W型發動機不是大眾率先發明的,然而確是大眾最先開發了汽車用W型發動機——W12發動機。並且W12發動機被大眾輝騰、大眾途銳、奧迪A8、賓利ContinentalGT等車所採用。W型發動機的最大優點是節省空間,能夠在一定空間中緊湊地放置更多數量的氣缸,用接近V8發動機的體積塞下12個氣缸。

大眾W型發動機

大眾W型發動機

是立體幾何,不是魔法

寶馬能夠為了堅持使用直列6缸而改變車身的設計比例,而大眾的工程師則沒有這樣的氣魄,但是他們卻用近乎偏執狂般的做法,愣是讓狹小的機艙塞進了12個氣缸的發動機。他們靠的不是魔法,而是數學,準確的說,是立體幾何。

大眾W型發動機

如同我們擺放酒瓶一樣,如果酒瓶一字排開,那麼就自然組成細長的排列;如果酒瓶錯落有致的疊加起來,相互形成一定夾角錯位,那麼整個酒瓶陣列就會變得更寬但是長度有效減小,整個體積變得更加緊湊,空間利用率提高,也許大眾的工程師就是喝高了的時候想出來的W12的佈局。

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大眾W12發動機兩排氣缸間呈15°夾角、且僅有兩個氣缸蓋和兩組凸輪軸,缸徑、衝程分別為84毫米和90.2毫米。所以從軸向看去,整個發動機機體異常寬大,但是從側向來看,發動機卻異常短小,接近普通V6發動機的長度,這便是“汽缸錯位”所帶來的功效。

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每一側氣缸錯位15°

為了追求極致,大眾工程師們又開發出了一臺W16發動機,每一氣缸有4個氣門、總共有64個氣門,並配以4個頂置凸輪軸。其缸徑和行程都為86毫米。通過4個渦輪增壓器,輕鬆榨取1001馬力(現已升級為1200馬力),最終被用在了布加迪威龍上。

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布加迪威龍上使用的1001馬力四渦輪增壓W16發動機

差不多同一時期,缸數減少之後而成的W8發動機則在帕薩特B5上曇花一現。當你知道大眾工程師們曾經將650馬力的W12雙渦輪增壓發動機塞到一輛高爾夫當中去,並且他們設計的1001馬力的W16四渦輪增壓發動機需要10個水箱為其散熱才能避免自燃的話,你肯定會贊同我將其歸類成“偏執狂”。

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曇花一現的W8發動機

V6+V6 等於V12 ,但不等於W12

網絡上一句名言:“騎白馬的不一定是王子,他也有可能是唐僧”,這句話用來形容W12的演變歷程再貼切不過。粗放一些去想,原始的汽車開發技術,無非就是搭積木一般,少了加一塊,多了減一塊。V6動力不夠?好,我把兩個V6串聯在一起,於是V12誕生了。但是W12卻不像英文字母W那樣看上去就是兩個V並聯而成。

大眾W型發動機

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再一次,大眾工程師的“變態”思維起了決定性的作用,直列6缸太長,V型6缸太寬,於是一種融合了直列與V型特色的VR6佈局誕生了,兩個VR6並聯起來,於是,W12……同理可證,W8發動機就是兩個VR4並聯而成。

大眾W型發動機

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直列6缸到W12的演化過程

讓我們一起對比一下V型發動機和W型發動機在空間佈置上的區別差異。看到了嗎?W型發動機的曲軸長度明顯小於V型發動機。

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以W8與V8相比為例,W8曲軸長度明顯小於V8

其實,從圖片上我們可以看出,VR6發動機與V6發動機結構非常類似,都具有兩排氣缸,只是VR6夾角更小(15°)。但由於VR6組合成W12屬於並聯結構,V6組成V12屬於串聯結構,組合方式的不同,給W12帶來了意想不到的障礙……

先天不足,後天彌補

熟悉發動機結構的朋友都知道,氣缸的配氣裝置包括進排氣門以及凸輪軸。V12發動機由於氣缸呈雙列排布,至少用DOHC(雙頂置凸輪軸)來實現進排氣門的統一驅動,僅需要兩根加長的凸輪軸即可。

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進排氣機構異常複雜

而W12發動機分為左右兩半,兩半分別具有獨立運作的6個氣缸,雖然這12個氣缸的活塞共享一根曲軸,但是它們卻需要兩套獨立的配氣機構才能正常運轉。這樣一來,就形成了至少需要QOHC(四頂置凸輪軸)的複雜設計。由於曲軸只有一根,輸出的動力要通過三條正時鏈條分配到左右兩半的四根凸輪軸上,結構非常龐大、複雜,安裝與校準都非常困難。

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複雜的正時機構

每一個氣缸都要呼吸,單側氣缸交錯佈置的設計讓進氣管與排氣管形成了長短交錯的局面,極易形成進排氣諧波干涉,因此在W12缸蓋上段,不得不設計出碩大的進氣風箱並在左右兩半獨立設計進氣門、獨立設計進氣歧管。排氣機構也設計了4個頭段的罕見設計。

單側氣缸交錯佈置的設計讓進氣管與排氣管形成了長短交錯的局面,極易形成進排氣諧波干涉

此外,W型發動機的特殊結構決定了其油路、水路、潤滑、密封等都意味著更大的挑戰。而這一切的努力,都只力求讓W12發動機正常運轉,達到較為正常的外部輸出而已,這也是偏執的代價。

“頭文字W ”何去何從?

即便W型發動機有著數不清的有點,但同樣伴隨著的更是數不清的缺點,W家族原本有著VR4、VR6、W8、W12、W16、W18的輝煌時代,然而隨著發動機技術的不斷進步,W家族也開始逐步走向了分化:羸弱夭折的W18與曇花一現的W8無法迴避基因缺陷;VR4、VR6註定被直列4缸和V6同化;最後剩下W12和W16,僅作為大眾旗下最高端發動機技術的代表,以極“小眾”的旗艦地位捍衛著“大眾”古老的尊嚴。

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