Категория:
Процессы, происходящие в двигателях
Многоцилиндровые двигателиСовременные двигатели для автомобилей и тракторов выполняют многоцилиндровыми. Объясняется такая тенденция тем, что с увеличением числа цилиндров равномерно вращается коленчатый вал, ибо в одноцилиндровом четырехтактном двигателе рабочий ход совершается только в продолжении половины оборота коленчатого вала, а остальные полтора оборота цикла он должен двигаться за счет энергии, полученной при рабочем ходе. Несколько лучше в этом отношении обстоит дело у двухтактного двигателя. Но и у него 50% времени цилиндр не работает на поршень.
Равномерное вращение коленчатого вала в многоцилиндровом двигателе достигается тем, что в нем рабочие ходы в цилиндрах выполняются не в одно время, а в определенной очередности. Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы двигателя.
Порядок работы двигателей зависит от числа цилиндров и характера их расположения — в один ряд (рядные) или в два ряда (V-образные).
Для четырехтактных рядов двигателей возможны порядки работы: двухцилиндрового 1—2, трехцилиндрового 1—3—2, четырехцилиндрового 1—2—4—3 или 1—3—4 — 2, шестицилиндрового 1—5—3 — 6 — 2 — 4 или 1—4—2—6—3—5. Для четырехтактных двигателей двухрядных V-образных: шестицилиндрового 1 л (левого блока) —1п (правого блока)—2л—2п—Зл—Зп или 1л —Зл—2л —2п—1п—Зп, восьмицилиндрового 1л—Зл—Зп—2л — — 2п— 1п—4л—4п и т. д.
Рабочий цикл в этих двигателях происходит в каждом цилиндре отдельно независимо от числа цилиндров.
Одноцилиндровые двигатели, несмотря на простоту конструкции, малые размеры и невысокую стоимость, для работы на автомобилях в настоящее время не применяются, так как им свойственны следующие недостатки:— неравномерная работа ввиду редкого чередования тактов расширения;— при одинаковой мощности размеры и масса цилиндра и движущихся частей получаются большими, чем в многоцилиндровых двигателях вследствие более высоких инерционных нагрузок, затруднительности повышения мощности двигателя увеличением частоты вращения и большей склонности двигателя к детонации;— неблагоприятные условия смесеобразования и наполнения; плохая приемистость двигателя; большая удельная масса, т. е. масса, приходящаяся на единицу развиваемой двигателем мощности.
Стремление устранить недостатки одноцилиндрового двигателя привело к созданию многоцилиндрового двигателя.
На современных автомобилях применяют четырех-, шести-, восьми- и 12-цилиндровые двигатели. Наиболее распространенные схемы компоновок цилиндров двигателей представлены на рис. . При однорядных схемах компоновки оси цилиндра занимают строго вертикальное положение (это двигатели автомобилей ВАЗ-2106 «Жигули», ГАЗ-24-10 и -3102 «Волга» и др.) или расположены под некоторым углом а к вертикали, находящихся в пределах 15—20° (это двигатель автомобиля «Москвич-2140»), что позволяет уменьшить высоту двигателя и удобнее располагать его приборы и оборудование.
На большинстве грузовых автомобилей применяют двухрядную V-образную компоновку цилиндров (это двигатели автомобилей ЗИЛ-130, КамАЗ-5320, MA3-5335, «Урал-4320» и ГАЗ-53-12. Наряду с этим применяется также и двухрядная компоновка (рис. 1.5, г) под углом 180° с противолежащими цилиндрами. Двигатели с таким расположением цилиндров иногда называют оппозитными, они удобно располагаются под полом кузова, например в автобусах.
Рис. 1. Продольный разрез рядного двигателя ВАЗ-2121: 1—поддон картера; 2—коленчатый вал; 3—блок цилиндров; 4—вентилятор; 5—цепной привод; 6— воздушный фильтр; 7— крышка головки цилиндров; 8— распределительный вал; 9— головка цилиндров; 10— поршень; 11— шатун; 12— маховик
Многоцилиндровые двигатели (рис. 1 и 2) состоят как бы из нескольких одноцилиндровых двигателей, конструктивно объединенных в одно целое и имеющих один общий коленчатый вал. В таком двигателе за два оборота коленчатого вала рабочих ходов будет столько, сколько у него цилиндров (а так как два оборота коленчатого вала соответствуют 720°, то такты рабочего хода будут чередоваться через равные угловые интервалы 0 в зависимости от числа цилиндров г, следовательно, 9 = 720/г.
Рис. 2. Поперечный разрез V-образного дизеля ЗИЛ-645: 1 — маслозаливная пробка; 2 —форсунка; 3 — топливопровод высокого давления; 4 — впускной газопровод; 5 — штанга коромысла; 6 — крышка клапана; 7 — впускной клапан; 8 — головка цилиндров; 9 — выпускной газопровод; 10 — поршень; 11 — компрессионное кольцо; 12 — блок цилиндров; 13 — малосъемное кольцо; 14 — резиновое уплотнение; 15 — шатун; 16 — картер; 17— коленчатый вал; 18 — фильтр тонкой очистки масла; 19 — гильза цилиндра; 20— пружина клапана; 21— выпускной клапан; 22— коромысло
Например, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы происходят соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала. В каждом цилиндре указанных двигателей происходит один и тот же рабочий процесс, но одноименные такты происходят в разные моменты времени, при этом чередование тактов в цилиндрах двигателей выбирают так, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на подшипники коленчатого вала и плавную работу двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах двигателя в течение его рабочего цикла называется порядком работы двигателя. Принято указывать порядок работы двигателя по чередованию тактов рабочего хода, начиная с первого цилиндра.
Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигателя и числа цилиндров. Так, у коленчатого вала рядного четырехцилиндрового двигателя кривошипы расположены попарно под углом 180°, два крайних — под углом 180° к двум средним. Соответственно поршни цилиндров 1 и 4 при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров 2 и 3 — в противоположном. Порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть 1—3—4—2 (это у двигателей автомобилей семейств ВАЗ, «Москвич» и др.) или 1—2—4—3 (это у двигателей автомобилей ГАЗ-24-10 «Волга», УАЗ-3151-01 и их модификаций).
Рис. 3. Схемы кривошипно-шатунного механизма рядных двигателей: а—четырехцилиндрового; б — шестицилиндрового; 1—6— цилиндры; I—VI—кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1—6
Четырехцилиндровый двигатель может иметь и другой порядок работы при том же расположении кривошипов коленчатого вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения.
В шестицилиндровом рядном двигателе шатунные шейки коленчатого вала (рис. 3, б) расположены попарно в трех плоскостях. Такты во всех цилиндрах двигателя в соответствии с расположением кривошипов начинаются и кончаются не одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а смещаются в одной паре цилиндров относительно другой на угол 120 и, следовательно, рабочие ходы перекрываются на 1 /3 хода поршня, обеспечивая тем самым более равномерное вращение коленчатого вала.
Наиболее распространенным порядком работы карбюраторного шестицилиндрового рядного двигателя является 1—5—3—6—2—4 (это у двигателей автомобилей ЗИЛ-157КД, ГАЗ-52-04). Возможны и другие порядки работы карбюраторного шестицилиндрового двигателя.
Для шестицилиндровых дизелей наиболее совершенным является V-образный вариант двигателя с развалом цилиндров под углом 90° (рис. 4, а) и с порядком работы 1—4—2—5—3—6 (это двигатель ЯМЗ-236). Широкое распространение дизелей и карбюраторных двигателей с V-образным расположением цилиндров является следствием преимуществ компоновочных схем этого типа по сравнению с компоновочными схемами рядных двигателей.
К преимуществам таких двигателей следует отнести их меньшую высоту и габаритную длину, что дает возможность улучшить компоновку автомобиля в целом.
Недостатками V-образных двигателей являются более сложная отливка блока и увеличение габаритной ширины его по сравнению с рядным двигателем.
На грузовых автомобилях ЗИЛ-130, ГАЗ-53-12, КамАЭ-5320 и др. установлены восьмицилиндровые V-образные двигатели (рис. 4), цилиндры которых расположены в два ряда по ходу автомобиля. Угол развала между рядами цилиндров составляет 90°. Один ряд цилиндров несколько смещен относительно другого ряда, что обусловлено установкой двух шатунов на каждую шейку коленчатого вала. На каждой шатунной шейке коленчатого вала установлено по два шатуна, которые связаны с поршнями правого и левого рядов цилиндров.
Чередование тактов в восьмицилиндровом V-образном двигателе с порядком работы 1—5—4—2—6— 3—7—8 приведено в табл. 1.2, из которой видно, что при указанном порядке работы рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на ‘/г хода поршня. Это обеспечивает не только равномерное вращение коленчатого вала, но и уравновешивание сил инерции, возникающих в процессе работы восьмицилиндрового двигателя.
Рис. 5. Схемы кривошипного механизма V-образных двигателей: о— шестицилиндрового; б — восьмицилиндрового; 1—8— цилиндры; I—VIII— кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1—8
—
В одноцилиндровом четырехтактном двигателе один рабочий ход совершается за два оборота коленчатого вала, поэтому коленчатый вал вращается неравномерно, несмотря на наличие маховика.
Современные автомобильные двигатели выполняют четырех-, шести- и восьмицилиндровыми и реже десяти- и двенадцатицилиндровыми (БелАЗ). Расположение цилиндров может быть однорядным и двухрядным V-образным (рис. 6).
При том же литраже V-образное расположение цилиндров позволяет уменьшить габариты двигателя по сравнению с рядным расположением цилиндров, а следовательно, более удобно расположить место водителя и органы управления.
В многоцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала (720°) рабочих ходов будет столько, сколько цилиндров имеет двигатель.
Таким образом, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы должны происходить соответственно через 180,120 и 90° поворота коленчатого вала.
Мощность, развиваемую газами внутри цилиндров двигателя, называют индикаторной, а мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя, — эффективной.
Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе и приведение в действие газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора тока и других вспомогательных механизмов.
Рис. 6. Многоцилиндровые двигатели: а — рядное расположение цилиндров, 6—V-образное расположение цилиндров, в, г, д — нумерация цилиндров V-образных четырех-, шести- и восьмицилиндро-вого двигателей; 1—8 — номера цилиндров
Величины крутящего момента и эффективной мощности тем больше, чем больше литраж двигателя (диаметр и число цилиндров, длина хода поршня), наполнение цилиндров горючей смесью и степень сжатия. У дизелей эффективная мощность зависит от момента впрыска топлива, качества распыливания и продолжительности подачи топлива.
Механическим коэффициентом полезного действия (к. п. д.) двигателя называют отношение эффективной мощности к индикаторной. Он тем больше, чем меньше потери на трение в двигателе и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя. Величина механического к. п. д. автомобильного двигателя составляет 0,70—0,85.
Эффективным к. п. д. двигателя называют отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте, которая могла бы выделиться при полном сгорании топлива. Величина эффективного к. п. д. карбюраторных двигателей составляет 0,21—0,28, а дизелей — 0,29—0,42.
—
В одноцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала (720°) совершается только один рабочий ход. Поэтому, несмотря на имеющийся маховик, коленчатый вал вращается неравномерно: ускоренно во время рабочего хода и замедленно, когда совершаются другие три такта. Чтобы устранить этот и некоторые другие недостатки одноцилиндрового двигателя, на тракторах и автомобилях устанавливают двигатели, имеющие от двух до двенадцати цилиндров. Цилиндры могут быть расположены в один ряд вертикально или в два ряда под углом один к другому (V-образно). Двухрядное расположение цилиндров позволяет уменьшить длину и массу двигателя.
