大家好,我是雨棚。今天咱们继续来聊一聊发动机的小知识,后台有粉丝说:你这两天写的“为什么0.5L不是每缸理想排量”跟“Project One的发动机”似乎都不怎么关我的事啊。
所以昨晚我反思了一下,这两天的话题的确没有走群众路线,没有贯彻从群众中来再到群众中去的工作方法,所以我们今天就来聊更接地气的,每个人都可能会遇到或将会遇到的——为什么大家都爱大排量多缸发动机?
其实这个问题的答案大家都很清楚,排量小,意味着动力弱,而且缸数减少导致发动机抖动、动力输出不够平顺等问题。而排量大,意味着要比同等技术水平下的小排量发动机动力大,抖动也会更小,动力输出会更平顺。
怎么样,这一段话是不是很玄乎,相信上述所阐述的事实是每个开过车的人都会知道的,那么背后的原因呢?首先,先解决第一个问题,为什么少缸发动机抖动会这么明显。
为了解决这个问题,先要知道发动机的运动原理。一百多前发明的内燃机到现在基本没有太大改进,都是以气缸内混合气体燃烧所产生的的气体膨胀从而推动活塞做往复运动,而往复运动的由上至下的力会通过活塞连杆与发动机曲轴的特殊构造驱动曲轴的旋转。
为了使内燃机装在汽车上能够让汽车不像马车这么抖,于是工程师就开始寻找发动机抖动的原因。他们首先发现,曲轴是固定而且旋转的,那么旋转带来的离心作用会导致出现离心惯性力的出现,最后导致振动。
这个振动比较好解决,大家都有玩过陀螺对吧,是不是圆乎乎的,所以在旋转的过程中,它的振动比较小也很安静,因为它每一个方向的力都有相反方向的力来相互平衡。所以这个解决的方法就是在活塞连杆大头跟曲轴连接的正对面方向放置一个重块来平衡这个力,这个东西就是曲轴上的平衡重。
不同的发动机有不同的解决方案,有的放连杆大头的对面,有的在曲轴两端放两块,有的折中,只在第一个气缸跟最后一个气缸的活塞连杆大头上放,这里各种方法的利弊就不再赘述了。
好了,旋转惯性力解决了,工程师正准备松一口气的时候,发现诶呀,这破发动机怎么还在抖!于是工程师发现活塞上下往复运动也会造成抖动。
因为活塞的往复运动分别会在上行跟下行的某一个临界点达到静止,并且会有一个向反向运动的趋势,这时候的加速度是最大的。那么这个时候就出现了一个始终沿着气缸轴线作用的往复惯性力,所以会引起纵向振动。
如果看不懂上面这段话,那么简单粗暴一点理解就是活塞上下运动会导致振动就对了,而且会存在多阶惯性力的情况,但主要振动还是会出现在一阶上。
为了解决这个问题,工程师发现加装一条跟曲轴同样转速但相反方向的轴能够很大程度上来平衡惯性力,于是就出现了平衡轴这种东西。
好了,上面这么几段下来,相信大家都已经懵逼:你究竟在说什么?于是我给大家画好重点:发动机振动解决方案主要靠曲轴上的平衡重跟平衡轴来解决。
好了,知道这个重点后我们来进入第一个问题,为什么少缸发动机抖动会这么明显。其实大于等于四缸的发动机基本上一阶往复惯性力能够自身平衡,而二阶及往上的往复惯性力一般影响不大,所以四缸机的抖动明显比三缸机小。(除了大功率的四缸以外,2.0T以上的发动机会装平衡轴。)
而三缸机就不同了,由于天然特性,三缸机无法用自身消除作用最大的往复惯性力,所以需要加装平衡轴设计,通常是一根平衡轴平衡一阶往复惯性力。从理论上讲,只要你愿意加平衡轴,振动可以完全消除。
可是由于发动机结构、大小以及成本限制,大部分厂商在解决振动源头时只会放一根平衡轴,而将更多的成本放在车厢内静音、振动传递等问题上,这也就是为什么打开三缸车的发动机盖会发现真的特别抖,而在车内则没那么明显。
解决完抖动问题,我们再来说平顺性问题,其实这个问题是完全可以包含在抖动上的,因为只要车一抖,无论你是多少缸的都不会觉得车是平顺的,但是我想单独拎出来说一下。
懂点车的人都会说,八缸机的平顺性是很好的,能够感受到源源不断的推背感。那么这种感觉是如何来的呢。首先要知道发动机的每个缸不是同时对曲轴做功的,而是轮流的。
而四缸刚好就是发动机的分水岭,因为发动机曲轴一个周期会旋转720度,在四缸发动机上,也就是会在180度会有一个缸点火做功一次,所以也就是说曲轴的输入动力几乎是没有任何间隙的。
所以,在四缸往上的缸数会出现动力叠加(Power Overlap),缸数越多,叠加的程度越大,所以动力会有一种源源不断的感觉。
那么,作为奇葩的三缸呢?根据上面的推导,很容易得出会出现做功冲程的不完美衔接,有动力输出的空缺,所以动力输出会有不平稳的感觉。
好了,说了这么多,没看懂的话,可以直接看结论:由于发动机做功的特性,缸数少的天然就带有不平顺的特性。当然,我已经简化了许多前提跟论证过程,从比较简单的角度来分析。
所以,我们老是说喜欢大排量并非说喜欢动力大,而是喜欢那种安静的、平稳的、慢慢推着你走的感觉,如果大家还是想象不到的话,可以尝试着找一辆奔驰的W140,那是我目前为止坐过最稳最舒服的车。