近日關於三缸機的討論愈發激烈,從基礎的抖動原理討論升級到量子力學的範疇,也就是開始從薛定諤的貓、雙縫干涉實驗的角度分析三缸機的抖動問題;某汽車品牌號稱打開發動機艙的時候看不到發動機的抖動,意在暗示“認為三缸機抖動只是刻板偏見”,觀察者決定了三缸機是否抖動的結論似乎連雙縫干涉實驗都給出了結論。
這個實驗的概念是這樣的:
以某儀器觀察電子經過縫A的時候狀態為A,經過縫B的時候狀態為B;觀察行為本身不具備任何意識、同時不影響電子的量子態,簡而言之為觀察裝置和觀察者並不與電子產生任何相互作用,不存在干涉作用並改變形態。但是不觀察的時候電子是一種形態,觀察的時候是另一種形態,這似乎說明了觀察的建立干涉了形態,觀察本身是否存在影響與能量呢?思考以下這個問題吧。
- 從粒子的角度分析,粒子穿過單縫之後再次穿過雙縫,理論上只能得到兩條光線;但事實確實得到了不很多明暗相間的光線,這是否說明單個粒子在實驗中進行了自我干涉,或觀察產生了干涉。
不過關於三缸機抖動的“干涉實驗”實際是有些作弊的,似乎存在引擎蓋關聯感測器,開啟引擎蓋之後會提高發動機的怠速轉速;轉速升高則會改變發動機的振動頻率,這就不會有明顯的抖動問題了。這可不是什麼雙縫干涉,只是一個“小機巧”而已。
三缸機為何會抖動
原因再簡單不過,三組氣缸交替做功是必然的,四衝程發動機的做功步驟如下。
- 活塞下行·進氣噴油
- 活塞上行·壓縮空氣
- 活塞下行·做功膨脹
- 活塞上行·擠壓排氣
曲軸旋轉720度做功一次,活塞往復兩次做功一次。
做功的瞬間火焰會以相對的方向傳播,推動活塞下行推動曲軸輸出動力(扭矩的概念);同時該作用力還會透過活塞曲軸和機體產生慣性力,可以理解為向下“推”一下,那麼三組氣缸交替做功則會交替產生慣性力,同時活塞上行或下行的動作完全不同步,於是發動機就會像蹺蹺板一樣左搖右擺。
圖1、四衝程的概念
圖2、交替做功的概念
三缸機的點火間隔角很大,每個氣缸做功之後都有“更充足的時間”讓慣性力影響機體;所以氣缸晃動的幅度就會更大, 且轉速越低做功頻率越低、幅度就會進一步加大,這就是怠速時三缸機共振會非常明顯的原因。
那麼究竟有沒有什麼辦法能解決抖動問題呢?
理論上真的有但效果很一般,比如“平衡軸”技術,說白了它就是加上一個配重單元、像是又一個飛輪;在屬出現不平衡的時候用平衡軸的一定程度抵消作用力,發動機就能夠相對平穩了。可是這種技術不僅三缸機在使用,四缸機也是普遍應用的,有些機型甚至用到雙平衡軸;那麼不論三缸機多努力,它的極限還是要比“≥L4”低得多。
其他的猜想
如果讓1/3氣缸的進壓爆排動作完全同步,兩端實現作用力的相互抵消,三缸機能否更平衡了呢?
這是網友猜想的方案之一,理論上不好實現;比如1號氣缸和3號氣缸錯開進壓爆排的四衝程動作,中間的氣缸如何銜接?點火間隔角似乎無法一致。結果可能會造成發動機動力曲線異常怪異。如果解決三缸機的抖動會這麼簡單的話,小排量四缸機怕是早就淘汰了。
「三角形排列」能否解決三缸機的頓挫問題呢?
這是個很有意思的想法,可以說三缸機終於把汽車愛好者逼成了航空愛好者……發動機曲軸佈局在中間,三個角連線連桿和活塞,曲軸就像是三叉星一樣的佈局,這叫做什麼佈局呢?答案是“星型發動機”。螺旋槳的飛機就是用這種發動機,它的抖動問題可不小;這種飛機發動機的噪音是巨大的,原因也與發動機的振動有絕對關係,參考下圖。
星型發動機在執行中一直在搖擺,每個氣缸往不同角度做功的時候還是會產生作用力,交替做功必然會讓機體同樣的搖擺;說白了這就像輪胎和輪輻受、導致動平衡錯誤的車輛一樣,高速旋轉中的車輪的某個位置的質量偏大,行駛中的車輪就會明顯地振動,原因可以理解為離心力的作用。
所以純粹的“星型三缸機”一樣會抖動,除非並聯佈局打造為“星型六缸機”;假設前排的三缸機往垂直90度上方做功時,後排的三缸機垂直往下做功,理論上這樣倒是可以抵消。只是三缸機的應用本就是為降低成本,佈局為六缸還有什麼意義。
重點在於星型發動機還要縱置佈局,曲軸朝向後橋、透過縱置變速器驅動後輪,前置後驅的成本是相當高的,普通的四缸機的代步車還都在用低成本的前置前驅,何況三缸車了。
至此再沒有什麼技術可以解決三缸機的抖動問題,不過也不需要解決,因為三缸機應用的初衷就是讓汽車變得更便宜,這與範多明斯發明的CVT是讓自動擋汽車更便宜的出發點相同。那麼只要車企打造價格低廉的三缸車自然不會被排斥,反之用低端的發動機配合低成本的變速器打造的低階車硬要定出中高階車的價格,這就顯得很不正常了。目前的日產、豐田、本田、福特、別克、寶馬、沃爾沃等品牌的部分車輛就有這個特點,很好奇為什麼非得盯著這些工業垃圾不放呢?不選就好。
編輯:天和Auto-汽車科學島
天和MCN釋出,保留版權保護權利
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