Кривошипы коленчатого вала двух- и четырехцилиндровых двигателей расположены в одной плоскости, т. е. под углом 180°, у восьмицилиндровых — под 90° (рис. 9, г), а у шести- и двенадцатицилиндровых — под углом 120°.
Рис. 7. Схемы многоцилиндровых двигателей: а — рядное и б — V-образное расположение цилиндров; в и г — кривошипно-шатунный механизм шести- и восьмицилиндровых двигателей; 1…8 — номера цилиндров
Рис. 8. Схема (а) ц порядок работы (б) четырехцилиндрового двигателя
Поршни четырехцилиндрового двигателя движутся попарно. Например, когда в первом и четвертом цилиндрах они опускаются, а в первом цилиндре совершается рабочий ход, а в четвертом — впуск), то во втором и третьем поршни поднимаются (во втором — выпуск, а в третьем — сжатие).
Рис. 9. Схема порядка работы четырехтактных многоцилиндровых двигателей
Чередование тактов рабочего хода в цилиндрах двигателя называется порядком работы цилиндров. Для изучаемых четырехцилиндровых двигателей принят порядок работы 1—3—4—2.
С увеличением числа цилиндров возрастает и число рабочих ходов, приходящихся на каждый оборот коленчатого вала, и он вращается равномернее. Так, например, у четырехцилиндрового двигателя при любом положении колен вала совершается рабочий ход в одном цилиндре, у восьмицилиндрового — одновременно в двух, а у двенадцатицилиндрового — в трех цилиндрах.
Читать далее: Краткие сведения об уравновешенности двигателя
Категория: - Процессы, происходящие в двигателях
stroy-technics.ru
Во время работы двигателя на его механизмы действуют значительные силы давления газов в цилиндре, силы инерции неравномерно движущихся деталей кривошипно-шатунного механизма, а также центробежные силы, возникающие вследствие вращения деталей. Эти силы непостоянны по величине и направлению своего действия, поэтому они вызывают неравномерную работу двигателя.
При неравномерной работе двигателя его механизмы работают с переменной нагрузкой, вследствие чего происходит интенсивный износ деталей. Особенно велика неравномерность работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя.
Для достижения равномерности работы двигателя или устанавливают на коленчатом валу тяжелый маховик, или выполняют его многоцилиндровым.
Маховик накапливает энергию во время рабочего хода и отдает ее при совершении вспомогательных тактов. Но тяжелый маховик применяется только для стационарных двигателей, работающих, как правило, на постоянном режиме. Тяжелый маховик вследствие значительной инерции не обеспечивает необходимой автомобильному двигателю приемистости, т.е. способности двигателя быстро развивать и уменьшать обороты. Поэтому в автомобильных двигателях равномерность работы достигается не увеличением веса маховика, а за счет выполнения двигателя многоцилиндровым. В многоцилиндровом двигателе такты рабочего хода равномерно чередуются в отдельных цилиндрах, вследствие чего в значительной мере уравновешиваются силы инерции, возникающие в кривошипно-шатунном механизме при работе двигателя.
Для обеспечения наибольшей равномерности работы многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы такты рабочего хода в различных цилиндрах чередовались через равные промежутки времени и в определенной последовательности. Эта последовательность повторения одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы цилиндров двигателя.
Рис. Таблица чередования тактов четырехцилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1—2—4—3 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)
Однако не при любом порядке обеспечивается хорошая работа двигателя. Необходимо, чтобы очередные такты рабочего хода следовали в цилиндрах, наиболее удаленных одни от другого. В этом случае нагрузка на коренные подшипники коленчатого вала будет распределяться более равномерно; кроме того, отработавшие газы из цилиндра, в котором начинается выпуск, не будут попадать через выпускной трубопровод в цилиндр, в котором выпуск еще не закончился.
Наиболее удобными порядками работы автомобильных двигателей являются: для четырехцилиндрового — 1—2—4—3 и 1—3—4—2, для шестицилиндрового — 1—5—3—6—2—4 и для восьмицилиндрового — 1—5—4—2—6—3—7—8.
Порядок работы цилиндров обычно изображается в виде таблицы чередования тактов.
Рассмотрим, как происходит работа четырехтактного четырехцилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1—2—4—3. Так как рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала (720°), а число рабочих ходов, происходящих за это время, равно четырем, то для правильного чередования рабочих ходов кривошипы коленчатого вала смещены один относительно другого на 180° (720°: 4), т.е. на пол-оборота коленчатого вала, и находятся, таким образом, в одной плоскости.
Во время работы двигателя поршни в первом и четвертом цилиндрах при первом полуобороте первого оборота коленчатого вала перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, в первом цилиндре происходит рабочий ход, в четвертом цилиндре — такт впуска. Во втором и третьем цилиндрах поршни перемещаются в это время к верхней мертвой точке, во втором цилиндре происходит такт сжатия, а в третьем — такт выпуска.
Во время второго полуоборота первого оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, в первом цилиндре происходит такт выпуска, а в четвертом — такт сжатия. Поршни второго и третьего цилиндров в это время перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, во втором цилиндре происходит рабочий ход, в третьем — такт впуска.
Во время первого полуоборота второго оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемешаются от верхней мертвой точки к нижней, в первом цилиндре происходит такт впуска, в четвертом — рабочий ход. Поршни второго и третьего цилиндров в это время перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, во втором цилиндре происходит такт выпуска, в третьем такт сжатия.
Во время второго полуоборота второго оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, в первом цилиндре происходит такт сжатия, в четвертом —такт выпуска. Поршни во втором и третьем цилиндрах перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, во втором цилиндре происходит такт впуска, в третьем — рабочий ход.
