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电火间隙
若要实现平顺性最佳，多缸发动机的曲柄转动的角度必须保持规律。而且，在720度的四冲程发动机中处于电火间隙的缸数越多，则输出转矩的变化越小，轮胎的功率也更为平顺。
二次平衡
在研究由于活塞运动产生的首要平衡时，惯性力也应进行考虑，这种运动被称为简谐运动。这种反复运动如图2.33a所示。考虑到p点会以一个连续的速度在直径长为ab的圆弧上运动，而另一点n直接由a点运动到b点。如果n点始终保持位于np的垂足上，则n点可视为简谐运动。点n沿ab运动的速度变化如图2.33b所示。
将一个活塞的运动与简谐运动作比较，可知在曲轴由上止点转动90度期间，活塞运动距离更长，然而在90°-180°范围内在给定时间内的运动距离更短（如图2.33c所示），由此产生了以下影响：
- 在曲轴由上止点位置运动到90°位置时，活塞实际运动大于半个冲程。
- 从上止点开始，每个活塞在曲轴到达90°时的速度规律是：快，慢，慢，快。
- 活塞在下止点停留时间远大于上止点，即活塞相对于曲柄运动较小的一段角度范围）。
- 上止点的惯性力远大于下止点。
最后一点表明引擎设计师如果要想抑制振动，就需要对引擎平衡做更深入研究的原因。这种研究包括分析次平衡，即将活塞的实际运动与简谐运动的差异考虑在内。
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图 2.33 简谐运动与活塞实际运动 |
图2.34显示了SHM产生的主力，以及必须根据实际运动增加或减少的次力。可以看出，二次力的频率是曲柄速度的两倍。应用图中给出的信息，可以确定二次力的方向;这已经添加到图2.35所示的引擎图中。结果表明，四缸直列发动机一级平衡良好，二级平衡差。
这种不平衡的结果是在垂直平面上以两倍于曲柄速度的频率产生振动。在过去，这种振动是可以容忍的，通过使用软橡胶发动机支架，可以防止发动机振动传递到车辆的其余部分。
图 2.34 次要受力图
图 2.35 主要受力和次要受力的方向
在三缸、六缸直列发动机和V6发动机中，二次力相互平衡，这是六缸直列发动机在过去被广泛使用的原因之一。现在，首选的是四缸直排式发动机最多2升的容量。这种类型由于摩擦损失小，在经济方面有很大的潜力。当它与更简单的EMS结合使用时，可以获得更高的功率/重量比。此外，在四缸机组上使用的短而粗的曲轴不会出现与长轴有关的严重扭转振动问题(见第47页)。
二次谐波平衡
二次谐波平衡是消除二次力的有效方法之一。这是1911年弗雷德里克·兰彻斯特首次使用平衡四缸发动机。尽管这种装置非常有效，但由于成本原因，多年来一直使用软橡胶衬垫代替阻尼器。1975年，日本三菱公司生产了一台二级平衡器;在许多方面，这在原则上与Lanchester类型相似。这是现在正在进行的，在许可下，由一些公司和引擎使用这一安排更平稳的运作。图2.36显示了二级平衡器的原理。曲轴以两倍的曲轴速度驱动两个具有偏置质量的平衡轴。一个平衡轴顺时针旋转，另一个逆时针旋转。两根轴都被“定时”到曲轴上，这样当活塞处于上止点时，两根质量都被设置成施加向下的力。
为了抵消发动机上的次级力，平衡器必须只在需要时施加一个相反的力。对于四缸直列发动机，这是在最大时，曲柄是在0°，90°，180°和270°。
在图2.36a和c中，平衡力分别是向下和向上的，而在图2.36b和d中，平衡器的两个质量相互对立，产生中性的效果;在这些中立位置，发动机已经处于平衡状态。
三菱汽车的静音轴采用双平衡轴，其中一根比另一根高(图2.37)。除了抑制垂直振动外，这种轴的布置也抑制了二次轧制力，二次轧制力是曲轴在燃烧力的作用下旋转时产生的。
(a) (b)
图2.36 二次平衡器的原理
上轴与曲轴方向一致，轴的垂直间距为连杆长度的0.7倍。以这种方式安排，平衡块设置了一个与滚动块相对的一对。滚动耦合的平衡无法在整个发动机负载范围内实现，因此选择了一个轴的位置，以便在最常见的道路负载情况下将不平衡耦合最小化。有了这样的安排，一个平衡的四缸发动机的滚动耦合比一个六缸发动机要好。
