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内燃机振动及各类发动机的振动特点

2019-03-04 16:16:24·  来源：头条号（汽车氪）  
　
目前的发动机大多是有活塞往复式的四冲程发动机与二冲程发动机为主，此前还有转子发动机与涡轮式发动机，作为兼容性最好，动力输出稳定的往复式四冲程发动机被作
目前的发动机大多是有活塞往复式的四冲程发动机与二冲程发动机为主，此前还有转子发动机与涡轮式发动机，作为兼容性最好，动力输出稳定的往复式四冲程发动机被作为各类动力源，应用在各个领域中。
最常见的当然是汽车。按照燃料类型内燃机又被分为：
  • 汽油机、柴油机；
  • 生物质内燃机；
  • 混合气内燃机。
由于不同类型的燃料特质，内燃机发展出很多类型。当然我们今天要说的不是这些基础的知识。作为引擎性能指数之一，引擎的振声指标（振动噪声）在业内常被作为产品的重要指标之一。我们常听到车主玩家所说的声线是否饱满，发动机抖动都是振声指标的一个特性。这个特性可以体现出引擎设计的工况和设计缺陷，目前全球沃德十佳发动机的评选振声测试是其重要指标！
噪声和振动是两回事
很多人喜欢把噪声和振动放在一块讲，这其实是挺冤的一件事。引擎能够发出噪音的地方有很多，首先在同等排量情况下，压缩比的不同会让引擎发出的声音略微不同。同排量的涡轮增压和自吸放在一起声调不同就是个最好的例子。其次在配气过程中DOHC和SOHC（双顶与单顶）的不同结构也会发出不同的声噪。夸张的说，用不同的开启气门的摇臂产生的声噪也会不一样。
但是振动就不一样了，无论你是800rpm还是3500rpm，抖动幅度绝对是一个会影响动力输出稳定性的因素，也是对传动系统影响比较大的要素之一。我们首先要了解一下发动机为什么会振动。
内燃机在做功需要经过吸气、压缩、燃爆与排气四个动作。在这个过程中只有燃爆做功是活塞被动受力，无论是三缸机，四缸机还是六缸机十缸机，这些动作是必不可少的。那么在这个过程中有三振动要素出现了：
  • 一是活塞连杆机构与曲轴往复之间的往复惯性力；
  • 二是曲轴平衡重在圆周循环中因为平衡差造成的离心惯性力；
  • 三是不同的压缩比带来不同的气缸压力造成的振动。
很多人说三缸机的抖动要大于四缸机，四缸机的抖动要远大于六缸机，不知道这是为什么直缸的要大于V缸的，V缸的要大于H缸的。
三缸机的振动
其实这样的说法是对这一现象笼统的认知。首先从三缸机和四缸机在这一点上确实会有区别。无论是三缸机和四缸机，每个缸在同一时刻不会做同一种冲程。所以便有了点火顺序，三缸机因为只有三个缸，所以是以132的顺序点火，也有按照123的顺序。而四缸机则是1342或是1243。什么意思呢？因为活塞式往复的，不是在吸气和燃爆活塞都是要往下的，排气和压缩活塞都是要往上运动的，所以四缸机在同一时刻14都是向上（或向下）运动，23同样。但是3缸机却不是！因为只有三个缸所以在曲轴循环中受力，所以在进入下一受力循环中有一个时间间隔是没有受力的。四冲程的往复过程中便开始出现力的不平衡，振动因此而生（说白了就是离心惯性力不平衡）！！
四缸机的振动
如果你看懂了三缸机的振动原理，四缸机的就好懂一些了，四缸机的抖动主要源自于往复惯性力和离心惯性力！简单的讲，一个缸做完整套动作曲轴往复两周也就是720°，但是每一个缸在所有工作缸运动中只有一个缸的活塞是受力做功的，因此在往复惯性力中总会有一个是受力多的，这就产生了一个不平衡。其次呢，四缸机由于很平均的把四个缸在往复冲程都分的了一个做功的角色但是也导致了曲轴的平衡重每一个夹角都成180°。我们都知道，在力学角度上，180°，360°都是力平衡的致命伤（因为方向都在一条直线上）。举个例子按照1342的点火顺序，1缸燃爆做功受力活塞运动到下止点相反1缸的曲轴平衡轴会运动到上止点，这个时候会有两个缸的曲轴平衡重与1缸垂直，一个缸的与其方向相反。这就在圆周运动中造成了往复惯性力的不平衡。所以四缸机在抖动的时候往往都是上下跳来跳去的
V6与直6的振动
发动机的缸数越多其实在离心惯性力上是有很大的优势的，为了方便理解，小编画了下面的图。
直6由于点火顺序，曲轴平衡重的夹角互为120°，因此在转动过程中往复离心力非常的平衡，而且同时会有两个缸的平衡重处于同一方向，所以即使离心惯性力不平衡的情况下会有另外一个不受力的平衡重帮其吸收多余的力，那么振动将会小很多。这和日产的曲轴偏置有异曲同工之处。
V6的缸位顺序和直6上有很大的差距，而且由于缸体两两之间互成120°夹角，所以在往复惯性力上要比直列6缸多出一个往复惯性力的方向，所以从理论角度上来说，V6的性能要弱于直6！
燃气压力导致的振动
这一点是市面上积碳抖动说最多的原由之一。引擎做功之时进气是动态的，而且每个厂家都会运用到一定的变气技术，这就导致缸体进气之间是有压差存在的，不同的空燃比（空气混合氧气的比例）和不同的压缩比（积炭存下在油气混合体被压缩的比值）所导致的能量释放是一场振动的原因。当然这个更好理解！
降低抖动的常用技术
针对三缸机而言，因为只有三个缸冲程缺失当导致曲轴圆周过程中的离心力的不平衡主流的办法有两个，第一个就是增加一个平衡重的重量，由于三个缸所对应的平衡重彼此间隔都超过180，那么新一代的三缸机在设计上可以将两个同步缸设置成180°而另一个与其他两个互成90°。这样在缺失一个缸的情况下，过重的平衡重会消耗多余的离心惯性力；另外一种方法是让平衡重彼此间互成240°，采用添加平衡轴的方式过渡掉一个缺失一个受力环节造成的力平衡缺失。
三缸平衡轴
四缸机目前减振技术在设计上有曲轴偏置，错开由于往复惯性力重叠导致的抖动，，让曲轴在0°-60°之间成一定夹角。六缸机在震动上有着非常出色的力平衡，所以在震动上几乎并不需要改善，只要避免燃气压力即可。
当然还可以采用更加柔软的机脚来过渡掉多余的振动。这里我们所说的是常规的振动产生的原因。横纵的布置也会有效的改善由于振动造成的力传递波动
 
 
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