而平面曲轴如其名,所有的曲柄都是在一个平面上,12、78活塞的曲柄在上面,34、56的在下面,当曲轴旋转起来后会不断交换位置 。
十字曲轴最前面的活塞假如当前位于上止点,最后面的活塞位于下止点,中间两个位于同一个平面上,但曲柄的错开的 。在这种情况下,在垂直方向的一阶力是平衡的,但是由于力的作用点不重合,所以会使得曲轴产生前后俯仰问题,这时就需要增加曲轴配重,配重不仅用来平衡活塞的一阶力,也使得曲轴的前后俯仰被消除 。
十字曲轴V8的另外一个好处就在于二阶振动上,中间两个活塞的二阶力向下,两边的向上,于是二阶力也是平衡的,这也是为什么很多V8都是使用十字曲轴的原因 。
平面曲轴的V8基本上等同于两个L4用90度夹角合并而来,所以头尾的两个活塞会同步上下运动,中间的两个也会同步运动,由于L4发动机的二阶振动是不平衡的,所以平面曲轴的V8的二阶振动也是不平衡的 。
十字曲轴的优势:一阶和二阶都平衡,振动很小,这也是被广泛使用的主要原因 。
缺点:由于需要增加曲轴配重,所以重量会相对较大,旋转惯量也会增大,发动机的响应会变差;此外,由于需要曲轴配重,就需要一个更大的曲轴箱,更大的曲轴箱意味着发动机的高度会增加,发动机的重心也会变得更高;此外,由于点火顺序的原因,十字曲轴的V8会有排气干涉问题,简单来讲就是十字曲轴V8的排气脉冲不像是平面曲轴V8的左右交替排放,所以导致了问题 。
平面曲轴的优势:由于没有曲轴配重,转动惯量更小,发动机响应更快,转速攀升更快,曲轴消耗的能量更少,所以输出到车轮上的能量就会更多;排气不会像十字曲轴一样存在排气干涉问题,排气更加顺畅,
缺点:二阶振动问题,但平面曲轴的V8可以通过更轻的材料,更短的冲程都会使得振动变小,这取决于车型定位以及资金的投入 。
V10发动机跟V8一样,只不过在两侧同时增加了一个气缸,点火间隔为72度,正是由于V10有很大的做功重叠角,所以V10的动力输出会很平顺 。例如LFA,它的V10夹角是72度,跟它的点火间隔一致 。当然,也可以使用不同的夹角,例如道奇蝰蛇的夹角为90度,使用其他角度时,可以改变点火顺序也可以使用错位曲柄来弥补这方面的不足 。
我们以宝马的V10举例,它的点火顺序是1-6-5-10-2-7-3-8-4-9,1到5号活塞位于缸体左侧,6-10号位于缸体右侧,其平衡性跟L5发动机有一定的相似之处,垂直方向的一阶和二阶力都是平衡的,但是会有前后俯仰问题,同样,V10使用平衡轴来解决前后俯仰问题 。例如90度夹角的V10可以布置2根平衡轴来平衡发动机俯仰问题 。
V10发动机的优点:转速攀升快,例如LFA的使用V10背后的原因是它的转速攀升比V8块,而转动惯量又比V12小,并且V10能够在较少气缸数下能有不错的排量 。假如你想要使用一个比较小排量的V10发动机,那么较小活塞的转动惯量也比较小,此时转速变化会更快,这也是改善发动机动力输出的方法 。
缺点:跟L5发动机一样,需要布置平衡轴 。此外,V10发动机平顺性不如V12,而复杂程度又比V8高,这意味着制造成本也会同时上升 。
V12发动机是目前最平顺的发动机之一,大多数运用在某些旗舰车型例如劳斯莱斯、奔驰S级的顶级型号,或者某些超级跑车身上 。V12的夹角可以是任意角度,因为V12是两个L6共用一根曲轴组成,而L6又是完美的自平衡发动机 。V12的点火间隔是60度,曲轴每旋转60度就有一个气缸点火,所以V12的输出非常平顺 。相对于L6发动机,V12的点火是其两倍,也就是有L6两倍的做功重叠,这是V12做功平顺的原因 。
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