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

V型發(fā)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(fā)動機最大的優(yōu)勢在于長度比L6短，能容易布置，即便是前置前驅(qū)的車型也可以使用，例如日產(chǎn)有一段時期很喜歡使用V6的前驅(qū)車，例如風(fēng)度A33等。

V6發(fā)動機，一般情況下我們稱靠近自己一側(cè)的氣缸為1號氣缸，隨后一次交替順序定義，V6發(fā)動機的點火順序也特別好記，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(jīng)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(xiàn)實中的V6最常用的夾角是60度。

V6發(fā)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(fā)動機的夾角是180度，他們之間還叫V型發(fā)動機而不是水平對置發(fā)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，他們互相間隔120度，大致呈一個等邊三角形。

V6發(fā)動機不像是L6發(fā)動機能實現(xiàn)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(cè)活塞處于下止點，而對應(yīng)的曲軸配重當(dāng)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，隨著曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)右側(cè)這個活塞到達下止點的時候，配重剛好轉(zhuǎn)到指向它，于是二者的力又互相抵消了。

當(dāng)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(fā)動機達到平衡狀態(tài)。

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(fā)動機會更加緊湊。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，可以調(diào)整點火間隔或者用錯位曲柄（Splitpincrank）的曲軸。錯位曲柄是讓兩側(cè)活塞的位置互相錯開一定的角度，2號活塞與1號活塞連接位置要向左偏轉(zhuǎn)60度，之后再連接到曲軸上，這么做帶來的結(jié)果就是1號氣缸會比2號氣缸早點火120度，這樣就能同樣做到點火間隔為120度。

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

V6發(fā)動機的缺點在于其機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要有兩套缸頭，更多的部件意味著更多的摩擦、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(gòu)，還有一個形狀特別的中缸；此外，V6發(fā)動機也會有二階振動問題，跟L6相比V6發(fā)動機更像是兩臺三缸機的合體。

水平對置跟傳統(tǒng)直列和V型發(fā)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(fā)動機還被稱為Boxer發(fā)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(fā)動機。

從平面圖看，與V6發(fā)動機一樣，1號氣缸位于左下側(cè)，2號氣缸位于右下側(cè)，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號活塞同時向外或者向內(nèi)運動，這樣一來就可以平衡掉所有的力，3、4號活塞也是跟1、2號運動一樣，所以同樣能平衡。

例如，3、4號活塞到達下止點時，此時的一階力是向內(nèi)的，而3、4號活塞是對向的，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(fā)動機來說，一階力和二階力都是平衡的。

仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)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，那么這些力就會使得發(fā)動機在自己的平面上左右搖擺（具體表現(xiàn)為俯視觀察發(fā)動機時，會出現(xiàn)順時針或逆時針的震動）。

為什么不讓活塞完全對稱？當(dāng)然這么做是可以的，但是這會導(dǎo)致氣缸之間的間隙更大，從而發(fā)動機也會變長一些，最好的方式還是讓它們保持錯開的結(jié)構(gòu)，再配合現(xiàn)代化先進的發(fā)動機懸置振動隔離技術(shù)處理，并且它本身產(chǎn)生的晃動也不會特別大。

很明顯，水平對置發(fā)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(fā)動機的復(fù)雜程度增加。同時水平對置發(fā)動機寬度很大，需要更寬的地方去安裝，維修保養(yǎng)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(fā)動機可能打開發(fā)動機蓋就可以更換，但是水平對置發(fā)動機的車輛可能需要卸下發(fā)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(fā)動機主要優(yōu)勢，所以發(fā)動機運轉(zhuǎn)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產(chǎn)生的力，當(dāng)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(fā)動機可以用一根更輕的曲軸，曲軸更輕意味著轉(zhuǎn)動慣量更小，那么發(fā)動機轉(zhuǎn)速的攀升也就更快，響應(yīng)也更加好。

另一個巨大的優(yōu)勢是重心低，直列引擎由于結(jié)構(gòu)原因，重心不能降得很低，但是水平對置發(fā)動機不同，平躺式的結(jié)構(gòu)讓重心更加貼近地面，由于發(fā)動機是汽車重量占比較大的部件，降低發(fā)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(fā)動機跟V6發(fā)動機類似，不過V8發(fā)動機的1號氣缸的位于右側(cè)，然后像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(jù)之前的理論，V8發(fā)動機的點火間隔是90度，也就是曲軸每轉(zhuǎn)90度就會有一個氣缸點火，這也是V8發(fā)動機的最佳夾角，V8發(fā)動機用90度氣缸夾角，剛好匹配點火間隔，這里會以十字曲軸的V8作為例子，關(guān)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(fā)動機通過在曲軸上增加平衡配重來平衡發(fā)動機的各部分力。跟很多發(fā)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(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)90度后，平衡塊就可以平衡相鄰活塞的力。V8發(fā)動機的重點是兩側(cè)的活塞共用一個曲軸曲柄，只是位置稍微錯開一些。

V8發(fā)動機的優(yōu)勢在于體積上，對于L6發(fā)動機來說，它很長，所以剛性也會弱一些；V8發(fā)動機把8個活塞都連接到一個更短的曲軸上，所以發(fā)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內(nèi)。如果是十字曲軸的V8，那么它的平衡性會非常好。同時由于缸數(shù)更多，發(fā)動機的排量就能做得更大，不像是L4發(fā)動機由于二階振動使得排量無法做得更大。

