Двигатели внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует перемещения большого количества грузов и пассажиров. Высокая маневренность, проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.

Важную роль играет автомобильный транспорт в освоении восточных и нечерноземных районов нашей страны. Отсутствие развитой сети железных дорог и ограничение возможностей использования рек для судоходства делают автомобиль главным средством передвижения в этих районах.

Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного хозяйства и занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе страны. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов, перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70% пассажирских перевозок.

Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли народного хозяйства - автомобильной промышленности, которая на современном этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения.

двигатель четырехтактный сгорание строительный



1. Классификация двигателей внутреннего сгорания

На строительных и дорожных машинах в качестве источника механической энергии применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Общими признаками для двигателей внутреннего сгорания строительных и дорожных машин являются:

- конструкция кривошипно-шатунного механизма - тронковая (боковое усилие от шатуна воспринимается поршнем);

- род применяемого топлива - жидкое (бензин, дизельное);

- направление вращения коленчатого вала - правое (положение наблюдателя со стороны, противоположной валу основного отбора мощности).

Требуемая мощность двигателя должна обеспечивать перемещение машины с заданными скоростями, выполнение работы рабочим оборудованием и функционирование систем и механизмов. На строительных и дорожных машинах применяются в основном двигатели тракторного, автомобильного и промышленного назначения, мощности которых определяются стандартами.

Все применяемые на строительных и дорожных машинах поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим основным признакам:

по характеру движения рабочих частей

двигатели с возвратно-поступательным движением поршней

роторно-поршневые двигатели (двигатели Ванкеля)

по расположению цилиндров

оппозитные двигатели

рядные двигатели

звездообразные двигатели

V-образные двигатели

По способу осуществления рабочего цикла:

четырехтактные двигатели

двухтактные двигатели

По способу воспламенения горючей смеси:

бензиновые двигатели с принудительным воспламенением

дизельные двигатели с воспламенением от сжатия

По способу смесеобразования:

с внешним смесеобразованием (вне камеры сгорания), преимущественно бензиновые двигатели

с внутренним смесеобразованием (в камере сгорания), преимущественно дизельные двигатели

По типу системы охлаждения:

двигатели с жидкостным охлаждением

двигатели с воздушным охлаждением

По расположению распредвала(-ов):

двигатель с верхним расположением распредвала(-ов)

двигатель с нижним расположением распредвала(-ов)

По типу топлива:

бензиновый двигатель

дизельный двигатель

двигатель, работающий на газе

По способу наполнения цилиндров:

двигатели без наддува («атмосферные»)

двигатели с наддувом

Двигатель внутрeнего сгорания- Это источник Энергии для движения автомобиля. Типичный двигатель внутреннего сгорания работает или па бензине или на дизельном топливе. Топливо используемое в бензиновых и дизельных двигателях, различают по способу воспламенения топлива Механика работы каждого двигателя почти одинакова. Вдвигателе топливо сгорает для того, чтобы создать механическое движение .

2. Рабочий цикл двухтактного ДВС

Более полно время, отводимое на рабочий цикл, используется в двухтактных двигателях, в которых рабочий цикл совершается за два такта, т. е. за один оборот коленчатого вала. В отличие от четырехтактных двигателей, в двухтактных очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом, или, другими словами, процесс газообмена, происходят только при движении поршня вблизи НМТ. При этом очистка цилиндра от выпускных газов осуществляется путем вытеснения их не поршнем, а предварительно сжатым до определенного давления воздухом или горючей смесью. Предварительное сжатие воздуха или смеси производится в специальном продувочном насосе или компрессоре, исполняемом в виде отдельного агрегата. В небольших двигателях в качестве продувочного насоса иногда используются внутренняя полость картера (кривошипная камера) и поршень двигателя.

В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть воздуха или горючей смеси неизбежно удаляется из цилиндра вместе с выпускными газами через выпускные органы. Эта утечка воздуха или горючей смеси учитывается при выборе производительности продувочного насоса или компрессора.

В двухтактных двигателях применяются различные схемы газообмена.

