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前篇我们聊了单缸、双缸、三缸、四缸发动机的平衡问题，今天咱们接着聊，如果把发动机缸数往多了堆，看看有什么样的结果。 五缸发动机 直列五缸发动机在汽车工业中并不常见。在过去的20年里，只有奥迪（2.2和2.3升）、本田(讴歌
然而，直列五型发动机也有它自己的优势。首先，弥补4缸与6缸发动机之间的排量空缺；其次，与4缸发动机相比，节省一个平衡轴；第三，与6缸发动机相比，它足够短，甚至可以横向安装到前驱车的发动机舱。
直列五缸发动机每720°/5=144°曲柄角度点火一次。因此，曲轴的设计如下所示。点火顺序为1-3-5-4-2
对于五缸机的平衡，一定会颠覆你的认知，它居然跟三缸机一样的效应，五个活塞的垂向合力居然是相互抵消的，并不会像四缸机派生出二阶往复惯性力来，如下图所示。
虽然五缸机的合力平衡并不意味着它不需要平衡轴，实际上它与三缸机面临同样的问题，因为在侧视方向上，合力产生的力矩仍然存在，而这个力矩会让整机存在平面内的摆振（端到端的振动）,解决方案也跟三缸机一样，一根两端带质量的平衡轴还是必须要有的。 由于布置上的限制，平衡轴不能放置在最佳位置（曲轴正上方，或者正下方，下图中红色平衡块），而只能偏移到发动机的一侧（下图中绿色平衡块），所以对于五缸机来说，震动并不能完全消除掉，前面说过的三缸机面临同样的尴尬。
六缸发动机 直列6发动机可以认为是将两个3缸发动机对称连接在一起，因此活塞1与活塞6相同的位置，活塞2与5相同，3与4相同…那么对于三缸机的端面振动是不是就相互抵消了呢？事实上却是如此，对于六缸机来说，发动机端到端是平衡的，所以整机不需要平衡轴。
直列六缸发动机每720°/6=120°曲柄角度点火一次。因此，曲轴的设计如下所示。点火顺序为1-5-3-6-2-4，还有一种点火顺序1-4-2-6-3-5
如果单纯的看端到端的话，那么四缸机也是平衡的。所以我们还要看看它的内力是否平衡，老规矩，上曲线图！因为有三对活塞速度加速度完全一致，所以我们看到了三条两两重合的曲线。
从曲线上来看，六缸机一阶加速度相互平衡，平没有二阶加速度派生，同时由于两个端到端的振动相互抵消，所以直列6缸堪称完美机型。这一点其实汽车工程师也早就知道，这就是为什么你看到很多早期的经典车型，都用直六发动机，比如一代经典宝马E46（BMW-325i）
当然直六6并不是唯一可以提供近乎完美的细化的配置，所有的水平对置发动机都是完全平衡的，但它的宽度超过普通机型2倍，此外还需要两套缸盖，凸轮轴等配气机构。所以相比来说还是直六最搞笑紧凑。 因为直六发动机的天生平衡性，所以无论将几个直六堆叠在一起，它都是平衡的，比如V12 ，因为点火顺序更加的密集，所以V12的平顺性更优于直六，比如一些豪华车，劳斯莱斯，宾利，迈巴赫都有V12的应用。
有一阵子V12发动机也因为其优良的平顺性以及动力输出，成为了F1赛场上的主要动力配置。 本田给F1提供的V12发动机雅马哈也曾经给F1供过发动机！！！！曾经的称霸F1好几个赛季的“红魔”现在辉煌不再，令人唏嘘。顶尖的竞赛就是如此，每个选手都在进步，停滞不前就是后退。V8发动机 直列发动机增加到了六缸，在乘用车上基本上已经走到了尽头，毕竟乘用车已经没有更大的空间去容纳更长的发动机了，所以V6，V8，V10，V12 才会应用而生。
V型发动机的分析方法与直列发动机相同，但更复杂。因为两列气缸不在同一平面之上，活塞的垂向加速度需要分解到同一平面之上才能进行结算抵消。不同的V6，V12相对来说仅仅是左右岸气缸夹角上的推敲，而V8的结构比较特殊，因为V8的曲轴设计衍生出了两种不同的曲轴形式。Flat-plane V8 和 Cross-plane V8 。 Flat-plane V8 (平面V8) 是因为曲轴所有曲拐都在同一个平面而得名。它像是两个直四引擎组合而成，夹角90°。而每一列气缸就是一个直四发动机，所以自然的实现了端到端平衡。所以Flat-plane V8 像是并联的两个直四发动机在工作，发出的声音也更接近一对直四引擎尖叫。
由于两岸都是直四发动机，都有二阶振动。对于一个90°夹角的V8，通过简单的矢量分解，两列活塞中产生的二阶力的总和是单列直四的1.41倍。振动的方向是从左到右，而不是自上而下。对于Flat-plane V8 在排量增加了100%，但二阶振动只比单一直四增加了41%。这就使得平面V8比同排量的直四更安静平顺。 由于端到端处于平衡状态，所以曲轴可以不增加平衡重，所以Flat-plane V8曲轴具有更轻的重量，作为结果，发动机的响应也更快。 法拉利所有的V8车型，TVRCerberaAJ PV8和莲花EspritV8都采用了平面V8，对于性能取向的跑车来说，少一点精致并不是一个大问题。特别是它们通常采用短行程和轻重量的活塞/连杆，二阶振动大大降低。 Cross-plane V8 (十字V8) 顾名思义，曲轴的四个曲拐组成了一个十字，如下图所示。
对于 十字V8s，首先发动机从端到端是有振动的，因为每列气缸第一个活塞与最后一个活塞在不同位置，这与直四不同。这里可以通过增加每个气缸对应的曲拐配重来解决这个问题。
对于十字°V8，当这样一个沉重的平衡重跟曲轴一起旋转时当右移时，来自一侧活塞的直线运动与之抵消，因为它们的运动在此时完全相反。如上图所示，左移时，另一侧的活塞刚好也抵消。因此，90°横平面V8采用平衡重的方式可以达到接近完美的平衡。由于点火、排气间隔与Flat-plane V8完全不同，Cross-plane V8 具有非常浑厚的声线，给人以低沉有力的感觉。但实际上由于曲轴增加了八片沉重的配置，所以发动机的响应被无形中拉低了。 总结： 看现在的呼声，似乎内燃机被取代只是时间问题。但不得不说，内燃机自发明以来，这一机构依然是最美妙复杂的机械，无数的天才工程师、调教师、在内燃机的发展历程中作出卓越的贡献，让它无限接近完美。也许有一天内燃机真的被取代，但它对整个工业，交通的发展，能源的转化方面的贡献无法替代。 点击下方二维码关注IND4汽车人职聘公众号 了解最新汽车行业招聘信息 本文来源【IND4汽车人】版权归原作者所有 |
