之前教授有文章讲过发动机的入门理论以及常见的直列四缸发动机，发动机抖动的原因等，今天我们来看看V6、H4、V8、V10、V12以及W16发动机有什么特点。

V型发动机，顾名思义是气缸成V字排列，基本上从6缸起步，因为V6发动机最大的优势在于长度比L6短，能容易布置，即便是前置前驱的车型也可以使用，例如日产有一段时期很喜欢使用V6的前驱车，例如风度A33等。

V6发动机，一般情况下我们称靠近自己一侧的气缸为1号气缸，随后一次交替顺序定义，V6发动机的点火顺序也特别好记，同样是123456，左右左右交替点火，点火间隔我们之前的文章也曾经讲过如何计算，4×180/6=120，也就是120度，这也是V型气缸的夹角，也就是两组缸体的夹角是120度。但现实中的V6最常用的夹角是60度。

V6发动机的曲轴，1、2活塞、3、4活塞以及5、6活塞两两共用共一个曲轴曲柄，有些V型发动机的夹角是180度，他们之间还叫V型发动机而不是水平对置发动机，是因为两个活塞共用一个曲柄。

1、2活塞和3、4活塞之间相差120度，也就是说1、2活塞跟56活塞相差240度，假如从曲轴的轴向看过去，那么上面是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，他们互相间隔120度，大致呈一个等边三角形。

V6发动机不像是L6发动机能实现完美自平衡，V6需要曲轴配重来平衡一阶振动。V型气缸的夹角是120度，左侧活塞处于下止点，而对应的曲轴配重当然刚好指向这个活塞，于是两者的力就互相抵消了；与此同时，在同一个曲柄上的另外一个活塞正处于下行阶段，随着曲轴旋转，当右侧这个活塞到达下止点的时候，配重刚好转到指向它，于是二者的力又互相抵消了。

当活塞到达上止点时，与到达下止点时的情况刚好相反，所以同样可以平衡掉两者的力，使发动机达到平衡状态。

不过实际中，汽车厂家更常用的夹角是60度的V6，而不是使用120度的V6，这样做发动机会更加紧凑。要实现这个目标，可以调整点火间隔或者用错位曲柄（Split pin crank）的曲轴。错位曲柄是让两侧活塞的位置互相错开一定的角度，2号活塞与1号活塞连接位置要向左偏转60度，之后再连接到曲轴上，这么做带来的结果就是1号气缸会比2号气缸早点火120度，这样就能同样做到点火间隔为120度。

V6发动机最大的优点在于发动机比较紧凑，紧凑的发动机能够让布置更加简单，可以用在前驱、后驱、四驱布局上；V6发动机能够有比L4更大的排量，由于L4发动机由于二阶振动问题，排量无法做得很大，那么对于自然吸气发动机来说，V6就能做得更大排量；发动机强度也是V6的特点，L6发动机由于发动机纵向过长，所以容易引起扭转，而V6发动机则不存在这个问题。

V6发动机的缺点在于其机械结构比较复杂，需要有两套缸头，更多的部件意味着更多的摩擦、惯性；制造成本也会更高，因为两个缸头需要有两套配气机构，还有一个形状特别的中缸；此外，V6发动机也会有二阶振动问题，跟L6相比V6发动机更像是两台三缸机的合体。

水平对置跟传统直列和V型发动机不同，它的缸体是横向布置的，活塞也是平行运行的。水平对置发动机还被称为Boxer发动机，原因是因为它的活塞运动时是来回水平运动，看上起像拳击手出拳一样，所以也被称之为拳击手发动机。

从平面图看，与V6发动机一样，1号气缸位于左下侧，2号气缸位于右下侧，以此类推。而点火顺序是1324，这样做就能平衡掉所有的不平衡的力。从曲轴上看，1、2号活塞同时向外或者向内运动，这样一来就可以平衡掉所有的力，3、4号活塞也是跟1、2号运动一样，所以同样能平衡。

例如，3、4号活塞到达下止点时，此时的一阶力是向内的，而3、4号活塞是对向的，所以能互相抵消，而二阶力是向外的，但两个活塞同时拥有向外的力，所以二阶力也是平衡的。对于水平对置发动机来说，一阶力和二阶力都是平衡的。

仔细观察，会发现其实两个对向的活塞是互相错开的，所以活塞给曲轴的力也是错开的，那么这些力就会使得发动机在自己的平面上左右摇摆（具体表现为俯视观察发动机时，会出现顺时针或逆时针的震动）。

为什么不让活塞完全对称？当然这么做是可以的，但是这会导致气缸之间的间隙更大，从而发动机也会变长一些，最好的方式还是让它们保持错开的结构，再配合现代化先进的发动机悬置振动隔离技术处理，并且它本身产生的晃动也不会特别大。

