V6发动机是一种采用V型排列的六缸动力装置。它将六个气缸分为两排,每排三个气缸,两排之间形成特定夹角,通常为60度或90度,但也有例外,如大众汽车的VR6发动机采用15度夹角。这种布局显著减少了发动机的长度和高度,便于车辆安装。得益于气缸的协调运作,V6发动机运行平稳、噪音低,常被视为高端配置,是中高档轿车的象征。
发动机是一种将自然能量转化为机械能以驱动机械的装置。热力发动机,简称热机,将热能转换为机械能。根据气缸数量和排列方式,发动机可分为单缸(一个气缸)和多缸(两个以上气缸)类型。多缸发动机又分为直列式、对置式和V型等。V型发动机包括V2、V4、V6、V8等多种配置。
汽油发动机由两大机构和五大系统构成,即曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统。
1905年,Marmon汽车公司推出了首款装备V6发动机的轿车。2018年11月7日,中国一汽举行了首款V型增压直喷发动机3.0L V6TD (CA6GV30TD)的量产启动仪式。2021年8月29日,红旗新一代V6TD发动机试制成功。当前代表性的V6发动机包括德国保时捷的EA839-V6涡轮增压汽油发动机、通用汽车的凯迪拉克XT6、日本日产汽车公司的3.0T V6发动机,以及德国奔驰的V型发动机等。
V6发动机以其紧凑设计广泛应用于前轮驱动车辆。排量多在2.5至4升之间,但也有更大或更小排量的变体。优点包括低噪音、平稳运行和强劲动力。增压V6发动机相比自然进气V8能提供更多马力和扭矩,同时油耗和排放更低。缺点是结构复杂且成本较高。
发展历史 1905年,玛蒙汽车公司生产了首辆V6发动机汽车。玛蒙擅长V型发动机,先后开发了V2、V4、V6和V8发动机。
1908年至1913年,道依茨使用V6发动机作为苯电动列车的发电机。
1950年,蓝旗亚率先量产V6发动机,用于蓝旗亚Aurelia。其他制造商迅速跟进。1959年,吉姆西引入一款60°重型发动机,最初用于雪佛兰Suburban,后用于货车和巴士。工程师发现60°夹角时,发动机输出功率最大,振动和体积最小。
1962年,别克Special推出,采用90°夹角的V6发动机。
2018年11月7日,中国一汽启动3.0L V6TD量产。2021年8月29日,红旗新一代V6TD发动机试制成功。
工作原理 发动机将自然能量转化为机械能。热力发动机将热能转换为机械能。按气缸数分类,有单缸和多缸发动机,多缸发动机分为直列式、对置式和V型。V型发动机包括V2、V4、V6、V8等。轿车常用4缸和6缸发动机,高级轿车用8缸。6~12缸发动机多采用V形排列,运行平稳噪音小。V形发动机尺寸小,易于布置,是高级轿车的标志。
V6发动机原理 V型六缸发动机的发火间隔角为120°,三个曲拐互成120°。工作顺序为R1-L3-R3-L2-R3-L1。面对发动机冷却风扇,右列气缸用R表示(R1、R2、R3),左列用L表示(L1、L2、L3)。
多缸发动机的气缸按做功顺序排列,称为点火次序。点火次序由曲轴曲柄布置决定,以实现平稳运行。各缸做功间隔相等,六缸发动机为720°/6=120°。V6发动机点火间隔120°,顺序为右一左一右一左一右一左。任意一组气缸中曲轴相邻气缸夹角240°。每组点火顺序为前一中一后。总体点火次序为1—4-2--5-3-6。
参考资料
发动机构造 汽油发动机由两大机构和五大系统组成:曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统。
V型发动机 V型发动机气缸排成两列,两列气缸中心线夹角<180°。V型结构缩短了纵向长度和高度,增加缸体刚度,结构紧凑,重量轻。通用性强,增加气缸数可提高功率,缸径和行程相同,活塞连杆组件通用。但宽度增大,缸体形状复杂,加工难,需两个缸盖,制造成本高。常见V型发动机有V6、V8、V12。lux多采用V6发动机。60°夹角时动平衡效果佳。
