情怀的秘密 别在直列六缸机前说平顺性最好

　　【太平洋汽车网 技术频道】现在的发动机越来越追求动力性能，甚至硬生生把三缸发动机也给扯出来，再加个涡轮增强动力性能，完全忽略平顺性。当然，在豪车领域是不允许不和谐的振动产生的，前段时间V6发动机变成了平顺的代名词，甚至很多小伙伴都认为用上V6的车肯定都非常平稳。然而，最新一代的奔驰S级却重新采用直列六缸发动机，重燃直6情怀。究竟直列6缸发动机有什么魔力，为啥能让豪华品牌恋恋不忘呢？

体验读图模式

　　在排放和燃油经济性的要求下，小排量的四缸发动机大行其道，甚至连D级豪华车也用上了2.0T的发动机。各路厂家都说其全新的四缸发动机的平顺性能够比得上直列六缸发动机，但没几家敢同时拿出四缸机和直列六缸机同时比拼平顺性，况且现在越来越流行的缸内直喷技术加剧了爆震发生，令发动机振动和噪音更加明显。

　　发动机气缸的布局相信大伙都熟透了，其中以直列和V型布局占大多数，然而发动机气缸的数量对平顺性的影响相比气缸布局来得更明显。气缸数量越多，排量也越大，发动机整体的受力越均匀，振动越少，从而导致运行的噪音也相对减少。

　　气缸的布局主要是为了节省空间，而不是为了平顺性。一般乘用车领域直列布局最多为六个气缸，并不会出现直列8缸或者更多，因此气缸数超过6之后便会采用V型或W型的布局。

　　四冲程发动机主要以活塞的上下往复运动以及曲柄的旋转运动。同时发动机还会受到活塞质量不均、旋转不平衡质量、连杆质量不均、连杆活塞曲柄装配公差等制造误差和材料密度不均影响，因此成为难以解决的振动。

　　当然只要制造精度足够受力均匀情况下，并不会出现太多的不规则振动，这也解析到为啥大品牌生产制造的发动机更贵。四冲程发动机在做功行程才产生动力，从而产生振动因此在吸气、压缩和排气过程都较为平稳的工作，甚至还会消耗能量。

　　四冲程发动机需要曲柄旋转两周即720°才能有一次有效的做功。四缸发动机在720°里每间隔180°点火做功，六缸发动机则每隔120°便会有一次点火做功。所以六缸机比四缸机做功密度要大，简单来说振动更容易平衡从而平顺性更好。

　　活塞上下往复运动便会产生惯性力，同时活塞还会作用在曲柄上形成旋转惯性力和惯性力矩。如何平衡这些力和力矩便成为了平顺性的关键。不得不承认现在的四缸发动机已经成为了市场的主流，并且在平顺性上发动机振动得到有效的抑制，但是若要是达到六缸机的平顺性的话，那就是背叛了所遵循的物理定律。那直列六缸机又是为啥自身上就能平衡这些力呢？

如果您想了解更多汽车技术相关的知识，请到技术频道！

　　宝马一直以来在豪华车中坚持搭载直列六缸发动机，直至现在也是如此。明明四缸发动机就可以达到一个完美的状态，宝马为什么要坚持走直列六缸发动机的路呢？甚至奔驰也开始走回这条路，表面上说是“为了情怀”等一大堆虚无缥缈的东西，实际上等于变相承认直列六缸发动机机在运转性能上才是最完美的。

　　发动机振动主要由垂直方向的活塞上下运动的往复惯性力以及曲柄连杆旋转引起的旋转惯性力和作用的力矩引起的。往复惯性力使发动机整个上下跳动，而往复惯性力矩使发动机产生扭振，也就是发动机的前部向上，后部向下；然后前部向下，后部向上振动。活塞会收到可燃气体做功导致每个活塞加速度不一致，也让每个活塞行程有轻微的差异，这也是导致了更深一层的振动产生，这种振动恰好是曲轴转动的两倍速度，也就是产生二阶振动。

　　为了解决发动机的振动，首先需要对振动的力算出大小，这就要分析出活塞、连杆、曲柄的加速度，再配合着它们自身的重量即可算出力的大小。活塞产生的往复惯性力和曲柄产生的旋转惯性力会随着发动机转速增加、零件的质量增加成正比。旋转惯性力较为容易处理，只要在曲柄上安装平衡块即可。然而往复的惯性力却是最难平衡的。对于多缸发动机来说需要平衡往复惯性力，同时也要平衡惯性力矩。因此一台好的发动机需要通过很的计算才能达到平衡。

