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点火顺序与平衡
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单缸发动机每 720° 才推一次,然后整整两圈都没有推力。它结构简单,但会抖动:曲轴上的扭矩从峰值降到零,甚至变成负值,活塞上下运动的惯性会让整个发动机震动。大飞轮有帮助,但更好的解决办法是:增加气缸数量,依次点火。
如果有 n 个气缸均匀点火,每 720° / n 就会开始一次做功冲程:
在直列四缸发动机中,一个做功冲程结束的同时下一个正好开始,所以曲轴始终能受到推力。与单缸相比,扭矩的波动要小得多。
在直列四缸发动机中,曲轴曲柄成对布置:1号和4号活塞一起运动,2号和3号活塞一起运动,两者相位相差半圈。当一对活塞到达顶部时,其中一个刚完成压缩(即将点火),而它的搭档刚完成排气(即将吸入新鲜空气),因此两者始终相差半个循环。常见的点火顺序有两种:1-3-4-2(最常见)和 1-2-4-3。两者都是每180°点火一个气缸,且气缸不会紧接着其相邻气缸点火,这能减轻曲轴的应力并使进气管中的气流更均匀。
均匀点火并非全部。基本的直列四缸发动机仍存在两倍于发动机转速的残余振动,因为活塞的上下运动并不完全对称;较大的直列四缸发动机通常会添加平衡轴来抵消这种振动。直列六缸发动机每120°点火一次,天然非常平顺,因此长期以来备受推崇;而V8发动机每90°点火一次,其曲柄布置经过平衡设计。
气缸越多,功率就越大吗?并非如此。功率取决于发动机每秒燃烧多少空气和燃料,这取决于其排量、转速以及每个循环的工作强度。对于四冲程发动机,P = p × V_d × N / 2,其中 p 是平均有效压力(产生与真实过程相同功的恒定压力),V_d 是总排量,N 是每秒转数。对于一台2.0升发动机,当 p ≈ 1.0 MPa 且转速为 100 rev/s(6 000 rpm)时:P = 1.0×10⁶ × 0.002 × 100 / 2 = 100 kW。将同样的2.0升排量分配给六个或八个气缸,功率大致相同;你得到的是平顺性和不同的声音,而不是额外的功率。
涡轮增压器强制吸入更多空气,提高 p,从而在相同排量下提高功率,这就是为什么现代小排量发动机也能强劲有力。
四缸四冲程发动机均匀点火。做功冲程之间相差多少度?
为什么单缸发动机比直列四缸发动机振动更厉害?
两台发动机具有相同的排量,以相同的速度运行,且 p 相同。一台有4个气缸,另一台有8个。关于它们的功率,哪项是正确的?