神车R36与「神机VR6」还有哪些秘密？EP2

2022-04-20 08:10:46

VR6

大众最著名的引擎之一

无数人的心头好

也是「动力总成CAE工程师，小姐姐Zme梦儿」的心头好

而VR6究竟好在哪

让我们跟着她的步伐

一点点去剖析

著名的VR6

看不懂没关系

可以看3遍

反正

读些认真的故事总没错

Author / Zme梦儿

点击下图阅读上期内容

上篇讲V6的文我说过，看点火间隔除了要看曲轴曲柄夹角，还要看V角。如果V角等于曲柄夹角，那就不用作任何措施，但如果不相等，就必须有连杆错位角。

以VR6举例，曲轴结构与L6近似，本身曲柄之间的夹角是120度，那这个小V角，明显不能满足点火均匀这一点，所以，也需要引入错位角，注意我这里在错位角前没有加上连杆这个定语，就是为了区分跟V6的区别。

V6是本身两个连杆大头共用一个曲柄销，连杆错位角是把共用的这个曲柄销给切成两半然后错开，导致两个连杆大头中心位置错开，如下图：

但是VR6可是每个连杆大头单独用一个曲柄销，就不是这种做法了，那具体这个错位角怎么做呢？就是相邻的两个曲柄不再是120度的间隔，而是带入小V角后精确计算出来的一个值。

这个值就是错位角，错位角加上“等效小V角”（这里的小V角也是有变化的，成为“等效小V角”，在此不详细展开）等于120度，如下图所示：

这样的话，就能做到点火均匀。

来总结一下，VR发动机的本身主体结构对抑制振动来说并不完美，需要用错位角和加曲轴平衡块质量。知道了这些，是否就能下定论：原来大众的VR机型并不“稳”呢？

我在这里只能给大家分析结构，并不想也不能随意下这种结论，而是想让更多的人了解：虽然说着VR6更接近L6，但这机型肚子里面藏着的知识并不是一句“有着与L6近似的平顺性”这么简单能总结的。

若是研发工程师，是有具体参数的，会通过各种计算、仿真、试验去分析数据，就像我上篇文附的那张表格，除了目标机型外还有对标机型的数据，工程师们的分析要细致具体的多的多，有了这些数据、再根据项目目标才能决定到底要用些什么措施，效果怎么样。

然后再回到平顺性这个词上，若看的是整车的振动水平，仅看发动机够吗？

明显不能这么片面是吧，本身发动机的结构优化完了，下一个可能会做的就是飞轮惯量的设计、然后悬置的设计、声学包等等来继续减振，最后客户体验的是整车水平。

根据大众工程师的说法，除了客观的数据评估，加上主观评估的话，VR6可能会被认为比点火均匀的V6行驶舒适性更好，更接近L6，而VR5则是比V6和VR6差些，但可能会被认为比L4和L5好些。

说完优势，我们来看下VR机型的劣势。

VR机型的很多的劣势，也是因为上面那些优势带来的，可以说，为了这些优势，要付出成倍的时间、金钱和心血，因为这款机型，很多零件都是“非标”件，与大部分发动机的不同，都要重新研发。

虽然在大众之前意大利车企蓝旗亚已经成功发明并应用VR机型，但是，两者的研发时间差距将近有半个世纪，我想没人会简单的以为把几十年前的发动机拿过来逆向就完事了。

首先，来讲一个目前全网都没有提到过的一个问题：VR机型一侧的活塞侧向力会比较大，也不利于减小摩擦功，不过以前对热效率和省油追求还没有现在这么重视的时候，这个问题可能也没有很大，主要还是对活塞设计考验更大些。

这点也比较细节，不分析结构几何肯定发觉不了。我们目前在网上能看到的讲解VR机型夹角的图，基本都是有错的，比如下面这个：

上图为错误示范

虽然能直观简单的解释这个小V角，但与实际的结构还是有差异的，来看下准确的一对VR型气缸的主体结构简图：

图中αv就是V角：气缸中心线夹角，在一般V型机上，气缸中心线的交点基本在曲轴中心，虽然现在为了减少摩擦功、减小活塞侧向力，也会人为去设置曲轴偏置，但是看这张图可知，由于VR6本身的极小V角，使得两侧气缸没法像一般V型发动机那样有较大空间。

所以两个气缸中心线不得不在曲轴下方相交，让结构天生带了曲轴偏置(图中+/-y)，并且，对减少摩擦功和活塞侧向力来说，+y这个方向才是需要的偏置，-y方向是不希望出现的。

