Устройство автомобилей





Особенности работы многоцилиндровых двигателей



Работа четырехцилиндрового однорядного двигателя

Многоцилиндровые двигатели, как уже отмечалось в предыдущей статье, представляют собой конструкцию, объединяющую в единое целое несколько одноцилиндровых двигателей с одним общим коленчатым валом. При этом количество рабочих ходов за два полных оборота коленчатого вала (720˚) в таком двигателе, при работе по четырехтактному циклу, будет равно количеству цилиндров.
порядок работы цилиндров двигателя В каждом цилиндре протекают одинаковые рабочие процессы, но не одновременно.
Для того, чтобы представить работу многоцилиндрового двигателя, необходимо знать порядок чередования одноименных тактов по цилиндрам и интервалы одноименных тактов в различных цилиндрах. Эти интервалы определяют в углах поворота коленчатого вала, принимая за начало отсчета нахождение поршня в верхней мертвой точке (ВМТ).

Наиболее равномерная работа многоцилиндрового двигателя имеет место при чередовании тактов расширения в цилиндрах через равные промежутки времени, т. е. через равные углы поворота коленчатого вала. У четырехтактного однорядного двигателя рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала (720˚), поэтому при однорядном расположении цилиндров угол поворота коленчатого вала между одноименными тактами в разных цилиндрах должен составлять 720˚/i,    где i – число цилиндров двигателя.

Для уменьшения локальной нагрузки на коленчатый вал выбирают такой порядок работы цилиндров, чтобы такты расширения (рабочего хода) не протекали одновременно в смежных цилиндрах. Кроме того, при чередовании тактов рабочего хода в удаленных друг от друга цилиндрах способствует более эффективному и равномерному охлаждению двигателя.

Очевидно, что у четырехтактного четырехцилиндрового однорядного двигателя одноименные такты должны следовать через 180˚ угла поворота коленчатого вала. Следовательно, и шатунные шейки коленчатого вала должны быть расположены под углом 180˚, т. е. лежать в одной плоскости. При этом шатунные шейки первого и четвертого цилиндров направлены в одну сторону относительно оси коленчатого вала, а шатунные шейки второго и третьего цилиндров – в противоположную сторону. Это обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов в цилиндрах двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах двигателя в течение его рабочего цикла называется порядком работы цилиндров двигателя.

порядок работы четырехцилиндрового и шестицилиндрового рядного двигателя

Для четырехцилиндрового рядного двигателя возможны два варианта чередования тактов в цилиндрах: 1-2-4-3 и 1-3-4-2 (нумерация цилиндров ведется от передней части двигателя по ходу автомобиля или, в случае с поперечным расположением двигателя, со стороны, противоположной маховику).
С точки зрения описанных выше требований оба порядка работы цилиндров равноценны, поэтому применяются в разных двигателях, устанавливаемых на автомобилях.
Так, например, на автомобильных двигателях, используемых Горьковским автомобильным заводом (ГАЗ-3102, ГАЗ-2410 т. п.) обычно используют последовательность работы цилиндров 1-2-4-3, а на двигателях автомобилей ВАЗ и Москвич – 1-3-4-2.

Работа четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 подробно описана в Таблице 1.



Таблица 1. Работа однорядного четырехцилиндрового двигателя

Оборот коленчатого вала
Угол поворота коленчатого вала, град
Цилиндры
первый
второй
третий
четвертый
Первый оборот
0 - 180
Рабочий ход
Выпуск
Сжатие
Впуск
180 - 360
Выпуск
Впуск
Рабочий ход
Сжатие
Второй оборот
360 - 540
Впуск
Сжатие
Выпуск
Рабочий ход
540 - 720
Сжатие
Рабочий ход
Впуск
Выпуск

***

Работа шестицилиндрового рядного двигателя

В однорядном четырехтактном шестицилиндровом двигателе одноименные такты следуют через 120˚ угла поворота коленчатого вала, следовательно, шатунные шейки располагаются под таким же углом друг к другу, причем оси шеек 1 и 6, 2 и 5, 3 и 4 совпадают. Возможны четыре варианта работы такого двигателя. На отечественных автомобильных двигателях, как правило, используют порядок работы 1-5-3-6-2-4 (например, двигатели автомобилей ЗИЛ-157КД, ГАЗ-52-04).

