V8发动机的曲轴设计主要有两种类型：十字曲轴与平面曲轴。它们的核心区别在于曲拐间的夹角，十字曲轴为90度，而平面曲轴则为180度。平面曲轴V8发动机以其简洁的结构和低惯性，特别有利于高转速和快速响应，带来令人印象深刻的振动体验。
在探讨发动机的机械振动时，我们需要了解两个关键概念：一次振动和二次振动。
一次振动指的是与曲轴旋转速度同步的振动。理论上，要避免这种振动，需要确保在曲轴旋转过程中，有活塞上行时同时有活塞下行，以保持力的平衡。
例如，三缸发动机在这方面就存在明显的问题。
在任何给定的曲轴旋转时刻，三缸发动机的活塞上下行数量都不均衡，且1缸和3缸的活塞总是反向运动，这不仅导致上下振动，还会引发前后摆动。若想在量产车上应用，必须加装平衡轴，否则其振动问题将严重影响驾驶体验。
那么，常见的四缸发动机情况如何呢？
虽然看似在任意时刻都有两个汽缸上行和两个汽缸下行，但这并不意味着四缸发动机就完全平衡了。
二次振动，其频率是曲轴转速的两倍，这是由于曲柄连杆机构的几何特性导致的。
深入分析四缸机的一半可以发现，上行活塞的速度总是快于下行活塞，这造成了发动机以180度曲轴旋转周期为上下振动。
解决这一问题的方法是引入旋转速度是曲轴两倍的双平衡轴技术。实际上，在70年代三菱首次将这一技术应用于量产四缸发动机后，这种发动机形式才真正开始展现出其潜力。
早期的四缸发动机由于缺乏配重和受当时加工技术的限制，即便转速低于现代的柴油机，其平顺性也仍然较差。
因此，在1910年代，凯迪拉克和福特的设计师尝试通过90度夹角和配重设计来解决振动问题，尽管平面轴理论上并不需要这样的设计。
90度夹角发动机的优势在于，它可以通过曲轴上的平衡配重来抵消由另一列汽缸活塞运动产生的振动力矩，这一原理适用于所有采用90度V型布置的发动机。
然而，随着1920年代发动机转速的提高，二次振动问题日益凸显。为此，大多数量产的V8发动机开始采用十字曲轴设计。
十字曲轴与平面曲轴的主要区别在于其曲拐间的90度夹角。平面曲轴V8发动机会像直列四缸发动机一样产生二次振动问题，而两排汽缸间90度的间隔还会导致180度周期的振动叠加。相比之下，十字曲轴的二次振动频率仅为平面曲轴的一半，且振幅显著降低。
尽管十字曲轴在减少振动方面表现出色，但它也带来了新的问题。由于每排汽缸都有两个活塞以90度的间隔达到上止点，这导致了严重的排气干涉问题，也是V8发动机产生特有排气声浪的原因之一。
为了解决低转速下的扫气能力问题，民用V8发动机通常会在排气中段设计H型或X型平衡管，以利用两侧排气的压力差来减小排气干涉的影响。
然而，对于高性能V8发动机来说，十字曲轴并非最佳选择。虽然其振动较小，但沉重的配重增加了发动机内部惯性，不利于快速响应和高转速的实现。此外，排气干涉问题也严重影响了性能发动机的表现。
因此，许多欧系高性能V8发动机（如莲花、TVR和法拉利等）仍坚持使用平面曲轴设计。
平面曲轴V8发动机可以看作是两台直列四缸发动机的组合。由于其活塞运动总是成对进行（一上一下），因此不存在一次振动问题。然而，为了应对加倍的二次振动，需要使用更重的平衡轴，这又会增加质量和转动惯量。
尽管如此，平面曲轴V8发动机的点火次序简单明了，不存在十字曲轴V8发动机的排气干涉问题。这使得平面曲轴V8发动机能够使用常规的等长排气歧管来提高高转速下的动力输出。
总结一下十字曲轴和平面曲轴的优缺点：
十字曲轴优点在于振动小、运转平顺；缺点则是重量大、惯性大以及存在排气干涉问题。
而平面曲轴的优点是结构简单、惯性小、有利于高转速和快速响应；缺点则是振动相对较大。
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