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发起机均衡规划
大部份内容译自维基百科：
http://en.wikipedia.org/wiki/Engine_balance
比来看车看的出神了，乃至于打算买个发起机回来拆。正好国际很少这方面的艰深材料，就把Wiki下面的信息翻译一下，以待往后参考。
日常见到汽车发起机设计总有直4(L4)，V6，V8等等的各种设计，大家老是众口一词的说V8有发作力，V6能源平顺，L4有静止感，然而很少会说到为何会有直列型(L)，夹角型(V)和程度对置(F)规划；更少有人谈判到不同汽缸数之间会有甚么样的瓜葛，好比说直3(L3)和直4(L4)之间到底是只是多了一个汽缸罢了，仍是彻底不同的目的。
说道发起机汽缸数目和规划，就必需先说发起机均衡问题。这个看起来很简略的事件，实际上是耗损了各大发起机公司近100年的时间去解决。在过来大家还没意想到机械震荡的静止形式，既不是一道能够简略求解的线性方程，更不是一个只有算出后果就可以在机械上做出来的工程问题；所以之前的引擎设计堪称八门五花，除了通常的直列和夹角型汽缸规划之外，其实还有更大逆不道的U型规划（两个独立曲轴的直列引擎用齿轮箱并列一同），H型（两个独立曲轴的平置引擎用齿轮箱并列一同），X型等等都有。然而当初能承继上去的发起机规划，大体上就只要了直列，夹角战争置发起机，其余类型的规划都根本消逝了。
而引擎静止的方程，其实就是一道简谐静止的机械静止方程，或者说是一个正弦/余弦曲线方程好了。最简略的发起机汽缸静止方程，假如x是汽缸直线静止位移，那末就有X=r cos (a)+l，这里r是曲轴公平半径，l是连杆长度；这样很容易看出这个方程应该是每180度相位对称一次的。而后假如算上连杆跟活塞夹角，那末全部方程的形容则是X=r cos (a)+(l^2-r^2*sin^2(a))^-0.5。这个繁杂点的方程，能够看做是两个简谐静止叠加起来：分别是1)后面低阶余弦(cos)部份，由于只要曲轴公平半径(r)参预，所以只波及曲轴静止，而且是180度轴对称；2)后边的高阶正弦(sin^2)部份，同时有曲轴公平半径(r)和连杆长度(l)参加，而且连杆长度跟曲轴公平半径是平方差的互为瓜葛。个别在发起机设计上，就把前半部份叫高级静止(Primary motion)然后半部份叫次级静止(Secondary motion)。高级静止部份由于只要一次函数，抉择了其跟引擎的恒速静止瓜葛对比大；而次级静止有二次方要素(连杆长度^2)参加，变量会与减速度瓜葛对比大。固然，这并非学术上对机械静止和汽缸行程的谨严形容，只是在汽车发起机设计中使用起来对比便利并且盛行而已。
那末，发起机汽缸静止均衡最根本的前提，就是知足高级和次级静止下，动能，动量和点火都能相互对消，这样发起机能力做到平顺静止。知足第高级均衡(primary balance)个别需求双数的汽缸，在180度相位里相互对消曲轴触动；而知足次级均衡(secondary balance)则需求高于2的汽缸（3,4,5等等），并在同一点火时间下有相反相位的活塞/连杆静止相互对消。一个发起机同时知足高级均衡和次级均衡，会叫做自然均衡(inherent balance)，这样发起机能够在不需求任何其余减震措施之外，失掉最平顺的静止和最小的触动。固然，影响发起机均衡的除了汽缸静止之外，点火时序，静止叠加等都有很大的要素。
因而，知足发起机静止高级均衡的最低前提，实践上是只需求两个汽缸(直列或者对置)，静止相位在180度时就能相互对消静止惯性。然而在四冲程直列2(L2)发起机下面，因为达到180相位点火时序也为180度，一个发起机循环则需求720度能力再点火一次以致不克不及知足点火均衡。所以惟有程度对置(Flat-2)发起机，具有180度互为相角的汽缸再加之180度点火次第，才能够每隔360度时序点火一次而知足均衡前提。固然两缸的小排量发起机当初曾经根本不会用在小车，然而摩托车上还常常用到。实践上平置双缸是最均衡的双缸发起机，然而太长的规划使其只合适横放在摩托车上，带来的不只是体积问题还有很重大的轴向扭矩问题，这个会重大影响只能依托惯性均衡的摩托车的均衡性。因而当今剩上去还在范围量产的程度对置两缸发起机，根本就剩下宝马BMW的R系列摩托车。
