一台发动机高级与否 很大程度就看它 (转帖）

蓝哥哥

一般来说，我们怎么判断一台发动机好不好？除了看马力看扭矩，我们还会看这台发动机运转平稳不平稳，噪音大不大，这些都是不需要什么专业知识就能轻易分辨的。一般来说，一台发动机越是平稳，噪音越小，自然就越高级。

但是，这些振动噪音又是从何而来？是什么影响着发动机的振动和噪音？


关于振动

发动机运行就肯定有振动，这是大家都知道的。但振动是哪里产生的？振动会对发动机造成什么影响？这看起来简单的问题，解答起来就复杂了。实际上，在汽车专业的大学里，单单是研究发动机振动的书，就能有好几十本，限于篇幅我们没法为大家完整介绍，因此在这篇文章里，我们只为大家介绍发动机振动的两个最基础的概念：一阶振动和二阶振动。


在开始之前的一些基础理论
在正式开始之前，一些基础的东西大家是要知道的。首先，汽车发动机是四冲程发动机，活塞上下往返共4次，火花塞点一次火做功一次，活塞通过连杆连接着曲轴，活塞上下4次，曲轴转2圈共720度，也就是活塞每一次从上到下（或反过来）运动，曲轴转动180度。很简单，相信大家已经懂了，接下来开始研究一阶振动。


一阶振动
首先我们很仔细地分析活塞的每一个动作对曲轴的影响，首先是吸气，压缩，活塞都没有受到太大的力量，曲轴拉着活塞往上走，活塞到了上止点，点火爆炸，活塞被向下猛推，这一下会对曲轴产生一个轴线方向斜向下的大幅震动，活塞不断运行，这个同方向的振动不断累积，整台发动机本体就会跟着一起上下剧烈抖动，这就是单缸发动机为啥振动这么大的原因了。

为了解决这个问题，工程师只能给发动机配上更多个气缸，多个气缸之间，因为点火在曲轴相对位置上的不同，会形成对某个方向力的平衡。怎么说呢？我们进一步分析曲轴的受力状况。

上图是一个曲轴，一个气缸做功会对它的一端产生力，而相邻的气缸的受力位置跟前一个气缸相反，也就是会在曲轴的另外一端产生一个相等的力，这些力全部由曲轴两个气缸连接处中间那个轴承受，这个轴承受的力，我们叫它旋转力矩。

当然，相邻气缸之间产生的旋转力矩是有方向的，这个有指向的振动，加上活塞上下运动带来的振动，我们称之为一阶振动。要抵消一阶振动，只能通过产生一个力量相同方向相反的旋转力矩加以抵消，而能抵消一阶振动的，我们至少需要在同一条曲轴上安排4个气缸，也就是大家熟悉的直列4缸机。

而直列3缸，由于无法完成抵消，需要一个大重量的平衡轴来做到直列4缸的事情，因此，直列3缸在平顺性上，和天生平衡的直列4缸存在差距。


二阶振动
直列4缸解决了一阶振动，但它无法解决的，是二阶振动。在发动机振动里，一阶振动占70%，二阶振动占30%。但二阶振动又是什么意思呢？

解释二阶振动有点复杂，需要大家用一点空间思维能力。我们首先把活塞--连杆--曲轴这个系统单独拆出来解释。活塞连接着连杆，连杆连接着曲轴，活塞上下跑，带着曲轴旋转。但慢着！这里问题就来了，活塞运动的距离和曲轴运动的距离一样吗？

不一样，我们把曲轴的旋转展开为一条直线，再和活塞连杆对比的话会发现，活塞跑得明显比曲轴快。因此回到上一步来，两者之间速度的差异，就会在曲轴轴颈产生振动，这，就是二阶振动。

那么怎么解决二阶振动呢？只有一个办法：尽可能在一条曲轴内安插尽可能多的气缸，而且气缸数量必须为偶数（原因太复杂，大家想知道的话我们另外再写）。因此，宝马推崇的直列6缸在平顺性、噪音上明显好于直列4，原因就是因为直列6不仅抵消了一阶振动，连二阶振动都抵消了。


最平顺的发动机？
按照上面的分析，一条曲轴有6个气缸最平顺（有8个当然更好，但如今你有见过直列8缸吗），因此，直列6缸，或者是每边6个气缸构成的V12，是当今所有发动机里最平顺的。而缸数为奇数的，都要比偶数缸的平顺性更差。

学习了！