汽車發動機的平順性具體指的是什麼?各種排列形式的發動機平順性排序怎麼排?V6和V8哪種平順性更好?
簡單的百度一下,發現百度頭幾頁的沒有說正確的,包括搜狐的所謂科普文章,把好幾個知識點給混淆了。
首先所謂平順性到底是個什麼概念,我們要離清楚,這也是網上很多人把問題搞混淆了的原因。因為在內燃機設計中,其實並沒有平順性這個概念,相關的有3個概念:(注意了,考試重點):1、扭矩的不均勻度(這個知識點包含了轉矩輸出的不均勻、轉速波動、傾覆力矩);2、發動機的不平衡性(這裡包括的時質量平衡問題);3、發動機的扭轉振動(這個知識點超綱了,請留給我們工程師來解決。
從科普的角度來說,扭矩的不均勻度的驅動在於發動機的氣體作用力和運動部件的系統慣性力的合力存在的不均勻性外加多缸機由於各缸點火角度差異帶來的720度力的耦合的不均勻性。
見下圖
一般來說,不均勻度隨著發動機缸數的增加而改善,但是4缸機在這方面反而不如三缸機,而6缸和8缸機則最為優越。為什麼?我們和下面這個知識點一起說。
和常規的理解不同,事實上在進行發動機平衡分析的時候主要分析的是質量慣性力/力矩分析,是不考慮燃燒力的。
單缸動力學我隨手畫了一下,反正你能看就看吧。
從單缸機的力和力的方向,結合多缸機的各缸夾角,進行受力分析,就可以得到如下的結果:
我們可以看到如下知識點:1、6缸機60度夾角的設計在動力學上完美平衡;
2、V8自身帶來的1階不平衡力矩可以通過平衡塊優化設計實現完美平衡;3、三缸機的主要問題在於單靠曲柄連桿機構無法消除的一階為主的不平衡力矩;4、四缸機的主要問題是無法消除的二階不平衡力(儘管在計算上不能直接等同,還有其他力的計算在裡面,但是從科普的角度說你也可以間接的理解了為什麼知識點1四缸機會更差,力的不平衡對於轉矩輸出的不平衡影響更大);所以你看明白了么?
這就是為什麼,大排量四缸機和三缸機,需要設計額外的平衡軸系統的原因。當然,當這些不平衡力和力矩在可接受的範圍內的時候(小排量四缸機和三缸機),配合我們專業的汽車設計工程師(例如我)的深入研究和精妙的設計,我們可以在在沒有平衡軸的情況下依然可以優雅的(便宜的)向客戶提供可靠的產品。
當然,以上內容純屬以內燃機本科四年級基礎知識角度對此問題的分析,實際我們工程人員在進行相關分析的時候所使用的工具和計算手段更為複雜。(手動笑臉)
評論區中有這麼一個提問:
九天楓
那為什麼現有的小排量渦輪三缸機震動仍然明顯大於小排量渦輪四缸呢?這個問題說起來簡單,但是要完整的回答卻很複雜,我簡單的把條目列一下:
1、小排量大排量說的是單缸排量。1.3對於四缸機是小排量,對於3缸機就是大排量了。單缸排量大那麼缸徑就大,零部件質量就重,缸心距就大,見公式;
2、推導公式頗為麻煩,簡單的來說,從圖片表格中可以看到,四缸機所受的是二階不平衡力,而三缸機所受的是一階不平衡力矩和二階不平衡力矩。這裡就有如下N個知識點:a、階次越高,係數分量越小;b、從NVH控制和客戶感知的角度來說,力遠比力矩好消除。你這樣理解一下,四缸機好比你握住了一個跳動的心臟,力大,也只是是個循環變動的力而已,而三缸機你好比抓了一條手尾不斷扭動擺動的魚,這種反覆擺動扭轉的循環力矩趨勢讓你欲生欲死。c、四缸機只要解決2階即可,但是三缸機卻同時存在一階和二階激勵。儘管二階激勵只有總激勵能量的20%+,但是由於整車只能專註消除和改善一種階次,其他的只能兼顧,所以二階就當作了背景噪音給剩下了。d、整車如何消除和改善1階並儘可能的改善2階,也是一個整車整體研發能力的體現,特別還涉及到了人的感知的問題。而且還涉及到耐久性的問題。當然,從發動機的角度來說,搭載平衡軸的發動機可以從根本上消除這種震動,如果考慮到排量和成本,首先你可以看到在機械原理上這種力矩是無法消滅的,但是通過一系列的手段,我們可以把這種力矩從客戶最不舒適的方向,轉移到客戶最不敏感且整車最容易消除方向,然後整車研發團隊在他們的技術水平下來徹底解決這個問題。
如何能夠又好、又簡潔可靠、又便宜的提供產品才是一個好的設計,不是么? (手動微笑)就是發動機內部能抵消活塞上下行的力,不會抖一般情況下是L1<L2/V2<L3<L4<L5<V6<L6<V8<L8<V12
簡單理解的話,為什麼偶數氣缸發動機會比奇數的平順性好?
