Evolution of V8Engine

白藍(lán)格

什么是V8？把一臺(tái)V8發(fā)動(dòng)機(jī)想象成兩臺(tái)共享曲軸的直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)可能更直觀一些。當(dāng)然這兩臺(tái)四缸發(fā)動(dòng)機(jī)帶有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角就是V8的汽缸夾角，夾角越大，發(fā)動(dòng)機(jī)越矮，利于重心降低，重心越低越利于車(chē)輛操控的提升;不過(guò)，夾角越大也就意味著發(fā)動(dòng)機(jī)很寬，而發(fā)動(dòng)機(jī)的寬度會(huì)受限于車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)艙的寬度，同時(shí)還會(huì)擠占懸架的空間。把夾角做小一點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)就變窄了，但同時(shí)也變高了，對(duì)于前置發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋都得抬高，這會(huì)影響車(chē)輛造型的自由度，甚至是空氣動(dòng)力學(xué)性能;還有更重要的一點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)變高了意味著重心也被抬高了，這又限制了車(chē)輛操控性能的提升?？梢?jiàn)看似簡(jiǎn)單的汽缸夾角也是一個(gè)牽一發(fā)而動(dòng)全身的參數(shù)。90°的汽缸夾角是常見(jiàn)的角度，當(dāng)然也有小到60°的例子，比如那臺(tái)裝在金牛座SHO身上、由福特和雅馬哈聯(lián)合開(kāi)發(fā)的V8發(fā)動(dòng)機(jī)。也有大到120°夾角的V8發(fā)動(dòng)機(jī)，常見(jiàn)于各種超級(jí)跑車(chē)，當(dāng)然是為了更低重心和更低的機(jī)艙高度了。

順暢排氣是高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)所必須的。平面曲軸更利于發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提升。

輕量化是永恒的主題

輕量化是最好的改裝。整車(chē)的輕量化從發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始，而發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化就要從最為沉重的旋轉(zhuǎn)部件曲軸開(kāi)始。這里我們就不得不提一下V8發(fā)動(dòng)機(jī)的兩種曲軸類(lèi)型了：一是平面曲軸（Flat-Plane Crankshaft）;一是十字曲軸（Cross-Plane Crankshaft），這兩種曲軸自然也是各有千秋。

十字曲軸間隔汽缸的曲拐有著90°的夾角，所以側(cè)面看上去曲拐呈現(xiàn)十字。十字曲軸可以實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)特性，但是這要求曲拐上布置沉重的平衡重，用以平衡發(fā)動(dòng)機(jī)的二階振動(dòng)。沉重的旋轉(zhuǎn)重量帶來(lái)了巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)能力，因?yàn)檗D(zhuǎn)速無(wú)法快速爬升，也無(wú)法快速降低，自然也達(dá)不到太高的輸出功率，而是傾向于提供更好的低速扭矩的特性。這一特性正是美式皮卡以及重型SUV的最?lèi)?ài)，至于發(fā)動(dòng)機(jī)本體的重量，對(duì)于這些大家伙來(lái)說(shuō)并不是個(gè)大問(wèn)題。

平面曲軸的曲拐夾角為180°，所以側(cè)面看上去呈現(xiàn)為一個(gè)平面。平面曲軸不需要沉重的曲拐平衡重，只需要一個(gè)輕巧的平衡軸就可以抹平不必要的二階振動(dòng)。更小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以實(shí)現(xiàn)更快的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和最高的紅線轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率自然是水漲船高。而且，輕量化的發(fā)動(dòng)機(jī)也是超跑的最?lèi)?ài)。更輕的發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)論布置在車(chē)頭還是車(chē)尾都不會(huì)帶來(lái)太大的整車(chē)橫擺慣量，車(chē)輛自然可以實(shí)現(xiàn)更好的操控。可不要被前后均衡的軸荷分配所迷惑，軸荷均衡的同時(shí)還要保證重量向中間集中才會(huì)有更好的操控體驗(yàn)。不然的話車(chē)子會(huì)出現(xiàn)兩頭重，轉(zhuǎn)向時(shí)響應(yīng)慢，轉(zhuǎn)起來(lái)又停不下來(lái)的窘境。沒(méi)錯(cuò)，這里說(shuō)的就是那些把動(dòng)力電池放在后備廂里的插電式混合動(dòng)力車(chē)型。

就像前面提到的，V8可以理解為兩臺(tái)共享曲軸的直列四缸機(jī)，所以，如果兩個(gè)四缸機(jī)可以交替點(diǎn)火就更容易實(shí)現(xiàn)順暢的排氣，想要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)只能采用平面曲軸的設(shè)計(jì)。順暢的排氣是高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)所必須的，所以平面曲軸更利于發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提升。

