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多缸发动机的曲柄排列应综合考虑点火均匀性、排气脉冲波、平衡性能、扭转振动、曲轴应力以及曲轴加工的难易等因素。多缸发动机由多个单缸发动机组成，它们的曲柄相互连接。多缸机各缸所受到的激振力构成了一组空间力系，以直列四缸发动机为例，其受力如图2.3所示。将该力系进行向量相加，即为多缸机缸体上的激振力。
图2.3 直列四缸发动机受力图
设发动机气缸数为 n ，第 i 个曲轴箱相对于第一个曲柄的夹角为 φ i ，曲柄回转半径为 r ，则
式中 a 1 ， a 2 —— n 个单位矢量和的模；
φ Ⅰ ， φ Ⅱ ——夹角 φ i 与2 φ i 的方向角，它们由曲柄间的相对位置决定，是一组常数。
因此，多缸机所受垂直作用力为
绕 y 轴的作用力为
在多缸机中，除个别机型外，惯性力和离心力总是平衡的。
绕 y 轴的惯性力矩 M y 为各缸垂直作用力对 y 轴的力矩，其表达式
式中 l i ——第 i 轴中心到简化中心的距离；
b 1 ， b 2 —— n 个单位矢量和的模；
θ Ⅰ ， θ Ⅱ ——夹角 φ i 与2 φ i 的方向角，它们由各缸间的距离和曲轴排列决定，是一组常数。
绕 z 轴的力矩 M z 为各缸水平作用力对 z 轴的力矩，其表达式为
绕曲轴轴线即 x 轴的干扰力矩，它与惯性力及气体压力有关
由此可见，直列多缸发动机所受的力和力矩均为曲轴转角的周期函数，这会引起发动机的振动，并且传递到车身（车架）。为了降低发动机的振动，除了合理布置曲柄间的相互位置、采取有效的平衡方法和合理设计点火顺序来减少激励外，还应使用悬置等隔振措施来隔离发动机的振动。
发动机曲柄连杆机构的惯性力有离心惯性扭矩和往复惯性扭矩两种，由于离心惯性力通过曲轴的回转中心，对曲轴不产生激振力矩，不能激发扭转振动。对于直列四缸发动机，其相邻工作的气缸间存在180 ° 的相位角，设发动机不同气缸 i 的相位角分别为 φ 1 ＝ ωt ， φ 2 ＝ ωt ＋π， φ 3 ＝ ωt ＋3π， φ 4 ＝ ωt ＋2π，可得直列四缸发动机总的往复惯性力为
从式（2.37）中可以看出，直列四缸发动机总的垂直作用力中只有2阶激励相互叠加后存在，各缸的1阶激励相互抵消。因此，对于搭载直列四缸发动机的车辆，主要是垂直作用力中的2阶成分产生的振动激励影响汽车乘坐舒适性，通过对悬置系统的合理设计可以减弱这种影响。
（1）绕发动机 x 轴扭矩分析
往复惯性力和燃气压力一样，它们作用在活塞销的中心，并通过连杆传到连杆轴颈，对曲轴产生周期性变化的切向力矩 M x ，从而引起发动机的扭转振动，这也是发动机的主要振动激励。直列四缸发动机绕 x 轴扭矩表达式为
直列四缸发动机惯性力相互叠加后主要成分为2阶激励，各缸的1阶激励相互抵消。对于气体扭矩而言，其扭矩波动受发动机冲程数影响，只保留有偶数阶次的气体扭矩，其余阶次的振动激励相互抵消，且平均扭矩和扭矩的波动幅值为单缸发动机气体扭矩的4倍。
（2）绕发动机 y 轴扭矩分析
与单缸发动机相比，除了垂直作用力和绕 x 轴的惯性扭矩，多缸发动机还存在着一个绕发动机 y 轴的扭转力矩，这是由于曲轴中心与质心不在同一位置而造成的。图2.4为直列四缸发动机绕 y 轴受力示意图，设曲轴间的距离为 a ，曲轴中心到质心的距离为 e y 。
图2.4 直列四缸发动机绕 y 轴受力示意图
直列四缸发动机绕 y 轴力矩为
由此可知，当直列四缸发动机质心位于曲轴中心点时，即 e y ＝0，此时一缸与四缸、二缸与三缸的扭矩相互抵消，绕 y 轴的总扭矩为0，即
由式（2.40）与式（2.42）可知，直列四缸发动机绕 y 轴作用力 F y 与绕 z 轴力矩 M z 叠加后相互抵消，即 F y ＝0， M z ＝0。