作者丨張一弛

責(zé)編丨小樹

在這個時代大排量多缸引擎被稱為魔鬼，是吞噬藍天的真兇，雖然我很想和這些口號提出者去理論一番，但似乎已經(jīng)沒有什么意義了。四缸和三缸引擎橫行天下，V10、V12早已成為稀世珍品，V8的能見度也越來越低。

當(dāng)然在理性層面，小排量渦輪機性能并不差，想要性能，加大渦輪和增壓值就好了。且不說坐擁420匹的奔馳M139，上世紀八十年代標致205 16T賽車，1.77升的排量也可以榨出近500匹的馬力，還不是依靠3.5bar的渦輪壓力么。正所謂：只要渦輪大，走遍天下都不拍；只要bar值高，V10、V8邊上靠。

但從情感上說，誰不愛大排量呢，那種與體內(nèi)細胞產(chǎn)生共鳴的聲浪，小排量是無法比擬的。所以我想趁大排量引擎還沒消亡做個系列，聊聊這些多缸引擎的技術(shù)特點和故事，本期先從V8說起。

要了解V8引擎，必須要搞清楚平面曲軸（flat plane）和十字曲軸（cross plane）這兩件事，這也是V8引擎的兩大類別。具體的形式如下圖：

所謂十字曲軸（圖中左側(cè)）意思是，1、2；3、4曲拐之間的夾角為90度，如果把曲軸立起來，從上往下看就是圖中左下部的樣子，成一個“十字”，這也是命名的由來。而平面曲軸看起來就熟悉多了，它看起來就像是直列四缸的曲軸，只不過每個曲柄銷上連了兩個活塞，也可以把它看成把兩個直列四缸引擎拼在了一起。

震動的差異，十字曲軸更優(yōu)秀

那么平面曲軸和十字曲軸有什么區(qū)別，各自有怎樣的優(yōu)缺點呢？首先我們從震動的角度去看，引擎內(nèi)部可分為一階震動和二階震動，所謂一階震動是指頻率和曲軸轉(zhuǎn)動速度相同震動，簡單的說就是曲軸縱向俯仰產(chǎn)生的震動；而二階震動是指頻率相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)動速度兩倍的震動，可以理解成曲軸橫向擺動造成的震動。這部分內(nèi)容之前的析技已經(jīng)詳細講解過，今天就不展開了。

接下來我們就看看兩種不同形式的V8引擎內(nèi)部產(chǎn)生的力是怎樣的，先說十字曲軸。為了簡化和直觀一些，只看一側(cè)氣缸就可以了，如下圖：

此時，一號氣缸上行至上止點；二號和三號氣缸位于同一平面，不過一個上行、一個下行；四號氣缸下行至下止點。如此的運行軌跡可以看出，雖然活塞是兩上兩下，但1、2號氣缸上行、3、4下行，力的作用點并不重合，所以曲軸會產(chǎn)生縱向的俯仰，就是一階力不平衡。

但是二階力是平衡的，1號和4號活塞二階力向上，而3號、4號活塞二階力向下，正好可以相互抵消，如此就不會產(chǎn)生橫向的二階震動。

現(xiàn)在可以得到結(jié)論，十字曲軸的V8引擎二階是平衡的，但一階不平衡。不過這個問題也相對好解決，只要在曲軸上加配重平衡塊就可以了。如下圖：

這是張90度夾角V型引擎的正面示意圖，紅色部分為曲軸配重，為了直觀我把引擎轉(zhuǎn)了45度。假設(shè)上方活塞向下運動，此時會產(chǎn)生一個向左側(cè)的力，而配重塊的力正好向右，如此就可以抵消。再看下方活塞，它此時剛好到達下止點，力的方向同樣向左，那么配重塊也會正好抵消它的力，使得曲軸處于平衡的狀態(tài)。

再說平面曲軸，它的工作方式如下圖：

前面說了。平面曲軸V8引擎可以看做兩臺L4引擎以90度夾角拼接而成，所以只看一側(cè)氣缸，它的特性與L4引擎沒有區(qū)別。

1、4號活塞向上；2、3號活塞向下，并且這兩組活塞運動方向始終保持一致，如此它的一階力是平衡的。但是，二階就存在問題，1、3、4號活塞的力是一個方向，2號活塞是另外一個方向，這就導(dǎo)致了不平衡。

相比十字曲軸，平面曲軸二階不平衡的問題要更加棘手一些，如同L4引擎，很難完美的克服二階震動。所以從震動的角度說，十字曲軸是優(yōu)于平面曲軸的。但事情總有兩面性，雖然十字曲軸用配重塊解決了震動問題，而帶來的問題是曲軸重量大、轉(zhuǎn)動慣量大，使得轉(zhuǎn)速響應(yīng)偏慢。此外，配重塊需要更大的空間，所以要配備更大的曲軸箱，增加重量的同時，還會讓引擎的重心偏高。

點火順序的差異造成十字曲軸的短板

除了震動不同，十字曲軸與平面曲軸的點火方式也不一樣。

上圖是兩種不同的活塞布局，左側(cè)為平面曲軸，它的點火順序是1、5、3、7、4、8、2、6；右側(cè)的是十字曲軸，它的點火順序是1、8、7、2、6、5、4、3。如果仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)十字曲軸的一個重大問題，就是無論怎么改變點火順序，每排氣缸總會兩個以曲軸轉(zhuǎn)動90度間的隔點火，這就導(dǎo)致嚴重的排氣干涉。

簡單的說，平面曲軸的排氣方式是：左、右、左、右、左、右、左、右；而十字曲軸的排氣則是：左、右、左、右、右、左、右、左。即便不說原理，看排氣順序也是平面曲軸更加順眼一些。

嚴重的排氣干涉是高性能所不能容忍的，所以像法拉利、蓮花包括F1的V8引擎都采用平面曲軸的設(shè)計，而傳統(tǒng)的美式V8絕大多數(shù)是十字曲軸。排氣干涉也給十字曲軸V8帶來了獨特的聲浪，這也是法拉利和科爾維特聽起來有那么大差異的原因。

當(dāng)然也不能說歐洲V8都是平面曲軸、美式V8都是十字曲軸。比如寶馬的高性能引擎S65B40（曾搭載于E90 M3）就是十字曲軸，為了解決排氣干涉的問題，寶馬也費了很大功夫來設(shè)計排氣管路。而福特最新Mustang Shelby GT350則采用了平面曲軸的設(shè)計，有意思的是福特的工程師為了照顧美國消費者的耳朵，故意營造出十字曲軸特有的排氣聲浪。

至此可以總結(jié)一下十字曲軸和平面曲軸的優(yōu)劣。十字曲軸：更加平順、但存在排氣干涉、響應(yīng)速度慢、重量大的問題；平面曲軸：轉(zhuǎn)速響應(yīng)快、更適合高轉(zhuǎn)、性能優(yōu)異是它的優(yōu)勢，但震動是短板。