[閒聊] Engine Smoothness：引擎平順性

看板biker (機車摩托車)作者herejia時間13年前 (2013/04/06 22:58)推噓9(9推 0噓 4→)

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原文：http://www.autozine.org/technical_school/engine/smooth1.htm ============================================================================== 前言：一具良好的引擎必須運轉平順、震動與噪音低。這些性質也能幫助引擎達到更高的轉速，提升馬力。引擎的平順性主要是由引擎配置決定，如汽缸數、汽缸排列方式(並列、V 型、水平對臥etc)或Ｖ型引擎的汽缸夾角。有時候會看到車廠裝上了配置較差的引擎，大部分都是因為空間或成本因素，這時候就必須用配重塊或平衡軸來平衡引擎震動，而代價就是一些的動力損失。強化引擎體、曲軸等等也可以吸收一定的震動或噪音，另外減少各零件間的摩擦力也能取得一些效果。動力輸出的平順性：一個汽缸要完成一次四行程循環的話曲軸需要旋轉兩圈(720 度)，所以曲軸轉兩圈一個汽缸點火一次，而只有在動力行程會產生正的動力輸出，在吸氣、排氣特別是壓縮行程都需要消耗動力。因此，單缸引擎的動力輸出就像一個周期性的脈波，參考原文圖.1。所以為了讓輸出平順，每個引擎都需要厚重的飛輪，利用他的慣量來讓引擎可以大致維持在等速運轉。想當然耳，越大的飛輪引擎運轉越平順，但是引擎反應也越慢。所以輸出特性沒辦法靠一味的加大飛輪來改善。因此我們需要多缸引擎，因為單缸引擎曲軸轉兩圈輸出一次動力，雙缸引擎就變成360(720/2)度輸出一次，三缸引擎240(720/3)度輸出一次，當變成四缸引擎就變成轉半圈輸出一次了。顯然，汽缸數越多，引擎輸出的平順性越好。這也是為什麼並列六缸引擎跟Ｖ型12缸引擎在慣量平衡上一樣優異我們還是比較喜歡Ｖ型12缸的原因。震動的原因：引擎震動是因為內部零件在運轉時的運動所產生，特別是活塞與連桿。以單缸引擎來說，如果沒有平衡塊、平衡軸，引擎就會上下跳動。不過實際上震動的方向不只上下，因為連桿會橫向運動，所以也會包含橫向的震動。但是由於連桿的質量比較小，所以這個方向的震動較小。那麼多缸引擎的震動是什麼情形呢？這個就比較複雜了，需要對個別情況一一討論。並列雙缸：如果雙缸引擎想要等間隔點火，那麼兩個汽缸的相位就需要相差360(720/2)度，這就表示兩個活塞會在同樣的位置，會有一樣的運動。所以震動都是單缸引擎的兩倍大，所以機車上的雙缸引擎通常都不會是等間隔的配置，有的180度，有的270度，不然就是用一些額外的手段平衡，像BMW F800。 BMW F800：http://www.ashonbikes.com/bmw_engine_balancer 並列三缸：三缸引擎的話就是240(720/3)度點火一次了，曲軸的設計如原文並列三缸部。從圖上看來，不論曲軸怎麼轉活塞、連桿都能平衡得很好，但是為什麼我們還是能在三缸引擎上看到平衡軸呢？這是因為活塞運轉不是在同一位置上，而是在曲軸的三個不同位置，所以震動發生在曲軸頭尾兩端。所以並列三缸引擎會有根平衡軸，軸的兩端分別有個配重塊，兩個配重塊相差180度。並列四缸：並列四缸引擎則是需要兩個轉速是引擎轉速兩倍的平衡軸來平衡引擎震動。這跟三缸引擎有很大的差別，所以很明顯的四缸引擎的震動來源與三缸不同。震動的來源是二階力這個力通常比一階力還小，頻率則是一階力的兩倍。但是因為並列四缸的設計讓二階力放大成兩倍，所以讓他難以被忽略。因此就演變成我們常看到的雙平衡軸設計了。而水平對臥四缸引擎則可以不用平衡軸就漂亮的去除這個震動。 (一階、二階力懶得翻，可以看原文或是我上一篇十字面曲軸) 剩下的在機車上就不常見了，有興趣自己看吧 -- ※ 發信站: 批踢踢兔(ptt.cc) ◆ From: 114.44.71.205 ※ 編輯: herejia 來自: 114.44.71.205 (04/06 22:58)

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lorleninmam

04/06 23:09, , 1^F

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snowcoat

04/06 23:58, , 2^F

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a922955

04/07 00:09, , 3^F

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FrankTripp

04/07 00:18, , 4^F

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V2、V4也是一樣，要看引擎運轉順不順、能不能到高轉、震動大不大，主要就是看他的慣性力與慣性力對曲軸造成的扭力還有點火間隔。所以V2引擎在夾角90度時，慣性力方面的平衡很好，這也是為什麼V2引擎的夾角很愛90度的原因，但是在點火間隔方面就必須做出妥協。至於V4你就把它當成兩顆V2並在一起吧，一樣有很好的力學平衡，但是點火輸出的平順度更好。 ※ 編輯: herejia 來自: 114.44.71.205 (04/07 01:44)

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imanikki

04/07 02:00, , 5^F

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yaohuei

04/07 02:01, , 6^F

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有興趣再更進一步研究的可以看下面這pdf http://www.tonyfoale.com/Articles/EngineBalance/EngineBalance.pdf ※ 編輯: herejia 來自: 114.44.71.205 (04/07 02:03)

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gtmmy

04/07 02:17, , 7^F