Уравновешивание двигателей

Двигатель считается уравновешенным, если во время установивше­гося режима работы на его опоры передаются постоянные по величине и направлению усилия.

У неуравновешенного двигателя давление на опоры непрерывно из­меняется и вызывает вибрацию подмоторой рамы и автомобиля, что сопровождается ослаблением болтовых соединений, перегрузками от­дельных деталей, увеличением их износа и другими нежелательными последствиями.

Первой причиной неуравновешенности поршневого двигателя яв­ляется наличие периодически изменяющихся по величине и по знаку сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс Pi и непрерывно меняющих направление центробежных сил вращающихся масс Кr.

В многоцилиндровом двигателе неуравновешенные силы, Рi и Кr отдельных цилиндров в совокупности могут вызвать появление неурав­новешенных свободных, силы инерции и моментов от них.

Второй причиной неуравновешенности двигателя является неравно­мерность (переменность) суммарного крутящего момента М-кр и рав­ного ему, но противоположно направленного опрокидывающего момен­та Мопр, воспринимаемого опорами. Суммарный крутящим, момент яв­ляется периодической функцией угла поворота коленчатого вала; поэтому, возможно, меньшее изменение реакций опор достигается увеличением числа цилиндров и соблюдением равенства интервалов между рабочими ходами, что обеспечивает большую равномерность суммарно­го крутящего момента. Полностью уравновешенным поршневой двига­тель быть не может, так как неизбежная неравномерность крутящего момента будет вызывать периодическое изменение нагрузки на опоры. Поэтому, говоря об уравновешенности двигателя, обычно имеют в виду соблюдение допустимой степени неуравновешенности в результате пред­принятых конструктивных или производственных мероприятий, способствующих устранению в той или иноймере причин, вызывающих неурав­новешенность.

Практически уравновешивание двигателя осуществляется путем соот­ветствующего выбора числа и расположения цилиндров, размещения ко­лен вала. а также установки противовесов; при этом для суждения об уравновешенности обычно ограничиваются рассмотрением сил инерции и их моментов первых двух порядков.

Установление этих допусков обусловливается необходимостью вы­полнения в большей или меньшей степени условий:

1) равенства масс поршневых групп;

2) равенства масс и одинакового расположения центров тяжести шатунов;

3) статической и динамической уравновешенности коленчатого вала, достигаемой его балансировкой.

Для одновременного обеспечения предусмотренной равномерности хода следует также добиваться идентичного протекания рабочих про­цессов в отдельных цилиндрах;

Уравновешивание сил инерции вращающихся масс кривошипно-шатунного механизма двигателя достигается таким размещением вра­щающихся масс кривошипов или масс противовесов, при котором со­блюдаются два условия:

1) центр тяжести приведенной системы вала должен находиться на оси вращения;

2) 'сумма моментов центробежных сил инерции вращающихся масс относительно любой точки оси вала должна равняться нулю.

Соблюдение первого условия обусловливает так называемую стати­ческую уравновешенность, так как уравновешенность в этом случае проверяетея путем статического вывешивания вала на призмах. Выполнение второго условия (при одновременном соблюдении пер­вого) обеспечивает так называемую динамическую уравновешенность, которая проверяется при вращении вала на балансировочном станке.Это условие соответствует равенству нулю результирующего момента центробежных сил инерции. М ногоколенные симметричные валы многоцилиндровых двигателей обычно уравновешены без установки противовесов. Несмотря на это, их часто снабжают противовесами, чтобы уменьшить моменты, изгибаю­щие вал, и разгрузить его коренные подшипники. Противовесы способ­ствуют, кроме того, более равномерному распределению давления по окружности коренной шейки

СГОРАНИЕ В ДВИГАТЕЛЯХ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ, (карб. двиг)

При нормальном рабочем процессе в двигателях с искровым зажига­нием в достаточной мере однородная смесь испаренного топлива, возду­ха и остаточных газов воспламеняется электрической искрой и сгорает в процессе распространения но всему заряду фронта турбулентного пламени. В этом процессе могут быть выделены три фазы: I—началь­ная, в течение.которой небольшой очаг горения, возникающий в зоне весьма высоких температур между электродами свечи (в момент разря­да температура превышает 10 000° С), постепенно превращается в раз­витый фронт турбулентного пламени; II—основная фаза быстрого распространения турбулентного пламени по основной части камеры сго­рания при практически неизменном объеме последней, так как пор­шень в это время находится вблизи в.м.т.; III—фаза догорания смеси за фронтом пламени, в пристеночных слоях и в зазорах между головкой цилиндра и днищем поршня, охватывающая часть хода расширения.

Излишняя турбулизация смеси в зоне свечи и делает развитие очага пламени неустойчивым. В связи с этим свечу зажигания обычно помещают в небольшом углублении в стенке камеры сгорания.

