Avto505.ru

Авто 505
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Рядный четырехцилиндровый двигатель имеет коленвал на котором

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

На автомобилях устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри цилиндра. В основу их действия положено свойство газов расширяться при нагревании.

Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Принцип работы ДВС (для просмотра нажмите на кнопку иллюстрации)
Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье как устроен двигатель внутреннего сгорания.

Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200 о С.

Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте ‘впуск’ в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта ‘сжатие’ воздух нагревается до 600 о С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.

Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900 о С.

Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700 о С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Более подробно про работу дизеля в статье Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. 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.

Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3
Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

Читать еще:  Сколько масла нужно заливать в двигатель ока

Принцип работы

При сгорании горючей смеси, состоящей из легковоспламеняемых продуктов и воздуха, выделяется больше количество энергии. Причем в момент воспламенения смеси она значительно увеличивается в объеме, возрастает давление в эпицентре воспламенения, по сути, происходит маленький взрыв с высвобождением энергии. Этот процесс и взят за основу.

Если сгорание будет производиться в закрытом пространстве – возникающее при сгорании давление будет давить на стенки этого пространства. Если одну из стенок сделать подвижной, то давление, пытаясь увеличить объем замкнутого пространства, будет перемещать эту стенку. Если к этой стенке присоединить какой-нибудь шток, то она уже будет выполнять механическую работу – отодвигаясь, будет толкать этот шток. Соединив шток с кривошипом, при перемещении он заставит провернуться кривошип относительно своей оси.

В этом и заключается принцип работы силового агрегата с внутренним сгоранием – имеется закрытое пространство (гильза цилиндра) с одной подвижной стенкой (поршнем). Стенка штоком (шатуном) связана с кривошипом (коленчатым валом). Затем производится обратное действие – кривошип, делая полный оборот вокруг оси, толкает штоком стенку и так возвращается обратно.

Но это только принцип работы с пояснением на простых составляющих. На деле же процесс выглядит несколько сложнее, ведь надо же вначале обеспечить поступление смеси в цилиндр, сжать ее для лучшего воспламенения, а также вывести продукты горения. Эти действия получили название тактов.

Всего тактов 4:

  • впуск (смесь поступает в цилиндр);
  • сжатие (смесь сжимается за счет уменьшения объема внутри гильзы поршнем);
  • рабочий ход (после воспламенения смесь из-за своего расширения толкает поршень вниз);
  • выпуск (отведение продуктов горения из гильзы для подачи следующей порции смеси);

Такты поршневого двигателя

Из этого следует, что полезное действие имеет только рабочий ход, три других – подготовительные. Каждый такт сопровождается определенным перемещением поршня. При впуске и рабочем ходе он движется вниз, а при сжатии и выпуске – вверх. А поскольку поршень связан с коленчатым валом, то каждый такт соответствует определенному углу проворота вала вокруг оси.

Реализация тактов в двигателе делается двумя способами. Первый – с совмещением тактов. В таком моторе все такты выполняются за один полный проворот коленвала. То есть, пол-оборота колен. вала, при котором выполняется движение поршня вверх или вниз сопровождается двумя тактами. Эти двигатели получили название 2-тактных.

Второй способ – раздельные такты. Одно движение поршня сопровождается только одним тактом. В итоге, чтобы произошел полный цикл работы – требуется 2 оборота колен. вала вокруг оси. Такие двигатели получили обозначение 4-тактных.

Коленчатый вал и виды его конструкций (Часть 2).

Продолжим рассматривать конструкции коленчатых валов. Начало данной статьи смотрите здесь.

На четырехцилиндровом двигателе угол между парами шатунных шеек составляет 180 градусов, у шестицилиндрового пары развернуты на 120 градусов. При этом вал остается симметричным по средней шейке, так же как у четырехцилиндрового двигателя, такие валы можно назвать “симметричными”. Такие валы не создают лишних вибраций даже при отсутствии противовесов. То есть для уравновешенности двигателя с “симметричными” валами достаточно подобрать одинаковую массу шатунов. В других системах масса шатунов должна строго соответствовать противовесам. Здесь рассматривается масса только нижней части шатуна, так как именно она совершает вращательные движения и только эта масса должна быть уравновешена противовесом. Как определить массу нижней головки шатуна, об этом мы поговорим подробнее в теме про шатуны.

