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为什么买阿尔法四叶草的2.9T?因为几乎F1的V6T同款,而并非所谓的法拉利小V8……
      发布时间:2022-04-12 14:31      作者:admin      点击:

世界上最任性的意大利人总是在创造浪漫与惊喜,就像阿尔法罗密欧的Giulia四叶草版本,被称为四门法拉利。510匹/600Nm的2.9T V6引擎,诞生之初就在纽北刷新了最速四门轿车的圈速。

但是这款引擎的消息,却是少之又少。

所有人都以为这是法拉利的V8减少了2个气缸得来的V6T,其实不然,这款引擎的真实布局 ——

为性能而生!和当今F1的V6T几乎一致!

没错,今日且看「动力总成CAE工程师,小姐姐Zme梦儿」的硬核笔记。

*此文超过4000字,堪比教科书般硬核难懂,部分内容参考意大利语翻译成英语的发动机研发工程师GianlucaPivetti的采访,建议用整段时间慢慢阅读。

Author / Zme梦儿

阿尔法罗密欧(以下简称AR)的Giulia和Stelvio,是MAGA(Make Alfa Great Again)的重磅车型。

Giulia四叶草版发布之初就在著名的“世界高性能车试车场”纽博格林北环刷了四门轿车的最快圈速,有着四门法拉利之称,而这款510匹马力、峰值扭矩600牛米的2.9T的V6发动机,也只有性能版四叶草有资格使用。

当年几乎所有媒体的垂涎新闻中,都是说着,这款令人兴奋的V6发动机是法拉利V8减两缸而来。

一直以来这款意大利的性能猛兽能查到的有用的信息很少,最近碰巧在网上看到有人转发一篇此发动机研发工程师Gianluca Pivetti(以下简称GP工)的采访文章、国外有人把它从意大利语翻成英语,也正好让我们有了机会窥探一下此款神秘性能V6的究竟。

看完本文你会知晓 ——

 1  此款四叶草专用2.9T V6的主体结构曲轴连杆这块其实和法拉利V8关系不大,而是与当今F1的V6T布置一致

 2  一直以为V6更平顺的你今天会发现其实它与在国内人人喊打的三缸机有着共鸣

我们都知道,发动机的运作是由 ——

火花塞点火▶点燃油气混合气▶燃烧产生压力推动活塞▶带动连杆曲柄机构快速旋转运动▶产生扭矩▶驱动车轮前进

所以主要产生的力,就是活塞连杆曲轴运动的惯性力和气体压力这两块。

从三缸机在国内面世之初,就伴随着“抖”这个字,那抖不抖,到底和什么有关?

理论上分析就是我刚说的两个主要贡献力,惯性力和气体压力(实际还有其他因素,在此不展开),而多缸机因为缸与缸之间有距离,每个缸都会有惯性力和气体压力,整合成多缸,这些力乘以缸间距,就有了力矩。

所以,抖不抖放在多缸机里还要考虑力矩,我们拆开来看看这两个力/力矩的影响。

惯性力/力矩影响

发动机内部的惯性力是由活塞、连杆和曲轴总成的往复、旋转运动引起,而往复、旋转运动本质上都是正弦曲线,如下动图所示:

所以一般翻开一本有讲发动机动力学理论的书,都会发现讲到惯性力/力矩的时候会出现很多复合三角函数的公式,主要形式如Asina+Bsin2a+Csin3a+…(或者cosa),那我们通常讲的惯性力/力矩一阶、二阶、三阶等,就是对应这个三角函数中的a、2a、3a…,也可以描述为曲轴转一圈、两圈、三圈…

那为什么一般都只看前两阶呢?

因为这些三角函数前的A/B/C…,A和B比较大,而后面的一系列高阶的数值比较小,所以主要贡献在一阶和二阶。

计算公式与数值大小此处略,只说结果:L3和L5的一阶/二阶惯性力矩都不平衡,L4是二阶惯性力不平衡,而L6是一/二阶力和力矩全平衡。

网上说的很多的三缸惯性力平衡比四缸差,就是说的这个,不过三缸可以用平衡轴抵消一阶惯性力矩的不平衡,所以如果你只看和四缸比,理论上加平衡轴就能解决L3在惯性力/力矩这块的弱势。

气体压力/力矩影响

其实这块力/力矩本身不是重点,真正影响平顺性的主要跟点火的频率(点火间隔)有关。现在主流都是四冲程的机型,所以完整的一次进气/压缩/做功/排气曲轴要转两圈720°。