偶數氣缸,一上一下,暫且能視為抵消震動(非常非常不嚴謹)
奇數氣缸,一上一下,剩下的那個沒人管啊,就像耍流星錘一樣,那肯定不穩當對不對?
V型B型/2就好了
當然,跟副車架設計和NVH也有非常非常大的關係,曾經一位前輩有云:錢給到位了什麼都能成神車,大概就是這樣
當然了,走個極端:RR的6.6 V12你就算把發動機蓋拆了,所有塑膠襯套都換成金屬的,平順性肯定還是能碾壓90年代的很多3缸機發動機運轉的平順性大體上可以分兩點來體現,第一點是曲軸旋轉的角速度波動大小,第二點是發動機的震動。
關於第一點,首先要明白的是四衝程活塞式內燃機的運轉方式,就是曲軸每轉兩圈(720度),連著的每個活塞才會做功一次,做功過程只維持180度,而其餘的540度活塞對曲軸施加的都是阻力。
也就是說,如果只有一個氣缸的話,那麼曲軸的角速度是絕對不穩定的(半圈加速,一圈半減速)。但解決方法也很簡單,多加氣缸並且錯開它們的工作周期就好了,汽缸越多,轉速越穩。所以單看這個角度的話,V8絕對是比V6平順的(前者可以做到曲軸每轉90度有一個活塞做功,而後者只能是120度)。而第二點,其實也是四衝程活塞內燃機的結構所導致的,畢竟活塞和連桿作為不停在運動的質量,肯定是會帶來震動的,而當中最主要的是我們常說的一階震動和二階震動。
你不需要知道一階和二階分別是指啥,反正我可以告訴你,V6和V8(僅限十字曲軸,平面曲軸V8震動特性請參照直列四缸)都是完全配平了一二階震動的,也就是說在震動這裡,它倆的表現都一樣的好。如此一來,問題就很簡單了,V8的曲軸角速度波動能比V6好一點,而震動方面兩者打和(再次強調,僅限十字曲軸V8),很明顯總體得分就是V8稍稍高一點。
當然了,這只是發動機本身而言,實際上裝車後,整車的隔音隔震(NVH)工程做得怎樣,也同樣重要,甚至更重要。四衝程內燃機中只有做功衝程對外做功,其他三個衝程都是靠做功衝程的慣性完成的。
缸越多越平順.關於平順性,大家者提到了最根本的因素,也就是氣缸數。
我來說兩個相對次要的因素:,同樣排量和氣缸布置下,1,低壓縮比的振動小
2,行程短缸徑大的振動小。來學習一下。
發動機平順性一般取決於缸數、氣缸布置方式、發火順序、平衡重的配置方式等,一個循環內,缸內氣體對活塞曲柄連桿輸出的力是非常不均勻的,而每一個氣缸在同一時刻又處於不同的狀態,這些亂七八糟的東西複合一下,就會輸出非常不好的振動…不僅讓人坐著不舒服,還對發動機的壽命造成很大影響。
8v一般說來可能比6v好些
下面兩張圖湊活看看發動機內部載荷的複雜性,真大神輕噴…這是一台8v280柴油機的圖,按一個循環720°繪出的…主軸頸載荷在各個氣缸出也是不一樣的連桿軸承載荷:一般來說,v8比v6的扭矩波動性小,平順性更好。
當發動機有v6和直6直時當然直6發動直直好平訊,當v6跟v12比時當然是時v12好時
這個最上和你講也講不好,理論你可能也不能完全理解,只有體驗一下才能明白
體驗下單缸,雙缸,三缸,四缸就好了《汽車理論》
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