保时捷944发动机(图2.38)使用双齿带驱动平衡轴。据称该发动机上的平衡系统可降低噪音20分贝。最小化二次振动，特别是在高引擎转速下，可以减少“吊杆”，在乘客舱里可以感觉到和听到。此外，二次振动的减少延长了发动机辅助设备的寿命，如排放控制设备、电力和燃料供应组件以及包含电子设备的管理系统。
路虎神行者i6发动机使用另一种类型的平衡器，以消除扭转振动和曲轴振动造成的旋转运动的曲轴在速度。当曲轴速度通过四冲程循环的作用而增加或减少时，内部粘滞阻尼器(IVD)连接到曲轴的另一端，消除了产生的振动，从而提供了一个平稳运行的六缸直列发动机。
IVD是由一个钢环放置和封闭在一个充满粘性液体的外壳。(有关粘性流体风扇的更多信息，请参见第128页。)钢圈通过一个塑料轴
(c) (d)
承径向记录(图2.39)。随着曲轴转速的增加和减少，内腔内钢环的转速由于粘性流体的作用而延迟转动。这个延迟抵消了所产生的振动，因此消除了不必要的振动。
图 2.37 二次平衡器
IVD的作用是根据硅酮液的制动作用和钢环自身的惯性来实现的。
当IVD工作时，由于钢环在粘性液体流场中旋转产生的摩擦，它会产生大量的热量。为了确保机组不过热，机组有自己的油冷却由三个喷油器提供。这使温度保持在140°C左右。
2.5 曲轴
2.5.1 主要特征
曲轴是往复式发动机的一部分，它将气缸中活塞的动力冲程(直线动力传递)转化为旋转运动，并将其传递给传动系统、传动系统和道路车轮。发动机的曲轴由若干“节”组成(图2.40)。主轴在主轴承中旋转，连杆安装在曲柄销或曲柄轴颈上，与主轴颈之间的距离称为曲柄半径。轴网将主轴颈连接到曲柄销上，在轴颈连接轴网的地方形成了圆角或半径，以避免尖锐的角，这将是失效的来源。这在承受特别重负荷的曲轴上是至关重要的。
平衡重
图 2.40 曲轴的单掷
轴颈: 在轴承中转动的轴的一部分。
单掷:活塞或活塞通过上止点到下止点，同时在气缸内上下移动
平衡重
在某些情况下，腹板被扩展成平衡块，用于某些类型的发动机，以确保旋转部件尽可能有效地保持平衡，并在发动机运行时造成很少或没有振动。要完全平衡所有发动机类型的旋转部件是不可能的——这是反对使用单缸发动机的理由之一，单缸发动机是不可能完全平衡的，尽管它可以满足某些目的。图2.41所示为安装在多缸发动机上的曲轴，它带有扩展的腹板以抵消重量，并产生相等的平衡。
图 2.41 多缸发动机的曲轴
在一些发动机的旋转部分完美的平衡,质量类似于平衡质量可能仍然被使用:离心力作用于相邻的曲柄销造成沉重的负荷主要轴承在高速,并通过扩展网形成平衡质量的反向心力应用于曲柄销,从而减少轴承载荷。这样使用的质量更恰当地称为平衡质量。
离心力：物体沿着弯曲的路径运动时，有从中心向外抛出的现象。受离心力作用的物体一般要顺着中心线继续沿直线运动。
掷
有时这个词的意思有些混乱。它经常被用来代替曲柄半径，但早期的蒸汽机书籍将曲柄半径定义为曲柄销圆的直径(即曲柄销的行程等于活塞的行程)。因此，它可能是更好的避免使用术语“掷”在这个意义上，并阐明什么是通过使用术语“曲柄半径”或“曲柄圆直径”适当。
图 2.42 双掷曲轴
飞轮
飞轮通常安装在曲轴的后端。附件必须是完全安全的,它应该只可以组装飞轮在一个位置,部分原因是飞轮常明显表明1曲柄销的位置,但更特别,因为曲轴和飞轮,除了平衡的分别,也作为装配平衡。如果滚轮没有安装在与总成平衡位置相同的位置，可能会出现一些不完美的平衡，从而引起振动。曲轴本身有可能在允许的范围内保持平衡，但不是完全平衡;飞轮也可能有一个小但“可容忍的”不平衡。曲轴和飞轮应组装的不平衡曲轴和飞轮的“添加剂”,可能会消除由此产生的振动将通过180ordm;曲轴飞轮,这一观点是“正确的”)。
图2.43显示了更常见的方法。在曲轴的末端形成一个法兰，它与飞轮中心的反钻孔紧密相连。然后，飞轮由若干螺钉固定，这些螺钉穿过飞轮表面上的轴向钻孔，并拧入曲轴法兰上的螺纹孔。安装一个或多个销钉以减轻螺钉的共同负载，销钉(或螺钉)的间距常常不均匀，使其仅能在一个位置上组装。有时用螺栓代替螺钉;为螺母或螺钉提供了合适的锁紧装置。
图 2.43 四缸的曲轴带有五个轴承和五个飞轮支座