Прямоточная клапанно-щелевая схема газообмена (рис. 1). Основными особенностями устройства двигателя этого типа являются: 1) впускные окна (1), расположенные в нижней части цилиндра, высота которых составляет около 10-20 % хода поршня. Открытие и закрытие впускных окон производится поршнем (3) при его движении в цилиндре;

2) выпускные клапаны (4), размещенные в крышке цилиндра, с приводом от распределительного вала, частота вращения которого обеспечивает открытие клапанов один раз за один оборот коленчатого вала;

3) продувочный насос нагнетает воздух под давлением через открытые окна (1) для очистки цилиндра от продуктов сгорания и наполнения свежим зарядом.

Рисунок 1 Прямоточная клапанно-щелевая схема газообмена

Петлевая схема газообмена (рис. 1.2) значительно упрощает конструкцию двигателя по сравнению с клапанно-щелевой, но при этом ухудшается качество газообмена и возникают потери воздуха или смеси при наполнении.Петлевая схема газообмена отличается большим разнообразием конструктивного выполнения и широко применяется в двигателях различного назначения (от маломощных для мопедов до крупных, мощностью в несколько десятков тысяч киловатт для судов).

Рисунок 2 Петлевая схема газообмена

Прямоточная схема газообмена с противоположно движущимися поршнями (рис. 1.3), в которой один поршень (3) управляет впускными окнами, а другой - выпускными, обеспечивает высокое качество газообмена.

Рисисунок 3 Прямоточная схема газообмена

Для предварительного сжатия горючей смеси или воздуха, как было указано выше, в двухтактных двигателях может быть использована внутренняя полость картера (кривошипная камера).

Такие двигатели называются двигателями с кривошипно-камерной схемой газообмена (рис. 1.4). Они имеют герметически закрытый картер, который и служит продувочным насосом.

При движении поршня от НМТ к ВМТ объем пространства под ним увеличивается и давление падает ниже атмосферного, т. е. в кривошипной камере создается разрежение

Вследствие этого наружный воздух устремляется в картер через автоматически действующий впускной клапан. При обратном движении поршня до момента открытия впускных окон происходит сжатие свежего заряда в кривошипной камере. После открытия впускных окон сжатый свежий заряд вытесняется из камеры в цилиндр.



Рисунок 4 Кривошипно-камерная схема газообмена

Преимущество двухтактных двигателей с кривошипно-камерной схемой газообмена - простота устройства. Однако при данном способе газообмена очистка цилиндра и наполнение его свежим зарядом по сравнению с другими способами происходят значительно хуже, в результате чего уменьшается мощность и ухудшается экономичность двигателя.

На рис. 2 и 2.1. показана схема работы двухтактного двигателя с внутренним смесеобразованием и прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена.

Первый такт. Первый такт соответствует ходу поршня ВМТ к НМТ (рис. 2.). В цилиндре только что прошло сгорание (линия cz на индикаторной диаграмме) и начался процесс расширения газов, т. е. осуществляется рабочий ход. Несколько раньше момента прихода поршня к впускным окнам открываются выпускной клапан в крышке цилиндра, и продукты сгорания начинают вытекать из цилиндра в выпускной патрубок; при этом давление в цилиндре резко падает (участок тk на индикаторной диаграмме).

Рисунок 5 Первый такт двухтактного ДВС

Впускные окна открываются поршнем, когда давление в цилиндре становится примерно равным давлению предварительно сжатого воздуха в ресивере или немного выше его. Воздух, поступая в цилиндр через впускные окна, вытесняет через выпускные клапаны оставшиеся в цилиндре продукты сгорания и заполняет цилиндр (продувка), т. е. осуществляется газообмен. Таким образом, в течение первого такта в цилиндре происходит сгорание топлива, расширение газов, выпуск выпускных газов, продувка и наполнение цилиндра.

Второй такт. Второй такт соответствует ходу поршня от НМТ к ВМТ (рис. 1.13). В начале хода поршня продолжаются процессы удаления выпускных газов, продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом. Конец продувки цилиндра определяется моментом закрытия впускных окон и выпускных клапанов. Последние закрываются или одновременно с впускными окнами, или несколько ранее.



