從本質上講指發動機燃燒是否充分，涉及到進氣，噴油，排氣，點火等系統。一般意義上的平順指怠速時無抖動，無明顯雜音，加速平穩無遲滯。

世間萬物，皆遵循物理定律運動著。汽車發動機是人類現代化社會高精度的工業產物，其中蘊含的物理科學知識不勝列舉。作為汽車發動機最關鍵主體的氣缸，無論是其數量還是排列形式，都對整個發動機系統的工作特性起到了十分重要的作用，尤其是發動機運作時的平順性。

如果說某廠家宣稱其全新的四缸發動機在平順性上能媲美六缸發動機的話，有機會你去感受下該廠家旗下的搭載四缸引擎和六缸引擎的車輛的行駛質感，你就會發現這其中不能說的秘密了。

發動機的缸數及排列形式

在切入正題之前，還是先給大家科普下發動機缸數和排列形式的概念。缸數，顧名思義，就是發動機有幾個缸，常見的汽車發動機缸數有3、4、5、6、8、10、12、16缸，這個缸指的就是氣缸，氣缸內的活塞做功最終帶動了車輛的行駛。一般情況下，缸數越多，發動機的排量往往就大，在民用汽車領域，排量的大小一般與缸數呈正相關的關係。

氣缸的排列形式指的就是發動機氣缸的排布形式。最常見的排列形式就是“L型”和“V型”。

L型排列，代表是直列排布的發動機，這種佈局的發動機的所有氣缸均是按同一角度並排成一個平面，並只使用了一個氣缸蓋，同時其缸體和曲軸的結構也要相對簡單，好比氣缸排成一列縱隊。

V型排列，正如其名，將所有汽缸分成兩組，把相鄰汽缸以一定夾角佈置一起，使兩組汽缸形成一個夾角的平面，從側面看汽缸呈V字形（通常的夾角為60?），故稱V型發動機。

VR型的排布更像是L和V型排布的混合體，VR發動機的汽缸夾角非常小（15?），兩列汽缸接近平行，汽缸蓋上火花塞的孔幾乎並在一條直線上，因兩列汽缸相離很近所以只需要一個汽缸蓋就可以搞定，緊湊的排布是其最大的特徵。

W型的氣缸排列是完全基於VR型排列衍生而來，W型排列的發動機氣缸往往有12個甚至更多，工程師將兩臺VR6發動機以一定的汽缸夾角合在一起，便製造出了一臺擁有4列汽缸的W型12缸發動機，由於其特殊的結構，W12發動機的大小僅與V6發動機相當。

H型發動機也叫水平對置發動機，水平對置發動機的氣缸夾角為180度，水平對置的汽缸佈局是一種對稱穩定結構，低重心是其一大優勢。當前世界上最著名的使用水平對置發動機的當屬保時捷了。

此外還有轉子發動機，因其結構特殊性，本文暫不做探討。

以此我們可以看到，當前市場上的在售車輛標註的發動機佈局形式L4便是代表了直列4缸發動機，V6的含義則是V型6缸發動機。發動機發展到今日，不是為了追求更高的動力便是為了加強行駛質感，行駛質感這東西，說不清道不明，卻真實地存在著，而如何加強行駛質感，抑制發動機的震動得到更好的平順性感受便是一個很大的課題。不得不承認現今的四缸發動機已經成為市場的主流，並且在平順性方面，發動機的震動也被抑制得相當輕微，但如果說真要達到六缸發動機的平順性的話，那可能就和我們所要遵循的物理定律背道而馳了。

氣缸是如何運作的

當前的汽車發動機普遍是4衝程發動機，這4個衝程包含了吸氣、壓縮、做功、排氣這4個階段，其中吸氣、壓縮、排氣這3個衝程並不產生動力，只有做功衝程燃燒燃油後將化學能轉化為動能帶動發動機運作起來，其餘的3個衝程在發動機整個運作過程中甚至還要消耗部分的能量。

這每4個衝程是一個完整的工作週期，在這期間，氣缸內的活塞完成了2次從上止點到下止點再回到上止點的運動，而連結連桿的曲軸在這個週期內轉了2圈，一共轉過720度。

上圖的橫軸是曲軸一個工作週期的的轉動角度，縱軸為活塞（連桿）受到的扭力的變化，從這條結果曲線（實線）來看，在一個完整的工作週期內，氣缸的內部扭力輸出是不平均的，正是這不平均的動力輸出，導致了發動機內部震動的產生。坐過小型單缸拖拉機的童鞋肯定會有這樣的印象——拖拉機的前進是伴隨著巨大的“蹦、蹦、蹦”的噪音和極其強烈的震動的。單缸發動機的震動是無法被抑制的，所以這種小型單缸拖拉機有節奏的震動感必然會對你胃中的事物構成一定的威脅……單缸機搭載在汽車上顯然不合適，那麼2個氣缸又如何呢，以另一個氣缸相反的震動來抵消震動應該是一個相對完美的解決方案了吧？

