德国大众在1991年开发了一种小夹角(15度)V6发动机,并将它装配在第三代高尔夫上,用以取代以前的2.8升V6发动机,这就是大家经常听说的“VR6”。VR6发动机是真正的紧凑型设计,其夹角几乎接近直列发动机,但仅稍长于直列四缸发动机,所以它能与绝大多数小型车匹配,甚至包括A0级别的POLO(POLO之所以没有装这款发动机是因为成本太高)。的V系列,由于其短头设计,不能安装奔驰自己的V6发动机,也采用了VR6发动机来匹配。VR6虽然只采用了15度的夹角,但是由于汽缸与汽缸之间是错开的,因此汽缸之间有相当宽裕的间隙(如下图),虽然其长度有所增加,但其宽度仅相当于V6发动机的一半。 VR发动机的不对称结构(从左至右依次是L4、V6、VR6)
VR6发动机的另一个重要特征就是它的24气阀设计和W型结构。与普通的V型发动机比,VR6采用的是不对称型设计。汽缸与汽缸之间相互交错,这就意味着从进气总管引入的新鲜空气很难进入外侧的进气岐管(反之废气很难从内侧的进气岐管汇总到排气总管)。如下图: VR6发动机一侧用来进气,一侧用来排气。由于其不对称性,使得进排气系统异常复杂地占用了气缸盖的大量空间,使得气缸盖周围温度很高,但是这种设计节省了大量的空间。 配气机构 第一代VR6发动机采用单顶凸轮轴(SOHC)每缸2气阀设计,尽管两根凸轮轴距离很近,看起来就像双凸轮轴设计一样。其结构仍然相当于传统的V6 2气阀发动机。 气缸盖设计 许多VR6发动机看上去就像直列发动机一样,因为在它上面只看得到一个气缸盖,这是由于它的超小夹角设计导致的。由于夹角小,两列气缸盖被集成到一起,这个汽缸盖可以同时控制6个气缸的配气。而传统的V6发动机有2个气缸盖,因此,VR6不仅比它更小,而且重量更轻,成本也更低。 24气阀的VR6发动机 当全世界都在流行4气阀发动机时,大众VR发动机(VR6和VR5)已经无法依靠其2气阀设计赢得市场了。在1999年7月,大众推出了它的第二代VR6发动机。也许大家会觉得很奇怪,为什么要花8年时间才能推出4气阀的VR6发动机呢? 因为由于VR6的特殊结构,将VR6的2气阀改为4气阀需要突破很大技术难题。 技术难点 可以设想一下,如果VR6按照主流4气阀发动机DOHC的设计,这就需要在超级狭小的气缸盖内安装四根凸轮轴,而且需要预留一些位置安装火花塞,这几乎是不可能的事情。如果不采用四根凸轮轴,那么它就和与三菱的许多发动机一样,采用的是SOHC的4气阀技术。 对于本田和三菱来说,SOHC 4气阀设计是出于低成本的考虑,这种设计的发动机相比DOHC的发动机来说有许多先天的缺陷。由于需要通过摇臂控制气门的运动,因此要损失很大能量。事实上,本田所有的高性能发动机(CIVIC SiR和Type R)都用DOHC代替了SOHC设计,并且在高性能车上使用。而且这种设计用在VR6上同样有许多问题:首先它需要在狭小的气缸盖内集成3到4根凸轮轴,所以其结构异常复杂;其次需要更多的空间布置摇臂和凸轮机构,用来驱动气门垂直运动,这些机构在工作还会损失一部分动力。
而且最要命的是,SOHC的发动机不能实现可变气门正时设计。 德国大众是怎样解决这些技术难题的呢? 与传统的DOHC和SOHC不同,VR6采用一个凸轮轴控制两列气缸的进气阀,一个凸轮轴控制两列气缸的排气阀。从图上可以清楚的看出,轮轴A用来控制进气阀,凸轮轴B用来控制排气阀,它们被集成在一个气缸盖内。
这种结构就可以设计可变气门正时机构了。这种24气阀的VR6发动机的进气凸轮轴就采用了VVT的设计,如果有必要,排气凸轮轴也可以采用VVT设计,就像BMW的Double Vanos一样。 滚珠滑轨如果是传统的V6发动机,它需要4根凸轮轴,4个可变正时机构,而且要两个气缸盖。所有这些东西,新的VR6只需要一半就可以了。 |