方去安裝，維修保養的工作也會更加困難，尤其是缸頭方面的工作，例如換個火花塞，普通發動機可能打開發動機蓋就可以更換，但是水平對置發動機的車輛可能需要卸下發動機才能更換。

首先，一階振動和二階振動都被平衡掉，這是水平對置發動機主要優勢，所以發動機運轉會更平順，振動更小，甚至不需要曲軸配重來平衡活塞運動時重量産生的力，當然不能完全沒有配重，還需要一些配重來平衡其他的一些力，不過水平對置發動機可以用一根更輕的曲軸，曲軸更輕意味着轉動慣量更小，那麼發動機轉速的攀升也就更快，響應也更加好。

另一個巨大的優勢是重心低，直列引擎由于結構原因，重心不能降得很低，但是水平對置發動機不同，平躺式的結構讓重心更加貼近地面，由于發動機是汽車重量占比較大的部件，降低發動機的重心也就是降低了車輛的重心，對于操控性有積極影響。

V8發動機跟V6發動機類似，不過V8發動機的1号氣缸的位于右側，然後像V6一樣以此類推，而左右兩列氣缸之間互相錯開一些，這樣，左右兩個活塞就可以安裝在同一個曲軸上。點火間隔，根據之前的理論，V8發動機的點火間隔是90度，也就是曲軸每轉90度就會有一個氣缸點火，這也是V8發動機的最佳夾角，V8發動機用90度氣缸夾角，剛好匹配點火間隔，這裡會以十字曲軸的V8作為例子，關于十字曲軸和平面曲軸文章下面會講到。

十字曲軸的V8的點火順序是18436527，V8發動機通過在曲軸上增加平衡配重來平衡發動機的各部分力。跟很多發動機一樣，平衡塊運行方向跟活塞運行方向相反，這樣就能平衡掉某個活塞的力；當曲軸旋轉90度後，平衡塊就可以平衡相鄰活塞的力。V8發動機的重點是兩側的活塞共用一個曲軸曲柄，隻是位置稍微錯開一些。

V8發動機的優勢在于體積上，對于L6發動機來說，它很長，所以剛性也會弱一些；V8發動機把8個活塞都連接到一個更短的曲軸上，所以發動機本身也會更加緊湊，所以更容易安裝在尺寸緊湊的機艙内。如果是十字曲軸的V8，那麼它的平衡性會非常好。同時由于缸數更多，發動機的排量就能做得更大，不像是L4發動機由于二階振動使得排量無法做得更大。

V8發動機擁有一些諸如結構複雜、摩擦損耗過高等V型發動機都有的毛病以外，對于平面曲軸的V8來說，平衡性就不是特别好，主要集中在二階振動的問題上，這裡下文會講到。對于十字曲軸的V8來講，需要在曲軸上增加配重來平衡一階振動，所以曲軸重量會相對重一些。

之所以被稱為十字曲軸和平面曲軸，主要是由于它們的直觀形象，縱向看曲軸時，十字曲軸趨向于“十”字型，12活塞的曲柄在上面，78活塞的曲柄在下面，56活塞在左側，34在右側。

而平面曲軸如其名，所有的曲柄都是在一個平面上，12、78活塞的曲柄在上面，34、56的在下面，當曲軸旋轉起來後會不斷交換位置。

十字曲軸最前面的活塞假如當前位于上止點，最後面的活塞位于下止點，中間兩個位于同一個平面上，但曲柄的錯開的。在這種情況下，在垂直方向的一階力是平衡的，但是由于力的作用點不重合，所以會使得曲軸産生前後俯仰問題，這時就需要增加曲軸配重，配重不僅用來平衡活塞的一階力，也使得曲軸的前後俯仰被消除。

十字曲軸V8的另外一個好處就在于二階振動上，中間兩個活塞的二階力向下，兩邊的向上，于是二階力也是平衡的，這也是為什麼很多V8都是使用十字曲軸的原因。

平面曲軸的V8基本上等同于兩個L4用90度夾角合并而來，所以頭尾的兩個活塞會同步上下運動，中間的兩個也會同步運動，由于L4發動機的二階振動是不平衡的，所以平面曲軸的V8的二階振動也是不平衡的。

十字曲軸的優勢：一階和二階都平衡，振動很小，這也是被廣泛使用的主要原因。

缺點：由于需要增加曲軸配重，所以重量會相對較大，旋轉慣量也會增大，發動機的響應會變差；此外，由于需要曲軸配重，就需要一個更大的曲軸箱，更大的曲軸箱意味着發動機的高度會增加，發動機的重心也會變得更高；此外，由于點火順序的原因，十字曲軸的V8會有排氣幹涉問題，簡單來講就是十字曲軸V8的排氣脈沖不像是平面曲軸V8的左右交替排放，所以導緻了問題。

平面曲軸的優勢：由于沒有曲軸配重，轉動慣量更小，發動機響應更快，轉速攀升更快，曲軸消耗的能量更少，所以輸出到車輪上的能量就會更多；排氣不會像十字曲軸一樣存在排氣幹涉問題，排氣更加順暢，

缺點：二階振動問題，但平面曲軸的V8可以通過更輕的材料，更短的沖程都會使得振動變小，這取決于車型定位以及資金的投入。

V10發動機跟V8一樣，隻不過在兩側同時增加了一個氣缸，點火間隔為72度，正是由于V10有很大的做功重疊角，所以V10的動力輸出會很平順。例如LFA，它的V10夾角是72度，跟它的點火間隔一緻。當然，也可以使用不同的夾角，例如道奇蝰蛇的夾角為90度，使用其他角度時，可以改變點火順序也可以使用錯位曲柄來彌補這方面的不足。

