Evolution of V8Engine

白蓝格

什么是V8？把一台V8发动机想象成两台共享曲轴的直列四缸发动机可能更直观一些。当然这两台四缸发动机带有一个夹角，这个夹角就是V8的汽缸夹角，夹角越大，发动机越矮，利于重心降低，重心越低越利于车辆操控的提升;不过，夹角越大也就意味着发动机很宽，而发动机的宽度会受限于车辆发动机舱的宽度，同时还会挤占悬架的空间。把夹角做小一点发动机就变窄了，但同时也变高了，对于前置发动机的车辆来说，发动机盖都得抬高，这会影响车辆造型的自由度，甚至是空气动力学性能;还有更重要的一点，发动机变高了意味着重心也被抬高了，这又限制了车辆操控性能的提升。可见看似简单的汽缸夹角也是一个牵一发而动全身的参数。90°的汽缸夹角是常见的角度，当然也有小到60°的例子，比如那台装在金牛座SHO身上、由福特和雅马哈联合开发的V8发动机。也有大到120°夹角的V8发动机，常见于各种超级跑车，当然是为了更低重心和更低的机舱高度了。

顺畅排气是高转速发动机所必须的。平面曲轴更利于发动机功率的提升。

轻量化是永恒的主题

轻量化是最好的改装。整车的轻量化从发动机开始，而发动机的轻量化就要从最为沉重的旋转部件曲轴开始。这里我们就不得不提一下V8发动机的两种曲轴类型了：一是平面曲軸（Flat-Plane Crankshaft）;一是十字曲轴（Cross-Plane Crankshaft），这两种曲轴自然也是各有千秋。

十字曲轴间隔汽缸的曲拐有着90°的夹角，所以侧面看上去曲拐呈现十字。十字曲轴可以实现更好的发动机振动特性，但是这要求曲拐上布置沉重的平衡重，用以平衡发动机的二阶振动。沉重的旋转重量带来了巨大的转动惯量，这限制了发动机的响应能力，因为转速无法快速爬升，也无法快速降低，自然也达不到太高的输出功率，而是倾向于提供更好的低速扭矩的特性。这一特性正是美式皮卡以及重型SUV的最爱，至于发动机本体的重量，对于这些大家伙来说并不是个大问题。

平面曲轴的曲拐夹角为180°，所以侧面看上去呈现为一个平面。平面曲轴不需要沉重的曲拐平衡重，只需要一个轻巧的平衡轴就可以抹平不必要的二阶振动。更小的转动惯量可以实现更快的转速调节和最高的红线转速，发动机的最大功率自然是水涨船高。而且，轻量化的发动机也是超跑的最爱。更轻的发动机无论布置在车头还是车尾都不会带来太大的整车横摆惯量，车辆自然可以实现更好的操控。可不要被前后均衡的轴荷分配所迷惑，轴荷均衡的同时还要保证重量向中间集中才会有更好的操控体验。不然的话车子会出现两头重，转向时响应慢，转起来又停不下来的窘境。没错，这里说的就是那些把动力电池放在后备厢里的插电式混合动力车型。

就像前面提到的，V8可以理解为两台共享曲轴的直列四缸机，所以，如果两个四缸机可以交替点火就更容易实现顺畅的排气，想要实现这一点只能采用平面曲轴的设计。顺畅的排气是高转速发动机所必须的，所以平面曲轴更利于发动机功率的提升。

除了曲轴的轻量化，全铝的缸体和缸盖也为发动机的减重带来了可观的贡献。同时，轻量化的连杆和活塞也是必不可少的，更轻的旋转部件有着更小的旋转惯量，也就意味着更快速的动力响应。

配气机构的进化

时至今日，双顶置凸轮轴DOHC这样的配气机构似乎都不值一提了，大家都是如此。早期的V8可不是这样的，八个汽缸共享一根凸轮轴，需要一套复杂的挺杆机构驱动气门的开闭，转速太高配气机构会浮起，单纯地提高气门弹簧的刚度只是徒增发动机的内耗，所以从早期的平顶V8（Flat Head V8）到F顶（IOE，Intake over Exhaust）V8，再到半球顶（HEMI Head）顶置气门OHV（Over Head Valve），再逐步进化到今日的DOHC（Dual Over Head Camshaft），更高效的配气机构驱动方式帮助了发动机转速的提升，为V8的功率之路助力。

配气机构的革新还帮助V8进化出了可变缸技术，在低功率的驾驶工况下关闭四个汽缸的气门开闭，从V8变V4，保证大功率的同时也有了可观的油耗降低。

来自法规的挑战

碳排放法规的日趋严苛给V8的进化之路带来了前所未有的挑战。小排量涡轮增压发动机成了当今的大势所趋，更少的汽缸、更小的排量往往意味着更小的发动机内部摩擦，自然可以带来更低的油耗，所以我们看到廉价车上用三缸机代替了四缸机，四缸机代替了V6，V6代替了V8。2.0T的发动机可以装在从1系到7系的宝马轿车上，奔驰S级和奥迪A8也未能幸免。大型SUV在混合动力的助力下也装上了2.0T四缸机，比如揽胜、Cayenne。美式皮卡的领导者F150系列也在用3.5T V6代替V8。难道V8的进化之路已经看到了终点？

群众的眼睛是雪亮的，小排量化涡轮增压发动机一直都是“动力不够，降挡来凑”，所以我们看到变速器的挡位从4AT到6AT，再到8AT。如今福特、本田的10AT也开始装备在更多的车型上。其实更密集的齿比和更宽的传动比跨距都是为了拉低发动机的转速以获得更低的油耗。但是低转速也意味着更滞后的动力响应，因为每次加速的时候发动机都要耗费更多的动力和时间去抵抗自身的惯性艰难地拉升转速，还有大涡轮带来的迟滞现象和跨挡降挡的换挡时间。所以现实比数据更骨感，小排量发动机出众的性能参数，在一脚深踩之后就暴露了力不从心的现实。而大排量V8那种阶次清晰的声浪和随时随地爆发的强大扭矩是小排量涡轮增压和电驱动遥不可及的，V8并不需要太多的速比，有力且持续的扭矩输出才是Fun to Drive的兴奋剂。

日趋严苛的油耗法规层层加码，代表未来的电驱动来势汹汹，可谓前有埋伏，后有追兵。诞生在1902年，超过百年历史的V8动力源面临的挑战前所未有。但是V8独有的魅力依然感染着不忘初心的粉丝们，其中有忠实的消费者，也有迎难而上的工程师。有理由相信，这条布满荆棘的进化之路将为我们带来更具生命力的V8。V8的进化从未止步。