六缸、八缸发动机的平顺性有其先天优势,但同样也少不了后天的设计与优化,不能只看气缸数量,下面我们就来聊聊关于横置六缸发动机优缺点?接下来我们就一起去了解一下吧!

横置六缸发动机优缺点(八缸发动机的平顺性优于四缸发动机)

横置六缸发动机优缺点


六缸、八缸发动机的平顺性有其先天优势,但同样也少不了后天的设计与优化,不能只看气缸数量。

发动机本身是个十分复杂的结构,影响它平顺性的因素也有很多维度,如气缸结构、压缩比、点火间隔、工艺水准等,都会对发动机的平顺性产生影响。

汽车上所使用的四冲程发动机本质上是将往复的活塞运动转化成曲轴的旋转运动,最终输出动力的机械。这其中运动的每个零部件都具有重量,因此会存在惯性力,会对运动产生影响,这就导致了发动机自身的不平衡特性,以“一阶不平衡”、“二阶不平衡”影响尤为突出。

一阶不平衡特性

活塞在气缸中的往复运动,实际上是“加速-减速-加速-减速”无限循环的过程。由于活塞、连杆等零部件本身具有一定重量,在如此快速的变加速运动中,就会产生惯性力,学术上称之为“一阶惯性力”。

“一阶惯性力”所带来的效果就像自行车脚蹬,由于相邻的气缸活塞总是一上一下的,所以一阶惯性力是可以被抵消掉的。不过,力矩的影响依然存在。由于两个相邻的活塞间存在距离,因此从力学角度来看:有力,有距离,就会产生力矩,当力矩作用在曲轴上,自然而然就“撬动”了曲轴,产生“一阶不平衡”。

二阶不平衡特性

往复活塞式发动机的原理如下图所示。

假设曲轴的半径r=2cm,连杆的长度l=5cm,那么

以曲轴中心为零基准,当活塞到达上止点时,它的位置应该是曲轴半径与连杆长度之和,也就是s1=5 2=7cm。

活塞到达下止点时,此时连杆与曲轴半径部分重合,所以活塞的位置就是s2=5-2=3cm。

活塞从上止点运动到下止点,这个过程经历了一个行程,行程的距离s=7-3=4cm。所以1/2的行程应该刚好对应在5cm这个位置。

但是,如果将曲轴位置设定在1/2处,根据直角三角形的勾股定理很容易可以算出

此时活塞的位置s3=4.6cm。

也就是说,曲轴转过1/2,活塞实际的行程并不是1/2,而是更多一些。曲轴转前1/2时,活塞的速度快,曲轴转过后1/2时,活塞的速度慢,这自然而然也就产生了不断变化的惯性力,由此产生的不平衡,就是“二阶不平衡”。

气缸数量多,平衡性却未必更强

理论上来说,发动机气缸数量越多,抵消自身不平衡特性的能力就越强,但这也只是理论,还需要根据气缸结构的设计、压缩比数值、制造工艺等因素综合考虑。

比如同样气缸数量的发动机,直列(L型)设计、V型设计以及水平对置(H型)设计,在一阶、二阶惯性力方面的性能表现是截然不同的。

如图所示,H型发动机与L型发动机活塞运动方向是不同的,H型发动机相邻的两个活塞是同上同下运动的,而L型发动机紧邻的两个气缸的活塞则是一上一下的。结合前面提到的二阶惯性力原理,L型的活塞运动方向相反,但上行与下行的速度却并不相同,这就导致惯性力难以平衡。

如图所示,H型发动机与V型发动机的连杆运动方式也不同。H型发动机的活塞与连杆始终在做“镜像”运动,因此惯性力表现平衡;而V型发动机连杆运动方向相同,所以惯性力就会出现不平衡。

因此,细说的话,H4发动机在一阶&二阶平衡的表现其实会优于V6、V8这类的多缸发动机。相较于平级对手,H4在稳定性方面的优势更为突出。而对于L3、L5这种奇数气缸设计的发动机来说,它天生对平稳就不太擅长。

设计与工艺把控

发动机的先天不平衡特性,与它本身的基础设计参数有着很大关系。比如发动机的气缸直径、活塞冲程、压缩比数值等等,这些参数可以直接决定发动机振动剧烈程度。大气缸直径小冲程&小气缸直径大冲程,就决定了燃烧室的工作环境,从而进一步影响活塞的运行速度以及曲轴转速。而这就又牵扯到材料、工艺等一系列问题了。

比如斯巴鲁采用的水平对置发动机结构,由于不像直列发动机那样四个气缸依次紧邻,所以它的曲轴就可以稍稍短一些,而更短的长度也就意味着曲轴能拥有更好的刚性表现,同时,惯性力作用在曲轴上的力臂更短,也就更稳定。另外,左右相对的活塞运动方式让发动机自身具备一定抵消效果,也更有利于发动机的平顺性。

当然了,发动机的种种性能表现自然也离不开工艺的加持。活塞、曲轴、瓦片、飞轮、平衡轴等等,每一点尺寸,每一点重量,都可能会对平顺性产生不利影响。尤其水平对置发动机这种结构就还要加上个“更”字。

所以,六缸、八缸发动机的平顺性有其先天的优势,但同样也少不了后天的设计与优化。同样是六缸,L6、V6、H6发动机就很不一样,同样是四缸,L4、H4发动机也有着很大不同。工艺与设计得当,四缸比肩六缸也不是什么问题,就比如斯巴鲁水平对置发动机,对吧。

气缸数量多并不一定就真的好,论平顺性,四缸也未必差。您认为还有哪些虽然气缸数量少,但也可以比肩六缸、八缸快乐机呢?欢迎在评论区po出~


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