V8发动机的平面曲轴和十字曲轴的区别

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V8发动机的平面曲轴和十字曲轴的区别

V8发动机的性能与V12的差距有多大？

十字曲轴的缺点与优点

听说，引擎不抖的车，就很高级呢？

一、V8发动机的平面曲轴和十字曲轴的区别

V8发动机曲轴大致分为两种，一种是十字曲轴，另一种则为平面曲轴，最大的区别就是每两个曲拐之间的夹角是90度而不是180度。平面曲轴V8发动机结构简单，惯性小，有利于高转和发动机响应，震动超级爽…

发动机的机械振动存在两个概念：一次振动（first-order vibration）和二次震动(second-order vibration)

一次振动（first-order vibration）是指频率和曲轴转动速度相同的振动，避免这种振动的方法可以简单地理解为“有一个活塞上去就要有一个活塞下来”

例如三缸机

在曲轴旋转的任意时刻，不仅上下行活塞数量一直不等（没办法，谁叫你就三个肛呢），1缸和3缸的活塞运动方向还总是相反的，造成发动机不仅上下振动，还会前后摆振。想应用在量产车上的话必须装备平衡轴，否则就拿来驱动电动玩具吧。正所谓：三缸一震天地灭。

但是常见的四缸机

看起来两个汽缸向上的同时也有两个汽缸向下运动，这就是一台完美的引擎了吗？

二次震动(second-order vibration) ，即频率相当于曲轴转动速度两倍的振动

拿出四缸机的一半单独分析，不难发现由于曲柄连杆几何构型的特征，上行活塞的速度永远要比下行活塞的速度快，造成发动机以曲轴每旋转180度的时间为周期上下振动。

解决方法？旋转速度是曲轴两倍的平衡轴。可以说在70年代三菱第一次将双平衡轴应用于量产4肛发动机之后，这种发动机形式才真正有了前途。

但是早期的四缸发动机曲轴连配重都没有，加之当时的加工工艺问题，虽然发动机转速比现在柴油机还低，平顺性还是可以用呵呵两字来形容

于是乎在1910年代，凯迪拉克和福特的设计师想通过90度夹角和配重来解决震动问题。（但是理论上平面轴并不需要这个设计）

当时的侧阀V8和简陋的平面曲轴

90°夹角发动机的优势就是可以用曲轴上的平衡配重来抵消另一列汽缸活塞运动产生的振动力矩，而这个原理对无论几对汽缸的90度V型发动机都适用

例如上边的汽缸向上运动的时候，配重向下运动。而假逆时针转动，转过6点钟方向以后配重的速度指向右下方，但是右边向左运动的活塞抵消掉了这个力矩。

但是在1920年代，发动机转速提高了，二次震动问题也越来越明显，于是大部分量产的V8发动机开始装备十字曲轴。

十字曲轴（上）和平面曲轴（下）最大的区别就是每两个曲拐之间的夹角是90度而不是180度。平面曲轴V8会和直4发动机一样产生二次震动问题，而两排汽缸相隔90度的间隔还会让周期为180度的震动叠加。而十字曲轴由于两组间隔180度的曲拐之间的差距是90度而不是180度，二次震动频率只是平面曲轴的一半，振幅也大为降低

由图可见上下行活塞的数量在任意时刻并不都是相等的，会使发动机产生前后摆动。但是还记得90度发动机的优势吗？加上配重之后问题解决

但是问题来了。由于每排汽缸都有两个活塞在以90度间隔达到上止点，导致无论如何排列点火顺序，每排汽缸都会有两个以90度间隔点火，导致严重的排气干涉（也就是一般V8发动机类似农用机械的排气声浪的产生原因）。

于是为了增加低转速情况下的扫气能力，一般的民用V8在排气中段都会设计一个H型或者X型平衡管，用两边排气的压力差来减小排气干涉的影响。

而一些注重性能的V8则使用了更纠结的设计，例如福特GT的排气管吧相邻点火的气缸连接到另一边的排气歧管，更有甚者（丧心病狂的BMW）不惜把排气测放到V型的内侧以便使用更复杂的排气歧管

所以对于高性能发动机来说十字曲轴并不是什么好事。虽然振动小，但是沉重的配重导致发动机内部惯性过大，既不利于灵敏的引擎反应也不利于高转速的实现，轻量化就更别提了。此外排气干涉硬伤也犯了性能发动机的大忌。于是乎欧系高性能V8发动机（莲花、TVR和法拉利家的那些）还在坚持使用平面曲轴。

平面曲轴V8基本上就是把两台直4焊在一起，由于向上和向下运行的活塞总是成对，所以并不会出现一次震动问题，但是加倍的二次振动必须需要更重的平衡轴来应付。加了平衡轴就又增加了质量和转动惯量，于是这些性能发动机就用短冲程设计的活塞和更强的结构这些治标不治本的方法来尽可能减小这些振动。