对于单缸来说,曲轴转两圈点火一次。那对多缸来说,就是曲轴转两圈所有缸各点火一次。对L3来说就是曲轴两圈点火3次:3*240°。对L4来说就是曲轴两圈点火4次:4*180°。

以此类推:L5就是5*144°,L6是6*120°,前面是缸数,后面是点火间隔角度。又能推出,曲轴转一圈L3点火1.5次、L4点火2次,L5点火2.5次,L6点火3次。

可以看见,L3点火频率较低,发动机是通过悬置安装在车架上,而悬置有减震的需求,刚度不会特别大,所以其本身的固有频率比较低,那L3较低的点火频率在低转速、也就是怠速的时候会落在悬置的固有频率区间,就容易引起悬置的共振,而这个才是真正引起怠速抖动的关键点。

请注意,我前面都标出了L,也就是直列的点火间隔角才能这么算,先理解直列做基础,目前网上那些把V和L混在一起讲,然后就说缸数越多越平顺,就是标准的一知半解引起的误导。

说了这么一大段,除了科普下基础知识之外,好像还是验证了L3“天生残疾”这件事?

重点如果只是如此的话这篇文标题就不是这样了,接下来其实我真正要给你们揭发的,是与L3曲轴结构一致的V6,延续了这个“天生残疾”的特征。

依旧从这两个方面来分析,先是惯性力/力矩,来看下面几个图:

V6,V8,V12其实都是以L3,L4,L6为基础,并且曲轴与直列的结构基本一致,在惯性力和力矩这块的不平衡特性与直列也是一致的。

也就是说,V6与L3一样,在一阶和二阶的力与力矩都不平衡,V8用平面曲轴的话与L4一样二阶惯性力不平衡,而V12则与L6一样惯性力与力矩全平衡。

看到这有人就要问了,L6和V12平顺性这么好,怎么不都用上呢?

从V6、V8和V12这几个图中也可看出,L6和V12最大吃亏的地方就是长度方向的尺寸。而且,曲轴很长,还会有另外一个相比缸数少、较短的曲轴更严重的问题:曲轴的扭转振动,这就不展开了。

可见没有一个是完美的,否则L6也不会就宝马一家在持续坚持了。

综上所述,说AR这个V6是法家的V8切掉两缸而来,就有点扯远了,曲轴结构完全不一致,当然,说是同源也不能算错,毕竟研发团队全部来自法家,但整个平台与V8无关。

再来看下点火间隔,网上一些文章说V6是120°的点火间隔,我依旧只能说,这是一知半解。

看V6的点火间隔,除了看各曲柄销夹角外,还需要考虑V角:

曲轴一缸方向侧视简图

一般目前V6用的最多的就是60°和90°的V角(水平对置H6相当于180°的V角,大众的VR6是极小V角,一般在15°左右,H6和VR6的惯性力/力矩平衡特性也与普通V6不一样,还有120°的V角,这些本文就不展开了)。

无论是60°还是90°的V角,都没有办法做到均匀的点火间隔,而点火不均匀,对平顺性影响很大,那网上说的均匀120°点火间隔是怎么来的呢?

目前在大部分有舒适倾向的V6车上,其V6发动机的曲轴会用一个叫“连杆错位角”的设计来做到无论60°还是90°的V6都能点火均匀,也就是安装左右两缸连杆的曲柄销(连杆颈)有错开的角度,如下图所示:

一般V角是60°的就再用一个60°的连杆错位角,V角是90°的就再用一个30°的连杆错位角,这样就能做到点火间隔120°的均匀点火。

总结下就是V6在惯性力/力矩的不平衡特性与L3一样,若对NVH有更高要求则需要加平衡轴;点火频率的表现也有L3的特质,但是通过“连杆错位角”可以避开低阶次。

好了,我说了这么多,你以为我就是为了告诉你虽然V6是L3衍生而来、有L3的特性,但进行精巧的设计后还是能避开L3的最大弱点,还是舒适的吗?

太天真,这不我们主角机型还没登场嘛。

再仔细看看我描述有连杆错位角的V6前面的定语:舒适倾向。明显AR的这款V6可不是舒适向的,而研发团队为何要让他们2.9T的V6与F1的V6T布置一致呢?

对,就是突出性能!

我们来看下这款性能向V6T的主体到底是怎样的结构。

曲轴没有连杆错位角,V角为90°(自豪的在发动机盖上标红),点火间隔不均匀,点火顺序为1-6-3-4-2-5,此机做完一个完整工作循环(曲轴两圈720°)点火间隔为:90°-150°-90°-150°-90°-150°,这么看可能除了能看出不均匀但看不出其他的,没事,我们画几个框:

这么看,是不是就发现跟L3有梦幻联动了?

