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『小刘聊汽车』汽车是不是气缸数越多就越平顺？( 二 )


『小刘聊汽车』汽车是不是气缸数越多就越平顺？
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对于单缸发动机来说 ， 只有一个活塞上下运动 ， 于是作用力也是上下往复 ， 没有其他活塞来平衡 ， 于是就需要在曲轴上加入一个配重 ， 当活塞向下运动时 ， 配重向上运动产生向上的力；活塞向上运动时 ， 配重向下运动 ， 产生向下的力 ， 这样同样可以使得垂直方向的合力是零 ， 发动机不产生震动 。 问题是单缸机的曲轴配重在旋转的时候还会同时产生向左和向右的力 ， 这个力的不平衡的 。
二阶震动
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二阶震动是曲轴每转一圈发生两次 ， 它基本上是由活塞在上半周运动得比下半周快而产生的 。 我们假设曲轴带着连杆旋转的直径是1 ， 连杆长度是2 ， 那么活塞的上止点系统的总高度就是3 ， 而在下止点的总高度是2 。
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我们来算换一下曲轴在上下的中间点时的总高度 ， 根据勾股定理 ， 该长度为4-0.25=根号3.75 ， 等于1.9365 ， 这时候只是连杆的长度 ， 系统的长度需要加上曲轴旋转半径 ， 也就是2.4365才是系统总高度 。
当在上止点时 ， 总高度是3；当曲轴旋转90度后 ， 系统高度变成了2.4365 ， 然而它并不是2.5 ， 不是上止点和下止点中间；而在下止点时（曲轴转角为180度）的高度是2 。 也就是说 ， 实际上还曲轴从上止点旋转90度 ， 活塞运动的距离比从90到下止点的距离更长；同时 ， 从180度到270度时 ， 活塞的运动距离比270度到360度时短 。
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同样的时间内（曲轴转角一致）活塞运动的距离更长 ， 也就是说曲轴和连杆的连接端在上面的180度时 ， 活塞的运动速度比连接端位于下面180度时更快 ， 这就形成了二阶震动 。 上半周时连杆给活塞向上或者向下的力会更强 ， 因为活塞运动得更快 ， 而下半周时力量会减弱 ， 因为活塞的运动速度会稍微慢一些 。
根据不同的发动机布局 ， 可以使用其他气缸或者平衡配重来抵消这些不平衡的力 ， 关于不同发动机的结构 ， 教授会另起文章讲解 。
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想要平衡点火顺序之间的力 ， 就意味着每一个气缸的点火间隔要一致 ， 所以发动机中的所有气缸不能同时点火 ， 需要每个气缸轮流点火 。 对于四冲程发动机 ， 一个冲程曲轴旋转180度 ， 4X180再除以气缸数量就是点火间隔了 ， 点火间隔等于这个值的时候 ， 发动机就是在均匀点火 。
举个例子 ， 一个四冲程的V8发动机 ， 那就是4X180/8=90 ， 也就是90度 ， 所以对于一个V8发动机来说 ， 让曲轴每转90度就让一个气缸点火 ， 这样就可以平衡掉点火顺序的力了 ， 这个角度还表示了最佳气缸夹角 ， 以上面的例子 ， 点火间隔是90度 ， 对于V8发动机来说 ， 气缸的夹角最好就是90度 ， 这样就使得点火间隔和发动机结构布局相匹配 。
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四个气缸排列成一列 ， 这也是直列四缸发动机名称的由来 。 典型的点火顺序是1342 ， 先是1号气缸点火 ， 然后是3号、4号、2号 ， 这样平衡了点火的不平衡性 ， 并且两侧的两个活塞保持同步 ， 中间的两个活塞保持同步 ， 之所以这么做的原因同样是为了平衡 ， 为了避免不必要的震动 。


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