既然三缸機因為不平衡會抖動,那為什麼車企不直接研發兩缸機?

時光景物


都說三缸機不平衡會抖,為什麼車企不做兩缸機呢?你對三缸機的原理有點太想當然了,以為三缸機抖動是因為奇數缸導致的物理不平衡才會抖動嗎?那你也太小瞧發動機工程師的實力了,如果三缸機抖動的原因這麼簡單,早就被解決了,車企還用得著加平衡軸,加機墊這麼複雜嗎?

三缸機的抖動原因是由於內燃機的做工衝程,為啥說六缸機到四缸機,和四缸機到三缸機完全不是一碼事,體驗是斷崖式的下跌,原因就在於,這跟本不是單純的缸數減少的問題。

三缸為什麼會抖呢?這其實是和內燃氣的做工衝程有關係,四衝程發動機一個工作循環曲軸轉兩圈720度,為了保持平衡,各缸點火間隔角要求都相等,因此4缸各缸點火間隔角為180度,6缸為120度,而3缸為240度。,

一般做功間隔角越小,動力輸出越平順,震動越小。另外4缸發動機採用1-3-4-2點火順序,而3缸發動機只能採用1-3-2的點火順序。四缸發動機四個氣缸始終有一個氣缸處於做功狀態,但是三缸發動機不能做到,需要加上平衡軸充當一個氣缸做完一次功之後,才能換另一個真氣缸工作,這就導致做功不連貫,產生振動。

說這個可能一般人不太理解,打個簡單的比方,就像四個人報數,本來的順序是1-2-3-4,大家循環報數,還挺流暢的,突然抽掉了1個人,就不能順利報完四個數了。所以只能在裡面加一個喇叭循環播放數字4,代替真人報數,這個喇叭就相當於平衡軸。

所以車企為三缸發動機加上平衡軸、襯套、控制發動機轉速,從而導致目前市面上大部分三缸機都存在抖動大、輸出不平順等問題。車企為了抑制這種抖動,採用了各種各樣的方式,加平衡軸、加襯套、控制發動機轉速等等 ,來抑制振動。但是這樣的措施,首先是耐久性不敢保證,可能使用幾年之後就會產生振動增加、噪音變大的現象。此外,還會增加油耗,所以同排量同技術的三缸機並不比四缸機省油。

最後,很多人預測說,未來會進入兩缸機甚至一缸機時代,但是從四衝程發動機的原理來說,這是基本不可能實現的,因為抖動和不平順問題更加難以解決,並且屬於燃油機的輝煌已經在慢慢逝去。在內燃機最後的榮光歲月,連最激進地通用都在逐步換回四缸發動機了,可見四缸機在未來一段時間內還將是主流。


老司機侃侃車兒


在回答這個問題之前,我們需要先了解一下發動機為什麼會產生抖動,那麼我們就先從發動機氣缸的運轉方式及點火順序來進行講解。

先來說四缸發動機

現在的汽車發動機基本都是直列L發動機,常見的四缸發動機就是它的四個氣缸呈一條直線排列,且每個氣缸在工作時都會經歷:進氣衝程-壓縮衝程-做功(點火)衝程-排氣衝程,這四個階段,也就是我們所謂的“四衝程發動機”。

既然有4個氣缸,這就存在著一定的點火順序,如果汽車只是純粹的追求發動機的輸出馬力,那麼你可以採用4缸同時點火的方式,但這就存在幾個問題。首先是發動機的動力的輸出範圍會很小,動力的提升所受的侷限性會很大;其次由於四衝程發動機有四個不同的運轉階段,4個氣缸如果同時點火,相鄰氣缸間的荷載會增加,無法保證發動機的平穩運轉,容易出現動力的不連續性。

所以為了保證發動機每個氣缸在運轉一個週期後,始終會有至少1個氣缸的運轉狀態能夠無縫銜接上,並減小相鄰氣缸間所帶來的影響,我們就會讓四缸發動機採用單缸順序點火或者雙缸點火的方式。

單缸點火:為了讓發動機有一個平穩的運行狀態,保證動力的輸出性,以及降低相鄰氣缸間的相互影響,4缸發動機的點火順序一般都是:1-2-4-3或者1-3-4-2。

雙缸同時點火:指的是兩個氣缸共用一個點火線圈,且只能用於氣缸數為偶數的發動機。當兩個氣缸的活塞同時接近氣缸的上止點時(其中一個氣缸進行壓縮衝程,另一個氣缸則進行排氣衝程),兩個火花塞共用同一個點火線圈會同時點火。