平面曲轴V8的点火次序很简单，完全不存在十字曲轴V8同排汽缸先后点火的问题。做功的汽缸一直是左-右-左-右-左-右-左-右……，而不像十字轴一样的左-右-左-左-右-左-右-右，因此不存在排气干涉问题，可以使用常规的等长排气歧管来增加高转下的动力。

总结下十字轴和平面轴的优劣势

十字轴

优势：振动小，运转平顺

劣势：重量大，惯性大，排气干涉

平面轴

优势：结构简单，惯性小，有利于高转和发动机反应

劣势：震动感人

此外也有一些摩托车用的直4使用十字曲轴和平衡轴，意在减轻发动机内部惯性对扭矩的波动的影响或者在二冲程发动机上实现均匀点火。

一、V8发动机的性能与V12的差距有多大？

V12的动力更猛，也许V8能达到V12的速度，但是你看是什么车了，一般V12的的引擎都用在自重比较大的车上。

而且都是豪华顶级车如：A8 宝马760 奔驰S600 这些车都很重 如果用V8是有可能达到V12的速度，但是提速就不V12快了3，就拿AUDI A8 来说 奥迪A8L 4.2FSI 0-100KM/H是6.3 A8L 6.0quattro 只需要 5.2 秒就可以从0到100km/h 这就是V8 和V12最大的区别吧。

二、十字曲轴的缺点与优点

优点：安全、结构简单、成本低。缺点：市场冒牌货太多，原材料浪费大。

十字曲轴代表着曲柄之间的旋转角度为90°。简单来说，曲轴每旋转90°，其中一个气缸就会点火。相反，平面曲轴的曲柄之间角度为180°。曲柄每旋转180度，活塞就会点火。

十字曲轴常见于美系肌肉车，像道奇挑战者、福特野马等，包括AMG的V8也常用十字曲轴，因此和美系车的声浪更接近。

由于曲柄每旋转90°气缸点火一次，持续旋转意味着发动机运行平稳，气缸点火的频率更有规律，十字曲轴的V8具有强大的低转速扭矩，对于直线加速非常有利，烧胎起步非常轻松。

但缺点是曲柄上的配重块更重，如果缺少配重块，曲柄引起的摇摆运动会让发动机加速磨损。这些配重块增加了曲柄的旋转质量，因此无法达到很高的转速，一般来说，美系V8的最高转速都在6000转／分左右，因此在功率上不占优势。

三、听说，引擎不抖的车，就很高级呢？

?今天我们来聊聊引擎的平顺性

在网上大量充斥着

三缸机太抖

六缸机丝滑

V8是情怀的言论

然而事实是什么呢

三缸机如果真的抖的像帕金森（并无他意）

为什么众多车厂

依然不停开发三缸机呢

是道德的沦丧

还是人性的扭曲

请收看今天的

酷乐改装百科

Author/蟹爪朝天

-原理-

引擎运转时的振动及平顺性影响到了驾驶感受（还必须考虑机脚、胶套、车架、座椅等因素），也在很大程度上决定了引擎在高转速时的动力、磨损及最高转速值。

引擎本体的振动特性及平顺性在很大程度上是由缸筒布局影响的。如L型、V型、缸筒中心线夹角、缸筒数量等。

如图，在单一气缸的四个冲程内，只有一个冲程产生了较大的正扭矩，而其它大部分时段内则为扭矩小范围波动期。这就让曲轴的动力输出呈现出了较为规律的波动性。

活塞及连杆的往复运动是导致引擎振动的主要原因。

其纵向运动产生的振动加大，横向运动产生的震动较小。每组活塞连杆质量的区别也会导致一些的振动和曲轴转动时的不平衡。

理论上来说：缸数越多，动力平顺性就可以越好，引擎本体的振动就可以更小。为了提高动力平顺性及减少振动，一些厂家会在同等排量的情况下，采用多个小容积缸筒的设计。

比如尼桑的2.5引擎就有L4及V6两种布局。

虽然增加曲轴、离合器飞轮及其之后的变速箱内组件、传动轴、轮子等刚性连接部件的质量可以提高平顺性。但这些组件的质量越大，整套系统的传动效率就越差，整车的动力响应（包括了加大和减少油门踏板两种情况）也越慢。

对于平顺性较差的L型引擎来说，为了改善这方面的性能，设计师经常会通过平衡轴、低摩擦材质等方式进行优化。

-各类引擎运转方式详解-

L2引擎

对于4冲程2缸引擎来说，两个活塞组的运动方向是相同的，同时上升同时下降，这就导致了引擎本体的上下振动很强烈。

2缸引擎主要装备于Fiat128、tatanano和一些早期K-car上。图为2010年Fiat新设计的2缸涡轮引擎。875cc，105匹。采用了低摩擦材质、曲轴平衡块等设计。