Четырехцилиндровый четырехтактный двигатель с порядком работы цилиндров 1—3—4—2 отличается от двигателя с порядком работы 1—2—4—3 лишь конструкцией распределительного механизма, которая определяет несколько иную последовательность открытия и закрытия клапанов и чередования тактов.
Оба порядка работы цилиндров, принятые для отечественных четырехтактных четырехцилиндровых двигателей, полностью равноценны и по равномерности, и по качеству работы двигателей. На отечественных автомобилях широко используются шестицилиндровые двигатели, у которых цилиндры расположены в один ряд. Такие двигатели называются рядными в отличие от двигателей, цилиндры которых расположены в два ряда под некоторым углом один к другому.
В шестицилиндровом рядном двигателе коленчатый вал имеет шесть кривошипов. Так как рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала (720°), а количество рабочих ходов за это время равно шести, то для правильного чередования рабочих ходов кривошипы коленчатого вала смещены один относительно другого на 120° (720°: 6), т. е. на одну треть оборота вала.
Для однорядных шестицилиндровых двигателей применяется следующее расположение кривошипов: 1—6 — вверх, 2—5 — налево, 3—4 — направо, если смотреть со стороны переднего конца вала.
При вращении коленчатого вала поршни в шестицилиндровом двигателе проходят через мертвые точки не все одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а только попарно. Поэтому и такты во всех цилиндрах начинаются и кончаются также не одновременно, а смещены в одной паре цилиндров относительно другой на 60°.
Перекрытие тактов и порядок чередования рабочих ходов в шестицилиндровом четырехтактном двигателе показаны в таблице на рисунке.
Рис. Таблица чередования тактов шестицилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы 1—5—3—6—2—4 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)
Особенностью двухтактных дизелей является то, что их рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала (360°). Поэтому и взаимное расположение кривошипов коленчатых валов имеет свои особенности: в четырехцилиндровом двигателе кривошипы смещены один относительно другого на 90° (360°: 4), в шестицилиндровом — на 60° (360°: 6).
Рис. Таблица чередования тактов шестицилиндрового двухтактного дизеля с порядком работы 1—5—3—6—2—4 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)
Перекрытие тактов и порядок чередования рабочих ходов в двухтактном шестицилиндровом дизеле показаны в таблице на рисунке.
В настоящее время на автомобилях широкое применение получили восьмицилиндровые V-образные двигатели. Цилиндры у этих двигателей располагаются в два ряда, чаще всего под углом 90°. Коленчатый вал таких двигателей имеет четыре кривошипа, смещенных один относительно другого на 90°. На каждую шейку кривошипа опираются одновременно по два шатуна.
В восьмицилиндровом двигателе за рабочий цикл (720°) совершается восемь рабочих ходов; их чередование, следовательно, происходит через 90° (720°: 8). Порядок работы цилиндров и чередование тактов в восьмицнлиндровом двигателе показаны в таблице на рисунке.
Рис. Таблица чередования тактов восьмицилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1—5—4—2—0—3—7—8 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)
В многоцилиндровых двигателях вследствие непрерывного чередования рабочих ходов и перекрытия их одного другим обеспечивается более плавное и равномерное вращение коленчатого вала. Многоцилиндровые двигатели работают более устойчиво, без толчков и сотрясений, присущих одноцилиндровым двигателям.
ustroistvo-avtomobilya.ru
Порядок работы многоцилиндрового двигателя
зависит от типа двигателя (расположения цилиндров) и от количества цилиндров в нем.
Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени). Для определения этого угла продолжительность цикла, выраженную в градусах поворота коленчатого вала, делят на число цилиндров. Например, в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе такт расширения (рабочий ход) происходит через 180° (720 : 4) по отношению к предыдущему, т. е. через половину оборота коленчатого вала. Другие такты этого двигателя чередуются также через 180°. Поэтому шатунные шейки коленчатого вала у четырех цилиндровых двигателей расположены под углом 180° одна к другой, т. е. лежат в одной плоскости. Шатунные шейки первого и четвертого цилиндров направлены в одну сторону, а шатунные шейки второго и третьего цилиндров — в противоположную сторону. Такая форма коленчатого вала обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов и хорошую уравновешенность двигателя, так как все поршни одновременно приходят в крайнее положение (два поршня вниз и два вверх).
Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых отечественных тракторных двигателей 1—3—4—2. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.
При выборе порядка работы двигателя конструкторы стремятся равномернее распределить нагрузку на коленчатый вал.
Одноименные такты у четырехтактного шестицилиндрового двигателя совершаются через поворот коленчатого вала на 120°. Поэтому шатунные шейки расположены попарно в трех плоскостях под углом 120°. У четырехтактного восьмицилиндрового двигателя одноименные такты происходят через 90° поворота коленчатого вала и его шатунные шейки расположены крестообразно под углом 90° одна к другой.
В восьмицилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала совершается восемь рабочих ходов, что способствует его равномерному вращению.
Порядок работы восьмицилиндровых четырехтактных двигателей 1— 5—4—2—6—3—7—8, а шестицилиндровых 1—4—2—5—3—6.
Зная порядок работы цилиндров двигателя, можно правильно распределить провода по свечам зажигания, присоединить топливопроводы к форсункам и отрегулировать клапаны.
При такте «сгорание—расширение» сила Р1, приложенная к поршневому пальцу, слагается из двух сил:
силы P давления газов на поршень
силы инерции Pи (сила инерции переменна по величине и направлению)
Суммарную силу P1 разложить на можно две силы: силу S, направленную вдоль оси шатуна, и силу N, прижимающую поршень к стенкам цилиндра.
Силу S перенесем в центр шатунной шейки, а к центру коленчатого вала приложим две равные силе S и параллельные ей силы S1 и S2. Тогда совместное действие сил S1 и S создаст (на плече R) крутящий момент, приводящий во вращение коленчатый вал, а сила S2 нагрузит коренные подшипники и через них будет передаваться на картер двигателя.
