什么是平衡轴 NewCams

首页

技术支持

什么是平衡轴

在活塞发动机工程中，平衡轴是一种偏心配重轴，用于抵消发动机设计中固有不平衡的振动。

1.	概述
2.	四缸应用
3.	六缸应用
4.	生产实施

1. 概述

平衡轴在直列四缸发动机中最为常见，由于其设计的不对称性，这些发动机具有固有的二阶振动（以发动机转速的两倍振动），无论内部部件的平衡程度如何，都无法消除这种振动。

扁平发动机的活塞水平对置，因此它们自然平衡，不会产生与平衡轴相关的额外复杂性、成本或功率损失。

这种振动是因为直列式发动机中连杆的运动在整个曲轴旋转过程中不是对称的；因此，在曲轴旋转的给定时间段内，下降和上升活塞的加速并不总是完全相反，每次旋转都会产生两次净垂直惯性力，其强度随转速呈二次方增长，无论部件的重量匹配有多紧密。

随着发动机排量的增加，问题也会增加，因为实现更大排量的唯一方法是延长活塞冲程，增加加速度差，或者通过更大的孔径，增加活塞的质量；无论哪种方式，惯性振动的幅度都会增加。

多年来，对于具有可接受NVH特性的生产直列四缸发动机，2升被视为“非官方”排量限制。

平衡轴背后的基本概念自1904年以来就存在了，当时它是由英国工程师弗雷德里克·兰彻斯特发明并获得专利的。

两个平衡轴以两倍于发动机转速的相反方向旋转。

这些轴上大小相同的偏心配重的尺寸和相位使得对其反向旋转的惯性反应在水平面内抵消，但在垂直面内增加，产生的净力等于但与基本发动机的不期望的二阶振动相差180度，从而抵消了它。

然而，这一概念的实际实施是具体的，足以获得专利。

该概念提出的基本问题是充分支撑和润滑在较高转速下以两倍发动机转速旋转的零件，在这种情况下，二阶振动变得不可接受。

对于双平衡轴为发动机消耗了多少动力，存在一些争议。给出的基本数字通常约为15马力（11千瓦），但对于纯摩擦损失来说，这可能过高。这可能是由于惯性测力计的普遍使用而导致的计算错误，惯性测力计根据角加速度而不是稳态扭矩的实际测量来计算功率。因此，15马力（11千瓦）包括实际摩擦损失以及快速旋转轴的角惯性增加，这在稳定速度下不是一个因素。然而，一些车主通过拆卸平衡轴来改装发动机，既可以回收部分动力，又可以降低复杂性和潜在的损坏区域，以实现高性能和赛车用途，因为人们通常（但错误地）认为，通过仔细平衡发动机的往复运动部件，可以在拆卸后获得平衡轴提供的平稳性。

2. 四缸应用

三菱汽车公司于1975年率先推出了现代设计的“静音轴”Astron发动机，平衡轴位于发动机缸体侧面的较低位置，由油泵的链条驱动，随后他们将专利授权给菲亚特、萨博和保时捷。

萨博进一步完善了平衡轴原理，通过将具有横向对称性但位于曲轴上方不同高度的平衡轴定位，克服了二次谐波横向振动（由于发动机设计中的基本不对称性相同，但幅度要小得多），从而在双发动机转速下引入了抵消横向振动的扭矩，从而使B234发动机异常平稳。

3. 六缸应用

许多V6发动机中都有另一种平衡轴设计

虽然设计最佳的V6发动机在两排气缸之间有60度角，但许多当前的V6发动机都是从旧的V8发动机衍生而来的，这些发动机在两组气缸之间有90度角。

虽然这在8缸发动机中提供了均匀间隔的点火顺序，但在6缸发动机中，这导致了缓慢的节奏，在曲轴每次旋转时，三个气缸以90度的间隔点火，然后是90度的间隙，没有功率脉冲。

这可以通过使用更复杂、更昂贵的曲轴来消除，曲轴改变了两排气缸之间的关系，从而产生有效的60度差，但最近许多制造商发现，采用平衡轴概念更经济，使用带有配重的单个轴，以提供消除90度V6固有抖动的振动。

4. 生产实施

其他生产带有一个或两个平衡轴的发动机的制造商包括（d）：

·	Alfa Romeo 2.0L four-cylinder, as fitted to the Alfa Romeo 156
·	Chrysler K engine
·	Chrysler 2.4 L and 2.5 L Neon engine
·	Ford Modular engine V10
·	Ford Taunus V4 engine
·	Buick 3800 V6
·	General Motors Corporation Quad 4 and Ecotec
·	GM Atlas engine four- and five-cylinder engines (two balance shafts)
·	GM Quad-4 engine, as used in the 1995 Pontiac Sunfire.
·	GM Vortec engine V-6 (single balance shaft)
·	Honda 2.2 L (F22) four cylinder engine
·	Mazda's 2.3L MZR engine (two balance shafts)
·	Mitsubishi 'Astron' engine
·	Nissan 2.5L (QR25DE) four-cylinder engine
·	Porsche 2.5L, 2.7L and 3.0L inline four-cylinder engines
·	Subaru EF engine
·	Tata Nano
·	Toyota 2.4L (2AZ-FE)
·	Saab H engine
·	Volvo B234F, B204GT and B204FT (four cylinder, two balance shafts, 16V-head, used in 700 and 900 series)

以及众多摩托车发动机，特别是立式双缸发动机，甚至一些小型单缸发动机。