Рисунок 6 Второй такт двухтактного ДВС

Давление в цилиндре к концу газообмена в двухтактных двигателях несколько выше атмосферного и зависит от давления воздуха в ресивере. С момента окончания газообмена и полного перекрытия поршнем впускных окон начинается процесс сжатия воздуха. Когда поршень не доходит на 10-30° по углу поворота коленчатого вала до ВМТ (точка с'), в цилиндр через форсунку начинает подаваться топливо. Следовательно, в течение второго такта в цилиндре происходит окончание выпуска, продувка и наполнение цилиндра в начале хода поршня и сжатие при его дальнейшем ходе.

В отличие от четырехтактного двигателя в двухтактном двигателе отсутствуют такты впуска и выпуска как самостоятельные такты, для которых требуется один оборот коленчатого вала. В двухтактных двигателях процессы выпуска и впуска осуществляются на небольших участках хода поршня, соответствующего основным тактам расширения и сжатия.

3. Рабочий цикл четырехтактного ДВС

Двигатель, рабочий цикл которого осуществляется за четыре такта, или за два оборота коленчатого вала, называется четырехтактным. Рабочий цикл в таком двигателе происходит следующим образом.

Первый такт - впуск (рис. 3.). В начале первого такта поршень находится в положении, близком к ВМТ. Впуск начинается с момента открытия впускного отверстия, за 10-30° до ВМТ. Камера сгорания заполнена продуктами сгорания от предыдущего процесса, давление которых несколько больше атмосферного. На индикаторной диаграмме начальному положению поршня соответствует точка r. При вращении коленчатого вала (в направлении стрелки) шатун перемещает поршень к НМТ, а распределительный механизм полностью открывает впускной клапан и соединяет надпоршневое пространство цилиндра двигателя с впускным трубопроводом. В начальный момент впуска клапан только начинает подниматься и впускное отверстие представляет собой круглую узкую щель высотой в несколько десятых долей миллиметра. Поэтому в этот момент впуска горючая смесь (или воздух) в цилиндр почти не проходит. Однако опережение открытия впускного отверстия необходимо для того, чтобы к моменту начала опускания поршня после прохода им ВМТ оно было бы открыто возможно больше и не затрудняло бы поступления воздуха или смеси в цилиндр. В результате движения поршня к НМТ цилиндр заполняется свежим зарядом (воздухом или горючей смесью).



Рисуно 7 Впуск

При этом вследствие сопротивления впускной системы и впускных клапанов давление в цилиндре становится на 0.01-0.03 МПа меньше давления во впускном трубопроводе. На индикаторной диаграмме такту впуска соответствует линия rа.

Такт впуска состоит из впуска газов, происходящего при ускорении движения опускающегося поршня, и впуска при замедлении его движения.

Впуск при ускорении движения поршня начинается в момент начала опускания поршня и заканчивается в момент достижения поршнем максимальной скорости приблизительно при 80° поворота вала после ВМТ. В начале опускания поршня вследствие малого открытия впускного отверстия в цилиндр проходит мало воздуха или смеси, а поэтому остаточные газы, оставшиеся в камере сгорания от предшествующего цикла, расширяются и давление в цилиндре падает. При опускании поршня горючая смесь или воздух, находившаяся в покое во впускном трубопроводе или двигавшаяся в нем с небольшой скоростью, начинает проходить в цилиндр с постепенно увеличивающейся скоростью, заполняя объем, освобождаемый поршнем. По мере опускания поршня его скорость постепенно увеличивается и достигает максимума при повороте коленчатого вала примерно на 80°. При этом впускное отверстие открывается все больше и больше и горючая смесь (или воздух) в цилиндр проходит в больших количествах.

Впуск при замедленном движении поршня начинается с момента достижения поршнем наибольшей скорости и оканчивается НМТ, когда скорость его равна нулю. По мере уменьшения скорости поршня скорость смеси (или воздуха), проходящей в цилиндр, несколько уменьшается, однако в НМТ она не равна нулю. При замедленном движении поршня горючая смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет увеличения объема цилиндра, освобождаемого поршнем, а также за счет своей силы инерции. При этом давление в цилиндре постепенно повышается и в НМТ может даже превышать давление во впускном трубо- проводе.