下一个知足高级均衡的发起机规划是4汽缸设计，并且实践上多于2个汽缸的引擎设计上，有活塞静止次第相反的便可达成一定的次级均衡。然而直列气缸设计其实从4开始才知足高级均衡，这样每个气缸距离180度时序点火，恰好实现一个720度四冲程循环。。因而，直4规划成为不需求其余伎俩就可以知足高等均衡的最简略设计，根本上占领了当初家用汽车的主流；然而直4构造不克不及知足次级均衡，并且汽缸点火其实不相互叠加，必需要用均衡杆(balance shaft)的随动来对消触动。说起均衡杆，它由英国人弗雷德里克·W·兰彻斯特(Frederick W. Lanchester)在1905年请求专利，却是到1975年日本三菱才使其实用化(机械设计从概念走到实用的途程，往往都是超出知识的漫长，不跟电子生物之类，往年有个新概念过几年就可以卖产品，呵呵~)。到了1982年，保时捷才第一次在量产车(Prosche 944 2.5L /L4)的直4引擎下面使用均衡杆，失掉一台引擎运作平顺的能媲美V十二的静止轿车。
相对于来讲，程度对置4缸(F4)规划则要有特征的多，一方面原生180度固有相角自身就没有点火时序的问题，四个汽缸每两个相反举措而跟此外两个对称达到完善均衡；另外一方面又能够两个汽缸相互共用一个曲臂，只需求更少的整机制作发起机并达到更紧凑的体积。所以在1934年，希特勒约请保时捷博士设计一款‘全德国度庭都能担负得起的汽车’- Volkswagen Type1 ‘甲壳虫’汽车的时分，气冷式程度对置/后置发起机规划第一次大范围实用化，既奠定了德国汽车工业/公众车厂的成绩，也完成了那位往后的和平狂人现在对德国国民的诺言。惋惜的是，一方面平4设计虽然体积小然而横向面积大并且摆布两端长度最大，以致于当今盛行的前置引擎汽车，横向太长的发起机无益于留下地位给前轮转向构造；另外一方面程度对置规划由于两个汽缸相互逆向静止但同时驱动同一端曲轴，会发生很大的剪力，对曲轴加工的精度和工艺要求都很高。所以完成前置-平置引擎(F4)规划的车厂仅剩下斯巴鲁(Subaru)一家。斯巴鲁作为一家冷门厂商，在亲民的价钱上给全线家用车以平置发起机(F4 / F6)规划加之全时4驱为根本配置，在如今竞争剧烈而且日渐趋异化的汽车设计里，也算是一个特立独行的异类。
自4缸设计知足了高级均衡之外，那末第二个指标就是知足次级均衡。四缸发起机从平4开始即开始知足次级均衡的前提，然而程度对置式发起机最大的问题是摆布两列汽缸不是在同一轴面上，而是互为错开一小段间隔；这样致使了汽缸之间会有轴向的不屈衡，伴随歪曲曲轴的触动偏向。因而完成轴向均衡的最现实构造，就是在同一列汽缸内同时达到高级均衡和次级均衡；这样就需求一个大于L4但又必需是2的倍数的发起机规划。咱们很容易看抵达到这个要求的最低前提就是L6(直列6缸)发起机。直6发起机能够每2对汽缸(1-6，2-5，3-4)两两180度相角点火/对称静止，而且每对汽缸又距离270度相角点火，无需任何伎俩即以达到‘在高速静止下如同燃气轮机般’的完善的均衡。然而实践上的完善不代表示实中的完善，直6发起机太长构造，形成其本钱和重量都超过相反汽缸数的其余类型引擎；他还占用了太长的车头空间，而且需求使用长行程/小缸径能力升高发起机的总长度，乃至不克不及用在横置引擎的先驱车型上。最初太长的曲轴带来的刚性和扭动问题实际上也没达到真正‘完善均衡的境地’，最少能够有其余类型的6缸发起机能够达到近似直6的平顺举措。现阶段独一还在量产车外面使用直列6缸构造的，就剩下宝马(BMW)上面的静止车型，好比经典的330和530。BMW的全线车系都是FR配置(前置引擎后轮驱动)，而且均达到50%/50%先后配重比例，再加之作为保存技术的直6发起机技术，有愧于最有静止血缘的车厂。
然而，有无同时达到高级/次级的天然均衡发起机，但又不需求把一切汽缸做成6个一串那末长的构造计划呢，这其中之一的谜底就是程度对置6缸(F6)发起机。平6发起机能够看做是平4的进化版，在一样保存平4的一切优点之外，比平4更长的曲轴反而无利于打消两列略微错开的汽缸之间的轴向不屈衡；此外两列3气缸互为270度的静止相角也(比平4构造)更无利于打消二次不屈衡。至此，平6发起机直6同样都不需求任何辅佐伎俩而达到自然均衡，所以具有不输于直6发起机的平顺举措；而两个汽缸共用一段曲臂似的发起机的长度和整机都大为增加。然而跟平4同样平6发起机过宽的外型使得其简直从当初的家用车身上隐没。当今最初量产平6发起机的厂商除了斯巴鲁之外，就剩下著名的德国汽车厂商保时捷。而保时捷特有的轻量化，低重心，简略牢靠却能源磅礴的气冷式程度对置拳击手(boxer)发起机，成绩了保时捷经典9十一车系。
