Условия уравновешенности многоцилиндровых двигателей

Для анализа силовых факторов, вызывающих переменные реак­ции на опорах многоцилиндрового линейного (с количеством цили­ндров i ДВС, последний может быть представлен как совокупность i одноцилиндровых двигателей, кривошипы которых повернуты друг относительно друга на угол δ, определяемый компоновочной схемой двигателя, и рабочие процессы, в которых сдвинуты по фазе на угловой интервал в соответствии с принятым порядком работы.

На каждом из условных одноцилиндровых двигателей (УОД) действует весь набор силовых факторов, вызывающих неуравнове­шенность. Величина и направление их действия определяются поло­жением кривошипа каждого УОД относительно его верхнего мерт­вого положения.

Одноименные силовые факторы, действующие на УОД, форми­рующие данный многоцилиндровый двигатель, могут либо усили­вать, либо ослаблять (в пределе нейтрализовать) неуравновешивающее действие друг друга, а также формировать набор сил, вызываю­щих появление продольных моментов, действующих на опоры дви­гателя.

Для многоцилиндрового двигателя его неуравновешенность вызывается следующими факторами: 1) – Σ сил инерции 1го порядка;

2) –Σ сил инерции 2го порядка;

3) –Σ центробежных сил инерции (N – кол-во кривошипов коленвала);

 

4) – Σq м-нт сил инерции 1 п-ка;

5) – суммарный момент сил инерции второго порядка;

6) – суммарный момент центробежных сил.

К числу факторов, вызывающих неуравновешенность многоци­линдрового двигателя, следует отнести также опрокидывающий момент Σ М _ОПР.

Первые шесть из перечисленных выше силовых факторов могут быть уравновешены выбором соответствующей компоновочной схемы двигателя либо установкой соответствующих механизмов, в то время как практические методы уравновешивания Σ М _ОПР в настоящее время не освоены. Вследствие этого поршневой двигатель может быть в принципе полностью уравновешен лишь по суммарным силам инерции и моментам от них. Таким образом, термин «полностью уравновешенный» отно­сится к двигателю, в котором выполнены следующие условия:

Комплекс технических мероприятий, направленных на выполне­ние условий:

, называют уравновешиванием коленчатого вала.

Если при исходной компоновочной схеме двигателя эти условия не выполняются, то коленчатый вал уравновешивается установкой противовесов на продолжении его щек.

Рассмотрим далее возможные способы уравновешивания колен­чатого вала двухцилиндрового двигателя с линейным расположени­ем цилиндров и с углом между кривошипами 6 = 180°, схема кото­рого приведена на рис. 2.4.

Как следует из анализа основной схемы для данного двигателя,

где а – расстояние между осями цилиндров.

Для уравновешивания момента от центробежных сил на продол­жении крайних щек устанавливают два противовеса, которые при вращении вала создадут пару центробежных сил – Кпр. В итоге уравновешивающий момент на плече b будет равен MTP=K прb. Его величина должна быть равна величине суммарного неуравновешен­ного момента:

В этом случае K _пр b=K_ra. Масса, необходимая для уравновешивания:

Возможно также уравновешивание вала противовесами, разме­щенными на продолжении средних щек.

Предыдущий вариант уравновешивания, при одинаковом р_щ с вариантом рис. 2.4 требует большей массы противовесов в силу того, что b > b ' и m _пр ’= m _пp b/b’

Свойством самоуравнове­шенности обладают коленвалы с четным количе­ством кривошипов (от четырех и более), для которых плос­кость, проходящая через геоме­трический центр перпендикуля­рно продольной оси, является плоскостью зеркальной симме­трии. Таким свойством облада­ют коленчатые валы рядных 6- и 8цилиндровых 4тактных двигателей.

Однако, несмотря на урав­новешенность от центробеж­ных сил инерции и их момен­тов, на продолжении щек само­уравновешенных валов практи­чески всегда устанавливают противовесы. Их назначение – разгрузка коренных подшип­ников от действия центробеж­ных сил и конструкции вала и картера от действия локальных изгибающих моментов. Как это следует из определения, данное мероприятие направлено на улучше­ние внутренней уравновешенности системы коленчатый вал – кор­пус двигателя. На рис. 2.7 показана система противовесов колен­чатого вала четырехцилиндрового двигателя, позволяющая полно­стью разгрузить коренные опоры от реакций R, а также в значитель­ной мере от моментов, вызванных изгибом вала от действия цент­робежных сил К_r.

2. Инд. и эффективные показатели ДВС (L _i, P _i, N _i, η _i, N _e, N _m, P _e, η _e, η _m и т. д.).

Индикаторными показ-ми наз-т вел-ы, хар-е работу, соверш-ю газами в цилиндре дв-ля.

Индикаторная работа циклаL _i= L _Р-| L _СЖ | – избыточная работа, получ-я за такты сжатия и расшир-я.

Среднее индикаторное давление p _i= L _i/ V _h – индикаторная работа цикла, снимаемая с единицы рабочего объема.

Индикатор­ный КПД может быть выражен так: η _i= η _t η _о, где

η _t – термичес­кий КПД, оценивающий совершенство преобразования теплоты в работу в термодинамическом цикле с такой же степенью сжа­тия, что и в действительном цикле;

η _о – относительный КПД, который меньше единицы по следующим причинам:

• теплоемкость РТ зав-т от т-ры и состава тела, в то время как при рассмотрении термодина­мических циклов она приним-ся пост-й и равной теплоем­кости воздуха при норм-х усл-х;

• в действ-м цикле происх-т диссоциация прод-в сгорания, сопровождающаяся поглощением теплоты, кото­рое имеет место вблизи ВМТ. Выделение теплоты при реком­бинации молекул происходит вблизи НМТ. Это также снижает работу цикла и индикаторный КПД;

• в действ-м цикле имеют место потери теплоты в среду охлаждения, в результате чего снижаются (при том же количестве выделяющейся теплоты) работа цикла и η _i;

• процесс сгорания имеет определенную длительность. Ис­пользование теплоты, выдел-ся на такте расширения, для получения мех-й энергии менее эффективно, чем подводи­мой вблизи ВМТ. Соотв. потеря теплоты называется потерей от несвоевременности сгорания;

• неполнота сгорания топлива, в рез-те к-й часть теплоты не выдел-ся, что также уменьшает η _О и η _i.

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 мин: p_iV_h(2n/τ)i,,

где п – частота вращения вала двигателя; τ – количество так­тов; i – количество цилиндров.

Тогда индикаторная мощность (кВт): N_i=p_iV_kni/(30τ).

Так как момент связан с мощностью зависимостью М _i =N _i /ω, а ω = πn /30, то индикаторный момент (Н∙м): M_i=1000p_iV_hi/(πτ)=K_Mp_i, где K_M=1000V_hi/(πτ).

Экономичность действительного цикла можно оце­нивать удельным индикаторным расходом топлива, под кото­рым понимают расход топлива на единицу индикаторной мощ­ности за единицу времени g _i= G _T/ N _i, кг/(кВт∙ч), где G _Т – час-й расход топлива, кг/ч. g_i=3600/(η_iH_M). p_i=(H_u/l₀)(η_i/α)η_Vρ_O(K).