各位朋友們,實話實說,你們有沒有覺得好像對於汽車內燃機的感覺已經變了,和以前不一樣了?
就像五年前,一般像賓士AMG 6.2升,福特猛禽6.2升,甚至是道奇蝰蛇V10的8.4升的排量才叫大;但是現在呢?賓士奧迪的4.0T已經算很大排量,諸如3.5L,3.0T,甚至是2.9T,也都能夠叫大排量了。而至於小排量,以前說2.0T是小排量,但現在1.5T都裝在賓士E身上了,你還能說啥?
更誇張的現在連1.2T都還有車企嫌排量大了,想做成1.0T。
可能這就是趨勢吧,節能減排與新能源的大趨勢;如果你無法反抗,與其被強,還不如享受。
不過另一方面,排量小了還好說,好歹馬力和扭矩都因為技術進步提升了;但是三缸機真的不能忍,是個人都不能忍,即便是平衡軸+飛輪+更好的懸吊,都還是無法媲美更好的四缸機。
可能就有朋友會想了,四缸是雙數,很平衡,不抖;而三缸是單數,不平衡,所以抖;那麼,如果趨勢無法改變,為什麼不再減少一個缸,比如雙缸發動機也是雙數,是不是就會不抖了呢?
在回答這個問題以前,我們先來看點基礎知識。
【為什麼四缸平順,三缸卻巨抖】
首先您要明白,發動機裡的活塞是很重的,類似於您家裡的啞鈴,它在工作的時候上下來回運動,本身就會產生巨大的帶方向的力衝擊。
而這個衝擊的力,就會傳遞到發動機整體上,形成抖動。
當然,這是一個活塞工作的方向力,如果這時候旁邊又有個活塞跟它往相反的方向運動,一個往上,另一個就往下。這樣就能兩兩抵消上下運動產生的振動。
但是這又引發新的問題,因為在傳統直列布局引擎中,活塞是並排放置,所以在兩者一上一下的時候,雖然中心點能保持穩定,但是整體卻會因為品質的不平衡而左右擺動,或者叫扭動。
於是,消滅了一個振動之後,第二個振動出現了。
解決方案就是給這一對兒活塞再加一對與它們完全映象運動的活塞,就能把這個扭動給平衡掉了。
而結果,正好就是四缸機。
因為振動能夠抵消,所以四缸機我們說是平順的;但問題是,三缸只少了一個缸,為什麼抖動成倍的增加了?
問題就出在單數上,因為沒有任何一個活塞能夠在發力時角度剛好與另外一個活塞抵消,完全沒有;永遠是兩個活塞在做同向運動,另一個活塞在反向運動,類似於用1去抵消1.5的意思,抵消不完。
所以三缸發動機在運轉時就會一刻不停的扭動,就像您看見它在發動機艙裡跳舞一樣:曲軸旋轉每一週整體就扭動一次,這個就叫一階振動,這是3缸發動機振動的最主要來源。還有曲軸旋轉一週發生兩次的,也就是半圈一次,就叫二階振動;以此類推還有N階振動等等。
但是,既然工程師最終還是把三缸機裝在了您的車上,上述的問題肯定是想辦法在解決的,他們的做法是通過加一根與曲軸反向旋轉的平衡軸、外加雙品質飛輪來抵消這個不平衡力,只是問題在於發動機工作時的扭矩是不恆定的,但是用於反向抵消的力卻是恆定的。
所以也只能是抵消一部分而已,依然抵消不完,感知上能接受,但資料上還是不如四缸機。
【那雙缸機能解決抖動問題嗎?】
在上一分段的內容中,已經從單缸到雙缸,再到四缸講述了平順性的進步,不過,那裡的雙缸指的是四缸機中單一對的雙缸,他們是同步工作的,就像下圖這樣。
優勢非常明顯,做工連續,不會有三缸怠速時那樣的動力中斷感,只是缺點在於兩個活塞同向運動,且無抵消機械,振動無可避免。
那如果改成一個活塞上,另一個活塞下的完全抵消非同步工作邏輯呢?
我們可以看一下下圖的非同步雙缸做工衝程表格。
這裡面有個問題,平順倒是平順了,但每兩次做工之間,是不是時間間隙有點大?這樣的話動力中斷感會非常強。
看起來,雙缸似乎還是不行,三缸雖抖,但至少還能在動力連續性與平順性方面尋找一個平衡點,而雙缸,要麼巨抖但動力連貫,要麼動力斷斷續續,但是平順,兩者只能選其一。
但是慢著!三缸工程師都有解決問題的方案,雙缸怎麼會沒有?
答案就是水平對置!我們上面討論的振動都是因為佈局形式是直列布局,但是如果改用水平對置,就能完美化解雙缸的問題;特別劃重點的是,在水平對置之後,本來直列同步的活塞,此時就相對運動了,在做工衝程均勻的背景下還能保持不錯的平順性,就像下圖所示這樣。
如此一來,簡直完美。
但是,為什麼沒有車企願意這麼做呢?
答案是成本,本來直列布局一個缸蓋可以解決的問題,水平對置就需要兩個缸蓋,本來單側就能解決進排氣問題,現在進排氣管路也得分兩邊,同時,還有水平對置一直居高不下的潤滑機構成本;再外加現在的渦輪化趨勢,要佈局渦輪,水平對置的難度遠高於直列和V型佈局。
試想一下,本來三缸渦輪賣10萬的車,如果因為改用水平對置佈局賣到13萬,動力配置完全相同,您會買嗎?
相信大多數人的答案是不會。
所以在最後,對於雙缸能否解決三缸抖動的問題,您應該知道答案了。
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