Давление во впускном трубопроводе может быть близким к атмосферному в двигателях без наддува или выше него в зависимости от степени наддува (0.13-0.45 МПа) в двигателях с наддувом.

Впуск окончится в момент закрытия впускного отверстия (40-60°) после НМТ. Задержка закрытия впускного клапана происходит при постепенно поднимающемся поршне, т.е. уменьшающемся объеме газов в цилиндре. Следовательно, смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет ранее созданного разрежения или инерции потока газа, накопленной в процессе течения струи в цилиндр.

При малых числах оборотов вала, например при пуске двигателя, сила инерции газов во впускном трубопроводе почти полностью отсутствует, поэтому во время задержки впуска будет идти обратный выброс смеси (или воздуха), поступившей в цилиндр ранее во время основного впуска.

При средних числах оборотов инерция газов больше, поэтому в самом начале подъема поршня происходит дозарядка. Однако по мере подъема поршня давление газов в цилиндре увеличится и начавшаяся дозарядка может перейти в обратный выброс.

При больших числах оборотов сила инерции газов во впускном трубопроводе близка к максимуму, поэтому происходит интенсивная дозарядка цилиндра, а обратный выброс не наступает.

Второй такт - сжатие. При движении поршня от НМТ к ВМТ (рис. 3.1.) производится сжатие поступившего в цилиндр заряда.

Рисунок 8 Сжатие

Давление и температура газов при этом повышаются, и при некотором перемещении поршня от НМТ давление в цилиндре становится одинаковым с давлением впуска (точка т на индикаторной диаграмме). После закрытия клапана при дальнейшем перемещении поршня давление и температура в цилиндре продолжают повышаться. Значение давления в конце сжатия (точка с) будет зависеть от степени сжатия, герметичности рабочей полости, теплоотдачи в стенки, а также от величины начального давления сжатия.

На воспламенение и процесс сгорания топлива как при внешнем, так и при внутреннем смесеобразовании требуется некоторое время, хотя и очень незначительное. Для наилучшего использования теплоты, выделяющейся при сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось при положении поршня, возможно близком к ВМТ. Поэтому воспламенение рабочей смеси от электрической искры в двигателях с внешним смесеобразованием и впрыск топлива в цилиндр двигателей с внутренним смесеобразованием обычно производятся до прихода поршня в ВМТ.

Таким образом, во время второго такта в цилиндре в основном производится сжатие заряда. Кроме того, в начале такта продолжается зарядка цилиндра, а в конце начинается сгорание топлива. На индикаторной диаграмме второму такту соответствует линия ас.

Третий такт - сгорание и расширение. Третий такт происходит при ходе поршня от ВМТ к НМТ (рис. 3.2). В начале такта интенсивно сгорает топливо, поступившее в цилиндр и подготовленное к этому в конце второго такта.

Вследствие выделения большого количества теплоты температура и давление в цилиндре резко повышаются, несмотря на некоторое увеличение внутри цилиндрового объема (участок сz на индикаторной диаграмме).

Под действием давления происходит дальнейшее перемещение поршня к НМТ и расширение газов. Во время расширения газы совершают полезную работу, поэтому третий такт называют также рабочим ходом. На индикаторной диаграмме третьему такту соответствует линия сzb.



Рисунок 9 Расширение

Четвертый такт - выпуск. Во время четвертого такта происходит очистка цилиндра от выпускных газов (рис. 3.3). Поршень, перемещаясь от НМТ к ВМТ, вытесняет газы из цилиндра через открытый выпускной клапан. В четырехтактных двигателях открывают выпускное отверстие на 40-80° до прихода поршня в НМТ (точка b) и закрывают его через 20-40° после прохода поршнем ВМТ. Таким образом, продолжительность очистки цилиндра от отработавших газов составляет в разных двигателях от 240 до 300° угла поворота коленчатого вала.

