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一台发动机高级与否 很大程度就看它

作者:车猫 2016年06月30日

怎么判断一台发动机好不好?除了看马力看扭矩,我们还会看这台发动机运转平稳不平稳,噪音大不大,这些都是不需要什么专业知识就能轻易分辨的。

一般来说,一台发动机越是平稳,噪音越小,自然就越高级。但是,这些振动噪音又是从何而来?是什么影响着发动机的振动和噪音?


关于振动

一台发动机高级与否 很大程度就看它

发动机运行就肯定有振动,这是大家都知道的。但振动是哪里产生的?振动会对发动机造成什么影响?

这看起来简单的问题,解答起来就复杂了。实际上,在汽车专业的大学里,单单是研究发动机振动的书,就能有好几十本,限于篇幅我们没法为大家完整介绍,因此我们只为大家介绍发动机振动的两个最基础的概念:一阶振动和二阶振动。


在开始之前的一些基础理论

在正式开始之前,一些基础的东西大家是要知道的。首先,汽车发动机是四冲程发动机,活塞上下往返共4次,火花塞点一次火做功一次,活塞通过连杆连接着曲轴,活塞上下4次,曲轴转2圈共720度,也就是活塞每一次从上到下(或反过来)运动,曲轴转动180度。很简单,相信大家已经懂了,接下来开始研究一阶振动。


一阶振动

首先我们很仔细地分析活塞的每一个动作对曲轴的影响。

首先是吸气,压缩,活塞都没有受到太大的力量,曲轴拉着活塞往上走,活塞到了上止点,点火爆炸,活塞被向下猛推,这一下会对曲轴产生一个轴线方向斜向下的大幅震动,活塞不断运行,这个同方向的振动不断累积,整台发动机本体就会跟着一起上下剧烈抖动,这就是单缸发动机为啥振动这么大的原因了。

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为了解决这个问题,工程师只能给发动机配上更多个气缸,多个气缸之间,因为点火在曲轴相对位置上的不同,会形成对某个方向力的平衡。怎么说呢?我们进一步分析曲轴的受力状况。

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上图是一个曲轴,一个气缸做功会对它的一端产生力,而相邻的气缸的受力位置跟前一个气缸相反,也就是会在曲轴的另外一端产生一个相等的力,这些力全部由曲轴两个气缸连接处中间那个轴承受,这个轴承受的力,我们叫它旋转力矩。

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当然,相邻气缸之间产生的旋转力矩是有方向的,这个有指向的振动,加上活塞上下运动带来的振动,我们称之为一阶振动。

要抵消一阶振动,只能通过产生一个力量相同方向相反的旋转力矩加以抵消,而能抵消一阶振动的,我们至少需要在同一条曲轴上安排4个气缸,也就是大家熟悉的直列4缸机。

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而直列3缸,由于无法完成抵消,需要一个大重量的平衡轴来做到直列4缸的事情,因此,直列3缸在平顺性上,和天生平衡的直列4缸存在差距。


二阶振动

直列4缸解决了一阶振动,但它无法解决的,是二阶振动。在发动机振动里,一阶振动占70%,二阶振动占30%。但二阶振动又是什么意思呢?

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解释二阶振动有点复杂,需要大家用一点空间思维能力。我们首先把活塞--连杆--曲轴这个系统单独拆出来解释。

活塞连接着连杆,连杆连接着曲轴,活塞上下跑,带着曲轴旋转。但慢着!这里问题就来了,活塞运动的距离和曲轴运动的距离一样吗?

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不一样,我们把曲轴的旋转展开为一条直线,再和活塞连杆对比的话会发现,活塞跑得明显比曲轴快。因此回到上一步来,两者之间速度的差异,就会在曲轴轴颈产生振动,这,就是二阶振动。

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那么怎么解决二阶振动呢?

只有一个办法:尽可能在一条曲轴内安插尽可能多的气缸,而且气缸数量必须为偶数。因此,宝马推崇的直列6缸在平顺性、噪音上明显好于直列4,原因就是因为直列6不仅抵消了一阶振动,连二阶振动都抵消了。

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