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前言 中国汽车工业发展的黄金十年，让合资巨头在中国赚的盆满钵满。可能在轿车销量榜前十待着可能有点无聊了，通过也开始玩起了创意。别克
相对来说，宝马显得就更谨慎一些，没有一刀切的三缸策略，既有L3也有L4，而且让买到L4缸
客观上来说，三缸本身确实有不平衡的固有缺陷，但以现在的技术手段，解决这不平衡并不是世界难题，今天我就以门外汉姿态聊聊发动机平衡。 高品质的发动机平衡，有助于发动机在高转速下旋转更自由，提高红线，增加动力。发动机的平衡程度，很大程度上取决于发动机设计的基本配置。气缸的排列方式(直列的，V形的或水平相对的)。
有时候迫于一些空间、重量等限制，我们不得不选择并不理想的布置形式，这时候我们就需要花费额外的费用来设计一套平衡机构来抵消发动机自身的不平衡。 发动机的振动，说到底还是力的不平衡引起的，四冲程机器，720°曲轴角度（即2转）才能完成一个工作循环，它每两次曲轴转动就燃烧一次。只有做功冲程，能产生正功率，而进气冲程、排气冲程和压缩冲程会消耗功率，尤其是后者。因此，单缸发动机以周期性脉冲的形式产生动力。下图显示了如何的方式：
早期的发动机基本都是单缸机，为了平稳的动力传递，在曲轴端增加一个重型飞轮，利用其惯性来保持发动机大致以恒定的速度运行。当然，飞轮越重，动力传递就越平滑，但它也使发动机的响应性较差。
很显然，这种大单缸+大飞轮在固定场所用起来还挺好的，但对于汽车这样一个对重量敏感，并且希望发动机响应要快的产品需求，这种组合就不合时宜了。所以我们只能另辟蹊径，那就是多缸发动机，单缸发动机每2转点火一次，双缸发动机720/2=360°点火一次，3缸每720/3=240°点火一次，4缸180°点火一次……12缸发动机每60°曲柄角点火一次。显然，发动机拥有的气缸越多，动力传递就会变得越平稳。
发动机的振动是由部件的运动引起的，尤其是活塞和连杆的周期性上下运动，实际上，振动的方向不仅仅是垂直的。因为连杆是在做平面运动，所以它也有横向振动，如果是单缸发动机，连杆活塞的振动没有其他缸来抵消，所以整个机器会表现的得很暴躁！ 比如以振动+暴躁出了名KTM 摩托车，600CC排量下面都是大单缸当道。在250cc都设计成四缸的日本同行眼里，KTM 设计就是一坨屎一样…..但市场有时候就是这么怪，KTM 总是以最古怪的性能征服最自虐的客户。
技术控还是多聊聊技术，看完了单缸，我们看看多缸发动机是如何平衡的，这块实际比我们想象的要复杂得多。我们最好逐个案例讨论一下。 双缸发动机 对于双缸发动机来说，每转点火一次（或720°/2=360°曲轴角度）时，两个活塞的运行方向和位置完全相同。这意味着总振动是一个气缸产生振动的两倍。如果严格按这样的布局，这是非常糟糕的引擎配置，也只有过去最便宜的迷你车使用了它，如菲亚特128，本田N360等，
在用三缸都不被接受的今天，恐怕没有哪个厂商敢在汽车用双缸发动机，甚至连最小的日本k型车也没有。但双缸并没有退出历史舞台，比如：
没错，在两轮摩托车的世界里，还有很大一部分双缸发动机的存在，尤其在以低油耗、大扭矩、低故障为核心需求的拉力车、ADV 车型上，几乎都选择了双缸。
但是，如果仔细观察上图，你会发现，这两个活塞并不在同一高度？你没看错，这就是为了解决双缸振动问题而想出的办法，叫异步双缸。这种方案，其实算是一种无奈的妥协，它是在损失了扭矩平衡的前提下（720角度内，两缸扭矩爆发并不均等）获得了相对平缓的往复惯性力。
