一般來講,
氣缸數(shù)目越多,運(yùn)行越平穩(wěn),
發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)格也越貴。以往復(fù)
活塞式內(nèi)燃機(jī)為例,燃料在氣缸中燃燒,推動(dòng)活塞做功,使汽車克服阻力運(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)要連續(xù)運(yùn)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(fù)始地運(yùn)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(jī)每個(gè)氣缸的活塞來回四次,也就是曲柄要旋轉(zhuǎn)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,單腳踩很費(fèi)勁。
踩過自行車的人都知道,踏板從上到下運(yùn)動(dòng)時(shí)腳能用上力,踏板從下往上運(yùn)動(dòng)時(shí)腳就用不上勁了,要靠慣性使車連續(xù)運(yùn)動(dòng)。
實(shí)際上,蹬自行車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(yùn)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)也一樣,如果氣缸的數(shù)目比較少,就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力不連續(xù)現(xiàn)象,影響運(yùn)行的平穩(wěn)性。
如果兩個(gè)人踩一部自行車,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(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象了。
四沖程汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣缸做功一次對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)兩周,即720度。所以,一般4缸發(fā)動(dòng)機(jī)
曲軸的相位角為180度,6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相位角為120度,而8缸則是90度。缸數(shù)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(xù)的情況,運(yùn)行的平穩(wěn)性就越好。
但是,為什么同樣缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī),運(yùn)行狀況有很大不同?多缸是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)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(jī)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(jī)內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)的零部件會(huì)產(chǎn)生很大的慣性力,造成發(fā)動(dòng)機(jī)的劇烈振動(dòng)。雖然對于定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件如曲柄可以通過動(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(shù)多曲軸長的情況,會(huì)因旋轉(zhuǎn)慣性力而產(chǎn)生內(nèi)力矩,使曲軸產(chǎn)生彎曲,影響運(yùn)行平穩(wěn)性。因此現(xiàn)在6缸以上高速發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸大都采用V型排列,縮短曲軸長度。
而對于非定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件,如
曲柄連桿機(jī)構(gòu)中活塞和連桿的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力是無法在構(gòu)件內(nèi)部得到平衡的,這些慣性力的存在會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生搖晃。對于這種類型慣性力的平衡稱為“機(jī)構(gòu)在機(jī)座上的平衡”,涉及更加復(fù)雜的技術(shù)。
此外,對于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言,由于結(jié)構(gòu)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(jī)的平穩(wěn)性。
慣性力的平衡是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造中的一個(gè)關(guān)鍵問題,只有通過精心的設(shè)計(jì)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一斑了。