Разложим силу S2 на две перпендикулярно направленные силы N1 и Р2. Сила N1 численно равна силе N, но направлена в противоположную сторону; совместное действие сил N и N1 образует момент Nl, который стремится опрокинуть двигатель в сторону, обратную вращению коленчатого вала. Сила P2 численно равная силе Р1, действует вниз, а сила Р действует на головку цилиндра вверх, т.е. в противоположную сторону. Разность между силами Р и P1 представляет собой силу инерции поступательно движущихся масс Ри. Наибольшей величины эта сила достигает в момент изменения направления движения поршня.
Вращающиеся массы шатунной шейки, щек кривошипа и нижней части шатуна создают центробежную силу Рц, направленную по радиусу кривошипа в от сторону центра вращения.
Таким образом, в кривошипно-шатунном механизме одноцилиндрового двигателя, кроме крутящего момента, возникающего на коленчатом валу, действует ряд неуравновешенных моментов и сил, как то:
реактивный, или опрокидывающий, момент Nl, воспринимаемый опорами двигателя через картер
сила инерции поступательно движущихся масс Ри, направленная по оси цилиндра
центробежная сила вращающихся масс Рц, направленная по кривошипу вала
Боковая сила N достигает наибольшей величины при расширении газов, когда поршень прижимается к левой стенке цилиндра, чем и объясняется ее обычно больший износ.
studfiles.net
Четырехтактный цикл автомобильного двигателя происходит в течение двух оборотов коленчатого вала. При этом поршень через шатун подталкивает коленчатый вал только на протяжении полуоборота.
Остальные полтора оборота вращение коленчатого вала происходит за счет энергии, накопленной во время предыдущих циклов. Кроме того эти полтора оборота перемещение поршня в цилиндре происходит при помощи коленчатого вала. В результате получается очень неравномерное вращение.
А это рывки при движении, повышенные вибрации.
Самый простой выход – увеличить массу маховика. Этот тяжелый металлический «блин» на конце коленчатого вала за счет своей массы как раз и будет сглаживать неравномерность, и создавать запас энергии. Именно так и поступали на первых автомобильных двигателях.
Маховики там ставили внушительного размера.
Построить мощный одноцилиндровый двигатель сложно. Поршень и цилиндр получатся огромного размера.
Этих недостатков нет, или они проявляются значительно меньше у многоцилиндровых двигателей. Наиболее распространенная конструкция на сегодняшний день это четырехцилиндровый двигатель, у которого цилиндры размещены в один ряд.
Рабочие циклы у такого двигателя организованы по цилиндрам таким образом, что такты рабочего хода происходят каждые пол-оборота коленчатого вала. В результате вращение вала более равномерное, да плюс еще помощь маховика.
Последовательность работы цилиндров: первый, третий, четвертый, второй. Так происходит на большинстве двигателей. Редко встречается другая последовательность: первый, второй, четвертый, третий.
Наиболее самоуравновешена конструкция двигателя с шестью цилиндрами в один ряд. В нём рабочие циклы смещены на сто двадцать градусов угла поворота коленчатого вала. Такую схему любит применять компания БМВ, в частности на её родстере Z4, мощном спортивном автомобиле.
Схем расположения цилиндров двигателя большое количество. Но на автомобилях чаще всего, кроме рядных, применяют V-образные двигатели. Это двигатели, в которых цилиндры располагаются в два ряда под углом. Чаще всего угол развала равен 90 градусов. Это связано с компоновочными соображениями.
Такой двигатель получается невысоким, форма его близка к параллелепипеду. Некоторые фирмы, в частности Субару, применяют схему с углом развала в 180 градусов. Двигатель (его называют оппозитным) при этом выходит плоским, что в целом понижает центр тяжести автомобиля, а это ценят любители быстрой езды.
Раньше на автомобилях применялись двигатели с углом развала 60 градусов. Сейчас нет, двигатель получается слишком высокий, вписать его в моторный отсек сложно.
Иногда у V-образных двигателей сложно добиться самоуравновешенности, получив одинаковый угол поворота коленчатого вала между тактами рабочего хода в разных цилиндрах. Например, широко распространенный шестицилиндровый V-образный двигатель с углом развала 90 градусов.
В нем такты смещены на 90 и 150 градусов угла поворота коленчатого вала. Для того, чтобы уменьшить вибрации двигателя, конструкторы устанавливают в нем дополнительные балансировочные валы.
Загрузка... avto-i-avto.ru
Современные двигатели для автомобилей и тракторов выполняют многоцилиндровыми. Объясняется такая тенденция тем, что с увеличением числа цилиндров равномерно вращается коленчатый вал, ибо в одноцилиндровом четырехтактном двигателе рабочий ход совершается только в продолжении половины оборота коленчатого вала, а остальные полтора оборота цикла он должен двигаться за счет энергии, полученной при рабочем ходе. Несколько лучше в этом отношении обстоит дело у двухтактного двигателя. Но и у него 50% времени цилиндр не работает на поршень.
Равномерное вращение коленчатого вала в многоцилиндровом двигателе достигается тем, что в нем рабочие ходы в цилиндрах выполняются не в одно время, а в определенной очередности. Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы двигателя.
Порядок работы двигателей зависит от числа цилиндров и характера их расположения — в один ряд (рядные) или в два ряда (V-образные).
Для четырехтактных рядов двигателей возможны порядки работы: двухцилиндрового 1—2, трехцилиндрового 1—3—2, четырехцилиндрового 1—2—4—3 или 1—3—4 — 2, шестицилиндрового 1—5—3 — 6 — 2 — 4 или 1—4—2—6—3—5. Для четырехтактных двигателей двухрядных V-образных: шестицилиндрового 1 л (левого блока) —1п (правого блока)—2л—2п—Зл—Зп или 1л —Зл—2л —2п—1п—Зп, восьмицилиндрового 1л—Зл—Зп—2л — — 2п— 1п—4л—4п и т. д.