這時進行壓縮衝程的氣缸由於處於高壓低溫的混合可燃混合氣中,該氣缸會產生有效點火,而另外一個處於排氣衝程的氣缸,由於下一個衝程是進氣衝程,它此時的點火則是無效點火。由於兩者的火花塞電極間的電阻完全不一樣,所產生的能量也不一樣,因此有效點火的所產生更多的點火能量。

汽車的抖動主要來自於活塞上下做功的整個過程以及旋轉扭矩變化,這被稱為“一階震動”,但四缸發動機由於是偶數,它從結構上可以平衡掉大部分的“一階震動”。不過四缸發動機在運轉時,除了會產生“一階震動”以外,還會產生“二階震動”。“二階震動”主要是由曲軸帶動活塞運轉過程中的不同行程所帶來的,雖然“二階震動”發生的比例不高,但它卻很難被氣缸間的相互運動所平衡,這也是發動機運轉抖動的主要來源。

三缸發動機由於是奇數,且其他氣缸可能還未做完一個完整的衝程,就會發生一次點火,因此多個氣缸間很難做到用同向衝程去抑制抖動,再加上依舊存在無法完全被抑制的“二階震動”,因此我們常說三缸發動機的抖動是孃胎裡就帶來的,沒法改變。但三缸發動機的抖動我們還是可以通過外部手段來加以改善,比如添加平衡杆去抑制三缸機頭的抖動幅度。至於加平衡杆抑制抖動的原理,不是本文介紹的內容,這裡就不累述了。

那麼兩缸發動機是偶數,它在運轉時的震動會相互抑制嗎?

壹車熱評可以負責的告訴你,兩缸發動機只會讓你覺得更抖。

雙缸發動機雖然是偶數,它看似可以通過相對應位置上的氣缸通過同向衝程的方式來抵消相互間的震動,但曲軸在完成一個完成四衝程做功是需要旋轉720°,但兩缸發動機的兩個氣缸之間,它們的點火間隔只有360°,也就是說當一個氣缸處於點火衝程時,另外一個氣缸則處於吸氣衝程。

在這種情況下,雖然兩缸活塞都處於同向衝程的位置,也就是運行方向相同,但由於一個會產生點火能量釋放,另外一個沒有,就算其他震動可以通過同向衝程完全抵消,但這個能量釋放所產生的震動確是無法抵消的。而缸數越多,未產生能量釋放的氣缸會通過自己的衝程做功去抵消產生能量釋放氣缸所帶來的抖動,所以從發動機的結構和運轉原理上來說,兩缸發動機的抖動只會比三缸更加厲害。

那麼說到這裡可能會有人說現在已經有車企在生產,帶有兩缸發動機的汽車了,比如菲亞特500所搭載的TwinAir發動機,而且有的車型還可以發動機處於低功率輸出的狀態下主動關閉一定數量的氣缸,只留兩個氣缸保持運轉。但這些車型在處於兩缸運轉時都有一個共同特點,那就是低功率輸出。

也就是在兩缸運轉時儘量將發動機的運轉功率降到最低限度,比如菲亞特500的這款兩缸發動機,它的馬力輸出只有區區的84匹,這個動力也就僅夠兩個人出門隨便轉轉罷了,說白了也就相當於買了個家裡玩耍的“寶貝”而已。所以今後車企如果為了獲得更低的排放,以及更好的燃油經濟性,開始研發和生產兩缸發動機,那麼這類發動機的排量註定不會太大,否則那真的會讓車主被抖得懷疑人生。


壹車熱評


發動機抖不抖不是看它缸數的奇偶,而是看在一個循環過程中做功的程度覆蓋。比如轉一圈360度,四缸機一個缸90度,三缸機一個缸就要覆蓋120度,同理兩缸得180度。一個循環發力越綿密,當然越平順。就比如你用錘子釘釘子,你是輕敲四下比較穩定,還是猛敲兩下震動小?所以那種豪車,發動機缸數更多,什麼六缸八缸十二缸,馬力大而且更舒適


去玩兒好不好


現在的活塞式發動機,各缸是異步工作的,任何時候都只有一個缸在燃爆、推動,所以都是不平衡的。

區別不過在於,發動機轉動一圈燃爆的次數不同。相同轉速下,缸數越多,燃爆的頻率越高,感覺上,發動機運轉更平順、聲音更連貫。

所以,別用平衡這個詞,曲軸在慣性轉動時都是平衡的,無論幾缸,而在推動時,都是不平衡的,無論幾缸。

理論上,行星佈局,偶數缸,兩兩對稱精準同步工作的發動機,才有可能做到“平衡”,但仍做不到“平順”。

我的意思,題主大概沒弄清楚自己說的是什麼。


SmileyWalker


因為最近幾年來、排放及油耗規則日益的嚴苛,所以各大車企紛紛開始研發三缸發動機,所以各位朋友也都對三缸發動機或多或少的產生一些瞭解,當然三缸機先天抖動問題也被大家所瞭解(先天抖可以通過後天平衡來抑制)!三缸機抖,難道雙缸機就不抖?實際上三缸機抖、雙缸機抖得更厲害,除了抖之外、雙缸機的性能方面同樣存在問題!

現如今、各大車企都將著面臨平均油耗不得超過5.6L的這個坎,所以三缸的研發其實就是一個必然;突破這個坎、即便造出的三缸機非常抖(假如不做處理),也能湊合用;而如果沒辦法突破這個坎,那麼連發動機都沒辦法去生產,所以連用的都沒有,這就是規則制約的殘酷,所以三缸機是唯一的出路(只是拉低平均油耗,不代表四缸機就不生產了),所以如豐田、本田這樣有混動技術的企業、也開始研發三缸機,如豐田三缸1.5T、本田三缸1.0T,其它車系當然也有!

內燃機的研發、要具備合理性

未來內燃機的發展趨勢,必然朝著小型化、輕量化、少缸數化、低轉速化、高性能化、低排量化去不斷髮展,而要朝這個方向發展、發動機的高增壓化是必然!若是要減少缸數、降低排量、降低轉速,那麼等同於淘汰自然吸氣發動機,因為在這個框架下、自然吸氣已經失去了實用性!比如1.5T、可以拽動b、c級車,而1.5L是不可能的(限制高轉速、因為會影響排放,這樣一來小排量自吸榨取馬力、將更加困難)!

當然未來的內燃機恐怕會被純電所取代,但未來的事情誰又能說得準?而現如今小排量的三缸增壓機這是最好的過渡方式;三缸機雖然抖動,但它至少能實現高效率、高性能、以及更低的油耗,造內燃機、首先要保證這幾點框架對吧?至於NVH,那是在內燃機達到上述幾點標準後才會去做的事情、是後話;而雙缸機連最起碼的性能都做不到,還談什麼抖不抖(實際上很抖);未來內燃機避不開渦輪增壓、而雙缸和渦輪增壓天生不適合,所以某車企造出了雙缸0.9T增壓發動機,馬力84匹、試問這機器給什麼車用合適?kcar畢竟不是全世界都流行對吧?所以現在雙缸機不是為什麼不造、而是為什麼要造?

渦輪增壓發動機、需要保證排氣連續性

渦輪增壓系統是依靠廢氣來推動的,而各個氣缸點火又是有先後順序的,所以只有各個氣缸連續保持不間斷的排氣效果,才能使增壓系統持續、穩定、高效的運行,從這個角度去審視問題可以得出的結論就是缸數越多、越容易保證排氣連續性,而三缸機、實際上剛剛做到每循環、全曲軸角度覆蓋,所以缸數少到三個還可以勉強保證排氣連續性,而雙缸、單缸配備渦輪,排氣連續性都跟不上、那麼渦輪系統效率非常低,所以增壓化的意義就不存在了!

單缸機、配渦輪系統

假如現在有一款單缸、四衝程發動機(吸氣衝程、壓縮衝程、做功衝程、排氣衝程),完成一個循環(四衝完成),曲軸要轉兩圈、也就是720度;而四個衝程各佔曲軸角度180,也就是說排氣衝程覆蓋曲軸180度,那麼剩餘的540度在做另外3個衝程,而這三個衝程是沒有任何排氣的、也就是排氣真空期,那麼這個階段該如何維持渦輪系統的功率?簡單點說這個過程如何維持廢氣端渦輪的旋轉?

排氣衝程排出高壓廢氣、剛讓渦輪轉起來,之後的540度曲軸角度、則沒有一點廢氣,那麼排氣端渦輪的轉速會瞬間下降;只有等到下一個排氣衝程的到來,才能再次讓渦輪轉速得到提高;這樣一來渦輪效率就上不去了,伴隨著的就是歧管壓力提不上去、燃燒室平均有效壓力提不上去、扭矩表現不會好,此時的性能根本沒有、燃油經濟性也好不了,這時候還要去考慮它是否抖麼、這心得多大?這樣的機器是沒有研發價值的,抖不抖是後話,要明白機械研發的優先級!

雙缸機配增壓系統

實際上雙缸機配備增壓系統,同樣面臨排氣連續性問題,上文提到、單缸機只能覆蓋180度的排氣角度,而存在540度的排氣真空期;而雙缸能好一些,若單缸排氣覆蓋180度、那麼雙缸可以達到360度,也就是發動機在一個循環、曲軸轉720度中、有360C是可以保證產生廢氣推動,可依然還有360度、出於沒有廢氣排出的狀態,那麼此時該如何保證有動力去推動渦輪系統運行?同樣還是存在整整一圈的排氣真空期!