一臺直列2缸的發動機的運轉模式應該是怎麼樣的？一個完整的工作週期內曲軸轉過720度，兩個缸的連桿連結同一曲軸，為了讓點火平均，也就是曲軸得每轉360度讓氣缸點火一次。我們只看兩個氣缸的點火衝程，這兩個點火衝程之間間隔360度，360度意味著曲軸正好旋轉一圈，也就是說一個氣缸在點火衝程時另一個氣缸是吸氣衝程（同向衝程），換句話說，這兩個氣缸的運作方式是同上同下工作的，本身是為了相互抵消震動的直列2缸的初衷最後卻導致了放大震動的結果，這肯定不是工程師想要的結果。怎麼辦，直列4缸發動機能否解決這個問題。

既然是4缸發動機，不難理解在一個週期720度的情況下，曲軸每旋轉180度就需要點火一次。180度就是曲軸旋轉半圈，每個活塞和其他3個活塞在曲軸上的相對位置是180度或180度的倍數，直觀點說就是4缸發動機能保證在同一時間有兩個活塞出現在上止點而另外兩個活塞出現在下止點。

將4個活塞標號，分別為1、2、3、4號活塞，為了抵消震動，1號活塞位於上止點時，2號活塞需處於下止點，1、2號活塞在垂直方向上的震動就被相對抑制了，之所以不能說是完全抑制，是因為1、2號活塞的扭力作用點是在曲軸上的不同的兩個點，這兩個作用點不同的力，會對曲軸的1連結和2連結施加兩個相反的力，但這兩個力是以兩個連結點中間的軸承為旋轉支點，暫且稱之為“旋轉力矩”。

為了平衡1、2號活塞製造出的“旋轉力矩”，就需要3、4號活塞製造出相反的一個平衡力將其平衡。如果3、4號活塞分別對應1、2號活塞的執行軌跡的話，3、4號活塞製造出的這個“旋轉力矩”是與1、2號活塞製造出的這個力同向的，整個發動機系統就無法平衡。於是工程師將1、4號活塞，2、3號活塞的執行軌跡兩兩對應，這個4缸發動機在垂直方向的力和曲軸“旋轉力矩”都得到了平衡，一個看似完美的發動機系統也就此誕生了。

似乎4缸發動機就已經達到了一個十分平衡的狀態，為什麼我們還要拼命去研究和製造6缸、8缸甚至12缸的發動機呢？要說發動機的完美的體系的話，4缸發動機，還遠遠配不上“完美”這個詞。

二階震動是被這樣定義的：震動源的震動頻率是發動機輸出轉速的兩倍。二階震動的源頭，就是曲軸帶動的活塞在上下往復運動時的產生的行程不同。為什麼會產生這個不同？

讓我們先來了解一下氣缸內活塞的運動軌跡。眾所周知，發動機的活塞做的是往復運動，當活塞運動到上止點時，就必須開始往下運動，直到到了下止點，如此迴圈往復構成了活塞的基本運動軌跡。然後我們將1、2號活塞單獨取出分析。理論上要達到的平衡狀態的話，當1活塞運動行程為m時，2活塞的行程也應該是m，從曲軸旋轉180度為一個週期來看，確實如此（1活塞從下止點運動到上止點的同時2活塞從上止點運動到下止點），看起來也沒什麼問題。但是如果將這旋轉的180度拆分後，我們能看到的是一個全新的“秘密”。

連桿和曲軸的連結點在執行的時候，軌跡是一個正圓，而活塞卻一直是上下往復的運動，曲軸和連桿的連結點走過的軌跡路徑和活塞走過的軌跡路徑是存在不可協調的矛盾的。我們可以簡單得推導一下。

因1、2號活塞和3、4號活塞兩兩對應，軌跡相同，故只取1、2號活塞作為分析物件。A、B分別為1、2號活塞的連桿與曲軸的連結點，將活塞視作質點，C、D分別為1、2號活塞。在1、2號活塞分別處於上止點和下止點時，CDAB成一條直線，當曲軸轉動α（0?≤α≤180?）後，A運動到A’；B運動到了B’；C運動到了C’；D運動到了D’。此時1號活塞運動的軌跡是CC’，而2號活塞運動的軌跡則為DD’。

