当前位置: 曲轴 >> 曲轴优势 >> 发动机振动平衡4缸和3缸只差一个气缸,为
很多朋友让我详细介绍一下三缸发动机为什么会抖动。其实这是一个非常复杂的问题,并不像很多车评人说得那么简单
这里面涉及到一项非常重要的技术,就是发动机平衡技术,在汽车专业的大学里,仅仅是研究发动机振动的专业书籍,就有好几十本
一阶/二阶振动发动机在做功的过程中,通过曲轴带动活塞进行上下往复式运动,由于发动机大多采用4冲程的设计,所以曲轴每旋转2周,也就是°,才能完成一次做功
如果只看平面图,你会觉得发动机运行非常平稳,但实际上发动机却要承受来自不同方向的力,让发动机出现剧烈的振动,其中最主要的就是一阶振动和二阶振动
一阶振动比较好理解。发动机的四个冲程中,只有做功冲程会产生能量,吸气、压缩和排气都会消耗能量
以单缸发动机为例,当曲轴推动活塞运动到上止点,火花塞点燃混合气之后,因为爆炸燃烧会产生巨大的能力,将活塞向下猛推,这个力会让曲轴受到一个斜向下的大幅振动
随着活塞越来越快,这种振动也会越来越大,整台发动机都会上下剧烈振动,这也是为什么单缸发动机振动大的原因
二阶振动主要是指活塞连杆和曲轴之间产生的振动。如果把曲轴的旋转轨迹拉成一条直线就会发现,在相同的时间里,活塞运动的距离要比曲轴的旋转轨迹更短
也就是说活塞要比曲轴跑得更快,这种速度差会让曲轴的轴颈部位产生振动,也被称为二阶振动。
一般来说,发动机的振动主要来自一阶振动,占了70%,二阶振动占30%左右
如何解决振动问题?最开始发动机大多都是单缸,为了解决单缸发动机的一阶振动问题,一般会在曲轴端增加一个重型飞轮,利用飞轮的惯性来平衡一阶振动
但是装在汽车上的发动机,为了追求排量,需要有多个气缸,增加飞轮的办法显然不适合多缸发动机。以最典型的4缸发动机为例,聪明的工程师把曲轴进行了非常合理的设计
把1缸和4缸的曲轴设计在同一平面,2缸和3缸放在另一个平面,再调整气缸的点火顺利,让一个气缸在做功时,相邻气缸的受力位置正好相反,两个相反方向的力最终传递给中间的轴承,形成旋转力矩。所以直列四缸发动机可以很好地解决一阶振动的问题
而三缸发动机由于点火间隔是°(/3),但是曲轴旋转一周只有°,所以三缸发动机存在点火的空窗期,这就意味着即便是没有发生做功,曲轴也会受力,会让振动更加明显
再加上不能像四缸发动机通过同上同下来抵消振动,所以三缸发动机无法通过自身的优化来解决一阶振动,只能增加平衡轴
这个平衡轴两端拥有不同的重量,根据活塞的运动方向进行移动,活塞上升,重量下降,活塞下行,重量又会增加
这种平衡特性又会导致动力传递不够平稳,发动机在低转速时振动更加明显,高转速需要动力的时候,响应性又会变差
所以三缸发动机不管怎么优化,都无法从根本上解决振动的问题,虽然排量更低,但是油耗却并没有降低多少,再加上很多厂家换了三缸机又不愿意降价,让三缸发动机在国内几乎到了人人喊打的地步
至于二阶振动如何解决,有两个办法,一种是像斯巴鲁一样做成水平对置,实现最理想的“自平衡”发动机
另外一个就是在一条曲轴上安插更多的气缸,缩短点火间隔的角度,也就诞生了L6、V6、V8、V12这些运行平顺、噪音很小的大排量发动机