Если сравнивать коленчатый вал рядного четырехцилиндрового и шестицилиндрового двигателя, то принято считать что вал шестицилиндрового двигателя является полностью уравновешенным. Именно это послужило причиной установки его на автомобилях высокого класса. Рядные шестицилиндровые двигатели можно встретить на автомобилях следующих фирм: MERCEDES-BENZ,BMW,VOLKSWAGEN,OPEL,VOLVO,NISSAN,TOYOTA .

На рядных шестицилиндровых двигателях используют семиопорные коленчатые валы, четырехопорные валы из-за недостаточной прочности используются гораздо реже.

Иногда из-за компоновки вспомогательных агрегатов, на рядном шестицилиндровом двигателе можно встретить коленчатый вал, у которого один из противовесов имеет уменьшенный радиус. Чтобы получить необходимую массу противовеса, к нему приклепан дополнительный противовес необходимой массы.

Некоторые фирмы, в частности HONDA,VOLVO,MERCEDESBENZ,AUDI на своих автомобилях устанавливают рядные пятицилиндровые двигатели. Если рассматривать коленчатый вал, установленный на пятицилиндровом двигателе в плане уравновешенности, то он занимает среднее место, между валом четырех и шести цилиндрового двигателя. Опять же если его сравнивать с 4 и 6 цилиндровыми моторами вал 5 цилиндрового двигателя является более сложным в ремонте. Он имеет шесть опор, все шатунные шейки развернуты друг от друга на угол 72 градуса и симметрия у него уже отсутствует.

Рядные шестицилиндровые двигатели имеют большую длину, поэтому были придуманы V-образные двигатели, которые с тем же числом цилиндров были короче в два раза. Коленчатый вал у шестицилиндрового V-образного двигателя имеет сложную конфигурацию, где шатунные шейки смещены друг от друга обычно на 60 градусов. Он имеет 4 опоры и также как у пятицилиндрового коленчатого вала у него отсутствует симметрия, что также вызывает сложность при его ремонте.

Читать еще:  Дроссельная заслонка засорилась симптомы

Валы шестицилиндровых V-образных двигателей прекрасно сбалансируются подбором масс шатунов и противовесов. Но на больших объемах (выше 3.5 литров), появляется неуравновешенность, и там уже приходится ставить балансирный вал.

Для автомобилей высокого класса фирмы MERCEDES-BENZ, FORD, GM, CHRYSLER, позже к ним подключились BMW, AUDI,NISSAN,TOYOTA устанавливают V-образные восьмицилиндровые двигатели. Особенностью коленчатого вала восьмицилиндрового V-образного двигателя является то, что на одной шатунной шейке располагаются сразу два шатуна, а сами шатунные шейки сдвинуты друг относительно друга на 90 градусов. В итоге получилось, что вал восьмицилиндрового двигателя в ремонте получился проще, чем шестицилиндрового V-образного двигателя или рядного пятицилиндрового.

Что касается неуравновешенных сил коленчатого вала восьмицилиндрового двигателя, то здесь дела обстоят так же как и с V- образной шестеркой. То есть массы шатунов должны соответствовать массе противовесов.

В настоящее время на автомобилях высшего класса стали устанавливаться V-образные 12-цилиндровые двигатели. Коленчатый вал V — образного 12-цилндрового двигателя очень похож на V- образный вал шестицилиндрового, но у него, так, же как и у 8-цилиндрового на одной шатунной шейке располагаются по два шатуна. Однако 12-цилиндровый коленчатый вал V- образного двигателя считается полностью уравновешенным, как и вал рядной шестерки.

Фирмы SUBARU, ALFA ROMEO и PORSCHE на своих автомобилях используют оппозитную схему расположения цилиндров. Вал четырехцилиндрового оппозитного двигателя практически ничем не отличается от коленчатого вала рядного с тем же числом цилиндров, за исключением того, что в оппозитном варианте он будет лучше уравновешен. Если же сравнить коленчатые валы шестицилиндрового V- образного двигателя и шестицилиндрового оппозитного двигателя, то, так же как и в предыдущем случае, они будут очень похожи друг на друга. Однако вал шестицилиндрового оппозитного двигателя будет также хорошо уравновешен, как и у рядной шестерки, чего не скажешь о вале V – образного шестицилиндрового двигателя.

На автомобилях малого класса используются трех и двухцилиндровые двигатели. У трехцилиндровых коленчатых валов шатунные шейки смещены на 120 градусов. Двигатель обладает неуравновешенностью от сил инерции, которые довольно часто уравновешиваются балансирным валом.

