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汽车界的一朵奇葩 深度解读VR6发动机

 Purefact 2016-06-04

CarTech车技早前发布的一篇文章《十大经典V6发动机》,评论中有朋友提到了大众的VR6引擎为什么没有入选。原因很简单,因为VR6引擎和普通的V6引擎并没有大多相似之处,VR6引擎更像是L6引擎的一种变种。看到这些评论,笔者觉得是时候谈谈汽车界的奇葩-----VR6引擎了。

谈及VR6引擎,就要从汽车的横置引擎布局说起。横置引擎布局非常适合前驱车型,不仅可以降低动力总成的空间占用,省去的传动轴不仅提升了后排乘坐空间,也更容易提升NVH表现,同时传动效率也会提升。横置引擎可以避免纵置引擎转速的变化对车身产生的扭转效应,降低引擎转速变化对操控的影响,同时还对汽车安全性和平台化模块化制造,起到了推动作用。


横置引擎的车型想要享受六缸动力带来的高级感受,最简便快捷的方式就是找一台紧凑的V6引擎横放进引擎舱。但是,汽车界总会有一些笔者欣赏的,明知山有虎偏向虎山行的偏执狂存在,比如保时捷911的后置引擎,比如沃尔沃的横置L6。沃尔沃当然知道L6的优势所在,固执的要将L6放进了S60/S80这样横置布局中高档轿车的引擎舱内。

为了能将长度较大的增压L6引擎横着放进引擎舱,沃尔沃为缩短L6的长度做出了各种努力,工程师将发电机、空调压缩机、水泵、机油泵移到了引擎的背面,而皮带轮,正时皮带等附件则布置在变速箱上方,让引擎和变速箱的总长度小于S60/S80等车的引擎舱宽度,成就了沃尔沃一众T6车型,让他们在动力和平顺性上与一帮采用纵置引擎布局的对手平起平坐。其实能做横置L6并非沃尔沃一家,但能够把这样布局做好的目前恐怕只有沃尔沃一家。

比如上面这台大宇Magnus,也就是国内的雪佛兰景程,也曾经推出过横置L6车型的版本,横置2.5L直列六缸,155hp,240N*M,看起来不差。但是这台车却是韩国大宇冲击六缸豪华中型车市场的一次失败的尝试.

看看上面这几张转弯的姿态就清楚为什么这款车型失败了,沉重的L6加上偏软的悬挂,让这车成为了一台推头趋向明显的大船,是名副其实的弯道亡。。。。虽然拥有了六缸机的平顺,但是这样的动态表现,只能给驾驶者带来心惊肉跳的痛苦体验。可见,不是每一个车厂都有实力将L6横放入引擎舱的。

话题回到VR6,V代表V型气缸,R则是德语Reihenmotors的首字母,意为是直列气缸引擎布局,简单讲就是在L6的发动机构造的基础上,将1-3-5和2-4-6两组气缸以10度~15度夹角布置,VR之名也是因此而来。

VR6引擎的构造很容易理解,他就是一台综合了直6引擎与V6引擎各自特点的混血儿。直6引擎如图a所示,6个汽缸采用直线排列,六个气缸共用中缸体,并只有一个汽缸头(cylinder head),直列6缸的进排气布置也非常简单,进气歧管和排气歧管分别位于引擎的两侧。V6引擎如图b所示,可以看做两个直列3缸引擎以一定的夹角错开(通常是60-90度),并共用同一根曲轴,中缸呈现V字形态,并拥有2个独立,对称的汽缸头,如果采用DOHC结构,V6则会拥有四条凸轮轴。V6引擎通常会采取内侧进气,外侧排气的设计。

V6引擎拥有比直6引擎更紧凑的体积,广泛用于乘用车领域。追求小巧必然是要付出代价的,在都采用DOHC配气结构的情况下,V6比L6多出了两条凸轮轴和额外的平衡轴机构。在相同制造工艺下,同排量的V6引擎内部的机械损失会大于L6。因此直列6缸拥有6缸引擎中最优的扭矩输出性能和更好的动平衡表现,在布置空间充裕的客车,货车,工程机械,船舶等领域,六缸引擎均采用直列六缸形式。这也是宝马和沃尔沃坚持使用直列六缸的最大缘由。


对V6发动机而言,采用60度的夹角是最常见的设计,不仅宽度比90度夹角更小,更容易横放入引擎舱,还可以得到出色的平顺性。反观VR6,其结构天生就不够完美,两组小角度交错的活塞组并不能抵消掉往复力,打破了60度黄金角度带来的平衡,虽然工程人员通过一系列的手段尝试改善VR6的震动问题,包括引入平衡轴等等,但依然做不到媲美传统V6引擎的平顺性。