Процесс выпуска можно разделить на предварение выпуска, происходящее при опускающемся поршне от момента открытия выпускного отверстия (точка b) до НМТ, т. е. в течение 40-80°, и основной выпуск, происходящий при перемещении поршня от НМТ до закрытия выпускного отверстия, т. е. в течение 200-220° поворота коленчатого вала.

Во время предварения выпуска поршень опускается, и удалять из цилиндра отработавшие газы не может.

Однако в начале предварения выпуска давление в цилиндре значительно выше, чем в выпускном коллекторе.

Поэтому отработавшие газы за счет собственного избыточного давления с критическими скоростями выбрасываются из цилиндра. Истечение газов с такими большими скоростями сопровождается звуковым эффектом, для поглощения которого устанавливают глушители.

Критическая скорость истечения отработавших газов при температурах 800 -1200 К составляет 500-600 м/сек.

При подходе поршня к НМТ давление и температура газа в цилиндре понижаются и скорость истечения отработавших газов падает.

Когда поршень подойдет к НМТ, давление в цилиндре понизится. При этом критическое истечение окончится и начнется основной выпуск.

Истечение газов во время основного выпуска происходит с меньшими скоростями, достигающими в конце выпуска 60-160 м/сек.

Таким образом, предварение выпуска менее продолжительно, скорости газов очень велики, а основной выпуск примерно в три раза продолжительнее, но газы в это время выводят из цилиндра с меньшими скоростями.

Поэтому количества газов, выходящих из цилиндра во время предварения выпуска и основного выпуска, примерно одинаковы.

По мере уменьшения частоты вращения двигателя уменьшаются все давления цикла, а следовательно, и давления в момент открытия выпускного отверстия. Поэтому при средних частотах вращения сокращается, а при некоторых режимах (при малых оборотах) совершенно пропадает истечение газов с критическими скоростями, характерными для предварения выпуска.



Рисунок 10 Выпуск

Температура газов в трубопроводе по углу поворота кривошипа меняется от максимальной в начале выпуска до минимальной в конце. Предварение открытия выпускного отверстия несколько уменьшает полезную площадь индикаторной диаграммы. Однако более позднее открытие этого отверстия вызовет задержку газов с высоким давлением в цилиндре и на их удаление при перемещении поршня придется затратить дополнительную работу.

Небольшая задержка закрытия выпускного отверстия создает возможность использования инерции выпускных газов, ранее вышедших из цилиндра, для лучшей очистки цилиндра от сгоревших газов. Несмотря на это, часть продуктов сгорания неизбежно остается в головке цилиндра, переходя от каждого данного цикла к последующему в виде остаточных газов. На индикаторной диаграмме четвертому такту соответствует линия zb.

Четвертым тактом заканчивается рабочий цикл. При дальнейшем движении поршня в той же последовательности повторяются все процессы цикла.

Только такт сгорания и расширения является рабочим, остальные три такта осуществляются за счет кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров.

Чем полнее будет очищен цилиндр от выпускных газов и чем больше поступит в него свежего заряда, тем больше, следовательно, можно будет получить полезной работы за цикл.

Для улучшения очистки и наполнения цилиндра выпускной клапан закрывается не в конце такта выпуска (ВМТ), а несколько позднее (при повороте коленчатого вала на 5-30° после ВМТ), т. е. в начале первого такта. По этой же причине и впускной клапан открывается с некоторым опережением (за 10-30° до ВМТ, т. е. в конце четвертого такта). Таким образом, в конце четвертого такта в течение некоторого периода могут быть открыты оба клапана. Такое положение клапанов называется перекрытием клапанов. Оно способствует улучшению наполнения в результате эжектирующего действия потока газов в выпускном трубопроводе.

Из рассмотрения четырехтактного цикла работы следует, что четырехтактный двигатель только половину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Вторую половину времени (такты впуска и выпуска) двигатель работает как воздушный насос.

4. Уравновешивание двигателей

Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют различные силы, изменяющиеся по численному значению и направлению. Одни из них полезны и обеспечивают работу двигателя, другие вредны и вызывают износ деталей.