　　用四缸发动机举个例子。1和4缸的位置相同、2和3缸位置相同，1和2缸却相反。当1缸活塞位于压缩行程的上止点，此时火花塞开始点火然后很快把活塞推下去，这时也是对曲轴的力矩最大，2缸活塞却没有收到气体的燃烧推力，运行的速度没有太大变化。因此做功的活塞的加速度大于其余三个活塞，这种不对称的加速度会引起振动，然而这种振动伴随着发动机每转一圈就会发生两次如此的振动。这些也就可以理解为二阶振动。

　　实际上发动机内部振动主要由一阶振动产生，占到70%左右，还剩下30%的二阶振动是无法平衡的。这样也正是这30%的二阶振动最终影响整台发动机的平顺性表现。同时二阶振动还会随着发动机转速、活塞重量等提升，而几何级别的提升。

　　六缸发动机为何能够自身振动平衡？首先要从三缸发动机开始。三缸发动机曲柄位置相差120°，无论曲轴怎么转动，曲轴重心点也是保持不变的，连杆重心也是不变的。所以三缸发动机惯性力的一阶振动和二阶振动是能够完美的自我抵消。

　　三缸机点火做功的角度相差240°，即便连杆活塞的振动得到平衡，每个活塞在做功时曲轴都受到相反的作用力在施加。1、3号气缸位于两端，则曲轴两端受力则不均匀，从而产生旋转力矩，也就是围绕着2号缸的连接点为中心作出跷跷板的摆动，称为端振动。这种振动属于惯性力矩的一阶振动，需要通过平衡轴两端的砝码进行抑制振动。然而实际上再多的平衡措施也只能抑制振动，无法完全消除振动，同时惯性力矩的二阶振动也无法抑制。这也是三缸发动机平顺性不如四缸的原因。

　　回到直列六缸机，可看成是两个三缸发动机对称排列。1、2、3号活塞和4、5、6号活塞行程两组自我平衡的系统，同时1和6活塞、2和5活塞以及3和4活塞处于同一水平的高度。三缸发动机产生的端振动也可以得到平衡，从而解决三缸发动机的惯性力矩的一阶和二阶振动。同时往复惯性力的一阶振动和二阶振动也在机内得到平衡。因此机内无需任何的平衡轴，实现自身的平衡。

　　至于V型六缸机情况又不一样。两个活塞和连杆共用一个曲柄，当为两列气缸夹角90度时，发动机的二阶惯性力相互抵消，而一阶往复惯性力加起来就变成了旋转惯性力，和曲柄的转速相同。因此V型六缸机则会产生如三缸机般的旋转惯性力矩和惯性力矩的一阶振动和二阶振动。需要通过四块或者六块的平衡块进行平衡惯性力矩一阶振动。但是，由于V型六缸发火角度密集，同时一侧的端振动的横向力比另一侧的活塞作用力抵消，因此要比三缸机振动要少多了。

　　V6与直6在平顺性有着无法比拟的差距，V6需要通过外部的平衡轴才能有效抑制振动，但无法消除振动。直列六缸机则通过自身的物理特性即可达到最佳的平衡，同时整体零件布局要比V6简单不少，直列六缸机只需要加强曲轴抗内弯曲的扭转刚度就能达到完美。这也是宝马一直追求直列六缸机的最主要原因之一，平衡性能最佳。当然V8、V10、V12、W12这些另当别论，不过由两台L6组成的V12发动平顺性也是最最最厉害的。

　　制约直列六缸发动机发展最大障碍就是发动机的长度，并不是每台车的发动机空间都是那么大。直列六缸发动机长度较大，无法横置摆放，这也限定绝大多数的前驱车无法布置直列六缸发动机。同时后驱车纵置布置直列六缸发动机也需要较长的发动机空间，同时留有散热皮带轮等部件的空间，因此也只能是豪华轿车在用。当然这也不是没有解决的办法，奔驰重新推出的直列六缸发动机则是采用48V电压，可省去发动机前部的皮带轮布置等设备，缩短整体发动机的长度。

　　当然，直列六缸机也不是直列四缸机直接加两个缸就完事，而是需要重新设计曲轴、缸体、凸轮轴、气门等一系列部件。直列六缸发动机从自身物理特性即可达到一种无法比拟的平衡状态，同时它也是最亲民的自我平衡发动机。不过，随着世界汽车向着低碳环保的方向迈进，直列六缸发动机不知道还有多少存世时间呢？虽然还有一些大厂仍然不放弃直六发动机，通过更加先进的手段对其生命周期进行延续，这也让人们看到大排量发动机不一定就是不环保的；然而，现实的情况却是直列六缸发动机车型确实是买少见少了，对车辆平顺性有苛刻要求的小伙伴，千万不要放过搭载这款经典机型的车辆，狠下心来买买买吧！（图/文/摄：太平洋汽车网 赖达聪）

如果您想了解更多汽车技术相关的知识，请到技术频道！