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為什么三缸發動機會這么抖?

發布時間:2017-09-21人氣:

其實這個問題的答案大家都很清楚,排量小,意味著動力弱,而且缸數減少導致發動機抖動、動力輸出不夠平順等問題。而排量大,意味著要比同等技術水平下的小排量發動機動力大,抖動也會更小,動力輸出會更平順。

怎么樣,這一段話是不是很玄乎,相信上述所闡述的事實是每個開過車的人都會知道的,那么背后的原因呢?首先,先解決第一個問題,為什么少缸發動機抖動會這么明顯。

為了解決這個問題,先要知道發動機的運動原理。一百多前發明的內燃機到現在基本沒有太大改進,都是以氣缸內混合氣體燃燒所產生的的氣體膨脹從而推動活塞做往復運動,而往復運動的由上至下的力會通過活塞連桿與發動機曲軸的特殊構造驅動曲軸的旋轉。

gif中,在上下運動的就是活塞,下面在旋轉的就是曲軸,而連接活塞跟曲軸的就是連桿,而連桿跟曲軸連接的地方就是連桿大頭。(不認識的朋友要記住了)

為了使內燃機裝在汽車上能夠讓汽車不像馬車這么抖,于是工程師就開始尋找發動機抖動的原因。他們首先發現,曲軸是固定而且旋轉的,那么旋轉帶來的離心作用會導致出現離心慣性力的出現,也就是有力把曲軸扯出去,最后導致振動。

這個振動比較好解決,大家都有玩過陀螺對吧,是不是圓乎乎的,所以在旋轉的過程中,它的振動比較小也很安靜,因為它每一個方向的力都有相反方向的力來相互平衡。所以這個解決的方法就是在活塞連桿大頭跟曲軸連接的對面方向放置一個重塊來平衡這個力,這個東西就是曲軸上的平衡重(平衡塊)。

不同的發動機有不同的解決方案,有的放連桿大頭的對面,有的在曲軸兩端放兩塊,有的折中,只在第一個氣缸跟最后一個氣缸的活塞連桿大頭上放,這里各種方法的利弊就不再贅述了。

好了,旋轉慣性力解決了,工程師正準備松一口氣的時候,發現誒呀,這破發動機怎么還在抖!于是工程師發現活塞上下往復運動也會造成抖動。

這個抖動的原因就是活塞在上下運動會有一個力作用在發動機上,這個力學名叫往復慣性力。

如果看不懂上面這段話,那么簡單粗暴一點理解就是活塞上下運動會導致振動就對了。

為了解決這個問題,工程師發現加裝一條跟曲軸同樣轉速,但相反方向的軸能夠很大程度上來平衡慣性力,于是就出現了平衡軸這種東西。

也就是說,通過給發動機曲軸加平衡重跟平衡軸就能解決抖動問題。(理論上)

好了,知道這個重點后我們來進入第一個問題,為什么少缸發動機抖動會這么明顯。

由于天然特性,三缸機無法用自身消除作用氣缸上下運動的力(往復慣性力看),所以需要加裝平衡軸設計,從理論上講,只要你愿意加平衡軸,振動可以完全消除。

可是由于發動機結構、大小以及成本限制,大部分廠商在解決振動源頭時只會放一根或一組平衡軸,比如寶馬的三缸跟標致的三缸。(福特的三缸是沒有平衡軸,但通過其他方法改進抖動問題,這里不展開了)

雖然平衡軸能夠平衡大部分振動,但一根平衡軸是沒辦法達到多缸發動機的平順效果的,而加多幾根成本又太高,發動機結構、大小又不允許。

所以,廠商愿意將更多的成本放在車廂內振動傳遞、靜音等問題上,比如增加隔音材料等等,這也就是為什么打開三缸車的發動機蓋會發現里面真的特別抖,而在車內就沒那么明顯了。

解決完抖動問題,我們再來說平順性問題,其實這個問題是完全可以包含在抖動上的,因為只要車一抖,無論你是多少缸的都不會覺得車是平順的,但是我想單獨拎出來說一下。

懂點車的人都會說,八缸機的平順性是很好的,能夠感受到源源不斷的推背感。那么這種感覺是如何來的呢。首先要知道發動機的每個缸不是同時對曲軸做功的,而是輪流的。

而四缸剛好就是發動機的分水嶺,因為發動機曲軸一個周期會旋轉720度,在四缸發動機上,也就是會在180度會有一個缸點火做功一次,所以也就是說曲軸的輸入動力幾乎是沒有任何間隙的。

不理解?用一個簡單粗暴的例子來解釋:假設你用一個斧頭砍樹,由于每砍一下都會停頓一下,所以樹斷開的地方肯定很不規整。而如果用電鋸鋸開,由于你的電鋸每一刻都在接觸著樹,所以樹斷開的地方是很平整的。

所以,在四缸往上的缸數會出現動力疊加(Power Overlap),缸數越多,疊加的程度越大,所以動力會有一種源源不斷的感覺。

那么,作為奇葩的三缸呢?三缸發動機由于一個缸輸出完動力,另一個缸跟不上,有動力輸出的空缺,所以動力輸出會有不平穩的感覺,也就是相當于你用斧頭砍樹。

好了,說了這么多,沒看懂的話,可以直接看結論:由于發動機做功的特性,缸數少的天然就帶有不平順的特性。

 

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