由圖可知FB’=EA’=ysinα，D’F=C’E=√（x?-y?sin?α），由此可知CC’=x-√（x?-y?sin?α） z；DD’=√（x?-y?sin?α）-x z。結果就是CC’-DD’=2x-√（x?-y?sin?α）。也就是說，當連桿與曲軸的連結點作圓周運動時（以180度為小週期），1、2號活塞的上下往復執行的行程是存在差值的！這個差值的大小就是2x-√（x?-y?sin?α）。用白話說就是，1號活塞向下運行了m時，2號活塞向上運動的值是n，m≠n。也正是這個差值的存在，導致了2階震動的產生，這個震動以曲軸每轉動180度出現1次，曲軸旋轉一週出現2次。隨著轉速的增加或是排量的提升帶來的活塞變大或衝程變長，這個震動也就愈發的明顯。

平衡軸的運用

工程師們自然是不希望這個二階震動過份地影響到我們的對搭載四缸發動機汽車的駕駛體驗，於是想出了加平衡軸的辦法，這個平衡軸自然是用來製造出和這個2階震動相反的震動來抵消之，但是這對技術精細度的要求十分的高，同時由於氣缸工作時的扭力輸出曲線也並不是一條可以求導的三角函式曲線，所以想要平衡這個二階震動的難度可想而知，即便是再先進的技術，能達到的效果也只是更好地抑制這個震動，而不是真正的平衡。

於是，六缸發動機站了出來，什麼叫平順性，從六缸機上我們可以很好地找到答案。要說六缸機的話，還得先從直列三缸發動機說起。還是從曲軸開始，直列三缸發動機的曲軸形式在側面的投影，就像一個三片間隔120度的花瓣，曲軸每旋轉2圈（720度），3個氣缸各點火一次。這樣的結構的優點就在於，無論曲軸如何轉動，重心點一直保持不變，即為曲軸的中心點。單獨看3個活塞的話，我們會發現，3和活塞因為各自相差120度，它們的重心是處在同一水平線上的，同時連桿的重心也保持在同一條直線上，在這樣的情況下，2階震動是被相互抵消了的，這是直列三缸發動機結構上的先天優勢。

雖然從側面的投影看2、3缸活塞連桿的慣性合力正好等於1缸活塞的慣性力，兩者能夠完美平衡，但事實確是三個活塞上下運動各自施力的作用點在曲軸的三個不同的位置，以2號氣缸為中心點固定，1、3號氣缸給曲軸一直在施加方向相反的兩個力，這就又產生了“旋轉力矩”。

這個“旋轉力矩”的實際表現就是三缸發動機的曲軸兩端受力不均勻，導致其會產生以2號氣缸連桿連結曲軸的連結點為中心的蹺蹺板式的擺動，而消除這種擺動的唯一途徑就是透過增加一根平衡軸的方法對其進行抑制，平衡軸兩端各有一個砝碼來製造震動，砝碼移動的方向和兩端汽缸的活塞移動方向相反，活塞向上升、砝碼便向下降，活塞向下降、砝碼便向上升……三缸機雖然完美解決了“二階震動”，卻無法透過自身平衡“一階震動”，因為“一階震動”帶來的震動更為明顯，所以三缸機的實際體驗不如四缸機來的平順。

革命性的六缸機實際上只是兩組三缸機拼合而成，但卻從根本上從內部平衡了“一階震動”和“二階震動”。一臺直列六缸發動機只是兩個三缸發動機對稱排列而已。

透過在一條軸上將兩組三缸發動機對稱排列，我們可以看到的是兩組汽缸左右對稱組合在一起，1、2、3號活塞和4、5、6號活塞自成兩組自我平衡系統，而1、2、3號活塞分別對應6、5、4號活塞一直處於同一水平高度，困擾直列三缸發動機的蹺蹺板式的擺動也得到了平衡。這就是直列六缸發動機為何能夠完全平衡內部震動的原因。直列六缸發動機不依靠平衡軸就完全平衡了“一階震動”和“二階震動”， 這基本上可以算作是一個完美平衡的引擎架構了。

當然六缸發動機的排列形式還有V6這樣的結構。相比L6發動機，V6的優勢在於將兩組L3以一個角度（一般為60度或90度）成V形排列，兩組氣缸產生的作用力經過執行分配後理論上可以進行自我平衡，但由於每組L3氣缸蹺蹺板式的擺動依舊沒有得到完全平衡，V6發動機仍舊需要加裝平衡軸來抑制這個震動。不過此時的這個蹺蹺板式的震動因為橫向的力被另一邊的作用力抵消，剩餘的只是豎向的向下的部分力了，其震動也遠遠小於直列三缸發動機。

