Понятие об уравновешивании двигателей

В двигателях уравновешивается только сила от давления газов, действующая на головку цилиндров и через коренные подшипники на остов двигателя. Остальные силы и моменты, непрерывно изменяясь по значению и направлению, являются неуравновешенными и воздействуют на опоры двига­теля. В результате в двигателе возникают колебательные дви­жения, которые вызывают вибрацию, снижают эффективную мощность и топливную экономичность, вследствие повышения затрат энергии на возбуждение вибрации и дополнительные механические потери. Это в свою очередь вызывает ослабление креплений, ускоряет изнашивание деталей и т.д. Поэтому уменьшение влияния переменных сил и моментов, действующих па двигатель, относится к числу основных требований, предъ­являемых к двигателям внутреннего сгорания.

Уравновешенность — это такое состояние двигателя, при ко­тором во время установившегося режима работы на его опоры передаются постоянные по значению и направлению силы и мо­менты.

Рис. 143. Схема действия и уравновешивания сил инерции в одноцилиндровом двигателе

Условие полной конструктивной уравновешенности двигате­ля выражается системой уравнений

На практике уравновешивания двигателя достигают в про­цессе конструирования. С этой целью устанавливают противо­весы, применяют специальные механизмы, создают многоци­линдровые двигатели, правильно размещают кривошипы колен­чатого вала и т. д.

Уравновешивание одноцилиндрового двигателя.В одноци­линдровом двигателе действуют силы инерции: первого и второго порядков и центробежная P_s (рис. 143). Линии действия этих сил находятся в одной плоскости и пересекаются с осью коленчатого вала в одной точке О. Поэтому в одноци­линдровом двигателе неуравновешенных моментов нет, т.е. . Следовательно, необходимо только уравновесить свободные силы инерции , и .

Для уравновешивания центробежной силы инерции ( ) вращающихся масс на продолжении щек коленча­того вала устанавливают два одинаковых противовеса таким образом, чтобы выполнялось условие ,

где — масса одного противовеса; —расстояние от центра тяжести проти­вовеса до оси коленчатого вала.

Подбирая значения массы противовесов и радиуса их установки, можно добиться выполнения этого условия и урав­новешивания силы . Как видно из рисунка 143, равнодейст­вующую центробежной силы инерции противовеса можно раз­ложить на вертикальную R_np.в и горизонтальную R_nр.р состав­ляющие. При этом сила R_np.в частично уравновешивает си­лу , но в двигателе возникает дополнительная неуравнове­шенная сила R_np.г

В одноцилиндровом двигателе силу можно частично или полностью уравновесить за счет увеличения массы противове­сов, устанавливаемых на щеках коленчатого вала. Однако при этом появляется неуравновешенная горизонтальная составляю­щая, т.е. фактически сила переносится в горизонтальную плоскость.

Силы инерции первого и второго порядков можно уравновешивать с помощью специального механизма. При от­сутствии такого механизма силы остаются неуравновешен­ными и полностью воспринимаются опорами двигателя.

Уравновешивание многоцилиндровых двигателей. В рядных шестицилиндровых двигателях широко применяют коленчатый вал, кривошипы которого располагаются под углом 120° между собой. Такой двигатель считается полностью уравновешенным, так как

Несмотря на полную уравновешенность таких двигателей, на их коленчатом валу размещают противовесы для уменьше­ния действия на коренные подшипники моментов от центробеж­ных сил инерции.

Чтобы уравновесить V-образные восьмицилиндровые четы­рехтактные двигатели, между осями цилиндров которых угол 90°, применяют коленчатые валы с расположением кривошипов под углом 90°. В. таком двигателе силы инерции первого и второго порядков, центробежная сила и момент сил инерции второго порядка уравновешены, т.е. . Неуравновешенными остаются моменты сил инерции пер­вого порядка и центробежных. Для их уравновешивания на ще­ках коленчатого вала устанавливают противовесы.

