03.01 帶有閉缸技術的v12發動機是如何做到平衡的?

玩的就心機


據我所知,目前已知的V12發動機中,採用閉缸技術的有國產紅旗L5上的那臺V12發動機,國外的有阿斯頓馬丁DB11上的那臺V12,還有奔馳S600上的,最新的寶馬760Xdivre上的那臺N74也有可能採用閉缸技術,當然還有奧迪的那臺V12變形的W12也採用了閉缸技術,也就是最新的奧迪A8L上的那臺。

閉缸技術的確可以達到省油的目的,但是以V12發動機需要關閉某些氣缸停止工作的需求的話,我個人還是推薦採用V12變形了L6的方式是最好的選擇,首先V12既然就是兩臺L6組合的結果,並不需要平衡軸就可以在性能和平衡上達到最完美的結合,那將V12變成L6就是最好的選擇。

像奔馳、寶馬,奧迪在面對越來越嚴格的排放標準的影響下,都在停產自家的12缸發動機,當然應該只是說V12不再出現在自家品牌車型上,畢竟寶馬還有勞斯萊斯,大眾的賓利還得靠奧迪的W12,奔馳還有邁巴赫。

同樣在將V12採用閉缸技術變成了直6後,由於直6先天的平順優勢,幾乎沒有震動,當然也不需要平衡軸,而直6可以看成兩臺直接3缸並列組成的發動機,首先看L3的曲軸由於被三等分,轉兩圈才點一次火,所以三個缸在曲軸的重心和連桿的重心分別在一條直線上,被相互抵消,這樣慣性力的一二階震動直接就消除了。這樣直3的優勢也就成了直6優勢。但是我們單看寶馬的三缸機為了抵消震動採用了平衡軸技術,但是兩臺並列的L3組成的直6卻不需要平衡軸,這就在氣缸點火次序上做文章了。

可以看到直6氣缸都有著三組相同的活塞高度,直接抵消了三缸機的端震動,達到了端平衡,這就抵消慣性力的一二階震動,而三組相同高度的活塞,在往復慣性力的一二階震動也達到了平衡,所以並不需要平衡軸就可以達到完美平衡,這也是我們看到奔馳重新回到直6的原因吧。

但是6缸機並不只有直6還有V6(像大眾的VR6就不提了),而V6就不一樣了,兩個活塞和連桿共用一個曲柄,當為兩列氣缸夾角90度時,發動機的二階慣性力相互抵消,而一階往復慣性力加起來就變成了旋轉慣性力,和曲柄的轉速相同。所以V6會產生如L3一樣的旋轉慣性力矩和慣性力矩的一階振動和二階振動。需要通過四塊到六塊的平衡塊進行平衡慣性力矩一階振動。所以V6就需要平衡軸了。

而像描述的那樣,採用閉缸技術的V12變成V6後,還得取消平衡軸,但是V6因為自身結構的影響,又需要平衡軸來降低震動,那麼取消平衡軸的V6改如何實現一二階平衡呢?目前好像也沒有看到不需要平衡軸的V6出現,但是像L3因為採用三等分的曲軸設計,會有1和3左右蹺蹺板式的震動,產生的旋轉力矩,需要平衡軸的抵消,也就是一階震動,這也是為什麼大部分L3要採用平衡軸的原因吧。如果能夠解決L3的一階震動也就等於解決了V6的一階震動。

但是現實情況卻是V12要想通過閉缸技術來達到省油及環保目的,並不能通過將V12變成V6的方式解決,只能是停掉單側的氣缸變成直6。由於V6必須需要平衡軸,而V12因為是兩臺直6的結合體,並不需要平衡軸,如果硬是要將V12變成V6,那V6的平衡軸並不適合V12。當然V6也可以採用閉缸技術,停掉的氣缸卻不是單側的,因為那樣V6的一二階震動就算加上平衡軸和L3也差不多。

但是要想達到V6取消平衡軸還能達到平衡也是有辦法的,既然V6是兩臺L3的結合,而L3就有取消平衡軸的發動機,像福特的三缸機就取消了平衡軸,取消平衡軸的辦法就是採用過量平衡技術,就需要在飛輪,皮帶輪上找辦法了,比如福特的三缸機為了取消平衡軸就在飛輪和皮帶輪上採用了不平衡技術,將飛輪設計成偏心輪,就可以通過飛輪的偏心力矩抵消旋轉力矩的一二階震動。



既然三缸機取消平衡軸的發動機已經出來了,那為什麼沒有取消平衡軸的V6出來呢?原因可能有一是小排量的趨勢盛行,二是和V6相比直6無論是在結構還是成本上都要比V6更適合,也不需要平衡軸,所以也就能明白為什麼沒有取消平衡軸的V6出現了,至於V12採用閉缸技術來達到目的的方法,還是直6更適合,畢竟V12和直6的結構更相似。


魑魅涅磐


咱這裡不說V12,咱們說說奔馳的M176或M177型號的V8發動機,咱們看看奔馳的V8發動機是怎麼關閉這些氣缸的。


從上圖可知,奔馳是裝了一個叫做CAMTRONIC的系統來關閉某些氣缸的,是在部分負荷範圍內
關閉氣缸,啟動還是八個缸工作的,具體負荷範圍我也不知道,還沒去仔細研究過,下面看看會關閉那幾個缸了?請看下圖。
從上圖可知,

會關閉5、2、3、8這四個氣缸,圖中可以看出關閉後的氣缸很協調,關閉後的發動機可以看做是V4發動機,直列4缸發動機本身就不那麼抖動了,做成V4發動機那麼肯定更加平穩啊!本來V6發動機就算有1缸失火也不會怎麼抖動,更何況還是正常運行的V4發動機了,所以駕駛員是基本上感覺不出來的,而且還是部分負荷範圍來關閉的,下面看看氣缸關閉需要哪些條件才能激活。
下面看看氣缸關閉在以下情況聽停用的條件!

以上圖片源於梅賽德斯奔馳


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