2.5.2 油道
发动机的润滑系统在第109页有详细的讨论，然而，在这里有必要提到油供应到曲柄销的方法。油在压力下被输送到主轴承，在那里它被送入一个围绕轴承运行的槽中，槽的长度大约是轴承长度的一半。在曲轴上钻了一个洞(图2.44)，从主轴颈通过腹板到达曲柄销的表面。当轴转动时，孔的主轴颈端围绕主轴承上的凹槽移动，允许油连续供应到曲柄销。
图 2.44 贯穿曲轴的油路
一些大型曲轴的曲柄销和轴颈被钻孔以减轻重量，从而降低往复力。这些空心销子和轴颈的末端通常用螺栓固定的瓶盖或塞子来关闭(图2.45)，以防止漏油。
图 2.45 轴颈中空部分的密封方法
储油密封
曲轴从曲轴箱的后端伸出。因此，一些被泵入后轴承润滑的油会从轴承的后端逃逸到曲轴箱的外侧而被浪费掉。此外，这将使一个混乱的引擎，并可能进入离合器，这将是非常不希望的。
图2.46显示了两种防止漏油的方法。紧接在后轴颈后面，在轴的圆周上形成一个薄的金属环。当轴旋转时，从后轴承到达这个环的油会被离心力甩出。然后，这些油被卡在一个腔中，从那里的一个排水孔把油引回曲轴箱内。
在这个环的后面是一个方形的螺旋槽或卷轴，很像一个粗螺纹，在轴的表面加工。轴的外表面有一个小间隙内的扩展后轴承住房,和任何石油达到轴的这一部分会被轮与轴同时被固定的住房:因此,润滑油将沿槽,如返回它的手曲轴箱的内部。在大多数情况下，说明和描述的两种方法都用在曲轴上:有时只有一种可能被认为是足够的。
图 2.46 螺纹型储油密封
图2.47显示了唇形密封的一部分。这种类型的密封多年来一直用于轴和变速箱，并发现越来越多的使用在曲轴两端。密封是由一个特殊形状的合成橡胶圈支撑的钢壳和安装在曲轴箱或定时箱的凹槽。该环有一个形状的唇，这是在光接触轴由吊袜带弹簧。这种类型的密封通常代替卷轴和吊环。
图 2.47 盖子型储油密封
2.5.3 离合器轴承
由发动机产生的动力通过离合器传递到齿轮箱，离合器从动部分所在的轴通常在曲轴后端的轴承的前端支承。这种轴承，称为螺旋轴承，通常只是简单地由一个青铜轴套压入曲轴尾部的轴向孔(图2.48)，但有时也可能使用滚珠或滚柱轴承。
图 2.48 离合器轴承
2.5.4 曲轴前端
在大多数发动机中，曲轴的前部用于驱动阀门操作装置，以及辅助驱动带，用于空调、交流发电机和动力转向泵等部件。操纵阀门的机械装置通常由齿轮、链条或皮带驱动，驱动装置通常由轴的前端驱动，但也有少数情况下由飞轮端驱动。轴的前端延伸到前面的主轴颈之外，延伸是平行的或有时是阶梯式的(即前部分的直径略小于后部分)。在这个延伸部分上压着驱动气门机构的正时齿轮和驱动辅助部件的滑轮:二者通常都由半圆键位于轴上，或者是一个锥形阀座结构。它们是由一个螺母或螺钉固定到轴的末端，轴的拧紧到一个特定的扭矩。
半圆形键: 防止组件在轴上旋转的固定装置。为半圆形金属装置，安装在轴上的槽里。由于它稍微突出，这形成了适合的组件的开槽键槽的位置，并提供了一种方法来定位和防止旋转。
锥形阀座:用于固定某一部件的相对位置，使得两部件紧密贴合，提供良好的密封性能。
正时齿轮装在一个叫做正时箱的盖子里，但是滑轮在这个箱子外面。此处提供了与后部类似的挡油装置，不过挡油装置通常是正时齿轮和滑轮凸台之间的一个单独的夹紧部分，而滚动装置是在滑轮凸台的向后延伸部分上形成的。
图2.49为正时盖上保留的唇型油封。在把滑轮安装到曲轴上之前，应该在轮缘上涂上润滑油。
图 2.49 正时齿轮和滑轮的固定
有些新发动机在曲轴的齿轮箱末端安装辅助传动装置，以改进发动机前部所需的空间。这种安排使其驱动从曲轴通过齿轮到动力起飞，其中的配件驱动在相关的速度。该系统称为后端附件驱动(READ)。图2.50显示了一个装有READ的发动机，并说明了齿轮驱动的动力传递。
图 2.50 READ系统
2.5.5 曲轴材料
曲轴采用优质钢材或铁制成。这些材料可锻可铸。锻造提供了更大的强度，但刚度比单纯的强度更重要。大多数现代轴有大的期刊和一个相对较短的抛出，使曲柄销重叠期刊时，从轴的结束。这一特点允许轴
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