除了曲軸的輕量化，全鋁的缸體和缸蓋也為發(fā)動(dòng)機(jī)的減重帶來(lái)了可觀的貢獻(xiàn)。同時(shí)，輕量化的連桿和活塞也是必不可少的，更輕的旋轉(zhuǎn)部件有著更小的旋轉(zhuǎn)慣量，也就意味著更快速的動(dòng)力響應(yīng)。

配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)化

時(shí)至今日，雙頂置凸輪軸DOHC這樣的配氣機(jī)構(gòu)似乎都不值一提了，大家都是如此。早期的V8可不是這樣的，八個(gè)汽缸共享一根凸輪軸，需要一套復(fù)雜的挺桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)氣門(mén)的開(kāi)閉，轉(zhuǎn)速太高配氣機(jī)構(gòu)會(huì)浮起，單純地提高氣門(mén)彈簧的剛度只是徒增發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)耗，所以從早期的平頂V8（Flat Head V8）到F頂（IOE，Intake over Exhaust）V8，再到半球頂（HEMI Head）頂置氣門(mén)OHV（Over Head Valve），再逐步進(jìn)化到今日的DOHC（Dual Over Head Camshaft），更高效的配氣機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式幫助了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提升，為V8的功率之路助力。

配氣機(jī)構(gòu)的革新還幫助V8進(jìn)化出了可變缸技術(shù)，在低功率的駕駛工況下關(guān)閉四個(gè)汽缸的氣門(mén)開(kāi)閉，從V8變V4，保證大功率的同時(shí)也有了可觀的油耗降低。

來(lái)自法規(guī)的挑戰(zhàn)

碳排放法規(guī)的日趨嚴(yán)苛給V8的進(jìn)化之路帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)成了當(dāng)今的大勢(shì)所趨，更少的汽缸、更小的排量往往意味著更小的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦，自然可以帶來(lái)更低的油耗，所以我們看到廉價(jià)車(chē)上用三缸機(jī)代替了四缸機(jī)，四缸機(jī)代替了V6，V6代替了V8。2.0T的發(fā)動(dòng)機(jī)可以裝在從1系到7系的寶馬轎車(chē)上，奔馳S級(jí)和奧迪A8也未能幸免。大型SUV在混合動(dòng)力的助力下也裝上了2.0T四缸機(jī)，比如攬勝、Cayenne。美式皮卡的領(lǐng)導(dǎo)者F150系列也在用3.5T V6代替V8。難道V8的進(jìn)化之路已經(jīng)看到了終點(diǎn)？

群眾的眼睛是雪亮的，小排量化渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)一直都是“動(dòng)力不夠，降擋來(lái)湊”，所以我們看到變速器的擋位從4AT到6AT，再到8AT。如今福特、本田的10AT也開(kāi)始裝備在更多的車(chē)型上。其實(shí)更密集的齒比和更寬的傳動(dòng)比跨距都是為了拉低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以獲得更低的油耗。但是低轉(zhuǎn)速也意味著更滯后的動(dòng)力響應(yīng)，因?yàn)槊看渭铀俚臅r(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)都要耗費(fèi)更多的動(dòng)力和時(shí)間去抵抗自身的慣性艱難地拉升轉(zhuǎn)速，還有大渦輪帶來(lái)的遲滯現(xiàn)象和跨擋降擋的換擋時(shí)間。所以現(xiàn)實(shí)比數(shù)據(jù)更骨感，小排量發(fā)動(dòng)機(jī)出眾的性能參數(shù)，在一腳深踩之后就暴露了力不從心的現(xiàn)實(shí)。而大排量V8那種階次清晰的聲浪和隨時(shí)隨地爆發(fā)的強(qiáng)大扭矩是小排量渦輪增壓和電驅(qū)動(dòng)遙不可及的，V8并不需要太多的速比，有力且持續(xù)的扭矩輸出才是Fun to Drive的興奮劑。

日趨嚴(yán)苛的油耗法規(guī)層層加碼，代表未來(lái)的電驅(qū)動(dòng)來(lái)勢(shì)洶洶，可謂前有埋伏，后有追兵。誕生在1902年，超過(guò)百年歷史的V8動(dòng)力源面臨的挑戰(zhàn)前所未有。但是V8獨(dú)有的魅力依然感染著不忘初心的粉絲們，其中有忠實(shí)的消費(fèi)者，也有迎難而上的工程師。有理由相信，這條布滿(mǎn)荊棘的進(jìn)化之路將為我們帶來(lái)更具生命力的V8。V8的進(jìn)化從未止步。