固然，平6发起机的尺寸仍然成为问题，那末同时解决形状战争衡之间的问题就需求另辟蹊径了，其中一个共同的解决计划就是窄角度VR6发起机(10~15度夹角)。窄角V型发起机由于两排气缸的夹角很低，能够近似看做是直列6缸设计。在使用跟直6相反的点火时序下，能达到相近于直6的举措平顺性，而且大幅度缩减发起机的横向和纵向尺寸(相对于于直6战争6)。然而窄角度VR6发起机毕竟并不是真实的自然均衡，只是近似均衡，实际上其真实的目的也不是用于进步输入平顺型，而是用以减少限定空间内的能源密度。过于拥堵的缸顶空间一样是个工程问题，一方面进气排气构造繁杂，另外一方面也难以完成双顶置凸轴。至此，窄角度的VR6设计仅存在于德国公众和奔跑的多数高机能车下面，好比小钢炮高尔夫R。
最初一个问题，就是有无既自然均衡，又体积小并且紧凑，还不需求懊恼诸如气阀规划简洁设计呢。谜底是有的，然而失掉的是一个并不是活塞式的活塞发起机-马自达的转子发起机(Wankel Engine)。在一开始的发起机静止方程能够看到，形容活塞静止所需求的参数，一个是曲轴公平半径r，此外一个是连杆长度l。而连杆长度l的作用只存在于二次均衡的问题上，也就是假如一个发起机没有活塞连杆(l=0)，她就彻底没有二次不屈衡的问题了–转子发起机恰是没有连杆的发起机类型，只需求两个对称安插的转子即能达成完善的静止均衡。除了均衡的劣势之外，没有任何往复静止而只要滚动静止的转子发起机，还有构造简略重量轻而且能源密度大等优点。然而这么现实化的构造在理想里却难以实现，仅仅是转子的静态密封下面就简直是难以实现的工作；理想里马自达的转子发起机车型即到最初一代RX8，排放和燃油效力也是难以达标以致于不克不及持续出产上来。
当今汽车设计里，人们对车箱空间的利用率有愈来愈高的要求，同时新的发起机设计(好比均衡杆的使用)也使得非自然均衡的发起机好比直3(L3)和V6发起性能达到相近于自然均衡发起机的成果。而非自然均衡的发起机有时分在体积和重量上的劣势使得当初发起机设计上寻求自然均衡的须要性愈来愈低。不外，机械设计的理念一贯是用最简略的形式达到最优的成果，就犹如得多人以为德国车是精细粗疏的工业结晶，然而真正让德国车知名的第一代公众甲壳虫，他的发起机则是整机数目少于200个，简略实用至极却完善均衡的设计。
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我学习了哈哈
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你是在sheffield么？？ 我虽然不住在sheffield，然而我在这里读博，无机会能够出来交流交流～～～
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楼次要是真的要弄个发起机拆着玩的话，我能报名加入吗，咱凑几集体一同拆着玩，哈哈。
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以前系里一辆阿斯顿马丁放在系里给先生拆~~~~;P;P;P
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有compare 直4和 4缸boxer么？
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求教一下楼主，拆发起机是个大工程，还得有场地和工具。我想你确定做过钻研，在哪里找garage拆
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倡议架一台摄像机录制装配进程
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