Строительные машины и оборудование, справочник





Многоцилиндровые двигатели

Категория:
   Процессы, происходящие в двигателях


Многоцилиндровые двигатели

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.

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:

Категория: - Процессы, происходящие в двигателях

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины