发动机和谐平衡技术

（因为没有什么教科书可以提供满意的示意图，所有的插图都是诺诺手绘的，大家凑合着看，转载的话，请注明出自“爱车的诺诺”，谢谢！）

这次给大家讲讲汽车理论中最基本的话题——发动机振动，当然也是很多人都没有搞清楚的话题。不瞒大家，我在汽车动力总成的研发口从业10年，也见过好多同行，仍没有完全搞懂这些基本问题，却在高谈阔论，指导着工程师们设计汽车。。。有必要大家一起回顾一下。为了循序渐进，这个话题我分几个帖子给大家娓娓道来，难度逐步加深，能坚持到最后一贴的，就可以成为准专家了。

目前的发动机，多采用往复式内燃机，也就是活塞在气缸里来回运动的设计，通过连杆带动曲轴旋转，输出动力。这个结构，诺诺就默认大家已经懂了，我直接讲下面的东西。

如果活塞的质量是M1，那么活塞在气缸里上下运动，对发动机本体就有一个上下的冲击，大家可以想象成一个质量为M1的铁球在肚子里面上下跳动（如下图右边的M1）。

如果曲轴的偏心部分质量是M2，那么曲轴旋转时，对发动机本体也有一个周期反复的冲击，大家可以想象成一个质量为M2的铁球在肚子里绕圈圈的旋转，产生的振动就好比手机里面的振动马达，或者车轮的动平衡没有做好时的周期跳动（如下图右边的M2绕O点旋转，离心力F周而复始）。

我们以单缸发动机模型为例，这两种振动都会通过发动机本体传递出来，再通过发动机的安装点（俗称“机脚”）传递给车身，被乘客和驾驶员感受到。接下来汽车工程师需要考虑的就是如何减少这些振动。

针对M2圆周运动带来的振动，我们可以在M2的对角线上布置另一个质量，来抵消M2造成的离心力，这样再曲轴旋转时就不会有曲轴带来的振动（如下图，阴影部分为曲轴质量平衡块）

真实的曲轴，带上平衡块后就是下图这个样子。这是发动机中很关键的一个零件，加工很考究，尤其是强度和精度。曲轴加工好后，还需要做精密的动平衡，就跟大家见过的轮胎动平衡类似，保证曲轴空转起来，不会带来额外的振动，才可以装到发动机里。

好了，现在我们对曲轴进行了动平衡优化后，发动机的振动就从开始的各种乱振，改善到几乎只有上下振动了（活塞质量M1造成的振动）。

这里引入两个名词，便于后面的讲解，一个是TDC（Top Dead Center）上止点，一个是BDC（Bottom Dead Center）下止点，如下图所示。

在TDC时刻，活塞向上的运动结束，开始转为下行，这时，发动机受到很大的向上惯性力；在BDC时刻，发动机又受到很大的向下惯性力。所有这些惯性力，都通过曲轴传递到发动机本体上，所以曲轴的工作条件是很艰辛的。

我们接下来就要考虑怎么针对这个讨厌的上下振动来进行改善和优化，减少这个振动，不但可以提高驾驶舒适感，还可以减少曲轴受到的应力，提高发动机的输出极限。

当然，一个很简单明了的方法，就是想办法减少活塞的质量。活塞越轻，它上下往复运动时造成的冲击力就成比例的减少，这就是为什么工程师们绞尽脑汁要用轻量化活塞的原因。在赛车中为了追求高转速和高响应，轻量化活塞和连杆更是尤其受追捧。

还有别的什么方法呢？这个就等下一贴分解了。