Рабочий цикл в этих двигателях происходит в каждом цилиндре отдельно независимо от числа цилиндров.
Одноцилиндровые двигатели, несмотря на простоту конструкции, малые размеры и невысокую стоимость, для работы на автомобилях в настоящее время не применяются, так как им свойственны следующие недостатки:
— неравномерная работа ввиду редкого чередования тактов расширения;
— при одинаковой мощности размеры и масса цилиндра и движущихся частей получаются большими, чем в многоцилиндровых двигателях вследствие более высоких инерционных нагрузок, затруднительности повышения мощности двигателя увеличением частоты вращения и большей склонности двигателя к детонации;
— неблагоприятные условия смесеобразования и наполнения; плохая приемистость двигателя; большая удельная масса, т. е. масса, приходящаяся на единицу развиваемой двигателем мощности.
Стремление устранить недостатки одноцилиндрового двигателя привело к созданию многоцилиндрового двигателя.
На современных автомобилях применяют четырех-, шести-, восьми- и 12-цилиндровые двигатели. Наиболее распространенные схемы компоновок цилиндров двигателей представлены на рис. . При однорядных схемах компоновки оси цилиндра занимают строго вертикальное положение (это двигатели автомобилей ВАЗ -2106 «Жигули», ГАЗ -24-10 и -3102 «Волга» и др.) или расположены под некоторым углом а к вертикали, находящихся в пределах 15—20° (это двигатель автомобиля «Москвич-2140»), что позволяет уменьшить высоту двигателя и удобнее располагать его приборы и оборудование.
На большинстве грузовых автомобилей применяют двухрядную V-образную компоновку цилиндров (это двигатели автомобилей ЗИЛ -130, КамАЗ-5320, MA3-5335, «Урал-4320» и ГАЗ -53-12. Наряду с этим применяется также и двухрядная компоновка (рис. 1.5, г) под углом 180° с противолежащими цилиндрами. Двигатели с таким расположением цилиндров иногда называют оппозитными, они удобно располагаются под полом кузова, например в автобусах.
Рис. 1. Продольный разрез рядного двигателя ВАЗ -2121: 1—поддон картера; 2—коленчатый вал; 3—блок цилиндров; 4—вентилятор; 5—цепной привод; 6— воздушный фильтр; 7— крышка головки цилиндров; 8— распределительный вал; 9— головка цилиндров; 10— поршень; 11— шатун; 12— маховик
Многоцилиндровые двигатели (рис. 1 и 2) состоят как бы из нескольких одноцилиндровых двигателей, конструктивно объединенных в одно целое и имеющих один общий коленчатый вал. В таком двигателе за два оборота коленчатого вала рабочих ходов будет столько, сколько у него цилиндров (а так как два оборота коленчатого вала соответствуют 720°, то такты рабочего хода будут чередоваться через равные угловые интервалы 0 в зависимости от числа цилиндров г, следовательно, 9 = 720/г.
Рис. 2. Поперечный разрез V-образного дизеля ЗИЛ -645:
1 — маслозаливная пробка; 2 —форсунка; 3 — топливопровод высокого давления; 4 — впускной газопровод; 5 — штанга коромысла; 6 — крышка клапана; 7 — впускной клапан; 8 — головка цилиндров; 9 — выпускной газопровод; 10 — поршень; 11 — компрессионное кольцо; 12 — блок цилиндров; 13 — малосъемное кольцо; 14 — резиновое уплотнение; 15 — шатун; 16 — картер; 17— коленчатый вал; 18 — фильтр тонкой очистки масла; 19 — гильза цилиндра; 20— пружина клапана; 21— выпускной клапан; 22— коромысло
Например, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы происходят соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала. В каждом цилиндре указанных двигателей происходит один и тот же рабочий процесс, но одноименные такты происходят в разные моменты времени, при этом чередование тактов в цилиндрах двигателей выбирают так, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на подшипники коленчатого вала и плавную работу двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах двигателя в течение его рабочего цикла называется порядком работы двигателя. Принято указывать порядок работы двигателя по чередованию тактов рабочего хода, начиная с первого цилиндра.
Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигателя и числа цилиндров. Так, у коленчатого вала рядного четырехцилиндрового двигателя кривошипы расположены попарно под углом 180°, два крайних — под углом 180° к двум средним. Соответственно поршни цилиндров 1 и 4 при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров 2 и 3 — в противоположном. Порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть 1—3—4—2 (это у двигателей автомобилей семейств ВАЗ , «Москвич» и др.) или 1—2—4—3 (это у двигателей автомобилей ГАЗ -24-10 «Волга», УАЗ -3151-01 и их модификаций).
Рис. 3. Схемы кривошипно-шатунного механизма рядных двигателей: а—четырехцилиндрового; б — шестицилиндрового; 1—6— цилиндры; I—VI—кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1—6
Четырехцилиндровый двигатель может иметь и другой порядок работы при том же расположении кривошипов коленчатого вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения.
В шестицилиндровом рядном двигателе шатунные шейки коленчатого вала (рис. 3, б) расположены попарно в трех плоскостях. Такты во всех цилиндрах двигателя в соответствии с расположением кривошипов начинаются и кончаются не одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а смещаются в одной паре цилиндров относительно другой на угол 120 и, следовательно, рабочие ходы перекрываются на 1 /3 хода поршня, обеспечивая тем самым более равномерное вращение коленчатого вала.
Наиболее распространенным порядком работы карбюраторного шестицилиндрового рядного двигателя является 1—5—3—6—2—4 (это у двигателей автомобилей ЗИЛ -157КД, ГАЗ -52-04). Возможны и другие порядки работы карбюраторного шестицилиндрового двигателя.
