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前面我們說了汽車發(fā)動機的工作原理,它是以一個氣缸的工作循環(huán)來闡述的。但事實上,單缸發(fā)動機在汽車上應用是很少見的。
這主要是因為,單缸發(fā)動機在工作時,只有做功沖程產生動力,而其它的三個沖程:進氣、壓縮和排氣,都是要消耗動力的。發(fā)動機在做功沖程轉速加快,在其它三個沖程中轉速減慢。這樣就會造成發(fā)動機在工作時忽快忽慢,極不平穩(wěn)。為此必須配置一個質量很大的飛輪來儲存能量,用來給進氣、壓縮和排氣沖程提供動力,否則發(fā)動機就無法運行下去。此外,單缸發(fā)動機克服外界負荷變化的能力也是非常差的,外界負荷稍有變化,發(fā)動機就會失速、悶車、熄火等。
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所以,單缸發(fā)動機在汽車上幾乎沒有應用,汽車上使用的都是多缸發(fā)動機。它是由若干個相同的單缸以一定的型式組合在一個機體上,并且共用一根曲軸對外輸出動力。現(xiàn)代汽車上常用的發(fā)動機氣缸數(shù)量是3、4、5、6、8、10、12,其中以4、6缸最為常見,近些年由于節(jié)能減排政策的限制,三缸機開始興起,在將來不排除有雙缸發(fā)動機在汽車上應用(在上世紀八十年代的菲亞特126P就是雙缸發(fā)動機)。關于多缸發(fā)動機的結構布置、工作順序等,我們在后續(xù)的文章中會有更詳細的解讀。
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多缸發(fā)動機與單缸發(fā)動機最大的區(qū)別,就是多缸發(fā)動機在一個工作循環(huán)內,有多個氣缸間隔做功。單缸發(fā)動機在一個工作循環(huán)內,曲軸旋轉720°,但是只做一次功,發(fā)動機運轉不平順;而多缸發(fā)動機一個工作循環(huán)內,曲軸也是旋轉720°,但是可以做多次功。比如一個普通的四缸發(fā)動機,在一個工作循環(huán)內,每隔180°曲軸轉角,就有一個氣缸做功,曲軸每轉一圈,就會受到兩次推力加速,這樣就會使曲軸旋轉得更加平順。此外,由于各氣缸做功過程可以為其它氣缸的準備沖程提供動力,所以可以減小用來儲存能量的飛輪。
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所以,多缸發(fā)動機在在運行時會更加平順,并且發(fā)動機氣缸數(shù)量越多,運轉的平順性越高。比如六缸發(fā)動機,曲軸每轉動120°,就有一個氣缸做功,而在此時上一個氣缸做功還沒有結束呢!由于有做功重疊,所以會有更充足的動力提供給輔助沖程,發(fā)動機就會運轉得更加平順,發(fā)動機氣缸數(shù)量越多,做功重疊角越大,發(fā)動機運轉得越平穩(wěn)。這就好像我們轉輪盤,你可以想象一下,一個人、兩個人、三個人、四個人、六個人、八個人轉輪盤都有什么區(qū)別,是不是人越多輪盤轉得越平穩(wěn)?
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而現(xiàn)在應用越來越廣泛的三缸機,大家對它最大的詬病就是抖動問題。它之所以抖動,是因為曲軸每選擇240°,才有一個氣缸做功,而四沖程發(fā)動機每一個沖程對應的曲軸轉角是180°,這樣就會有60°的做功空窗期,在這個曲軸轉角內,曲軸轉速是下降的,所以發(fā)動機運轉得不平順。不過車企會采用各種措施來降低這個抖動,比如在發(fā)動機內部加裝平衡軸,采用液壓機腳墊等。
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