很明显，水平对置发动机的成本更高，它有两个缸体、两个缸头、两组气门装置这都让发动机的复杂程度增加。同时水平对置发动机宽度很大，需要更宽的地方去安装，维修保养的工作也会更加困难，尤其是缸头方面的工作，例如换个火花塞，普通发动机可能打开发动机盖就可以更换，但是水平对置发动机的车辆可能需要卸下发动机才能更换。

首先，一阶振动和二阶振动都被平衡掉，这是水平对置发动机主要优势，所以发动机运转会更平顺，振动更小，甚至不需要曲轴配重来平衡活塞运动时重量产生的力，当然不能完全没有配重，还需要一些配重来平衡其他的一些力，不过水平对置发动机可以用一根更轻的曲轴，曲轴更轻意味着转动惯量更小，那么发动机转速的攀升也就更快，响应也更加好。

另一个巨大的优势是重心低，直列引擎由于结构原因，重心不能降得很低，但是水平对置发动机不同，平躺式的结构让重心更加贴近地面，由于发动机是汽车重量占比较大的部件，降低发动机的重心也就是降低了车辆的重心，对于操控性有积极影响。

V8发动机跟V6发动机类似，不过V8发动机的1号气缸的位于右侧，然后像V6一样以此类推，而左右两列气缸之间互相错开一些，这样，左右两个活塞就可以安装在同一个曲轴上。点火间隔，根据之前的理论，V8发动机的点火间隔是90度，也就是曲轴每转90度就会有一个气缸点火，这也是V8发动机的最佳夹角，V8发动机用90度气缸夹角，刚好匹配点火间隔，这里会以十字曲轴的V8作为例子，关于十字曲轴和平面曲轴文章下面会讲到。

十字曲轴的V8的点火顺序是18436527，V8发动机通过在曲轴上增加平衡配重来平衡发动机的各部分力。跟很多发动机一样，平衡块运行方向跟活塞运行方向相反，这样就能平衡掉某个活塞的力；当曲轴旋转90度后，平衡块就可以平衡相邻活塞的力。V8发动机的重点是两侧的活塞共用一个曲轴曲柄，只是位置稍微错开一些。

V8发动机的优势在于体积上，对于L6发动机来说，它很长，所以刚性也会弱一些；V8发动机把8个活塞都连接到一个更短的曲轴上，所以发动机本身也会更加紧凑，所以更容易安装在尺寸紧凑的机舱内。如果是十字曲轴的V8，那么它的平衡性会非常好。同时由于缸数更多，发动机的排量就能做得更大，不像是L4发动机由于二阶振动使得排量无法做得更大。

V8发动机拥有一些诸如结构复杂、摩擦损耗过高等V型发动机都有的毛病以外，对于平面曲轴的V8来说，平衡性就不是特别好，主要集中在二阶振动的问题上，这里下文会讲到。对于十字曲轴的V8来讲，需要在曲轴上增加配重来平衡一阶振动，所以曲轴重量会相对重一些。

之所以被称为十字曲轴和平面曲轴，主要是由于它们的直观形象，纵向看曲轴时，十字曲轴趋向于“十”字型，12活塞的曲柄在上面，78活塞的曲柄在下面，56活塞在左侧，34在右侧。

而平面曲轴如其名，所有的曲柄都是在一个平面上，12、78活塞的曲柄在上面，34、56的在下面，当曲轴旋转起来后会不断交换位置。

十字曲轴最前面的活塞假如当前位于上止点，最后面的活塞位于下止点，中间两个位于同一个平面上，但曲柄的错开的。在这种情况下，在垂直方向的一阶力是平衡的，但是由于力的作用点不重合，所以会使得曲轴产生前后俯仰问题，这时就需要增加曲轴配重，配重不仅用来平衡活塞的一阶力，也使得曲轴的前后俯仰被消除。

十字曲轴V8的另外一个好处就在于二阶振动上，中间两个活塞的二阶力向下，两边的向上，于是二阶力也是平衡的，这也是为什么很多V8都是使用十字曲轴的原因。

平面曲轴的V8基本上等同于两个L4用90度夹角合并而来，所以头尾的两个活塞会同步上下运动，中间的两个也会同步运动，由于L4发动机的二阶振动是不平衡的，所以平面曲轴的V8的二阶振动也是不平衡的。

十字曲轴的优势：一阶和二阶都平衡，振动很小，这也是被广泛使用的主要原因。

缺点：由于需要增加曲轴配重，所以重量会相对较大，旋转惯量也会增大，发动机的响应会变差；此外，由于需要曲轴配重，就需要一个更大的曲轴箱，更大的曲轴箱意味着发动机的高度会增加，发动机的重心也会变得更高；此外，由于点火顺序的原因，十字曲轴的V8会有排气干涉问题，简单来讲就是十字曲轴V8的排气脉冲不像是平面曲轴V8的左右交替排放，所以导致了问题。