К полезным относится сила давления газов в цилиндре двигателя при рабочем ходе, к вредным -- силы инерции движущихся деталей и силы трений, возникающие при движении трущихся пар.

При движении и вращении деталей кривошипно-шатунного механизма возникают инерционные силы поступательно движущихся масс и центробежные силы вращающихся масс. Эти силы передаются на остов двигателя и раму трактора или автомобиля. Периодическое изменение сил инерции вызывает вибрацию двигателя и машины в целом. Эти вибрации ослабляют резьбовые соединения деталей, дополнительно нагружают подшипники коленчатого вала и ускоряют их изнашивание.

Уравновешивание двигателя заключается в создании такой системы сил при установившемся режиме работы, в которой равнодействующие сил и моментов были бы постоянны по значению и направлению или равны нулю. Уравновешивание сил инерции достигается выбором определенного числа цилиндров, расположением колен вала и применением дополнительных движущихся масс -- противовесов. Эти способы обычно применяют совместно.

Двигатель называется уравновешенным, если во время установившегося режима работы на его опоры передаются постоянные по величине и направлению усилия.

У неуравновешенного двигателя давление на опоры непрерывно изменяется и вызывает вибрацию подмоторной рамы и автомобиля в целом, что сопровождается ослаблением болтовых соединений, перегрузкой отдельных деталей, увеличением их износа и другими нежелательными явлениями.

Первой причиной неуравновешенности поршневого двигателя является наличие периодически изменяющихся по величине и по знаку сил инерции возвратно поступательно движущихся масс Pi и неравномерно меняющих направление центробежных сил вращающихся массKr. В многоцилиндровом двигателе силы отдельных цилиндров частично уравновешиваются, но в совокупности могут вызвать появление неуравновешенных свободных сил инерции и моментов от них.

Второй причиной неуравновешенности двигателя является неравномерность суммарного крутящего момента. Суммарный крутящий момент является периодической функцией угла поворота коленчатого вала, поэтому возможно меньшее изменение реакций опор достигается увеличением числа цилиндров и соблюдением равенства интервалов между рабочими ходами, что обеспечивает большую равномерность суммарного крутящего момента.

Полностью уравновешенным поршневой двигатель быть не может, так как неизбежная неравномерность крутящего момента всегда вызывает периодическое изменение нагрузки па опоры. Поэтому, говоря об уравновешенности двигателя, обычно имеют в виду соблюдение допустимой степени неуравновешенности в результате предпринятых конструктивных или производственных мероприятий, способствующих устранению в той или иной мере причин, вызывающих неуравновешенность.

Для получения конструктивно предусмотренной уравновешенности двигателя ряд требований предъявляется также к производству отдельных деталей двигателя в отношении соблюдения допусков на массы и размеры.

Установление этих допусков обусловливается необходимостью выполнения в большей или меньшей степени условий:

1) равенства масс поршневых групп;

2) равенства масс шатунов и одинакового расположения их центров тяжести;

3) динамической уравновешенности коленчатого вала, достигаемой его балансировкой.

Уравновешивания сил инерции вращающихся масс кривоншпно-шатунного механизма двигателя достигают таким размещением вращающихся масс кривошипов или масс противовесов, при котором соблюдаются два условия:

1) центр тяжести приведенной системы вала находится на оси вращения;

2) сумма моментов центробежных сил инерции вращающихся масс относительно любой точки оси вала равняется нулю.

Соблюдение первого условия обусловливает так называемую статическую уравновешенность, так как уравновешенность в этом случае проверяют путем статической балансировки вала на призмах. Аналитически это условие уравновешенности выражается равенством нулю результирующей всех центробежных сил инерции.

Выполнение второго условия (при одновременном соблюдении первого) обеспечивает так называемую динамическую уравновешенность, которую проверяют при вращении вала на балансировочном станке.

Выполнение обоих условий уравновешенности соответствует вращению вала вокруг его главной центральной оси инерции.