对,这款性能取向的V6与L3有着一样的点火阶次1.5阶,怠速抖动大也同样会在这款V6上出现,上面这个框图中出现了三个角度,240°对应1.5阶,还有150°对应2.4阶,90°对应4阶,是不是感觉低频的阶次比L3还丰富?

而且,看了下,这款发动机大概率是没有平衡轴去抵消惯性力不平衡的。

怎么样?意不意外?惊不惊喜?刺不刺激?

嗯,所以F1的V6T也是如此。GP工原话:“under the hood beats a heart that beats like a Formula 1 V6”。

这个2.9 V6T心脏能像F1的一样跳动。

这款发动机作为一款源自欧洲对环境保护有责任的机型,还有闭缸功能,V6在某些工况下会停掉一侧整排的气缸不再点火,闭成L3。

对,你没看错,L3。

根据GP工的说法,研发团队为了在两个模式切换时不让客户感觉出来,花了不少心思,简单粗暴的来说,就是要让V6和L3抖的一样,怎么样?这么贴心的工程师团队,感动不感动?

那性能向的机型就这么不关心NVH了吗?

其实在发动机开发中,很多指标都是冲突的,想要性能超强、NVH超好、发动机结构极其紧凑、油耗超低等等,是根本不可能的事情,所以舒适向或者性能向,还是经济向,侧重点不同,就会为了关注某些指标而不得不弱化另一些。

对于性能向的发动机来说,NVH是不被重视的一项,毕竟让曲轴多带动一根平衡轴会消耗输出,与性能机就是要压榨更多的扭矩用在动力输出上这个性格特点不符。

而为了操控,性能车一般不会特别大,重量配比又有要求,那对发动机的大小和重量也是有限制的,带平衡轴同样会让发动机体积更大。

按照GP工描述,AR这款性能机这种90°V角不做连杆错位角的布置在长度上更紧凑,有利于发动机的尺寸控制。

这类机型会追求轻量化,也就是会在材料上下功夫,活塞、曲轴和连杆等零件的减重也就减小了不平衡质量,更精的制造工艺在保证发动机高性能的同时也会减少很多NVH问题等等,具体有些什么措施和策略要看研发团队实力了,光看报道和拆解发动机看结构,其实并不能了解所有,毕竟研发的精髓不可能仅靠这些就被大家都知晓了。

但无论怎样,我想,搭载这款高性能V6的四叶草,踩一脚油门就能让人忘记所有烦恼,带它跑在赛道上的兴奋情绪也不会让你想起方向盘上能不能立硬币。

这篇文章只是站在了动力学的角度去解读这款发动机,对此款发动机其他方面还有兴趣的伙伴们可以去原文看下,链接放在最后的拓展阅读里面了。

最后,还想说下三缸机,在上面讲解的过程中我想大家能看出我有不少调侃的话语,主要是对目前国内三缸机被妖魔化而感到无力。

通过这篇文章大家就可以知道,对三缸所有的批判,可能是因为你只知道三缸和四缸,若放眼去看看更多的机型,其实就会发现,其他多缸机也不是完美的,甚至F1的V6T和AR这款高性能V6机,从动力学去分析NVH,理论上比带平衡轴的L3还更糟糕一些,但仅凭这一点就去否定这些发动机,明显是无知与肤浅的。

这些传统车企研发团队的实力让他们能在赛道上肆意挥洒性能,这可比我们平时的驾驶工况恶劣的多,丝毫不影响这些发动机在人们心中崇高的地位。

现在国内一些车企用三缸带涡轮替换原来四缸自吸,性能参数其实提高了很多。

而我也很乐意看到有些车企已经带来了搭载性能向三缸机的性能车型。

所以,作为一个车迷,我从来不怕发动机用的是不是三缸,而是怕我们的市场上再也没有能让人体验到驾驶乐趣的车型和令人兴奋的动力系统。

毕竟对我来说,世界上最悲伤的事情,不是我站在你面前,但你不知道我爱你,而是 ——

拥有全世界最贵的铁皮,但找不到真正想挂的车型啊!

我拍到牌时与其的激动合影

拓展阅读

 1  采访原文英语翻译

https://www.alfaowner.com/threads/giulia-quadrifoglio-2-9v6-engine-technical-info-and-discussion.1195780/page-2

 2  V6发动机发展历程

https://tractors.fandom.com/wiki/V6_engine

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