Что касается двухцилиндровых моторов, то на них ставится вал, у которого шейки не имеют углового смещения. Рядный двухцилиндровый двигатель считается более или менее уравновешенным только при наличии балансирного вала, поэтому эти двигатели обязательно должны быть им оборудованы.

Дизайн [ править ]

По сравнению с V-образными двухцилиндровыми двигателями и двухцилиндровыми двигателями , прямые двухместные двигатели более компактны, имеют более простую конструкцию и дешевле в производстве. [6] Прямолинейные спаренные двигатели могут быть подвержены вибрации либо из-за неравномерного интервала между включениями, присутствующего в кривошипно-шатунных двигателях на 180 °, либо из-за большой массы не встречного возвратно-поступательного движения в двигателях с кривошипом на 360 °. Рядные близнецы также больше страдают от реакций крутящего момента и вибрации. [7]

Угол коленчатого вала

Наиболее распространенные конфигурации коленчатого вала для прямолинейных спаренных двигателей — это 360 градусов, 180 градусов и 270 градусов. [8] [9] [10]

В двигателе с коленчатым валом, повернутым на 360 градусов, оба поршня движутся вверх и вниз одновременно. Однако интервал зажигания смещен между цилиндрами, причем один цилиндр работает во время первого оборота коленчатого вала, а затем другой цилиндр при следующем вращении. В 360-градусных двигателях может использоваться одна система зажигания для обоих цилиндров с использованием отработанной системы искры .

Несовершенный первичный баланс соответствует одноцилиндровому двигателю эквивалентной возвратно-поступательной массы. Ранние двигатели пытались уменьшить вибрацию с помощью противовесов на коленчатом валу, однако более поздние методы также включали балансирные валы и отдельный утяжеленный шатун. По сравнению с одноцилиндровым двигателем более частый интервал зажигания (360 градусов по сравнению с 720 градусами) приводит к более плавным ходовым характеристикам, несмотря на аналогичный динамический дисбаланс.

С 1930-х годов в большинстве британских четырехтактных прямолинейных сдвоенных мотоциклетных двигателей использовался коленчатый вал на 360 градусов [11], поскольку это позволяло избежать неравномерной пульсации впуска, характерной для других конфигураций, что исключает необходимость в сдвоенных карбюраторах. В 1960-х годах, хотя японские мотоциклы в основном использовали коленчатый вал 180 градусов для двигателей объемом от 250 до 500 куб.см, различные двигатели меньшего и большего размера продолжали использовать коленчатый вал на 360 градусов. Вибрация была менее важной проблемой для небольших двигателей, таких как 1965 Honda CB92 и 1979 Honda CM185 . В более крупных двигателях, таких как Yamaha XS 650 1969 года и Yamaha TX750 1972 года , часто использовались балансирные валы для уменьшения вибрации. [12] Поздние 1978-1984 гг.В двигателях Honda CB250N / CB400N также использовался коленчатый вал на 360 градусов. Мотоциклы BMW F с параллельным сдвоенным двигателем 2008 года также используют коленчатые валы на 360 градусов, с третьим «рудиментарным» шатуном (действующим как противовес) и ограничением числа оборотов 9000 об / мин для уменьшения вибраций. [13]

Читать еще:  Переделка трамблера на модуль зажигания

В двигателе с коленчатым валом, повернутым на 180 градусов, один поршень поднимается, а другой опускается. В четырехтактном двигателе интервал зажигания неравномерен: второй цилиндр работает на 180 градусов после первого, за которым следует зазор в 540 градусов, пока первый цилиндр не сработает снова. Неравномерный интервал зажигания вызывает вибрацию и приводит к «неровной» подаче мощности. Для двигателя 180 ° также требуется отдельная система зажигания для каждого цилиндра.

Идеальный первичный баланс возможен с прямым сдвоенным двигателем на 180 градусов, однако конструкция создает качающуюся пару, которая требует использования уравновешивающего вала для уменьшения вибрации. Прямой двухцилиндровый двигатель 180 градусов имеет вторичный дисбаланс (аналогичный рядному четырехцилиндровому двигателю), однако меньшая возвратно-поступательная масса означает, что это часто не требует лечения.

Двигатель с коленчатым валом 180 ° страдает меньшими насосными потерями, чем двухцилиндровый двигатель на 360 °, потому что смещение картера относительно не изменяется при перемещении поршней.

