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船用柴油机-汽车发动机缸数增多有何结果?直列五缸发动机的优势解析气缸直列式发动机

来源:应急救援装备网  作者:蓝品汇优采云   2024-09-03 阅读:85

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直列四缸发动机

上一篇文章我们讲了单缸、双缸、三缸、四缸发动机的平衡问题,今天我们继续讨论,看看如果增加发动机气缸数,会有什么结果。

五缸发动机

直列五缸发动机在汽车行业并不常见,在过去的20年中,只有奥迪(2.2和2.3升)、本田(Acura TL)、沃尔沃(2.0升、2.3涡轮增压和2.4升)、菲亚特集团(2.0升、2.3涡轮增压和2.4升)、(2.0和2.4升系列)和梅赛德斯柴油机采用了这种设计。

不过直列五缸发动机也有自己的优势,第一,它填补了4缸与6缸发动机之间的排量差距;第二,它与4缸发动机相比,省去了一根平衡轴;第三,它与6缸发动机相比,排量更小,比80年代的还要短,所以可以横置在前轮驱动车的发动机舱内。

直列四缸发动机

直列五缸发动机每 720°/5=144° 曲轴转角点火一次。因此,曲轴设计如下图所示。点火顺序为 1-3-5-4-2

五缸发动机的平衡性绝对会颠覆你的认知,它和三缸发动机有异曲同工的效果,五个活塞的垂直合力互相抵消,而不会像四缸发动机那样产生二阶往复惯性力,如下图所示。

五缸发动机虽然有了平衡的合力,但并不代表它不需要平衡轴直列四缸发动机,事实上它面临的问题和三缸发动机是一样的,因为在侧视方向,合力产生的力矩依然存在,而这个力矩会让整台机器产生面内振动(端到端的振动),解决办法和三缸发动机一样,两端带质量的平衡轴还是有必要的。

由于布局限制,平衡轴无法安放在最佳位置(曲轴正上方或正下方,下图红色平衡块),而只能偏向发动机一侧(下图绿色平衡块)。因此对于五缸发动机来说,震动无法完全消除,上文提到的三缸发动机也面临同样的尴尬。

六缸发动机

直列四缸发动机

直列6缸发动机可以看作是两台3缸发动机对称连接,所以1号活塞和6号活塞位置相同,2号活塞和5号活塞位置相同,3号活塞和4号活塞位置相同……那么三缸发动机的端面振动相互影响其实也是这样的船用柴油机,对于六缸发动机来说,发动机从头到尾都是平衡的,所以整机不需要平衡轴。

直列六缸发动机每 720°/6=120° 曲轴转角点火一次。因此,曲轴设计如下。点火顺序为 1-5-3-6-2-4。还有 1-4- 2-6-3-5 点火顺序

如果我们简单地从头到尾看,四缸发动机也是平衡的。所以我们还需要看看它的内部力是否平衡。像往常一样,我们必须把它放在图表上!因为三对活塞的速度和加速度完全相同,所以我们看到三条线。两条重叠的曲线。

从曲线上看,六缸发动机的一阶加速度是平衡的,没有二阶加速度导数。同时,由于两个端到端的振动相互抵消,直列6缸可以称得上是一个完美的模型。其实汽车工程师早就知道这一点了。要知道,这就是为什么你会看到很多早期经典汽车都采用直列六缸发动机,比如经典的宝马E46(BMW-325i)

当然,直六并不是唯一能够提供近乎完美精致度的配置。所有水平对置发动机都经过完全平衡,但它的宽度是普通型号的两倍直列四缸发动机,还需要两组气缸盖和凸轮轴。所以相比之下,直六是最有趣和最紧凑的。

因为直六发动机天生就平衡,所以不管多少直六叠加在一起都是平衡的,比如V12,因为点火顺序更密集,所以V12的平顺性比直六要好,比如一些豪华车,比如劳斯莱斯、宾利、迈巴赫都有V12发动机。

一时间,V12发动机凭借其出色的平顺性和动力输出,成为了F1赛场上的主力动力配置。

本田为F1提供V12引擎。雅马哈也曾为F1提供引擎!!!曾经称霸F1几个赛季的“红魔”如今不再辉煌,令人惋惜。这是顶级赛事,每一个选手都在进步就是进步,停滞不前就是倒退。V8引擎

直列发动机已经延伸到六缸,这在乘用车上基本已经走到了尽头,毕竟乘用车已经没有更多的空间容纳更长的发动机了,于是V6、V8、V10、V12就诞生了。

直列四缸发动机

V型引擎的分析方法与直列引擎相同,但更为复杂,因为两排气缸不在同一平面,活塞的垂直加速度需要分解到同一平面上才能稳定抵消船舶电子与信息设备保养,只是左右排气缸夹角的问题。V8的构造比较特殊,因为V8的曲轴设计衍生出两种不同的曲轴形式:Flat-plane V8和Cross-plane V8。

平面式 V8 之所以得名,是因为所有的曲轴都在同一平面上。它就像是两台直列四缸发动机合二为一,两台发动机之间呈 90° 角。每排气缸都是一台直列四缸发动机。因此自然而然地就实现了端到端的平衡。所以平面式 V8 就像是两台直列四缸发动机并联工作,它发出的声音更接近于一对直列四缸发动机的轰鸣。

由于两排都是直列四缸发动机,所以存在二阶振动。对于90°夹角的V8,通过简单的矢量分解,两排活塞产生的二阶力之和是单排直列四缸的1.41倍。方向是从左到右,而不是从上到下。对于平置V8,排量增加了100%,但二阶振动只比单排直列四缸高41%。这使得平置V8比同排量的直列四缸更安静、更平顺。

由于曲轴端到端平衡,不需要平衡重,因此平面 V8 曲轴更轻,从而发动机响应更快。

法拉利的所有 V8、PV8 和 Lotus 都采用平面 V8,对于注重性能的跑车来说,精致度稍差一点并不是什么大问题。尤其是由于它们通常使用短行程和轻质活塞/连杆,二阶振动大大降低。

十字平面V8(Cross V8)顾名思义,曲轴的四个曲柄形成一个十字形,如下图所示。

对于横排V8来说,首先发动机从头到尾的震动是因为每排气缸中第一个和最后一个活塞的位置不一样,这一点和直列四缸不一样,可以通过增加对应每个气缸的曲轴配重来解决这个问题。

对于十字型V8来说,这么重的配重块随着曲轴转动时,曲轴右移后一侧活塞的直线运动就会抵消,因为它们的运动现在是相反方向的。而当另一侧活塞偏移时,另一侧活塞也会偏移。因此90°水平面V8可以通过使用配重块达到近乎完美的平衡,由于点火和排气间隔与Flat-plane V8完全不同,Cross-plane V8有着非常低沉的声音,给人一种深沉有力的感觉。但实际上由于增加了8根重型曲轴,引擎响应无形中被拉低了。

总结:

从目前的呼声来看,内燃机被取代似乎只是时间问题。但必须说,自发明以来,内燃机依然是最奇妙、最复杂的机器。无数才华横溢的工程师和培训师为内燃机的发展做出了杰出贡献。这些贡献使内燃机无限接近完美。也许有一天内燃机真的会被取代,但它对整个工业、交通运输、能源转换发展的贡献是无可替代的。

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