问题

为啥只有斯巴鲁和保时捷用水平对置发动机?这种发动机有啥优缺点?

回答
你想知道为什么市场上只有斯巴鲁和保时捷热衷于使用水平对置发动机(Boxer Engine),以及这种发动机到底有什么讲究,对吧?这确实是个挺有意思的话题,因为大多数车企还是选择更常见的直列发动机或者V型发动机。

为什么只有斯巴鲁和保时捷如此钟爱水平对置?

说实话,把原因完全归结到“只有”这两个品牌上可能有点绝对,但确实,在这两个品牌身上,水平对置发动机已经成为了它们灵魂的一部分,并且被发挥到了极致。

斯巴鲁(Subaru): 斯巴鲁从品牌创立初期就开始使用水平对置发动机,这已经成了它们最鲜明的技术标签。它的历史可以追溯到上世纪60年代的斯巴鲁1000。对于斯巴鲁来说,水平对置发动机不仅仅是一个技术选择,更是品牌DNA的一部分。它们将全时四驱系统和水平对置发动机进行巧妙的整合,打造出独特的“斯巴鲁式操控”,在很多越野、拉力赛事中都留下了辉煌的印记。你可以想象一下,在那些崎岖不平的赛道上,低重心的水平对置发动机能为车辆带来多大的稳定性优势。

保时捷(Porsche): 保时捷对水平对置发动机的“情有独钟”更是深入骨髓。从传奇的911车型诞生以来,后置后驱(或全驱)的水平对置发动机布局就成为了它的标志性特征。保时捷不仅仅是使用水平对置,更是将它“玩”得炉火纯青。从风冷到水冷,从6缸到8缸甚至12缸(虽然较少见),保时捷在不断优化和提升水平对置发动机的性能。对于保时捷而言,这种发动机带来的低重心、高转速响应和独特的声浪,是追求极致驾驶乐趣不可或缺的元素。

那么,为什么其他厂商不太用呢?

这主要还是因为制造成本和复杂性。相比于直列发动机或者V型发动机,水平对置发动机在结构上要复杂一些,设计和制造的门槛也更高。而且,如果不是像斯巴鲁和保时捷那样将其作为核心技术来发展,单为水平对置而投入巨大的研发和生产成本,可能并不划算。

水平对置发动机(Boxer Engine)的优缺点,咱们来掰扯掰扯:

咱们就从大家最关心的几个方面来聊聊:

优点:

1. 低重心(The Big One!): 这是水平对置发动机最显著的优点,也是大家最津津乐道的。
工作原理: 你可以想象一下,发动机的曲轴是水平放置的,汽缸像拳击手的胳膊一样,左右伸展出去,活塞在左右两侧交替运动。当活塞向外运动时,它们会互相抵消一部分震动。
带来的好处:
操控性提升: 车辆的质心(重心)会非常低。这就像给一辆车压了个大大的“铁饼”在底盘下面,能显著降低车辆在过弯时的侧倾,让车身姿态更稳定,操控更灵活、更直接。你可以更自信地加速过弯,车辆反馈也更清晰。
稳定性增强: 低重心意味着车辆在行驶过程中更不容易受到路面颠簸和侧风的影响,行驶质感会更扎实。
更好的抓地力: 由于车身姿态更稳定,四个轮胎能更好地贴合地面,提供更好的抓地力,这对于运动型车辆来说至关重要。

2. 震动小,运转平顺:
工作原理: 活塞在左右两侧对称运动,当一个活塞向上运动时,另一个活塞向下运动,它们产生的惯性力会互相抵消一部分。虽然不像V12那样天生“完美平衡”,但相比于直列四缸或者V6发动机,水平对置发动机在平衡性上有着天然的优势,尤其是当它拥有偶数个汽缸时(比如斯巴鲁的水平对置四缸和保时捷的水平对置六缸),平衡性会更好。
带来的好处: 这种内部平衡性使得发动机运转时产生的震动非常小,尤其是在怠速和中低转速时,你会感觉发动机运行得很平顺,传递到车内的震动也更少,乘坐舒适性会相对提高。

3. 结构紧凑,高度低:
工作原理: 因为汽缸是水平“躺”着的,所以发动机整体的高度(从油底壳到气门室盖)要比同等排量的直列发动机或者V型发动机低。
带来的好处:
引擎盖下方空间利用: 较低的发动机高度可以让工程师有更多的设计空间。在斯巴鲁上,低矮的发动机使得他们可以将发动机更靠后、更低地布置,进一步优化了重心和前后配重。
空气动力学优势: 更低矮的发动机舱有利于降低车头的迎风面积,或者为进气系统提供更好的布局空间,对空气动力学设计有利。
车内空间设计: 在某些设计中,低矮的发动机也可能为车内的乘客头部空间提供一些便利。

4. 散热性能好:
工作原理: 水平对置的汽缸是分开布置的,并且对外暴露的表面积相对较大,更容易接受到空气的流动。尤其是在一些将发动机布置在后部或中部的车型上(比如保时捷911),气流更容易直接接触到发动机的各个部分。
带来的好处: 良好的散热有助于发动机在高负荷运转时保持稳定的工作温度,减少过热的风险,从而提高发动机的可靠性和性能发挥。

缺点:

1. 制造成本高,工艺要求严: 这是导致它不普及的最大原因。
原因分析:
曲轴和连杆: 水平对置发动机的曲轴和连杆设计相对复杂。
缸体和缸盖: 需要为两侧的汽缸分别设计缸体和缸盖,加工难度和精度要求更高。
密封性: 水平布置的发动机,尤其是在油底壳和曲轴箱部分,对密封的要求会更加严格,以防止机油泄漏。
维护和修理: 由于发动机两侧的布置,某些部件的拆卸和更换会比直列发动机更困难,例如更换火花塞或者某些传感器,可能需要拆卸更多的周边部件,这也会导致后期维修的成本增加。