我們以寶馬的V10舉例，它的點火順序是1-6-5-10-2-7-3-8-4-9，1到5号活塞位于缸體左側，6-10号位于缸體右側，其平衡性跟L5發動機有一定的相似之處，垂直方向的一階和二階力都是平衡的，但是會有前後俯仰問題，同樣，V10使用平衡軸來解決前後俯仰問題。例如90度夾角的V10可以布置2根平衡軸來平衡發動機俯仰問題。

V10發動機的優點：轉速攀升快，例如LFA的使用V10背後的原因是它的轉速攀升比V8塊，而轉動慣量又比V12小，并且V10能夠在較少氣缸數下能有不錯的排量。假如你想要使用一個比較小排量的V10發動機，那麼較小活塞的轉動慣量也比較小，此時轉速變化會更快，這也是改善發動機動力輸出的方法。

缺點：跟L5發動機一樣，需要布置平衡軸。此外，V10發動機平順性不如V12，而複雜程度又比V8高，這意味着制造成本也會同時上升。

V12發動機是目前最平順的發動機之一，大多數運用在某些旗艦車型例如勞斯萊斯、奔馳S級的頂級型号，或者某些超級跑車身上。V12的夾角可以是任意角度，因為V12是兩個L6共用一根曲軸組成，而L6又是完美的自平衡發動機。V12的點火間隔是60度，曲軸每旋轉60度就有一個氣缸點火，所以V12的輸出非常平順。相對于L6發動機，V12的點火是其兩倍，也就是有L6兩倍的做功重疊，這是V12做功平順的原因。

以法拉利V12發動機為例，從俯視圖來看，其左邊是1-6号氣缸，右邊是7-12号氣缸，點火順序是1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10，兩側的氣缸交替點火，這樣排氣的脈沖也是均勻的。

V12相比起L6,曲軸每轉一圈的做功次數更多，所以動力輸出更加平順；此外，即便是同樣排量下，小活塞相比起大活塞也有好處，假如有兩台發動機，一台是6.0L直列六缸發動機，另外一台是12缸發動機，V12發動機的活塞尺寸會比L6的更小，假設兩者的轉速都是6000rpm，對于L6發動機來說，每個氣缸的容量是1L，而V12的發動機每個氣缸容量為0.5L；假如缸徑是一樣的，那麼V12發動機的沖程就會比L6發動機的短，因為發動機的平均活塞速度是有限制的，一台發動機無法無休止提升轉速，主要是因為受限于火焰的傳播速度。

平均活塞速度=2x沖程x轉速，對于L6發動機來說，通過計算後得出其平均活塞速度為21.68m/s，而V12的平均活塞速度是17.2m/s，很明顯V12是平均活塞速度會更慢，平均活塞速度更慢意味着發動機的轉速可以更高。如果把V12的轉速上升到7500rpm，此時的活塞平均速度是21.5m/s，還是要低于L6發動機6000rpm時的平均活塞速度，所以平均活塞速度更慢的發動機可以提高發動機的轉速極限。

簡單來說，V12的優點：極度平順，并且由于做工密度、做工重疊更高，動力輸出的平順性會比L6更好；缺點：成本高、尺寸大、零件數量過多、重量大。

W16發動機是量産發動機中最瘋狂的做法，被用在布加迪車型上。W16可以看做是兩台VR8發動機共用一根曲軸組成。

這台發動機擁有四個渦輪增壓器，我們可以分為左右兩邊來看，左側8個氣缸，右側也是同樣8個氣缸。空氣經過進氣管路後，進入水冷式中冷器，這兩個水冷式中冷器的散熱器位于車輛的另外一個地方，用于冷卻中冷器的冷卻液，進而冷卻穿過中冷器的空氣，空氣經過中冷器後，到達進氣歧管，進氣歧管分成8個管路，為單側的發動機提供空氣，另一側同理。

布加迪的W16發動機的V型夾角是90度，這個和大衆集團是W8和W12不同，另外兩者的夾角為72度，這台W16的點火順序為：1-14-9-4-7-12-15-6-13-8-5-16-11-2-5-10。

為什麼要使用4個渦輪？據布加迪宣稱，這樣做的話發動機在低轉速時的油門響應相對于兩邊各用一個大渦輪更好。

優點：首先，第一個優點在于起結構緊湊，16個氣缸大小隻和V12發動機相當；因為擁有16個氣缸，所以發動機的排量可以非常大，威龍上的W16可以達到8.0L，根據不同型号可以分别輸出1000-1200匹馬力。這台發動機的曲軸每轉45度就有一個氣缸點火，這意味着發動機的動力輸出平順性非常好。

缺點：成本太高，如此多的零件，整個工程量是非常複雜的，同時要讓他們良好工作，讓這台發動機的售價水漲船高；此外，複雜性太高，這台16缸發動機有64個氣門，4個渦輪；重量，這台發動機的重量高達400kg；繼續擴大缸徑有限制，主要是由于VR發動機的結構問題，隻有把發動機缸體體積擴大後才能增加氣缸缸徑，但這樣會進一步增加發動機的重量，所以隻能在沖程上做文章。

以上就是V型發動機最有代表性的V6，以及重心極低的水平對置發動機還有高輸出V10發動機的原理以及優缺點，了解這些，更有利于你去了解車輛為什麼選擇該發動機，例如LFA為什麼使用V10而不用V12？此外，發動機内部結構是一個非常有意思的科學，工程師通過各種手段，在有限的框架下突破發動機本身的上限，這也是非常有意義的事情。

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