Действительная уравновешенность двигателя всегда ниже теоретической, рассмотренной выше. При анализе теоретиче­ской уравновешенности предполагалось, что массы и размеры движущихся частей одинаковы во всех цилиндрах, коленчатый вал абсолютно жесткий и вращается с постоянной угловой ско­ростью. В действительности же размеры и массы деталей дви­гателя отличаются от номинальных значений, причем в боль­шей степени это наблюдается после ремонта двигателей.

Чтобы уменьшить негативное влияние этих факторов на уравновешенность двигателей, вращательно движущиеся части тщательно балансируют, а части, движущиеся возвратно-по­ступательно, подбирают с наименьшим отклонением по массе. Непрерывное изменение угловой скорости при работе двигате­лей вследствие изменения его вращающего момента также отри­цательно сказывается на уравновешенности двигателя.

Вопрос Способы компенсации

Экономайзер принудительного холостого хода. При торможении автомобиля двигателем последний работает с закрытой дроссельной заслонкой и повышенной частотой вра­щения, получая для этого энергию от трансмиссии автомобиля. Такой режим называется принудительным холостым ходом. При отсутствии специальных устройств на этом режиме выделяется большое количество токсичных веществ и возрастает расход масла.

Экономайзер принудительного холостого хода отключает подачу топлива через систему холостого хода, для чего использу­ется электромагнитный клапан 7, перекрывающий канал непо­средственно перед выходом тошшвовоздушной эмульсии в за-дроссельное пространство (см. рис. 5.9).

Пусковое устройство. При пуске двигателя коленча­тый вал вращается с малой частотой (50...100 мин'¹) и подача топлива системой холостого хода недостаточна ввиду малых разрежений в ее каналах. При холодном пуске значительное количество плохо распыленного топлива выпадает в пленку, а испаряются лишь самые легкие его фракции. Смесь оказывается сильно обедненной парами топлива, а пуск двигателей затрудня­ется. Надежный пуск холодного двигателя обеспечивается с по­мощью устройства, которое чаще всего представляет собой воз­душную заслонку 13, расположенную в приемном патрубке кар­бюратора 12 (рис. 5.4, а). Приводы заслонок 13л 1 кинематически связаны между собой, и когда при пуске воздушная заслонка закрывается, то дроссельная, наоборот, несколько приоткрывает­ся и вблизи распылителя главной системы создается разрежение, достаточное для подачи через нее топлива.

Ускорительный насос. В случае резкого открывания дроссельной заслонки смесь, поступающая в цилиндры, может временно обедниться вследствие заполнения каналов главной системы, а также интенсивного выпадения топлива в пленку. Смесеобразование в период быстрого разгона происходит в усло­виях переходного теплового режима во впускной системе, поэто­му на него оказывает влияние так называемая тепловая инерция впускного трубопровода. По этим причинам состав смеси, посту­пающей в цилиндры, может выйти за пределы воспламеняемо­сти, что вызывает пропуски воспламенения в отдельных циклах и двигатель будет работать с «провалами», т. е. с замедленным повышением нагрузки и частоты вращения вала.

Автоматический предохранительный клапан 11 служит для предотвращения переобогащения смеси сразу после пуска, когда расход воздуха резко возрастает. Управление заслонкой 13, как правило, осуществляется вручную, и после пуска двигателя ее необходимо постепенно приоткрывать. Такое управление воз­душной заслонкой весьма несовершенно, поэтому на современ

Устройства обогащения смеси. Чтобы при полно­стью открытой дроссельной заслонке двигатель развил макси­мальную мощность, смесь необходимо обогащать (см. кривую ВС на рис. 5.3) до а=0,85...0,95. Эту функцию выполняют устрой­ства обогащения смеси — экономайзер и эконостат.

Ограничитель максимальной частоты вращения. Для ограничения максимальной частоты вращения карбюратор­ные двигатели грузовых автомобилей снабжают специальными регуляторами (ограничителями).

Вопрос