曲柄连杆 将燃料燃烧的热能转换为活塞直线运动的机械能,将往复运动转为曲轴旋转运动,输出动力。机体组是发动机的骨架,是其他系统和机构的安装基础。
曲轴 曲轴是发动机关键部件,承受连杆力,转化为绕轴线的力矩输出。工作中受离心力、气体压力和往复惯性力影响,承受弯曲应力和扭转应力。需足够刚度和强度,工作表面耐磨润滑良好。V形结构在两个主轴颈间安装两个曲柄销,缩短长度保持轴刚度,如V6发动机仅需4个主轴承。曲轴磨光支承表面叫轴颈。主轴颈支承在缸体内旋转。连杆轴颈偏离主轴颈中心线,叫曲柄销。连杆通过曲柄销将活塞运动转为曲轴旋转。6缸发动机曲轴的连杆轴颈互差120°。V6发动机连杆轴颈偏位不同,更换时需与原机相同。通用汽车早期V6无偏位设计,类似V8但少两缸。
60°夹角V6发动机发火间隔均匀。90°夹角V6要获120°均匀间隔,曲柄需偏位布置。偏位超30°可能影响平衡和受力。
配气机构的功用 按发动机工作循环和发火次序,定时开闭汽缸,使新鲜充量进入废气排出,保证压缩和膨胀行程密封。汽油机新鲜充量为混合气,柴油机为空气。
燃料供给系统 将汽油雾化、蒸发(汽化)并与空气混合成可燃混合气,根据工况向汽缸供给不同质和量的混合气,点火燃烧作功,最后排气。
润滑系统 向润滑部位供给润滑剂的系统,包括循环润滑、集中润滑、喷雾润滑、浸油与飞溅润滑、全损耗性润滑。
冷却系统 散发受热零件热量,保证发动机在适宜温度工作。
点火系统 汽油机汽缸盖装火花塞,头部伸入燃烧室,按时产生电火花的设备。
起动系统 用外力转动曲轴,使活塞运动,汽缸吸入混合气,进入工作循环的系统。
基本分类 V6发动机分为汽油发动机和柴油发动机。
汽油发动机 轿车多采用V6汽油机,为节约燃料,汽车向小型化轻量化发展,发动机向直列4缸和V6发展。
柴油发动机 车用V型柴油机采用整体缸体及缸盖浇铸。凸轮轴有的在气缸夹角内,喷油泵用两只直列整体式分置机体外侧,便于维修。也有凸轮轴在气缸外侧,喷油泵在夹角内。为适应V6机身短,采用V型整体喷油泵。V型机连杆多采用并列连杆,左右缸连杆并安装在一个曲柄销上。
性能指标可变气缸管理(VCM) 可变气缸管理(VCM)是本田技研工业研发的技术,通过关闭个别气缸,使3.5升V6发动机在3、4、6缸间变化,排量1.75~3.5升,节省燃油。起步、加速或爬坡时,6缸工作;中速巡航和低负荷时,3缸工作;中等加速、高速巡航和缓坡行驶时,4缸工作。通过VTEC系统关闭进排气门中止气缸工作,动力传动系控制模块切断燃油。非工作缸火花塞继续点火,防止重新工作时火花塞油污。
应用领域 V6发动机主要用于汽车,如保时捷EA839-V6涡轮增压汽油发动机、凯迪拉克XT6、日产汽车公司3.0T V6发动机、奔驰V型发动机、奥迪3.0L机械增压DOHC V6发动机等。奥迪3.0L发动机缸体用硅铝合金,重189公斤。缸内直喷提高燃油经济性,机械增压增强动力,最大功率333马力,峰值扭矩441N·m,升功率111hp/L,扭矩输出宽泛。在中国,奥迪A6L、A8、Q7等装备此发动机。
发展趋势 制约六缸发动机发展的因素有政策和技术。政策上,六缸发动机排量约3升,需缴纳排量税,增加车价,影响销量。厂家为降价常减少排量。技术上,小排量涡轮增压四缸发动机动力增强,涡轮技术成熟,满足动力需求,成本低税少,对厂家和消费者双赢。
标准规范 中国铸造协会2020年9月8日发布《商用车发动机气缸体铸件技术条件》,规定四缸(直列或V型)以上、排量3.0升以上商用车发动机气缸体铸件技术要求。
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