即便現如今排氣系統先進,利用排氣端可變氣門正時技術,可以將排氣門提前開啟、延後關閉,假設排氣門提前30度開啟、延後30度進行關閉,那麼排氣衝程覆蓋角度可以從180度增加60度而達到240度,這樣一來雙缸可以覆蓋到480度的排氣階段,可以曲軸兩圈720度一循環、終究還是剩下240度沒有廢氣排出,依然造成了排氣真空期,也就是說在每循環兩圈中仍然有三分之一是沒有廢氣排出的,所以雙缸機配渦輪、很尷尬,當然可以解決問題、配個小慣量渦輪,可以減少排氣真空所造成的問題,可性能也沒了;這就是菲亞特打造的那款0.9T雙缸渦輪機twinAir弊端,只有84匹的馬力,而1.0T三缸可以達到130匹!

雙缸機目前根本沒有實際價值

正如鄙人上文所言,如今1.0T三缸、可以輕鬆實現130PS、甚至更高的馬力,它至少可以帶動a級車、甚至b級車;而它每個氣缸排氣可覆蓋240度,3個氣缸依次可以覆蓋3個240C、也就是720度,這樣一來就做到全面覆蓋,而不存在單缸、雙缸的排氣真空期,所以即便三缸機有先天抖的問題、但它有實際價值;先保證性能、油耗達標,然後再想辦法去抑制抖動問題,這樣就可以了;而雙缸呢?那根本就不是抖不抖的問題,關鍵造出個0.9T雙缸、只有這84匹馬力,這機器給誰用?當然80幾匹的馬力很適合哈雷摩托,但不適合汽車,或許可以用在kcar,可這玩意適合全球麼?朋友們是不是想問為什麼不可以打造大排量雙缸?單缸最優解是0.5L左右,單缸超過這個排量、排放及燃油經濟性又上不去了!

雙缸機到底抖不抖?

都說三缸機抖,沒錯、不經處理的三缸機確實很抖(後天可以平衡,各大車企誰也不會將沒平衡過的三缸機賣給消費者),而雙缸機會更抖,摩托沒騎過麼?騎上一會甚至能把手震得發麻,這是不是抖?實際上雙缸機分為同步雙缸、異步雙缸,如下圖所示、這就是異步雙缸發動機(兩個活塞同上、同下),同步雙缸機存在一階慣性力不為0、而力矩為0,三缸機則是一階慣性力為0、而力矩不為0,所以三缸機存在的抖動、雙缸機同樣存在;而當發動機轉速相同時,三缸機存在的扭振、遠比雙缸機要小!
所以同樣是不做處理的雙缸機、三缸機,雙缸機比三缸機還要抖,當然抖不抖根本不是阻礙雙缸機普及的關鍵,重點在於雙缸機目前的使用場景太低;單缸最優框架下、要求當今發動機單缸排量在0.5L左右,而因為雙缸機存在排氣真空問題,所以配備的渦輪自然不能大(大了推不動,每次斷氣期間都減速、那麼遲滯就沒完沒了,車還怎麼開?),所以渦輪帶來的增益太少,所以菲亞特弄出了0.9T雙缸機,而馬力只有可憐的84匹,這樣的性能、不適合當今99%的家用車,拽1.03噸的飛度、這個馬力都不夠用,所以雙缸機目前沒有存在意義,只算是個別車企的一種嘗試罷了!


非專業車評


淘金客說:講簡單一點,其實三缸機也有不會抖動的,比如下圖這樣的五缸機……

好吧,開個玩笑,這實際上是飛機上用的星形空冷發動機,只要保持軸對稱就不會出現不均勻的情況。這種發動機的體積和形狀實在不適合裝到車上使用,但是它也說明了一個問題:三缸不均衡的問題並非無解,再看下一張圖,通過在軸上安裝一個偏心體,就能有效消除這種不均衡。對比一下左右兩種三缸機的情況。

汽缸體是活塞式發動機的基本單元,改動汽缸體本身,就是完全重新設計發動機,這個代價非同小可。而只是加減汽缸體的數量,相對來說就簡單得多,所以車廠寧願改變數量,而不願意重新去設計新的汽缸體,代價實在太高,週期也實在太長。

三缸發動機的車價位卡得太好了。實在不喜歡三缸發動機,就去看看其它缸數的車吧,可以考慮加錢或減配……


史海淘金客


四衝程發動機


彼岸20019


直接大單缸、風冷,實在不行把輪子也減掉兩個,方向盤也可以減,反正不影響跑路。


狠拙計


一隻狗少了一條腿已經走不穩了。再少一天條只能爬了。


魅族涵哥


你不如直接來個一缸咯,一大缸,怎麼樣?


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