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谁更平顺?5缸发动机与4缸机震动比拼

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  5缸发动机的震动真的比4缸发动机大吗?在写这篇文章前我也有这个疑问,大多数人会认为,4缸发动机工作时总有两个气缸中的活塞朝相反方向运动,产生的震动能相互抵消,而5缸发动机的气缸数为奇数,相互之间产生的震动很难抵消,故认为5缸发动机之所以没有普及是因为缸数为奇数、震动无法平衡造成。实际上这是个误区,5缸发动机在对震动的控制上和发动机输出动力的平顺性上都比4缸发动机更有优势。

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  在说明发动机的震动以前,我们需要简单了解发动机的工作原理。

  四冲程发动机要连续运转,就必须由吸气、压缩、做功和排气四个行程来完成一个工作循环。这样周而复始的运行,每个气缸的活塞来回往返四次才能完成一个工作循环,也就是说,曲柄要旋转两周才做功一次。其中,导致发动机震动的主要运动部件包括活塞、连杆和曲轴。

  我们先来看看对于一台单缸发动机而言,这些运动部件都是如何产生震动的。活塞在上下运动时会产生震动,这个很好理解;而连杆在运动时是会左右摇摆的,会产生横向震动;曲轴在运转时由于左右不对称,也会产生震动——因此单缸发动机的震动非常大,乘坐手扶拖拉机的人应该感受很深。

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  在多缸发动机上,有很多震动是可相互抵消的。首先,活塞上下的运动整体是反向的,可以抵消其上下运动的震动;连杆在摆动时,不同缸的连杆摆动方向也在综合计算后正好相反,可以相互抵消。曲轴的震动也是如此,可以通过各个缸之间的运动平衡来抵消。

  注意,这些震动的抵消并不是必须要求气缸数为偶数,只不过偶数能做到正好反向,因此我们比较好理解。实际上气缸数是奇数的发动机,在发动机设计时完全可以做到让这些运动部件的综合运动方向相互抵消,这需要从几何角度进行演算、分析,就不展开而谈了。总之,通过计算和精确设计,五缸发动机震动的抵消与汽缸数是偶数的发动机原理是一样的。因此震动的根源与发动机的汽缸数是奇数还是偶数没有关系。

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  从上面看,仿佛发动机的震动都可以抵消,那岂不是发动机就没有震动了?只要不是单缸发动机,震动都可以消除?这显然是不可能的。事实上,发动机的震动根源来自于点火做功,而要消除这些震动的根源,对于直列发动机来说,只有增加气缸数。这是怎么回事呢?让我们先从震动的根源来说起。

  我们知道,发动机的某个气缸在点火做功的时候,其它几个气缸都不可能也同时点火做功。做功的这个缸,它的活塞运动是靠混合气燃烧产生的能力主动运动,而其它几个缸则是跟随曲轴的转动而被动运转。很显然,这个主动运动气缸产生的上下震动要显著大于被动运动的缸。

文章标签: 5缸 4缸
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