Особливості роботи багатоциліндрових двигунів
Робота чотирициліндрового однорядного двигуна
Багатоциліндрові двигуни, як уже зазначалося в попередній статті. являють собою конструкцію, що поєднує в єдине ціле кілька одноциліндрових двигунів з одним загальним колінчастим валом. При цьому кількість робочих ходів за два повних оберти колінчастого вала (720˚) в такому двигуні, при роботі з чотиритактному циклу, дорівнюватиме кількості циліндрів.
Для того, щоб уявити роботу багатоциліндрового двигуна, необхідно знати порядок чергування однойменних тактів по циліндрах і інтервали однойменних тактів в різних циліндрах. Ці інтервали визначають в кутах повороту колінчастого вала, приймаючи за початок відліку знаходження поршня у верхній мертвій точці (ВМТ).
Найбільш рівномірна робота багатоциліндрового двигуна має місце при чергуванні тактів розширення в циліндрах через рівні проміжки часу, т. Е. Через рівні кути повороту колінчастого вала. У чотиритактного однорядного двигуна робочий цикл здійснюється за два оберти колінчастого вала (720˚). тому при однорядном розташуванні циліндрів кут повороту колінчастого вала між однойменними тактами в різних циліндрах повинен складати 720˚ / i. де i - число циліндрів двигуна.
Для зменшення локальної навантаження на колінчастий вал вибирають такий порядок роботи циліндрів, щоб такти розширення (робочого ходу) не протікає одночасно в суміжних циліндрах. Крім того, при чергуванні тактів робочого ходу в віддалених один від одного циліндрах сприяє більш ефективному і рівномірного охолодження двигуна.
Очевидно, що у чотиритактного чотирициліндрового однорядного двигуна однойменні такти повинні слідувати через 180˚ кута повороту колінчастого вала. Отже, і шатунні шийки колінчастого вала повинні бути розташовані під кутом 180˚. т. е. лежати в одній площині. При цьому шатунні шийки першого і четвертого циліндрів спрямовані в одну сторону щодо осі колінчастого вала, а шатунні шийки другого і третього циліндрів - в протилежну сторону. Це забезпечує рівномірне чергування робочих ходів в циліндрах двигуна. Послідовність чергування однойменних тактів в різних циліндрах двигуна протягом його робочого циклу називається порядком роботи циліндрів двигуна.
Для чотирициліндрового рядного двигуна можливі два варіанти чергування тактів в циліндрах: 1-2-4-3 і 1-3-4-2 (нумерація циліндрів ведеться від передньої частини двигуна по ходу автомобіля або, у випадку з поперечним розташуванням двигуна, з боку, протилежної маховика).
З точки зору описаних вище вимог обидва порядку роботи циліндрів рівноцінні, тому застосовуються в різних двигунах, що встановлюються на автомобілях.
Так, наприклад, на автомобільних двигунах, які використовуються Горьковским автомобільним заводом (ГАЗ-3102, ГАЗ-2410 т. П.) Зазвичай використовують послідовність роботи циліндрів 1-2-4-3. а на двигунах автомобілів ВАЗ і Москвич - 1-3-4-2.
Робота чотиритактного чотирициліндрового рядного двигуна з порядком роботи циліндрів 1-3-4-2 докладно описана в Таблиці 1.
Таблиця 1. Робота однорядного чотирициліндрового двигуна
Робота шестицилиндрового рядного двигуна
У однорядном чотиритактному шестициліндровому двигуні однойменні такти слідують через 120˚ кута повороту колінчастого вала, отже, шатунні шийки розташовуються під таким же кутом один до одного, причому осі шийок 1 і 6. 2 і 5. 3 і 4 співпадають. Можливі чотири варіанти роботи такого двигуна. На вітчизняних автомобільних двигунах, як правило, використовують порядок роботи 1-5-3-6-2-4 (наприклад, двигуни автомобілів ЗІЛ-157КД, ГАЗ-52-04).
Колінчастий вал шестицилиндрового двигуна, як і чотирициліндрового, симетричний, тому сили інерції мас, що рухаються зворотно-поступально, взаємно врівноважені. Робота однорядного шестицилиндрового чотиритактного двигуна докладно описана в Таблиці 2.
Таблиця 2. Робота однорядного шестицилиндрового двигуна
Оборот колінчастого вала
Кут повороту колінчастого вала, ˚
Робота шестицилиндрового V-образного двигуна
На рівномірність чергування спалахів в циліндрах багаторядного двигуна, крім кута між кривошипами колінчастого вала, впливає і кут γ між рядами циліндрів. Для отримання оптимальної рівномірності ходу n-рядного двигуни цей кут повинен бути в n разів менше кута між кривошипами колінчастого вала, т. Е. Має дотримуватися умова: γ = φ / n. де φ - кут між кривошипами колінчастого вала.
Тоді кутовий інтервал між однойменними тактами в циліндрах чотиритактного двигуна можна визначити за формулою:
а для двотактного двигуна:
У шестицилиндрового V-образного двигуна (ЯМЗ-236, ЯМЗ-КАЗ-642) кут розвалу складає 90˚ (рис. 3). Але це - не єдине можливе розташування циліндрів - допустимі і інші варіанти кутів розвалу.
Колінчастий вал має три шатунні шийки, розташовані під кутом 120˚ щодо один одного. На кожній шийці кріпляться два шатуна: на першій - шатуни першого і четвертого циліндрів, на другий - другого і п'ятого, на третій - третього і шостого циліндрів.
Кривошипно-шатунні механізми чотиритактних V-образних двигунів і схеми їх роботи показані на рисунку 3.
Порядок роботи циліндрів такого двигуна - 1-4-2-5-3-6. В даних двигунах неможливо домогтися рівномірного чергування тактів в циліндрах. Вони проходять через 90 і 150˚. Якщо в першому циліндрі здійснюється робочий хід, то в четвертому він починається через 90˚. у другому - через 150˚. в п'ятому - через 90˚. в шостому - через 150˚. що є істотним недоліком даного конструкторського рішення по розташуванню циліндрів в шестициліндровому двигуні.
Для зменшення вібрацій, викликаних нерівномірністю роботи двигуна, доводиться застосовувати масивні маховики з великим моментом інерції (на 60 ... 70% більше, ніж в однорядном двигуні).
Робота восьмицилиндрового V-образного двигуна
Кут розвалу (кут між рядами циліндрів) в таких двигунах зазвичай приймають рівним 90˚. Так як однойменні такти в циліндрах починаються через 90˚ кута повороту колінчастого вала, то і шатунні шийки теж розташовуються під кутом 90˚. т. е. хрестоподібно. На першій шийці кріпляться шатуни першого і п'ятого циліндрів, на другий - другого і шостого, на третій - третього і сьомого, на четвертій - четвертого і восьмого циліндрів (рис. 3).
Така конструкція забезпечує чергування однойменних тактів через кожні 90˚ кута повороту колінчастого вала, що сприяє його рівномірному обертанню.
Порядок роботи восьмициліндрового двигуна - 1-5-4-2-6-3-7-8.
Для наочності нижче приведена схема, на якій стрілками відображений порядок роботи циліндрів (послідовність спалахів) в V-подібних двигунах.