Коленчатый вал шестицилиндрового двигателя, как и четырехцилиндрового, симметричен, поэтому силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно, взаимно уравновешены. Работа однорядного шестицилиндрового четырехтактного двигателя подробно описана в Таблице 2.

Таблица 2. Работа однорядного шестицилиндрового двигателя

Оборот коленчатого вала
Угол поворота коленчатого вала, ˚
Цилиндры
1
2
3
4
5
6
Первый оборот
0 - 60
Рабочий ход
Выпуск
Впуск
Рабочий ход
Сжатие
Впуск
60 – 120
Сжатие
Выпуск
120 – 180
Впуск
Рабочий ход
180 – 240
Выпуск
Сжатие
240 – 300
Рабочий ход
Впуск
300 – 360
Сжатие
Выпуск
Второй оборот
360 – 420
Впуск
Рабочий ход
420 – 480
Выпуск
Сжатие
480 – 540
Рабочий ход
Впуск
540 – 600
Сжатие
Выпуск
600 - 660
Впуск
Рабочий ход
660 - 720
Выпуск
Сжатие

***

Работа шестицилиндрового V-образного двигателя

На равномерность чередования вспышек в цилиндрах многорядного двигателя, кроме угла между кривошипами коленчатого вала, влияет и угол γ между рядами цилиндров. Для получения оптимальной равномерности хода n-рядного двигатели этот угол должен быть в n раз меньше угла между кривошипами коленчатого вала, т. е. должно соблюдаться условие: γ = φ/n,    где φ – угол между кривошипами коленчатого вала.
Тогда угловой интервал между одноименными тактами в цилиндрах четырехтактного двигателя можно определить по формуле:

αТ = 720˚/ni,

а для двухтактного двигателя:

αТ = 360˚/ni.

У шестицилиндрового V-образного двигателя (ЯМЗ-236, ЯМЗ-КАЗ-642) угол развала составляет 90˚ (рис. 3). Но это – не единственное возможное расположение цилиндров - допустимы и другие варианты углов развала.
Коленчатый вал имеет три шатунные шейки, расположенные под углом 120˚ относительно друг друга. На каждой шейке крепятся два шатуна: на первой – шатуны первого и четвертого цилиндров, на второй – второго и пятого, на третьей – третьего и шестого цилиндров.
Кривошипно-шатунные механизмы четырехтактных V-образных двигателей и схемы их работы показаны на Рисунке 3.

порядок работы V-образных двигателей

Порядок работы цилиндров такого двигателя – 1-4-2-5-3-6. В данных двигателях невозможно добиться равномерного чередования тактов в цилиндрах. Они проходят через 90 и 150˚. Если в первом цилиндре осуществляется рабочий ход, то в четвертом он начинается через 90˚, во втором – через 150˚, в пятом – через 90˚, в шестом – через 150˚, что является существенным недостатком данного конструкторского решения по расположению цилиндров в шестицилиндровом двигателе.

Для уменьшения вибраций, вызванных неравномерностью работы двигателя, приходится применять массивные маховики с большим моментом инерции (на 60…70 % больше, чем в однорядном двигателе).

***

Работа восьмицилиндрового V-образного двигателя

Угол развала (угол между рядами цилиндров) в таких двигателях обычно принимают равным 90˚. Так как одноименные такты в цилиндрах начинаются через 90˚ угла поворота коленчатого вала, то и шатунные шейки тоже располагаются под углом 90˚, т. е. крестообразно. На первой шейке крепятся шатуны первого и пятого цилиндров, на второй – второго и шестого, на третьей – третьего и седьмого, на четвертой – четвертого и восьмого цилиндров (рис. 3).

Такая конструкция обеспечивает чередование одноименных тактов через каждые 90˚ угла поворота коленчатого вала, что способствует его равномерному вращению.
Порядок работы восьмицилиндрового двигателя – 1-5-4-2-6-3-7-8.

Для наглядности ниже приведена схема, на которой стрелками отображен порядок работы цилиндров (последовательность вспышек) в V-образных двигателях.

порядок работы восьмицилиндрового и шестицилиндрового V-образных двигателей

***

Уравновешивание двигателя