Полная версия

Главная arrow Техника arrow Динамика двигателей: уравновешивание поршневых двигателей

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Четырехцилиндровые двигатели

Анализ уравновешенности от сил инерции и уравновешивание этих сил

Рядные 4-цилиндровые 4-тактные двигатели типа R4 являются наиболее распространенными силовыми агрегатами для автомобилей и тракторов. Рабочий объем бензиновых ДВС обычно находится в диапазоне 1,2—2,5 л, дизельные двигатели выполняют и большим литражом.

Для обеспечения равномерного чередования рабочих ходов при 4-тактном цикле интервал между вспышками должен составлять: 720°/4 = 180°. Число возможных вариантов схем расположения колен вала 4-цилиндрового двигателя, удовлетворяющих этому условию, равно трем. На рис. 3.11 показаны такие варианты, все они имеют так называемую плоскую схему коленчатого вала.

Варианты схем коленчатого вала 4-тактного 4-цилиндрового ДВС типа R4, обеспечивающие равномерное чередование рабочих ходов

Рис. 3.71. Варианты схем коленчатого вала 4-тактного 4-цилиндрового ДВС типа R4, обеспечивающие равномерное чередование рабочих ходов

Заметим в связи с этим, что в общем случае для рядных ДВС с числом цилиндров i существует N разных вариантов схем расклинки кривошипов коленчатого вала, обеспечивающих равномерное чередование рабочих ходов. Причем по правилам комбинаторики N = (i — 1)! — для нечетного числа цилиндров, N = (i - 1)!/2 — для четного. Для каждого варианта можно подобрать порядок работы цилиндров, обеспечивающий равномерное чередование вспышек. Сравнительный анализ уравновешенности трех возможных вариантов КШМ 4-цилиндрового ДВС от действия сил инерции ВПДМ и их моментов показывает, что лучшей уравновешенностью обладает схема, показанная на рис. 3.11, в. Для этого варианта существуют два возможных порядка работы, обеспечивающих равномерное чередование вспышек: 1—2—4—3 и 1—3—4—2. Именно такую схему КШМ и такие порядки работы имеют практически все 4-тактные ДВС типа R4. Рассмотрим уравновешенность этой схемы.

Силы инерции от ВПДМ 1-го и 2-го порядков в каждом цилиндре действуют по его оси, так что они параллельны и расположены в одной плоскости (рис. 3.12). Результирующие могут быть найдены алгебраическим суммированием сил в отдельных цилиндрах:

Неуравновешенная результирующая сил 2-го порядка ?Р;-2 действует по вертикальной оси, расположенной симметрично осям цилиндров (см. рис. 3.12). Центробежные силы от неуравновешенных частей КШМ каждого колена Рс.к одинаковы по модулю, действуют по радиусу каждого кривошипа (см. рис. 3.12). Очевидно, что их сумма равна нулю:

Результирующий момент от сил инерции ВПДМ 1-го порядка ?МЛ может быть определен относительно любой точки, поскольку результирующая этих сил равна нулю. Наглядно оценить момент ?Мл относительно центральной точки Л, расположенной на линии симметрии осей цилиндров (см. рис. 3.12):

https://urait.ru

где b — расстояние между осями цилиндров.

Схема действия сил инерции в КШМ ДВС типа R4

Рис. 3.12. Схема действия сил инерции в КШМ ДВС типа R4

Также равен нулю и результирующий момент от центробежных сил: ^Мс =0.

Результирующий же момент от сил инерции ВПДМ 2-го порядка ?М72 не равен нулю. Поскольку сумма сил инерции ВПДМ 2-го порядка ^ Р}2 не равна нулю, момент от этих сил следует находить относительно центра масс всего СА, а не относительно произвольно выбранной точки, (например, той же точки А), как это допускается в учебной литературе. Если расстояние от центра масс СА до линии действия результирующей силы ? Pj принять рав- ныма(см.рис.3.2),то^М;2 = а-?Р/2 =а-4М-К-со2 -A.-cos2(p.3TOT момент действует в вертикальной плоскости расположения осей цилиндров (рис. 1.3).

Несмотря на то, что сумма центробежных сил и моментов от них в рассматриваемом ДВС равны нулю, на коленчатом валу обычно устанавливают нащечные противовесы, уравновешивающие центробежные силы и моменты на каждом отдельном колене для целей внутреннего уравновешивания (см. параграф 2.2, рис. 2.4).

Уравновешивание результирующей силы инерции 2-го порядка можно осуществить по методу Л анчестера (см. рис. 2.8). Для этого достаточно использовать часть механизма, которая уравновешивает силы инерции 2-го порядка — два балансирных вала, вращающихся с удвоенной (относительно коленчатого вала) угловой скоростью во взаимно противоположных направлениях. Дисбаланс противовесов этих балансирных валах на рис. 2.8 обозначен как М2г2. Центр масс этих противовесов должен находиться в плоскости, действия уравновешиваемой силы ^Р;-2 — практически напротив середины коленчатого вала. Общая схема размещения балансирных валов и противовесов показана на рис. 2.14, б и пояснена в параграфе 2.5.

Необходимая величина дисбаланса противовесов М2г2 для 4-цилиндрового ДВС может быть определена из условия равенства вертикальной составляющей суммы центробежных сил противовесов Рсу и уравновешиваемой силы ^Pj2: = YjPj2;

Рсу = 8М2г22 -cos2(p; ^Р;-2 = 4М-Р-со2 -A.-cos2(p.

Таким образом, дисбаланс противовеса М2г2 на каждом балансирном валу должен быть:

Ныне многие серийно выпускаемые модели автомобильных двигателей имеют такие балансирные валы для уравновешивания сил инерции ВПДМ 2-го порядка. Возможные схемы размещения и конструкции балансирных валов (для ДВС R4 Honda и Mercedes-Benz) показаны на рис. 3.13.

https://urait.ru

Размещение блока балансирных валов в ДВС R4 Honda (а), конструкция балансирных валов и их картера ДВС R4 Mercedes-Benz (б)

Рис. 3.13. Размещение блока балансирных валов в ДВС R4 Honda (а), конструкция балансирных валов и их картера ДВС R4 Mercedes-Benz (б)

В конструкциях показанных двигателей балансирные валы размещены в нижней части картера, хотя возможны варианты расположения их выше оси коленчатого вала (как, например, в ДВС R4 фирм Mitsubishi, Saab) при выполнении указанных выше условий. Привод балансирных валов часто осуществляют металлической цепью либо зубчатым ремнем. Предусматривают специальные метки на звездочках привода и цепи для правильного расположения противовесов при сборке и ремонтах двигателя.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>