Для шестицилиндровых дизелей наиболее совершенным является V-образный вариант двигателя с развалом цилиндров под углом 90° (рис. 4, а) и с порядком работы 1—4—2—5—3—6 (это двигатель ЯМЗ -236). Широкое распространение дизелей и карбюраторных двигателей с V-образным расположением цилиндров является следствием преимуществ компоновочных схем этого типа по сравнению с компоновочными схемами рядных двигателей.
К преимуществам таких двигателей следует отнести их меньшую высоту и габаритную длину, что дает возможность улучшить компоновку автомобиля в целом.
Недостатками V-образных двигателей являются более сложная отливка блока и увеличение габаритной ширины его по сравнению с рядным двигателем.
На грузовых автомобилях ЗИЛ -130, ГАЗ -53-12, КамАЭ-5320 и др. установлены восьмицилиндровые V-образные двигатели (рис. 4), цилиндры которых расположены в два ряда по ходу автомобиля. Угол развала между рядами цилиндров составляет 90°. Один ряд цилиндров несколько смещен относительно другого ряда, что обусловлено установкой двух шатунов на каждую шейку коленчатого вала. На каждой шатунной шейке коленчатого вала установлено по два шатуна, которые связаны с поршнями правого и левого рядов цилиндров.
Чередование тактов в восьмицилиндровом V-образном двигателе с порядком работы 1—5—4—2—6— 3—7—8 приведено в табл. 1.2, из которой видно, что при указанном порядке работы рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на ‘/г хода поршня. Это обеспечивает не только равномерное вращение коленчатого вала, но и уравновешивание сил инерции, возникающих в процессе работы восьмицилиндрового двигателя.
Рис. 5. Схемы кривошипного механизма V-образных двигателей: о— шестицилиндрового; б — восьмицилиндрового; 1—8— цилиндры; I—VIII— кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1—8
В одноцилиндровом четырехтактном двигателе один рабочий ход совершается за два оборота коленчатого вала, поэтому коленчатый вал вращается неравномерно, несмотря на наличие маховика.
Современные автомобильные двигатели выполняют четырех-, шести- и восьмицилиндровыми и реже десяти- и двенадцатицилиндровыми (БелАЗ). Расположение цилиндров может быть однорядным и двухрядным V-образным (рис. 6).
При том же литраже V-образное расположение цилиндров позволяет уменьшить габариты двигателя по сравнению с рядным расположением цилиндров, а следовательно, более удобно расположить место водителя и органы управления.
В многоцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала (720°) рабочих ходов будет столько, сколько цилиндров имеет двигатель.
Таким образом, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы должны происходить соответственно через 180,120 и 90° поворота коленчатого вала.
Мощность, развиваемую газами внутри цилиндров двигателя, называют индикаторной, а мощность, получаемую на коленчатом валу двигателя, — эффективной.
Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности, затрачиваемой на трение в двигателе и приведение в действие газораспределительного механизма, вентилятора, водяного, масляного и топливного насосов, генератора тока и других вспомогательных механизмов.
Величины крутящего момента и эффективной мощности тем больше, чем больше литраж двигателя (диаметр и число цилиндров, длина хода поршня), наполнение цилиндров горючей смесью и степень сжатия. У дизелей эффективная мощность зависит от момента впрыска топлива, качества распыливания и продолжительности подачи топлива.
Механическим коэффициентом полезного действия (к. п. д.) двигателя называют отношение эффективной мощности к индикаторной. Он тем больше, чем меньше потери на трение в двигателе и приведение в действие вспомогательных механизмов двигателя. Величина механического к. п. д. автомобильного двигателя составляет 0,70—0,85.
Эффективным к. п. д. двигателя называют отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте, которая могла бы выделиться при полном сгорании топлива. Величина эффективного к. п. д. карбюраторных двигателей составляет 0,21—0,28, а дизелей — 0,29—0,42.
В одноцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала (720°) совершается только один рабочий ход. Поэтому, несмотря на имеющийся маховик, коленчатый вал вращается неравномерно: ускоренно во время рабочего хода и замедленно, когда совершаются другие три такта. Чтобы устранить этот и некоторые другие недостатки одноцилиндрового двигателя, на тракторах и автомобилях устанавливают двигатели, имеющие от двух до двенадцати цилиндров. Цилиндры могут быть расположены в один ряд вертикально или в два ряда под углом один к другому (V-образно). Двухрядное расположение цилиндров позволяет уменьшить длину и массу двигателя.
Кривошипы коленчатого вала двух- и четырехцилиндровых двигателей расположены в одной плоскости, т. е. под углом 180°, у восьмицилиндровых — под 90° (рис. 9, г), а у шести- и двенадцатицилиндровых — под углом 120°.
Поршни четырехцилиндрового двигателя движутся попарно. Например, когда в первом и четвертом цилиндрах они опускаются, а в первом цилиндре совершается рабочий ход, а в четвертом — впуск), то во втором и третьем поршни поднимаются (во втором — выпуск, а в третьем — сжатие).
Чередование тактов рабочего хода в цилиндрах двигателя называется порядком работы цилиндров. Для изучаемых четырехцилиндровых двигателей принят порядок работы 1—3—4—2.
С увеличением числа цилиндров возрастает и число рабочих ходов, приходящихся на каждый оборот коленчатого вала, и он вращается равномернее. Так, например, у четырехцилиндрового двигателя при любом положении колен вала совершается рабочий ход в одном цилиндре, у восьмицилиндрового — одновременно в двух, а у двенадцатицилиндрового — в трех цилиндрах.
tbf.su
Коленчатый вал одноцилиндрового двигателя вращается неравномерно: ускоренно — во время такта расширения и замедленно — в других тактах. При сгорании заряда горючей смеси, необходимого для получения нужной мощности, на детали кривошипно-шатунного механизма действует ударная нагрузка, что увеличивает их износ и вызывает колебания всего двигателя.
При движении поршня, шатуна и коленчатого вала возникают значительные силы инерции, которые достаточно сложно уравновесить. Кроме того, для такого двигателя характерна плохая приемистость, т. е. способность быстро увеличивать частоту вращения коленчатого вала при увеличении количества сгораемого топлива.
Чтобы устранить недостатки одноцилиндровых двигателей, на тракторах и автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели, т. е. такие, у которых несколько одноцилиндровых двигателей объединены в один. Коленчатый вал этих двигателей вращается более равномерно.
Расположение цилиндров таких двигателей может быть одно- или двухрядным. Цилиндры большинства однорядных двигателей размещают вертикально, двухрядных — под углом друг к другу. Двухрядные двигатели могут быть V — образные (угол между цилиндрами меньше 180°) и оппозитные (угол между цилиндрами равен 180°).
Рисунок. Схемы расположения цилиндров двигателя: а — однорядное; б — двухрядное V — образное; в — двухрядное оппозитное
Отечественные двигатели имеют различное число цилиндров — от 2 до 12. В много цилиндровых двигателях такты расширения осуществляются в определенной последовательности, в соответствии с порядком работы, который зависит от расположения цилиндров, взаимного положения кривошипов коленчатого вала и последовательности открытия и закрытия клапанов механизма газораспределения.
Рассмотрим работу многоцилиндровых двигателей на примере четырехцилиндрового однорядного двигателя.
Этот двигатель можно представить как соединенные вместе четыре одноцилиндровых двигателя с одним общим коленчатым валом, кривошипы (колена) которого расположены в одной плоскости. Два крайних колена направлены в одну сторону, а два средних — в противоположную (под углом 180°).
Рисунок. Работа четырехцилиндрового четырехтактного двигателя (порядок работы 1-3-4-2)
В этом случае поршни движутся в цилиндрах в одном направлении попарно. Если в первом и четвертом цилиндрах поршни опускаются, то во втором и третьем — поднимаются (и наоборот).
ustroistvo-avtomobilya.ru
Cтраница 1
Многоцилиндровые двигатели имеют еще преимущество перед одноцилиндровыми в том, что применение нескольких цилиндров малого диаметра вместо одного большого благодаря уменьшению движущихся масс кривошипно-шатунного механизма позволяет повысить число оборотов двигателя, а следовательно, и его мощность. [1]
Многоцилиндровые двигатели обычно бывают с двухрядным расположением цилиндров - поровну в каждом ряду. Чтобы упростить формулу для определения эффективной мощности двигателя парциальным методом, величину п целесообразно принять равной половине числа цилиндров двигателя. [2]
Многоцилиндровые двигатели преимущественно применяются на тракторах, автомобилях, комбайнах, а также как стационарные двигатели. [3]
Многорядные многоцилиндровые двигатели с V-образным, Х - образ-ным, Н - образным или звездообразным расположением цилиндров, выполненные по схемам А, Б и В, с общим картером, но с отдельной для каждого-цилиндра кривошипной камерой, используемой в качестве продувочного насоса, и отдельным коленчатым валом. Все коленчатые валы связаны между собой при помощи специальных устройств. [4]
Пуск многоцилиндровых двигателей или газомоторных компрессоров, у которых пусковые клапаны установлены на всех крышках цилиндров, осуществляется с любого положения кривошипов коленчатого вала: как бы ни были расположены кривошипы коленчатого вала один из поршней будет находиться за в. При этом сжатый воздух приводит в движение поршень, а следовательно, и коленчатый вал и связанный с ним распределительный валик. [6]
Цилиндры многоцилиндрового двигателя должны быть так расположены и сгруппированы, чтобы собранный двигатель имел возможно большую жесткость и как можно меньшие габаритные размеры. [7]
Насос многоцилиндрового двигателя должен обеспечивать: а) равномерную подачу топлива во все цилиндры; б) одинаковый для всех цилиндров угол опережения подачи топлива и в) одинаковую длительность впрыска. [8]
Для многоцилиндровых двигателей ( 1Ц - 8 - г - 12) эти формулы дают несколько преувеличенные результаты, и мощность стартера может быть уменьшена. [9]
У многоцилиндровых двигателей, отличающихся высокой равномерностью работы, маховики делают небольшого размера и веса по сравнению с двигателями с малым числом цилиндров. [10]
Цилиндры многоцилиндровых двигателей отливают из серого чугуна или алюминиевого сплава в виде целой детали - блока цилиндров. Как одно целое с блоком цилиндров отливают верхнюю часть картера двигателя. [11]
У многоцилиндровых двигателей все цилиндры объединены и отлиты вместе в виде так называемого блока цилиндров. В этом случае крышка цилиндров является также общей и называется головкой блока. [12]
У многоцилиндровых двигателей с водяным охлаждением основной частью остова является корпус, объединяющий в общий блок все цилиндры. Он называется блоком цилиндров или блок-картером. Конструкция блок-картера должна обладать прочностью, жесткостью, удобством монтажа механизмов и приборов, расположенных внутри или снаружи блока. Все эти требования обеспечиваются в большей или меньшей степени его коробчатой формой, наличием ребер, люков, а также применением в качестве материала для его изготовления различных чугунов. [14]
Для многоцилиндровых двигателей, поскольку их кривошипно-шат унные механизмы жестко связаны между собой общим коленчатым валом и картером, кроме знания законов газовых сил и сил инерции каждого кривошипно-шатун-ного механизма, необходимо знать, какое влияние они оказывают друг на друга при совместной работе с учетом расположения кривошипов на коленчатом валу и порядка работы цилиндров. Установлено также, что в многоцилиндровых двигателях газовые и инерционные силы одновременно с созданием активного и равного ему по величине реактивного моментов создают нежелательные, дополнительно нагружающие коленчатый вал, изгибающие и скручивающие моменты. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