V8發(fā)動機擁有一些諸如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、摩擦損耗過高等V型發(fā)動機都有的毛病以外，對于平面曲軸的V8來說，平衡性就不是特別好，主要集中在二階振動的問題上，這里下文會講到。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(cè)，34在右側(cè)。

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(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)起來后會不斷交換位置。

十字曲軸最前面的活塞假如當(dāng)前位于上止點，最后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，所以會使得曲軸產(chǎn)生前后俯仰問題，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，也使得曲軸的前后俯仰被消除。

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，這也是為什么很多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(fā)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(yōu)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(zhuǎn)慣量也會增大，發(fā)動機的響應(yīng)會變差；此外，由于需要曲軸配重，就需要一個更大的曲軸箱，更大的曲軸箱意味著發(fā)動機的高度會增加，發(fā)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會有排氣干涉問題，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(dǎo)致了問題。

平面曲軸的優(yōu)勢：由于沒有曲軸配重，轉(zhuǎn)動慣量更小，發(fā)動機響應(yīng)更快，轉(zhuǎn)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干涉問題，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(fā)動機跟V8一樣，只不過在兩側(cè)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，跟它的點火間隔一致。當(dāng)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號活塞位于缸體左側(cè)，6-10號位于缸體右側(cè)，其平衡性跟L5發(fā)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，但是會有前后俯仰問題，同樣，V10使用平衡軸來解決前后俯仰問題。例如90度夾角的V10可以布置2根平衡軸來平衡發(fā)動機俯仰問題。

V10發(fā)動機的優(yōu)點：轉(zhuǎn)速攀升快，例如LFA的使用V10背后的原因是它的轉(zhuǎn)速攀升比V8塊，而轉(zhuǎn)動慣量又比V12小，并且V10能夠在較少氣缸數(shù)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(fā)動機，那么較小活塞的轉(zhuǎn)動慣量也比較小，此時轉(zhuǎn)速變化會更快，這也是改善發(fā)動機動力輸出的***。

缺點：跟L5發(fā)動機一樣，需要布置平衡軸。此外，V10發(fā)動機平順性不如V12，而復(fù)雜程度又比V8高，這意味著制造成本也會同時上升。

V12發(fā)動機是目前最平順的發(fā)動機之一，大多數(shù)運用在某些旗艦車型例如勞斯萊斯、奔馳S級的頂級型號，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(fā)動機。V12的點火間隔是60度，曲軸每旋轉(zhuǎn)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(fā)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(fā)動機為例，從俯視圖來看，其左邊是1-6號氣缸，右邊是7-12號氣缸，點火順序是1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10，兩側(cè)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(zhuǎn)一圈的做功次數(shù)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，假如有兩臺發(fā)動機，一臺是6.0L直列六缸發(fā)動機，另外一臺是12缸發(fā)動機，V12發(fā)動機的活塞尺寸會比L6的更小，假設(shè)兩者的轉(zhuǎn)速都是6000rpm，對于L6發(fā)動機來說，每個氣缸的容量是1L，而V12的發(fā)動機每個氣缸容量為0.5L；假如缸徑是一樣的，那么V12發(fā)動機的沖程就會比L6發(fā)動機的短，因為發(fā)動機的平均活塞速度是有限制的，一臺發(fā)動機無法無休止提升轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，對于L6發(fā)動機來說，通過計算后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著發(fā)動機的轉(zhuǎn)速可以更高。如果把V12的轉(zhuǎn)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(fā)動機6000rpm時的平均活塞速度，所以平均活塞速度更慢的發(fā)動機可以提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速極限。

簡單來說，V12的優(yōu)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(shù)量過多、重量大。

W16發(fā)動機是量產(chǎn)發(fā)動機中最瘋狂的做法，被用在布加迪車型上。W16可以看做是兩臺VR8發(fā)動機共用一根曲軸組成。

這臺發(fā)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(cè)8個氣缸，右側(cè)也是同樣8個氣缸。空氣經(jīng)過進氣管路后，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(jīng)過中冷器后，到達進氣歧管，進氣歧管分成8個管路，為單側(cè)的發(fā)動機提供空氣，另一側(cè)同理。

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

為什么要使用4個渦輪？據(jù)布加迪宣稱，這樣做的話發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時的油門響應(yīng)相對于兩邊各用一個大渦輪更好。

優(yōu)點：首先，第一個優(yōu)點在于起結(jié)構(gòu)緊湊，16個氣缸大小只和V12發(fā)動機相當(dāng)；因為擁有16個氣缸，所以發(fā)動機的排量可以非常大，威龍上的W16可以達到8.0L，根據(jù)不同型號可以分別輸出1000-1200匹馬力。這臺發(fā)動機的曲軸每轉(zhuǎn)45度就有一個氣缸點火，這意味著發(fā)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，整個工程量是非常復(fù)雜的，同時要讓他們良好工作，讓這臺發(fā)動機的售價水漲船高；此外，復(fù)雜性太高，這臺16缸發(fā)動機有64個氣門，4個渦輪；重量，這臺發(fā)動機的重量高達400kg；繼續(xù)擴大缸徑有限制，主要是由于VR發(fā)動機的結(jié)構(gòu)問題，只有把發(fā)動機缸體體積擴大后才能增加氣缸缸徑，但這樣會進一步增加發(fā)動機的重量，所以只能在沖程上做文章。

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