В 1960-х годах японские производители мотоциклов отдавали предпочтение использованию коленчатых валов с углом поворота 180 градусов, поскольку повышенная плавность хода позволяла увеличить число оборотов и, следовательно, более высокую выходную мощность. Например, двигатель Honda CB450 1966 года с коленчатым валом 180 градусов имеет такую ​​же выходную мощность, что и современные британские двигатели с коленчатым валом на 360 градусов, несмотря на меньший рабочий объем — 450 куб. См по сравнению с 650 куб. [14] [15] [16] И Yamaha TX500 1973 года, и Suzuki GS400 1977 года имели коленчатый вал 180 градусов и балансирный вал. С 1993 года в большинстве двигателей мотоциклов Honda с прямой спаркой используется коленчатый вал 180 градусов.

В двухтактных двигателях обычно используется коленчатый вал на 180 градусов, так как это приводит к двум равномерно распределенным рабочим ходам на оборот. Основная частота колебаний вдвое больше , чем эквивалентный одноцилиндровый двигатель, однако уменьшается вдвое амплитуда. [17] Двухтактные двигатели, в которых не используется коленчатый вал на 180 градусов, включают Yankee 1972 года и военную версию Jawa 350 1964 года , в обоих из которых вместо этого используется коленчатый вал на 360 градусов.

В двигателе с коленчатым валом на 270 градусов один поршень следует на три четверти оборота за другим. Это приводит к неравномерному интервалу зажигания, когда второй цилиндр стреляет на 270 градусов после первого, за которым следует зазор в 450 градусов, пока первый цилиндр не сработает снова. Это тот же образец, что и у 90-градусного V-образного двигателя , и в результате обе конфигурации имеют схожий «пульсирующий» звук выхлопа. Поршни в прямом двухцилиндровом двигателе на 270 градусов никогда не бывают неподвижными одновременно (как в двухцилиндровом двигателе на 90 градусов), тем самым уменьшая чистый обмен импульсом между кривошипом и поршнями во время полного вращения.

Несовершенный первичный баланс создается в прямом двухцилиндровом двигателе на 270 градусов из-за комбинации свободной силы и качающейся пары; для компенсации этого часто используется балансирный вал. Вторичный баланс двигателя на 270 градусов идеален, однако конфигурация действительно приводит к неуравновешенной качающейся паре.

Первые серийные 270-градусные двухцилиндровые мотоциклетные двигатели были установлены на Yamaha TRX850 и Yamaha TDM 1996 года . [9] [18] [10] Более поздние примеры включают в себя 2009 Triumph Thunderbird , 2010 Norton Commando 961 , 2012 серии Honda NC700 , 2014 Yamaha MT-07 , 2016 г. Триумф Thruxton 1200 и 2018 Royal Enfield перехватчик 650 .

Коренные подшипники

В двухцилиндровых двигателях с прямым приводом каждый цилиндр имеет отдельный шатун , в отличие от двигателей с V-образным сдвигом, в которых для обоих шатунов может использоваться общий шатун . Большинство старинных британских двигателей с прямыми сдвоенными двигателями для мотоциклов (таких как Triumph, BSA, Norton и Royal Enfield) имели два основных подшипника . [19] Начиная с конца 1950-х годов, большинство прямолинейных сдвоенных двигателей Honda имели четыре основных подшипника. [20] [21] Последующие прямые двухдвигательные двигатели имели четыре, а иногда и три основных подшипника. [12]

Кривошипно-шатунный механизм

  • Маховик поддерживает инерцию коленвала для вывода поршней из верхних или нижних крайних положений, а также для более равномерного его вращения.
  • Коленчатый вал преобразует линейное движение поршней во вращение и передает его через механизм сцепления на первичный вал КПП.
  • Шатун передает усилие, прикладываемое к поршню на коленчатый вал.
  • Поршневой палец создает шарнирное соединение шатуна с поршнем. Изготавливается из легированной высокоуглеродистой стали с цементацией поверхности. По сути является толстостенной трубкой со шлифованной наружной поверхностью. Бывает двух видов: плавающий или закрепленный. Плавающие свободно перемещаются в бобышках поршней и во втулке, запрессованной в головку шатуна. Не выпадает палец из этой конструкции благодаря стопорным кольцам, устанавливающимся в пазы бобышек. Закрепленные удерживаются в головке шатуна за счет горячей посадки, а в бобышках вращаются свободно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector