一般來(lái)講,氣缸數目越多,運行越平穩,發(fā)動(dòng)機的價(jià)格也越貴。以往復活塞式內燃機為例,燃料在氣缸中燃燒,推動(dòng)活塞做功,使汽車(chē)克服阻力運動(dòng)。發(fā)動(dòng)機要連續運行,就必須有循環(huán)周期,按照吸氣、壓縮、做功、排氣的動(dòng)作周而復始地運行。其中吸氣、壓縮、排氣都是耗功的。一般的四沖程發(fā)動(dòng)機每個(gè)氣缸的活塞來(lái)回四次,也就是曲柄要旋轉兩周才做功一次。因此單靠一個(gè)氣缸工作是比較困難的。就象我們踩自行車(chē),單腳踩很費勁。
踩過(guò)自行車(chē)的人都知道,踏板從上到下運動(dòng)時(shí)腳能用上力,踏板從下往上運動(dòng)時(shí)腳就用不上勁了,要靠慣性使車(chē)連續運動(dòng)。實(shí)際上,蹬自行車(chē)最有效的位置大約只有90度左右,如圖所示。即使兩只腳一起蹬,中間一些位置仍然是空的,要靠慣性維持運動(dòng)。發(fā)動(dòng)機也一樣,如果氣缸的數目比較少,就會(huì )產(chǎn)生動(dòng)力不連續現象,影響運行的平穩性。
如果兩個(gè)人踩一部自行車(chē),情況就不同了??梢园阉闹荒_用力的時(shí)間均勻分布在90度間隔,四個(gè)90度剛好是一周,動(dòng)力就不會(huì )出現斷續現象了。
四沖程汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的一個(gè)氣缸做功一次對應曲柄轉兩周,即720度。所以,一般4缸發(fā)動(dòng)機曲軸的相位角為180度,6缸發(fā)動(dòng)機的曲軸相位角為120度,而8缸則是90度。缸數越多,前后依次做功的間隔角度就越小,就越不會(huì )發(fā)生動(dòng)力斷續的情況,運行的平穩性就越好。
但是,為什么同樣缸數的發(fā)動(dòng)機,運行狀況有很大不同?多缸是發(fā)動(dòng)機運行平穩的一個(gè)重要條件,但不是唯一的條件,其實(shí)影響發(fā)動(dòng)機振動(dòng)的原因是很多的,其中慣性力就是一個(gè)重要的因素。
發(fā)動(dòng)機內高速運動(dòng)的零部件會(huì )產(chǎn)生很大的慣性力,造成發(fā)動(dòng)機的劇烈振動(dòng)。雖然對于定軸轉動(dòng)的構件如曲柄可以通過(guò)動(dòng)平衡方法減少由于慣性力對軸承產(chǎn)生的動(dòng)壓力,但對于缸數多曲軸長(cháng)的情況,會(huì )因旋轉慣性力而產(chǎn)生內力矩,使曲軸產(chǎn)生彎曲,影響運行平穩性。因此現在6缸以上高速發(fā)動(dòng)機氣缸大都采用V型排列,縮短曲軸長(cháng)度。
而對于非定軸轉動(dòng)的構件,如曲柄連桿機構中活塞和連桿的運動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力是無(wú)法在構件內部得到平衡的,這些慣性力的存在會(huì )使發(fā)動(dòng)機發(fā)生搖晃。對于這種類(lèi)型慣性力的平衡稱(chēng)為“機構在機座上的平衡”,涉及更加復雜的技術(shù)。此外,對于多缸發(fā)動(dòng)機而言,由于結構的差異、各零件制造尺寸加工誤差及材料密度的均勻性,都會(huì )影響到整機的平穩性。
慣性力的平衡是發(fā)動(dòng)機設計和制造中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,只有通過(guò)精心的設計和精確的測試手段,才能夠把慣性力的影響減至最小,品牌的差異在此亦可以略見(jiàn)一斑了。