平面曲轴的优势：由于没有曲轴配重，转动惯量更小，发动机响应更快，转速攀升更快，曲轴消耗的能量更少，所以输出到车轮上的能量就会更多；排气不会像十字曲轴一样存在排气干涉问题，排气更加顺畅，

缺点：二阶振动问题，但平面曲轴的V8可以通过更轻的材料，更短的冲程都会使得振动变小，这取决于车型定位以及资金的投入。

V10发动机跟V8一样，只不过在两侧同时增加了一个气缸，点火间隔为72度，正是由于V10有很大的做功重叠角，所以V10的动力输出会很平顺。例如LFA，它的V10夹角是72度，跟它的点火间隔一致。当然，也可以使用不同的夹角，例如道奇蝰蛇的夹角为90度，使用其他角度时，可以改变点火顺序也可以使用错位曲柄来弥补这方面的不足。

我们以宝马的V10举例，它的点火顺序是1-6-5-10-2-7-3-8-4-9，1到5号活塞位于缸体左侧，6-10号位于缸体右侧，其平衡性跟L5发动机有一定的相似之处，垂直方向的一阶和二阶力都是平衡的，但是会有前后俯仰问题，同样，V10使用平衡轴来解决前后俯仰问题。例如90度夹角的V10可以布置2根平衡轴来平衡发动机俯仰问题。

V10发动机的优点：转速攀升快，例如LFA的使用V10背后的原因是它的转速攀升比V8块，而转动惯量又比V12小，并且V10能够在较少气缸数下能有不错的排量。假如你想要使用一个比较小排量的V10发动机，那么较小活塞的转动惯量也比较小，此时转速变化会更快，这也是改善发动机动力输出的方法。

缺点：跟L5发动机一样，需要布置平衡轴。此外，V10发动机平顺性不如V12，而复杂程度又比V8高，这意味着制造成本也会同时上升。

V12发动机是目前最平顺的发动机之一，大多数运用在某些旗舰车型例如劳斯莱斯、奔驰S级的顶级型号，或者某些超级跑车身上。V12的夹角可以是任意角度，因为V12是两个L6共用一根曲轴组成，而L6又是完美的自平衡发动机。V12的点火间隔是60度，曲轴每旋转60度就有一个气缸点火，所以V12的输出非常平顺。相对于L6发动机，V12的点火是其两倍，也就是有L6两倍的做功重叠，这是V12做功平顺的原因。

以法拉利V12发动机为例，从俯视图来看，其左边是1-6号气缸，右边是7-12号气缸，点火顺序是
1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10，两侧的气缸交替点火，这样排气的脉冲也是均匀的。

V12相比起L6,曲轴每转一圈的做功次数更多，所以动力输出更加平顺；此外，即便是同样排量下，小活塞相比起大活塞也有好处，假如有两台发动机，一台是6.0L直列六缸发动机，另外一台是12缸发动机，V12发动机的活塞尺寸会比L6的更小，假设两者的转速都是6000rpm，对于L6发动机来说，每个气缸的容量是1L，而V12的发动机每个气缸容量为0.5L；假如缸径是一样的，那么V12发动机的冲程就会比L6发动机的短，因为发动机的平均活塞速度是有限制的，一台发动机无法无休止提升转速，主要是因为受限于火焰的传播速度。

平均活塞速度=2x冲程x转速，对于L6发动机来说，通过计算后得出其平均活塞速度为21.68m/s，而V12的平均活塞速度是17.2m/s，很明显V12是平均活塞速度会更慢，平均活塞速度更慢意味着发动机的转速可以更高。如果把V12的转速上升到7500rpm，此时的活塞平均速度是21.5m/s，还是要低于L6发动机6000rpm时的平均活塞速度，所以平均活塞速度更慢的发动机可以提高发动机的转速极限。

简单来说，V12的优点：极度平顺，并且由于做工密度、做工重叠更高，动力输出的平顺性会比L6更好；缺点：成本高、尺寸大、零件数量过多、重量大。

W16发动机是量产发动机中最疯狂的做法，被用在布加迪车型上。W16可以看做是两台VR8发动机共用一根曲轴组成。

这台发动机拥有四个涡轮增压器，我们可以分为左右两边来看，左侧8个气缸，右侧也是同样8个气缸。空气经过进气管路后，进入水冷式中冷器，这两个水冷式中冷器的散热器位于车辆的另外一个地方，用于冷却中冷器的冷却液，进而冷却穿过中冷器的空气，空气经过中冷器后，到达进气歧管，进气歧管分成8个管路，为单侧的发动机提供空气，另一侧同理。

以上就是V型发动机最有代表性的V6，以及重心极低的水平对置发动机还有高输出V10发动机的原理以及优缺点，了解这些，更有利于你去了解车辆为什么选择该发动机，例如LFA为什么使用V10而不用V12？此外，发动机内部结构是一个非常有意思的科学，工程师通过各种手段，在有限的框架下突破发动机本身的上限，这也是非常有意义的事情。

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