В одноколейном валу сумма центробежных сил, развиваемых двумя противовесами, должна быть равна и противоположна по направлению центробежной силе.

Следовательно, масса каждого противовеса

Многоколенные симметричные валы многоцилиндровых двигателей обычно уравновешивают в целом без установки противовесов. Несмотря на это, их часто снабжают противовесами, чтобы уменьшить моменты, изгибающие вал, и разгрузить его коренные подшипники. Противовесы способствуют, кроме того, более равномерному распределению давления по окружности коренной шейки. диаграммы

лежащего с ним в одной плоскости.

Ниже рассматриваются способы уравновешивания двигателей различных видов.

P2 порядка могут быть уравновешены только с помощью системы добавочных противовесов (рис. 229).

, равный углу поворота колена вала. (В двигателе со смещенным кривошипно-шатунным механизмом этот угол ).



При этом горизонтальные составляющие центробежных сил инерции этих противовесов равны по величине и направлены в разные стороны и, следовательно, взаимно уравновешены.

то равнодействующая вертикальных составляющих центробежных сил инерции добавочных противовесов будет уравновешивать силу инерции первого порядка.

уравновешивает силу инерции второго порядка, если масса каждого добавочного противовеса выбрана из условия

. В результате этого так называемого избыточного уравновешивания удается уменьшить абсолютную величину вертикальной составляющей неуравновешенной силы инерции первого порядка (при одновременном появлении неуравновешенной горизонтальной составляющей центробежной силы противовесов).

Однорядный двухцилиндровый двигатель. Коленчатый вал этого двигателя (рис. 230, а) имеет колена, расположенные под углом 180°, уравновешенные противовесами.

Силы инерции первого порядка для первого и второго цилиндров уравновешиваются:

равны, одинаково направлены и имеют равнодействующую



Двухцилиндровый четырехтактный двигатель с противолежащими цилиндрами. В таком двигателе применяется двухколенный вал с углом между коленами 180°, уравновешенный противовесами (рис. 230, б).

Силы инерции первого и второго порядков для первого цилиндра равны соответствующим силам инерции второго цилиндра, но направлены всегда в противоположную сторону. Следовательно, результирующие их равны нулю. Так как оси цилиндров параллельны, то силы дают пару, действующую в плоскости осей цилиндров, момент которой не уравновешен:

Однорядный четырехцилиндровый четырехтактный двигатель.

а для второго и третьего цилиндров



а для второго и третьего цилиндров

Следовательно, все эти силы равны и всегда направлены одинаково. Их равнодействующая

для третьего и четвертого цилиндров



Равнодействующая сила инерции первого порядка для всех цилиндров

Двухцилиндровый V-образный двигатель с углом развала 90°.

Коленчатый вал этого двигателя имеет одно колено, с которым сочленяются шатуны обоих цилиндров, расположенных в одной плоскости (рис. 233).

,

которая уравновешивается двумя противовесами, устанавливаемыми

на продолжение щек колена вала.

Силы инерции первого порядка:

для первого цилиндра



для второго цилиндра

Эти силы взаимно перпендикулярны, поэтому их равнодействующая

Рис. Схема двухцилиндрового двигателя с V-образным расположением цилиндров и углом между осями 90°:

постоянна по величине и всегда направлена по радиусу кривошипа. Очевидно, она может быть уравновешена просто путем увеличения массы противовесов, устанавливаемых на продолжении щек колена вала для уравновешивания центробежных сил вращающихся масс. Добавочная масса для каждого противовеса определяется по уравнению

для второго цилиндра

Равнодействующая этих сил

Угол, образуемый равнодействующей сил инерции второго порядка с осью первого цилиндра, находится пз выражения

т. е. в горизонтальном направлении.

При других углах развала цилиндров, не равных 90°, выражения для сил инерции усложняются.

Результирующий момент (рис. 234, в) получают геометрическим сложением этих моментов:

и соответственно



Плоскость действия результирующего момента определяется углом ф между нею и плоскостью первого колена:

Результирующий момент может быть уравновешен как противовесами, устанавливаемыми на каждом кривошипе, так и двумя противовесами, размещенными на концах коленчатого вала в плоскости действия момента.