【VR6引擎的进排气布置和V6引擎有很大的区别】

VR6的另一大问题则是进排气平衡问题,无论是L6还是V6,每一个气缸的进排气道都可以很容易的做到等长,这让每个气缸的工作状况是接近的。而VR6引擎因为两组气缸交错布局而又处于同一个中缸之中,因此6个气缸的进气和排气长度出现了差异,这就导致了不同气缸进气排气效果不一致,导致每个气缸的爆燃情况不能完全一致,进一步放大了VR6的震动和不平顺。虽然大众后来设计了不等长进排气歧管来缓解这种不平衡,但娘胎里带出来的毛病依然没办法根治。

【GOLF MK32.8VR6的引擎舱,VR6非常紧凑,尺寸跟直4引擎差不多】

由于VR6引擎的气缸头与同排量的四缸机气缸头投影面积相当,但却需要承受六个气缸轮流爆燃的冲击和热量,因此早期VR6引擎还存在着过热的问题。

VR6特有的斜顶活塞,倾斜度正好与气缸夹角一致,也为15度,这样的设计导致活塞不仅会受到爆燃的垂直推力,还会受到额外的横向推力,导致活塞环受力不平均,磨损寿命也是一大问题。

VR6有这么多棘手的问题,大众为什么还要看好VR6结构,并将其发展下去呢?那就是VR6结构先天的体积优势。将六缸引擎放入高尔夫这样的横置引擎前驱紧凑车的引擎舱,让它们也可以享受到大排量6缸引擎带来的动力表现和细腻的动力输出,是大众发展VR6的根本原因。可以认为VR6就是为了高尔夫而生的,是给小车量身定制的6缸引擎。因为GOLF对于大众,实在是太重要,大众费尽心力只想把GOLF变得更加出色。

大众自己也知道VR6很可能会毁掉自己的名声,并没有一开始就把VR6装进高尔夫的引擎舱,而是先用高尔夫MK2同平台的运动车型Corrado试水。1991年,首台搭载VR6引擎的大众量产车下线,美规版搭载2.8L VR6引擎,最大马力133kw,欧规版本则搭载一台2.9L VR6引擎,最大功率高达143KW。初代VR6采用单缸两气门SOHC结构,气缸头结构尽量精简。

这样一台双门COUPE小车却匹配着一台6缸机器,这令90年代初的欧洲车迷为之一振,况且这台小车的外观和底盘也不错,有外形有动力有操控,还有合理的售价,VR6伴随着Corrado一炮而红。直到20多年后的今天,VR6的Corrado依然是欧洲二手市场中的抢手货。

【初代VR6,SOHC结构,12V,使用分电器点火方式】

或许大众也没有想到,VR6这朵奇葩,虽然身上还存在着各种各样的问题没有得到解决,但就这样很容易的就被市场所接受了,那么可以放心的将他放入高尔夫的引擎舱了。高尔夫/捷达MK3变成了市场上唯一拥有6缸引擎的紧凑小车。从MK3开始,高尔夫/捷达也开始变得越来越精密豪华。

搭载2.8L/2.9L VR6引擎高尔夫MK3,定位比GTI更高,性能表现也更加出色,2.9L的欧版车型马力输出达192匹,比GTI多出42匹,扭力也大了一截,破百时间仅需7.4秒,地位等同于现在的GOLF R。

捷达 GLX 2.8L VR6还成为了速度与激情第一部中改车狂人杰西的座驾,电影中杰西由于过早使用NOS氮氧加速系统,它错失了超越S2000的良机。能在电影中成为技术达人的座驾,可见VR6引擎改装潜力和性能表现在美国也得到了认可。

初代SOHC两气门的VR6,采用不同形状的进气道来控制空气流速。每缸两气门的设计虽然暂时解决了散热和结构复杂的问题,但是两气门的不足也十分明显,那就是容易产生积碳,而且燃油经济性也较差。

同时由于一根凸轮轴要同时控制进、排气门的开启和关闭,这样也就无法应用可变气门正时系统。

【第一代VR6中缸,采用铸铁材质,封闭式水道(CloseChannel)的设计】

第一代VR6引擎缸体均使用封闭式水道设计,铸铁材质,因此缸体强度是比较好的,这也是为什么国外改装大众车型的玩法多是换装初代VR6引擎,并加上双涡轮实现高功率输出。

依靠初代VR6加装双涡轮后可以做到900匹的马力输出,将这样的VR6引擎落入轻量的高尔夫MK1/MK2车身并加上四驱系统,就是一台可以扮猪吃虎的小怪兽了。

虽然VR6引擎被大众玩的风生水起,但在90年代中后期,每缸四气门,DOHC,甚至VVT可变正时系统已经逐渐成为主流,同时各大厂家的当家引擎的缸体材料也以铝合金为主,散热性能更好,重量更轻。老旧的12V VR6引擎已经跟不上时代,所以大众对VR6的升级换代势在必行,其实早在每缸4气门的第二代VR6正式面世前,大众的工程师就已经开始了对气缸盖部分的重新设计。