2. 发动机尺寸相对较长:
原因分析: 虽然高度低,但由于汽缸是左右分开布置,所以从前端到后端,发动机的整体长度会比同等排量的直列发动机长一些。
带来的影响:
布置的限制: 对于前置后驱的车型来说,较长的发动机可能会对前悬的长度产生一些影响,设计上需要权衡。
前后配重: 对于前置发动机车型,较长的发动机可能会使得车辆的前后配重比向车头偏移一些,影响操控的灵活性,这也是为什么保时捷坚持将其放在后部的重要原因之一。

3. 进排气歧管设计复杂:
原因分析: 左右两侧的汽缸都需要连接进排气歧管,并且要考虑排放和性能的优化,这使得进排气系统的设计和布局比直列发动机更复杂,需要更长的管路。
带来的影响: 更长的进排气管路可能会对发动机的响应速度产生轻微的影响,虽然现代发动机通过技术优化已经大大减小了这种影响。

4. 某些配置的平衡性仍需平衡:
原因分析: 虽然水平对置有其天生的平衡性优势,但对于一些特殊的缸数组合或者设计上没有做到极致的情况下,其平衡性也并非完美。例如,如果汽缸数量是奇数,或者曲轴设计有局限,就需要额外的平衡轴来抵消震动。
影响: 在某些情况下,为了达到极致的平顺性,可能需要增加额外的设计和成本。

总结一下:

水平对置发动机最核心的优势就是低重心带来的优异操控性,同时在运转平顺性和结构紧凑性方面也有不错的表现。然而,它高昂的制造成本和技术门槛是绝大多数厂商望而却步的主要原因。

正因为如此,斯巴鲁和保时捷才能将这种“小众但独特”的发动机技术发扬光大,并将其与品牌形象紧密结合,形成了自己的核心竞争力。它们不惜成本地投入研发,就是为了追求那种极致的驾驶体验和与众不同的机械魅力。所以下次你开斯巴鲁或者保时捷的时候,可以好好感受一下,它们那低沉而有力的心跳,以及过弯时那种“粘”在地面上的稳定感,那都是水平对置发动机赋予的独特灵魂。

网友意见

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说好听叫品牌传承,说难听是市场绑架。911用V6就别打算卖了。

H跟V形布局近似但是更极端,说不上是优点,本质是一种trade off,同缸数下,牺牲宽度增加了配气排气复杂获得更好的运转平衡。顺便,注意是顺便缩小尺寸并降低了重心。

几个主要缺点

H布局会导致机头尺寸不利于安置,宽度比同等级V布局L布局宽太多了,如果不是中置,会跟悬挂发生干涉,要么就加宽车体,要么就压缩悬挂空间。所以你会看到BRZ的前悬挂用了最竖直的麦弗逊,还非常卑微地只能用直筒弹簧,不然这种小车就塞不进H4。这也是BRZ前悬挂最大的问题,滑柱太竖直加侧向没有弹簧的T筒倾斜预压缩分担,导致弯道里表现非常吃状态,新车还好,旧车会非常不线性的涩。718也好911也好,得益于车宽和机舱布局,也是麦弗逊但滑柱倾角大得多,加上人家能承受的滑柱成本高得多,几乎没这个问题。

成本高,除了产量低以外。一方面体现在铸件工艺,要做两个独立的中缸。中缸本来就是铸造件里最贵的,两个2缸肯定比一个V4(如果有的话)贵,V4比L4反倒贵不了多少。另一个是装配,两个水平中缸夹着曲轴箱的结构装活塞很麻烦,是先装连杆曲轴,然后通过中缸底部的装配孔安装活塞梢和卡圈,只能工人手工一个卡圈一个卡圈的装。另外维修工时费也非常感人。

所谓的偏磨:谣言!你们如果知道活塞重量跟点火冲程的冲击相比有多么多么微不足道,就不会信这种鬼话了。活塞和衬套/缸壁磨损,除了机油系统故障外,主要由冷车启动引起。H布局引起的运转磨损增加虽然存在,但是比例很低,而且重力不是主要原因。

所谓纵向长度优化:只是比L形或者小角度V形短,算不上优势,V形才是包含外部部件最紧凑的布局。

所谓轻量化:H6杂七杂八和中缸加固的附加重量比V6L6多。4缸比较复杂,H4可以用短连杆,所以理论上中缸尺寸降低算是轻量化。正经来说轻量化主要靠铸造工艺和中缸材料。

所谓低重心:对于绝大多数民用车,机头降低的这一点重心还不如你做宽体垫法兰影响大。跟全铝中缸更没法比。对车辆动态真正起关键作用的是配重而非重心位置或者单纯的重心高度。

所谓平顺:这个需要分开说。结合前面轻量化,机头一个很重要的参数是连杆长度与曲柄长度(行程)的比值,我们就叫n好了。这个值越大,曲柄上下半圈对应的活塞行程越接近,二阶惯性力就越小。但是受限于尺寸,L4这种靠活塞上下半行程平衡的,不可能用很长的连杆,就需要用平衡轴来找补,H4靠全行程平衡的,不存在这种问题则可以用更短的连杆。更短的连杆,从上止点的下降速度更快,是高性能机头的选择。另外多说一句,其实更短的连杆才是增加气缸壁磨损的原因。这才是H布局真正的优势,极度适用于4缸。但是对比多缸V形优势没拉开。V6和H6没啥明显区别,而L6也自然配平二阶往复惯性,所以就没优势了。

想到再补充

对了,突然想起来一个,算是H4可以把中冷器放在上方,。

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