В последнем случае массу каждого противовеса определяют из условия равенства моментов:

при этом также равен нулю.

Двухрядный двенадцатицилиндровый четырехтактный двигатель. Двенадцатицилиндровый двухрядный двигатель можно рассматривать как совокупность двух однорядных шестицилиндровых двигателей, работающих на один шестиколенный вал. В каждом шестицилиндровом двигателе силы инерции первого и второго порядков и их моменты уравновешены, следовательно, это справедливо и для двенадцатицилиндрового двухрядного двигателя независимо от величины угла между рядами цилиндров.

Для соблюдения равенства угловых интервалов между рабочими ходами отдельных цилиндров угол между рядами цилиндров должен быть кратным 60°. Однако в некоторых случаях, чтобы уменьшить габаритные размеры, несколько поступаются равномерностью крутящего момента, и угол между рядами принимают с отклонением от указанного выше условия. Тогда рабочие ходы в различных цилиндрах осуществляются через неодинаковые промежутки времени.



Заключение

Итак, мы видим, что двигатели внутреннего сгорания - очень сложный механизм.И Функция, выполняемая тепловым расширением в двигателях внутреннего сгорания не так проста, как это кажется на первый взгляд. Да и не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теплового расширения газов.

И в этом мы легко убеждаемся, рассмотрев подробно принцип работы ДВС, их рабочие циклы - вся их работа основана на использовании теплового расширении газов. Но ДВС - это только одно из конкретных применений теплового расширения. И судя по тому, какую пользу приносит тепловое расширение людям через двигатель внутреннего сгорания, можно судить о пользе данного явления в других областях человеческой деятельности.

Сравнение рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частотах вращения мощность двухтактного двигателя значительно больше. Учитывая увеличение числа рабочих циклов в 2 раза, следовало бы ожидать и увеличения мощности в 2 раза. В действительности мощность двухтактного двигателя увеличивается приблизительно в 1.5-1.7 раза вследствие потери части рабочего объема, ухудшения очистки и наполнения, а также затраты мощности на приведение в действие продувочного насоса. К преимуществам двухтактных двигателей следует также отнести большую равномерность крутящего момента, так как полный рабочий цикл осуществляется при каждом обороте коленчатого вала. Существенным недостатком двухтактного процесса по сравнению с четырехтактным является малое время, отводимое на процесс газообмена. Очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом более совершенно происходят в четырехтактных двигателях. Кроме того, в двухтактном двигателе температурная нагрузка на поршень, крышки цилиндра и клапана выше, чем в четырехтактном.

При внешнем смесеобразовании в результате продувки цилиндра горючей смесью она частично выбрасывается через выпускные окна, поэтому двухтактный процесс применяется чаще в дизелях. Исключение составляют мотоциклетные, лодочные и другие двигатели небольшой мощности, для которых большее значение имеет простота и компактность конструкции, чем экономичность.

И пускай проходит эра двигателя внутреннего сгорания, пусть у них есть много недостатков, пусть появляются новые двигатели, не загрязняющие внутреннюю среду и не использующие функцию теплового расширения, но первые еще долго будут приносить пользу людям, и люди через многие сотни лет будут по доброму отзываться о них, ибо они вывели человечество на новый уровень развития, а пройдя его, человечество поднялось еще выше.



Список литературы

1. Автомобильные двигатели . Под ред. М.С. Ховаха. М., А 22 “Машиностроение” 1977г. 591с. с ил.

2. Ремонт автомобилей и двигателей Год выпуска: 2003 Автор: Карагодин В.И., Митрохин Н.Н. Жанр:Учебное пособие Издательство: «Академия» 2003г. 496с.

3. В. Н. Луканин, М.Г. Шатров Двигатели внутреннего сгорания. В 3 книгах. Книга 1. Теория рабочих процессов 2007 Издательство: Высшая школа 480 стр.

4. Автор: Под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова Жанр: Машиностроение Издательство: "Машиностроение" Год выпуска: 1983 Количество страниц: 372

Размещено на Allbest.ru