如果车迷们还有印象,应该会对三十年前,雷克萨斯首次于北美市场推出首款高级豪华车型LS400时,其引擎盖上的香槟杯塔留有深刻的记忆吧。在1989年进入美国市场时,雷克萨斯LS400的前引擎盖上摞起了15个装满水的高脚杯,车辆在马力机上的时速超过了200km/h,高脚杯摞起的香槟塔纹丝不动,这样的平顺性让人惊叹。
近日,丰田汽车CEO丰田章男将三十年前的LS400香槟塔这一经典广告重现,只不过车型从当年的LS400变为了时下的新车LS500,V8变为了V6,可结局却没有不同。极为宁静的车舱与引擎室,向来就是雷克萨斯的招牌,那么雷克萨斯是如何成功给的呢?
缸数越多越平顺?
众所周知,发动机在运行时往往伴随着震动,其主要原因便在于发动机做功时,吸气、压缩、做功、排气四个冲程有不同的震动,只有做功冲程是油气混合气燃烧膨胀做功,其产生的力量和力的方向,都要不同于另外三个冲程。
在发动机做功时,运动最多的便是活塞以及与活塞相连的曲柄结构。活塞可以简单看作是上下往复运动,而曲柄则是360°运动。其中,前者产生的力和力矩被称为一阶惯性力和一阶惯性力矩,后者则是二阶惯性力和二阶惯性力矩。力很简单可以就能平衡,但力矩的平衡可不太容易。这也就是造成发动机运行时抖动的原因。
如果发动机只有一个气缸时,这种问题就会非常明显。而想要解决发动机震动的问题,最简单的方法就是加缸,比如两个气缸就可以进行间隔点火,抵消便能抵消一部分一阶惯性力和一阶惯性力矩,发动机工作时的震动也就减小了。
当发动机缸数越多,点火的间隔就能越小,活塞往复所产生的力便能被彼此抵消。所以4缸、6缸、8缸、12缸发动机不仅是为了追求动力,更是为了追求平顺性。
可惜,一阶惯性力矩好抵消,但二阶惯性力矩不好抵消。当活塞到达上止点的时候,点火爆炸,活塞会被向下猛推。活塞的运动会带动下方的曲柄连杆机构,以及更下方的曲轴部分。这会对曲柄连杆以及曲轴一个轴线方向的力,这也就是二阶惯性力。
而解决二阶惯性力和二阶惯性力矩的方式,其一是采用平衡轴,在曲轴下方安置带有配重块的平衡轴,产生反向振动力来抵消部分震动;其二则是采用多缸,尽量在一根曲轴上放置更多的、偶数个的气缸结构。
理论上来说,一条直线的气缸越多,其振动就会相互抵消的更多,这要比添加平衡轴更合适,所以宝马一直推出直六发动机,就是因为直六发动机至直列排布发动机中,最平顺的,要强于直列四缸发动机不少。
可问题就是,车辆的发动机舱放不下太长的发动机。因此V型气缸排布的发动机诞生了,目前主流V型发动机有V6、V8和V12。V6可以看成两个L3的结合;V8相当于两个L4接起来;至于V12就更不用说了,相当于两个本就平顺的L6拼接。
回到雷克萨斯LS500,其搭载V6发动机,平顺性自不必多说,更不用说这款车为了平顺性和舒适性,采用了很多新的技术。
发动机悬置技术
想要减少振动,不仅可以从振动源,也就是发动机本身出发,也可以从振动传播路径出发。而像雷克萨斯LS500这样的豪华车型,都会采用先进的发动机悬置技术。发动机悬置技术也就是指链接发动机与车架之间支撑块。
通常来说,发动机悬置的作用主要有支撑发动机、限制发动机位移以及重要的隔振作用。毕竟,如果发动机和车身采用螺栓这种刚性的连接点,在车辆不断加速减速与发动机本身振动的影响下,很容易将连接点撕裂,让车辆失去动力。
硬的不行来软的,既然振动大,那就加点橡胶吧。于是,适用到今日的橡胶发动机悬置就诞生了。橡胶发动机悬置能够有效的吸收掉发动机产生的振动,并转变为热量消耗。如此一来,不仅发动机与车身的连接变得更加可靠,发动机的振动也影响不到车身了。
可惜,橡胶由于其本身易老化的性质,减振的能力并不是一成不变的,所以更先进的液压发动机悬置诞生了。液压悬置要比橡胶悬置优点更多,通过利用液压阻尼来增加低频的刚度和阻尼,来改善发动机的抖动。
而液压悬置只能够被动改善发动机振动情况,于是就有了半主动悬置和主动悬置。雷克萨斯的部分车型就是采用主动发动机悬置的,能够主动通过传感器、执行器来产生力,主动抵消发动机的振动。
很明显,主动发动机悬置要来的更高级一些,也更能够应对不同路况带来的复杂振动,所以只有一些高档车型才会采用这一配置。
虽然雷克萨斯LS500是前置后驱,相较之下没有参与“行驶”的前引擎舱显得更加稳定,但这不妨碍雷克萨斯LS500香槟塔的挑战体现了该车在NVH上的优秀表现,同时也彰显了这款车在动力输出方面的连续性与平顺性。总而言之,想要完成香槟塔挑战,要从发动机和悬置等多方面来考虑。当然,最重要的还是得是找个手稳的人来摆香槟塔。
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