V6發動機的曲軸每旋轉120度便有一個氣缸點火，相比直列四缸每180度才有一個氣缸點火，V6發動機的點火衝程將動力輸出覆蓋地更加全面。前文已經講到，4衝程發動機的氣缸每一個衝程曲軸轉動的角度為180度，對於四缸發動機而言，曲軸每旋轉180度，只有一個點火衝程運作輸出動力，而六缸的發動機在曲軸旋轉180度時，理論上就有1.5個點火衝程輸出動力，這個概念的名稱叫做“做功衝程疊加”。動力覆蓋得更廣，加上相對抑制較好的震動，V6發動機相比L4發動機在平順性上有質的提升。

當然了，V6相比L6發動機，因為不得不增加的平衡軸，V6從結構上的平順性就已經輸給了L6。當前之所以V6發動機能大行其道主要還是因為L6發動機過長的曲軸導致發動機的長度沒法縮減，而V6最大的優勢就在於緊湊，便於安裝到各種車型內。即便L6在結構效能上是最完美的，但V6可以做到的是體積與效能在技術上的一個折中，當前我們能看到的堅持使用L6發動機的，也只有寶馬一家了。

順帶講解一下H4、H6發動機。H的排列方式又叫水平對置排列，水平對置發動機的氣缸數量無論多少，對面的汽缸活塞都永遠在相對方位，這是一種對稱穩定結構，因此所有橫向的力都能夠完全平衡。H6發動機可能算是理論上最完美的發動機結構，但水平對置發動機的寬度過寬，在發動機艙如何放置是一大難題，同時由於積碳等原因導致可能氣門不能完全閉合，可能會造成橫向力不等，這種情況下同樣會造成左右抖動，影響發動機的平順性。

L5發動機

再回過頭來看L5發動機，五缸發動機的曲軸每旋轉144度氣缸點火一次，點火順序為1、2、4、5、3。從自身結構看，五缸發動機的與三缸發動機類似，理論上已經不存在2階震動，但是相對較長的曲軸卻將三缸發動機“遺傳”下來的最大的缺陷“蹺蹺板式的擺動”放大了，這個震動最後還是得透過平衡軸進行抑制。五缸發動機的製造成本並不低，卻沒有達到應有的多缸的優勢，市場上的五缸發動機已逐步被淘汰。單數缸發動機的這個先天劣勢也導致了市場上沒有七缸、九缸的這類發動機。

V8發動機

至於V8發動機，一般其氣缸夾角排布為90度。民用V8發動機其曲軸橫向投影為“十“字形，其曲軸每旋轉90度氣缸便點火一次，做功衝程疊加十分密集，相當於相同轉速下L4發動機兩倍的做工行程，其平順性自然不言而喻。唯一的缺點在於V8發動機的軸向不對稱，從理論上來講，V8的平順性還是要弱於L6發動機。

V10發動機

V10發動機完全可以看作是兩組L5發動機的結合。儘管擁有更密集的衝程疊加，但由於L5的先天缺陷，在震動的抑制上，V10還是比不過V8，更別說L6發動機了。當前使用V10發動機的車型更是寥寥無幾，只有蘭博基尼Huracan、奧迪R8和道奇蝰蛇SRT堅持著V10的信仰。

雍容華貴的V12

什麼是最尊貴的身份的象徵，我想，沒有什麼比一臺V12發動機來的更有說服力了。由兩組完美平衡的L6發動機面對面成V字架構而成的V12。這便是我們能接觸到的平衡性的巔峰，曲軸每旋轉60度 便迎來一個做工衝程，動力綿綿不斷，L6完美平衡的震動在V12上得到了延續，得此一物，夫復何求？

怪咖W12發動機

文章開篇的時候提過W12發動機，其可以看作兩個VR6發動機組合而成。相比較V12，雖然W12的名字看起來更高階一點，結構也更加複雜，但跟天然平衡的V12的平順性相比，W12還是處於絕對的劣勢的，具體原因，就不展開了。

寫到這裡我還要再羅嗦幾句。2015年開始，各種四缸配豪華車的組合紛紛進入市場，先有沃爾沃的XC90，後有路虎Range Rover sport2.0T，寶馬X5/X6 2.0T，奧迪Q7 2.0T。可能技術的發展已經使得這些4缸機器能達到曾經6缸甚至8缸發動機的動力水平，這些都無可厚非，這只是廠家單純的市場行為而已。但是拋開4缸機搭載在豪車上是否合適不談，要說4缸機能達到6缸機的平順性這一點上，我是絕對不贊成的，這是我們遵循的機械物理定律無法擺脫的現實，具體原因在上文也已有闡述。

雍容高貴的V12永在，完美平衡的L6長存！

文章來自汽車之間。