谁更平顺？

jhb2644 · 发表于 2009-4-30 01:17

5缸发动机与4缸机震动比拼
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。

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。

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。

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。

jhb2644 · 发表于 2009-4-30 01:22

由于其它部件的运动都是按照相互抵消设计的，那么这个额外的震动显然就无法被抵消，因此会产生一个上下震动的力，而这个力是没有一个与之相反的力来抵消的。注意，这里单指的是直列发动机，对于V型发动机而言，这个力可以抵消一部分，而对于水平对置发动机而言，这个力则可以完全抵消，这里不再详述。

知道了这个基本原理，我们再以4缸和5缸的直列发动机为例来看看到底哪个发动机的震动大。

我们先观察其做功过程。

先说4缸发动机，曲轴每转180度，点火一次，它的点火顺序是1-4-2-3，也就是说先1缸点火做功、曲轴旋转180度，再4缸点火做功、曲轴继续旋转180度，然后2缸点火做功、曲轴再旋转180度，最后3缸点火做功、曲轴旋转180度。而直列5缸发动机的曲轴每转144度，就点火一次。

5缸发动机点火顺序为1-5-2-4-3。从这个角度，我们可以看出，5缸发动机每转144度就做功一次，而4缸发动机则要到180度才做功一次，从做功的频率来看，5缸发动机曲轴每转两周，有5次点火做功（4缸发动机则是4次）。显然，这种间隔更小的点火做功，给整体发动机带来的震动要更小。因此5缸发动机的震动，从技术的角度分析，是会小于4缸发动机的。

当然，发动机的震动不可能这么简单，其消除震动的办法也不是添加缸数这一项。毕竟同样是4缸发动机，设计优秀的震动会比设计不好的震动要小得多得多。实际上，消除震动还有添加平衡块等手段，但这些都是辅助技术手法，因为对于在相邻两缸点火做功时产生的振动是无法消除的。

　　也就是说，在其它方面的设计都属于同一水平设计的话，缸数更多的直列发动机震动肯定会比缸数更少的要小。从这个角度看，5缸发动机的震动自然会比4缸发动机小。

通过上述实例告诉我们，发动机的震动与气缸是奇数还是偶数关系并不大，振动主要受气缸做功时的点火间隙影响——也就是说各缸点火间隙时间越短，发动机的震动也就越小。实际驾驶中，我们能感受到5缸发动机的震动小于4缸发动机。沃尔沃是5缸发动机的坚决拥护者，在沃尔沃S40、S60、S80等车型上还在使用5缸机。

或许有人会问，既然5缸发动机比4缸的好，为何目前采用直列5缸发动机的厂家那么少呢？一来是这种发动机从设计开发时就不多（很多厂家都直奔V6开发了），二来现在许多厂家在对4缸发动机的平衡设计方面都有很好的经验，可以将4缸发动机的震动平衡得很好，若需要缸数更多的发动机，往往会直接设计V6机型，因为V型发动机在平衡震动方面比直列发动机更有优势。

　　事实上，直列6缸发动机现在也不多见了，现在主流的直列发动机大多都在4缸及以下。而对于V型5缸发动机，它在平衡震动方面会明显不如V6，这就不仅仅是V6多一个缸的问题了。

一个人的寂寞jld · 发表于 2014-2-21 15:59

好贴！顶！！

紫霞流沙 · 发表于 2014-2-23 10:01

其实关于发动机工作平顺的话题，通篇咋木有提及发动机平衡轴设计功能、曲轴曲柄配重和减重设计计算，以及飞轮的动平衡原理等这些现今已被广泛运用的技术。

谁更平顺？

快速回复主题

温馨提示