看下面这个数据，当偏心率e（e=偏置y/连杆杆身长l）为负的时候，活塞侧向受力要明显比不偏置或正偏置大不少，甚至翻倍。

一侧的活塞侧向力减小，而另一侧的却加剧，使得两排的活塞受侧向力不同，这对活塞的设计也提出了更高的要求，以防出现更大的活塞群部变形，而且，VR机型的活塞设计可不止有这一个考验。

很多文章都会提到的，VR机型的活塞顶部是斜的：

那为什么是这样设计的呢？

与VR机型只有一个缸盖有关，因为只有一个缸盖，所以燃烧室缸盖部分基本是平的，但是气缸还是有倾斜角度的，如果用常规的活塞设计，整个燃烧室的体积就变化很大，直接影响到了压缩比，所以用斜顶活塞，推测主要还是为了保住燃烧室的体积和形状不要有大变化。

这个斜顶活塞是新代VR机型的设计，老款的活塞没有用斜顶，而是在活塞顶部挖了一个深坑，如下所示：

这个设计后来就被斜顶活塞代替了，估计这个深坑设计对内部燃烧的优化并不好，而斜顶活塞就能如一般的燃烧室一样，针对不同的目标要求、内部的燃烧状态对活塞顶面的结构做不同的设计调整，以达到稳定的燃烧状态和满足不同的输出和排放法规要求。

当然，为了能保证燃烧室的设计而把这个活塞变成了一个“非标”件，要重新做的可不仅仅是一句简单的“把活塞设计成斜顶”这么随意能概括的，作为一个在整个发动机中工作环境最苛刻的零件之一，相信在设计/验证的工程中需要大量的优化迭代。

还有因为只有一个气缸带来的劣势，一侧进气一侧排气，但是两侧气缸又有距离，会导致缸盖中的两侧气缸进排气管道长度不同，进气道长度不同也会导致进入缸内混合气的量不同。

为了解决这一问题，大众的工程师用不等长的进气歧管来改善，这也是大部分文章都提到的一点，不多加展开了。

与V6相比差异如下简图所示：

整个发动机因其紧凑的空间还带来的劣势：不能随意增加缸径，除非增加发动机体积，但这样又与VR机型就是要节省空间这个设计初衷违背。

因为这个小V角，在气缸底部，两缸之间的缸壁会比较薄，为了强度和冷却，需要保证一定的厚度，所以缸径没法随意去增大。

关于VR机型，我这篇文只是列了一些主要的优缺点，肯定不是所有的，至于还有些什么，估计大众的VR机型研发工程师们更清楚。整篇文章我一直在重申研发的复杂和耗时。

说到复杂，是想让大家知道，即使你知道了一部分真相，但可能还远远不够，就算我说的这些看起来已经很多了，但这些也仅仅只是整机开发中的一小部分。

我只是给大家打开了整栋摩天大楼的一扇小窗而已，整个发动机的研发很考验整车厂的研发水平，有没有研发能力不足的例子，当然有，之前网上看到一篇2000年写的文献：

夏利的三缸机当时虽然当时配了平衡轴，可惜因为研发能力问题，导致平衡轴没装对，没能真正抵消掉一阶不平衡力矩，更别说其他的能有什么优化措施了，顿时觉得三缸机被迫害的源头被我找到了有木有？

至于说到耗时，大众的VR机型从80年代开始研发，到90年代初真正量产，这研发的时间我估摸肯定不只有2、3年这么短。

简短的说，一个新的技术、或新的机型、或新的车型，前期规划、设计零件、开发试验、仿真分析后优化设计、再迭代这些流程，最终整机和整车耐久试验都通过才能面向市场，有时候一个新技术从立项到量产可能要近10年时间，如现代的CVVD技术、日产的多连杆VCR技术（根据技术论文时间推断）等。

现在主流的传统车企，一般是不敢不经过充分耐久验证就投向市场的，这些仿真/试验指标怎么定？为什么是定的这些？

都是这几十年甚至近百年积累下来的经验，有些，可能是血的教训，而这些同样是一个企业研发水平的体现。两年一款新车？

在小改型、不需要太多新技术的时候是可以做到的，前提是已经有了设计验证经验，但全新毫无经验的车企能有这能耐的，大家可以自己体会一下。

回顾这些至今仍在让人念念不忘的发动机和其搭载的车型，让大家心动的瞬间，我想从来不是因为某一个创始人在台前慷慨激昂、觉得车子从唾沫星子中走来显得是多么的星光璀璨，而是因为那些工程师手下冷冰冰的公式和数字、经历了各种恶劣环境摧残打磨后，依旧带着火热心脏奔向你，让你感觉到了共鸣的那种快乐。

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