每缸四气门的VR6 24V
采用一个凸轮轴控制两列气缸的进气阀,一个凸轮轴控制两列气缸的排气阀。从图上可以清楚的看出,左侧凸轮轴用来控制进气阀,右侧凸轮轴用来控制排气阀。

新一代VR6除了四气门结构,最大的变化就是缸体材质由铸铁换成了铝合金铸造,让发动机的散热更良好。基于强度的考虑,新一代VR6铝合金中缸还是采用封闭式水道设计。

【FSI技术加持,VR6的两列喷油嘴,也采用15度夹角布置(红圈标出为喷油嘴)】

【进排气可变正时系统出现在VR6身上,优化进气效果】

VR6引擎的进气歧管设计的非常长,横贯整个引擎顶部。6个汽缸的进气歧管连接到一个巨大的集气腔,新一代VR6采用了电子节气门,并采用了塑钢材质进气歧管,并且带有进气长度可变的控制装置。通过旋转调节阀,可以在不同的进气通道间切换,实现高低转速下更佳的扭矩输出。高科技武装下的VR6引擎终于跟上了时代的步伐。

现代VR6引擎的管理交由BOSCH MED9.1完成,这台电脑在VW ,奥迪车系上是非常常见的,在途锐,辉腾,A6,A8,Q7等搭载6缸自然吸气引擎的车型上均能找到。

四代/五代高尔夫R32均匹配3.2L VR6引擎,并匹配了基于瑞典瀚德智能四驱技术的4-motion四驱系统,他们简直就像一台倒着开的911卡雷拉4嘛...在高科技武装下,第五代高尔夫R32的VR6引擎最大功率也达到了250匹,但这一代高尔夫R32性能表现却并没有比采用2.0T的GTI好上多少,虽然拥有四驱系统加持,过重的车头和偏向前驱的设定让R32成为一台推头趋向明显的小车。大众大概也明白了自然吸气VR6引擎装入高尔夫其实并不合适,从第六代高尔夫R开始,2.0T引擎取代了自然吸气的VR6引擎,六缸引擎从此告别了大众A级车。目前能够买到的六缸A级车,仅剩宝马1系。

【从高尔夫到辉腾,都能找到VR6的身影】

虽然VR6引擎最初是为高尔夫量身定做,但如今高尔夫已经不再搭载VR6引擎。目前,大众旗下使用VR6的车型却不在少数,进口迈腾3.2,R36,奥迪TT,CC 3.6,途锐3.6,辉腾3.2 ,辉腾3.6,Q7 3.6,保时捷卡宴3.6 ,大众夏朗,大众Multivan T5,新帕萨特3.0 V6均使用了VR6引擎,VR6已成为大众车系6缸自然吸气引擎的主流形式。在笔者看来,采用纵置布局的车型完全可以使用一台正常的V6引擎,但是大众就是这么“任性”,就是要给他们装上一台VR6。

大众没有终止VR6的进化,比如R36搭载的这台3.6LVR6身上,VR6气缸的夹角被进一步减小,变为了10.5度,这样发动机在排量增加(从3.2扩大至3.6)的同时,体积反而变得更加紧凑,同时平顺性也得到提升,最大功率也提升至300匹,导致R36的加速性能表现足以叫板E90 335i。

当然,坊间也传说大众研发VR6的最终目的就是为了得到这台梦幻的W12引擎,这台史上最紧凑的12缸引擎,拥有V8相近的体积下却拥有媲美V12引擎的平顺性。6.0L W12引擎可以看成两台15度夹角的3.0L VR6引擎采用72度夹角组合而成。


1997年,伴随着大众W12 Syncro 概念车的亮相,W12引擎正式登场。这台概念车所配备的W12引擎排量为5.6L,即两台2.8LVR6组合而成,最大功率为309KW。随后,W12引擎顺理成章的成为了大众/奥迪旗下各款车型的旗舰动力。

随后,大众为这台W12加上了两台涡轮,成为大众旗下的新旗舰动力。在宾利的6.0T车型上,W12双涡轮保守调教出626匹马力,为宾利品牌车型提供了不俗的性能表现和平顺性。

当然,布加迪威龙那台马力达到4位数的W16引擎也可以看作是VR6引擎的衍生品。两台15度夹角的VR8引擎以90度夹角合并为了这台8.0L的W16引擎,并在四个涡轮的鼓吹下达到了惊人的功率和扭矩输出。正是因为VR结构的轻巧,让16缸引擎MR布局超跑成为了现实。助力威龙成为目前量产车速度记录的保持着。

VR小角度引擎虽然不是大众独创发明,但大众却将其发扬光大,留存至今。如今,在大众旗下的产品线中,小排量4缸涡轮引擎开始取代自然吸气的VR6引擎,但VR布局也许会一直流传下去,就像911的RR布局,斯巴鲁/保时捷的水平对置引擎,马自达的转子引擎,宝马/沃尔沃的直列六缸引擎一样,早已成为各自家族的招牌绝技。


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