三缸发动机 三缸发动机由于发动机每240°曲轴角（720°/3=240°）点火一次，则曲轴设计如下图所示。（点火顺序为：1-3-2）
理论上，曲轴旋转，三个活塞和连杆的组合重心始终都将保持在同一位置，因此不会产生振动。有兴趣的读者可以自行数学分析，总的合力确实为零。但为什么三缸机还是那么的不平衡呢？ 事实上，这就是平面运动与空间运动的差异，如果我们只看上面左图，结论是正确的。我们假设了三个活塞作用力在一条直线上。实际上，在另一个方向上，他们并不在一条线上，如上右图所示，也就是虽然合力为0，但力产生的力矩并没有抵消。这个力矩会让曲轴振动，曲轴的振动最终会反映到整机的振动，如果不加以限制，我们将会看到一个活奔乱跳的三缸机！
因此，三缸发动机必须要配一个由曲轴驱动的平衡轴。在平衡器轴的两端都有一个重量。重量向与端活塞方向相反的方向移动。当活塞上升时，重量就会下降。当活塞下降时，重量就会上升。因此，端到端振动可以通过以与曲轴相同转速的平衡轴进行平衡。
对于带着变速箱的动力总成来说，由于飞轮端硬生生多出一块质量，所以飞轮端的振动被削弱了不少，此外曲轴本身也可以做平衡重，所以很多三缸机平衡只有链条端。
四缸发动机 四缸发动机是当今乘用车上搭配最为广泛的一种机型，几乎到了99%。
直观感觉，似乎直四发动机达到了一个完美的平衡，1-4缸和2-3缸的运动方向相反，惯性力完全抵消。活塞1和4是一对，而活塞2和3形成另一对。因此，活塞1-4的运动由活塞2-3来平衡。
但实际上直四发动机不但需要平衡，而且需要双平衡轴，两倍的曲轴转速来平衡振动。
这一点与三缸发动机不同，这是因为直列四缸发动机产生的振动与三缸发动机不大一样，这是为什么呢？ 这是因为我们分析的只是一个极限位置时的情况，实际上在1-4缸活塞的整个运动过程中并不能与2-3缸活塞时刻平衡，如下左图所示，相同的曲轴转角，上行活塞走的行程b大于下行活塞行程a，也就是活塞离曲轴越远（上止点）活塞的线速度越大，而活塞离曲轴越近（下止点）活塞线速度越小。 既然行程不同，那么微分之后的速度、减速度也不相同，所以上下行的活塞实际上并不能时时刻刻达到力平衡，这就是所谓二阶往复惯性力的来源。
上右图为水平对置发动机的情况，从图示我们可以看出，由于不存在相位差，两个活塞始终处于相同线速度的反向运动，所以水平对置发动机是非常理想的一种自平衡机型。
回过头来继续研究直四发动机的平衡问题。现在我们建立一个坐标系，横坐标表示曲轴转角，纵坐标代表活塞加速度（一阶往复惯性力），那么将上行和下行的活塞加速度描绘到坐标内，如下图所示，只有在几个点能达到力平衡，其他位置都不平衡，将两个加速度曲线叠加起来就得到了二阶往复惯性力曲线，而且周期是曲轴的一半，比较欣慰的是二阶往复惯性力是一个完美的正弦波，而不像一阶往复惯性力那般的不对称。
到这一层，我们基本上明白了啥是个二阶往复惯性力，虽然这个惯性力是上下方向的，但要平衡它却并不容易，为什么？？？理论上，如果我们在曲轴正下方设计一个平衡轴就能平衡这个惯性力了是吧？如下左图所示。
左图虽然可以平衡垂向力，但又凭空制造出了侧向的不平衡，所以要想平衡垂向力，同时又不增加其他负面影响，得用两根平衡轴，而且这两根平衡轴是反向转动，侧向力相互抵消，而垂向力相互叠加。 由于篇幅有限，本篇文章暂且讨论至此。下一篇我们继续讨论5缸，6缸，8缸，10缸，12…..128缸^_^发动机的平衡问题。 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 |