L3引擎

3缸引擎的点火正时差为240°，点火顺序为1-3-2。从理论上来说，3个活塞组共同组成的重心始终保持在同一高度，因此产生的上下振动应该非常小。

但考虑到点火顺序，3个连杆作用在曲轴上的力是左右波动的，因此其振动依然会比较大。图为振动方向。为了解决这种振动，曲轴两端分别会有一个配重块。配重块的运动方向和相邻的活塞运动方向相反。

考虑到配重块的自身消耗较大，福特Ecoboost1.0引擎使用了不平衡的飞轮和普利盘来抵消一阶振动。

L4引擎

在4缸引擎的设计中，多是将1、4缸的运动方向设为相同，2、3缸的运动方向也设为相同且与1、4缸相反。这样可以最大程度的减少垂直及横向的一阶振动。但二阶振动依然较大。

对于H型引擎来说，在同一段时间内左右两活塞的位移量a和b永远是相等的，可以相会平衡掉。对于L型引擎来说，在同一段时间内两个活塞的位移量a和b是不等的。冲程越大，a、b的差值就越大。

可以认为每组活塞连杆的质量基本一致，相同时段内的位移不同就导致了活塞组的运动速度不同，进而导致1、2缸及3、4缸之间不可能完全平衡。活塞连杆的质量越大、冲程越大，二阶振动也就越大。

为了解决二阶振动，三菱在1976年将平衡轴应用于量产引擎中。并将技术授权给了Fiat的Lamda引擎、萨博9000、保时捷949S2、保时捷968。

两根平衡轴的转动方向均和曲轴相反，转速均为曲轴的两倍。两根平衡轴互相抵消其水平方向上的振动，最后只保留两根平衡轴在垂直方向上的作用。

L5引擎

主要装配于大众、沃尔沃、本田、菲亚特的一些车型中。

点火正时差为72°，点火顺序为1-3-5-4-2，一根平衡轴。其振动特性和L3引擎类似，同为两端振动。平衡轴与曲轴的转动方向相反，转速相同。

由于这一根平衡轴是在曲轴侧方的，这就会导致引擎本体在水平方向产生振动。

L6引擎

L6引擎相当于将两台L3引擎相对放置，1、6缸同位置，2、5缸同位置，3、4缸同位置。因此从原理上说不存在曲轴端到端的振动，也就不需要平衡轴。由于其完全对称的结构，一阶和二阶振动都很微小。

V6引擎

理论上说，将缸轴线夹角设置为60°或90°后，左右两侧的活塞组就可以相互平衡了，也就可以没有了垂直和横向的振动了，但有和L3引擎类似的曲轴端振动。

这种振动在90°夹角的V6引擎上更加严重。使用和曲轴反向同速的配重平衡轴可以减弱这种振动。

V8引擎

V8引擎的缸轴线夹角一般都是90°。法拉利、莲花、迈凯伦、保时捷918、野马GT350等车型中使用了平面曲轴。其它多数美系V8引擎使用了十字曲轴。

由于两侧连杆共用一组曲轴颈，从理论上说V8引擎在垂直及横向不产生振动，左右两侧之间也不产生振动。

十字曲轴

为解决曲轴端振动较大的问题，多数十字曲轴引擎为每个活塞组设置了配重块。

这种设置只有在90°夹角的情况下才能实现。这是因为转动的平衡轴只能对旋转的部件（曲轴及小部分连杆质量）进行平衡，无法平衡活塞及连杆的大部分质量。

如果使用旋转的平衡轴或平衡块来平衡活塞及连杆的垂直振动，那必然会出现由于旋转所产生的水平振动。

在90°夹角的情况下，平衡块所产生的水平力正好和另一侧活塞所产生的水平力相互平衡掉了。

平面曲轴

相比于十字曲轴来说，平面曲轴的优势是配重更少（转动惯量更小，动力响应更快），曲轴箱尺寸更小（引擎位置可以更低，整车重心可以更低）。

同侧两端的两个活塞处于同一位置，同侧中间两个活塞也处于同一位置。因此平面曲轴的V8引擎没有曲轴端振动。水平方向上的二阶振动强度比L4引擎更小，比十字曲轴的V8引擎更大。

使用了平面轴承的这些跑车引擎都是高动力趋向的设计，其活塞及连杆的质量较小，冲程较小，所以这些引擎实际的二阶振动也不是非常严重。

V10引擎

V10的理论最佳缸轴线夹角为72°，垂直和横向上没有振动，两侧气缸之间没有振动。曲轴端振动较大，所以需要在V型夹角内设置一根平衡轴。

今日日签

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