По мере увеличения размеров начального очага пламени все в большей степени начинает сказываться положительное воздействие турбулентных пульсаций на скорость сгорания. В основной фазе скорость распространения пламени примерно пропор­циональна интенсивности турбулентности, которая в свою очередь, воз­растает пропорционально числу оборотов коленчатого вала. В резуль­тате этого длительность основной фазы сгорания, выраженная в граду­сах поворота коленчатого вала при прочих равных условиях почти не зависит от скоростного режима двигателя и незначитель­но изменяется в зависимости от его нагрузки и состава смеси.

При более вы­соком числе оборотов эти скоро­сти существенно возрастают, и в современных быстроходных авто­мобильных двигателях значения

Uпл в средней части камеры сго­рания достигают 50—60 м/сек.

С приближением фронта пла­мени к стенкам скорость его распространения уменьшается, что объяс­няется меньшей интенсивностью турбулентности и температурой в при­стеночных слоях. Когда пламя в большей части камеры достигает сте­нок, скорость сгорания падает также вследствие уменьшения поверхно­сти фронта пламени, но горение при этом не заканчивается. Еще в те­чение довольно длительного времени продолжаются процессы догорания в пристеночных слоях и за фронтом турбулентного пламени. Ско­рость процесса догорания, так же как и сгорания в начальной фазе, в большей мере зависит от физико-химических свойств рабочей смеси, чем от интенсивности ее турбулентного движения.

Провести четкие границы между отдельными фазами процесса в двигателях не представляется возможным, так как изменение характе­ра и скоростей сгорания происходит постепенно. За момент окончания первой фазы сгорания и начало основной в двигателях с искровым за­жиганием обычно принимают «точку отрыва» линии сгорания от линии сжатия на.индикаторной диаграмме, т. е. момент начала ощутимого повышения давления в результате сгорания. Соответственно длительность начальной фазы измеряется отрезком времени от момента проскакивания искры между электродами свечи до «точки отрыва». При искровом зажигании задержка вос­пламенения практически отсутствует, около электродов свечи сразу же возникает очаг горения, но есть период, в течение которого фронт пламени от этого очага распространяется относительно медленно и доля сгоревшей смеси еще настолько мала, что повышения давления на индикаторной диаграмме не удается обнаружить.

За границу раздела между ос­новной и завершающей фазами сгорания в двигателях, работаю­щих на легком топливе, условно принимают момент достижения максимума давления по индика­торной диаграмме (точка 1). Сгорание в это время еще не заканчивается, и средняя температура газов в цилиндре продолжает некоторое время воз­растать до точки 2. Однако уменьшение скорости тепловыде­ления вследствие достижения фронтом пламени в большей ча­сти камеры сгорания стенок при­водит к тому, что повышение дав­ления в результате сгорания уже не может компенсировать его падения из-за расширения газов, вызывае­мого движением поршня и теплоотдачей в стенки.

Эффективность рабочего процесса в цилиндре двигателя определя­ется как общей полнотой, так и скоростью сгорания, т. е. зависит от своевременности тепловыделения, обеспечивающего степень расширения продуктов сгорания, близкую к геометрической степени сжатия. Макси­мальная работа цикла, а соответственно и максимальные мощность. и экономичность двигателя при прочих равных условиях достигаются при такой организации процесса сгорания, когда начало и конец основ­ной фазы оказываются расположенными примерно симметрично отно­сительно в.м.т. Это возможно при соответствующей установке момента зажигания. Угол в градусах поворота коленчатого вала от момента проскакивания искры в свече до в.м.т. называют углом опережения зажигания.

Угол 0пережения зажигания должен быть тем больше, чем больше длительность начальной фазы сгорания, а также чем медленнее раз­вивается сгорание в основной фазе.

В современных быстроходных карбюраторных двигателях со степе­нями сжатия е==7—8 максимальная мощность обычно соответствует достижению максимума давления при угле 12—15^е после в.м.т.; при этом длительность основной фазы сгорания Qц = 25 — 30°.

Скорость тепловыделения в основной фазе определяет быстроту нарастания давления по углу поворота коленчатого вала, а соответственно и резкость приложения усилий к деталям кривошипно-шатунного механизма или, как принято называть, «жесткость» работы двигателя. Последняя зависит также от плавности перехода от линии

сжатия к линии сгорания;, но более плавном переходе, двигатель работает менее шумно. В двигателях с

умеренными степенями сжатия (6—7) -наибольшие значения обычно составляют 0,1—0,12 кн/ (м² - град) [1—1,2 кГ/{см² -град}. В двига­телях со степенями сжатия 8—10 быстрота повышения давления дости­гает 0,15--0,2 кн^м^2 град) [1,5—2,0 кГ/(см² • град)].

ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ЦИКЛ дизельного двиг

Впрыск топлива в камеру сгорания начинается тогда, когда поршень находится вблизи в.м.т. (точка 3). В этот момент температура сжатого воздуха выше той, при которой топливо может воспламениться без постороннего источника зажигания. Так как впрыск топлива в цилиндр начинается незадолго до начала сгорания и в большинстве случаев заканчивается в период, когда в камере сгорания происходит горение, условия перемешивания топлива с воздухом в дизеле по сравнению с карбюраторным двигателем значительно сложнее. Поэтому, кроме впрыска топлива насосом через распылитель форсунки под сравнительно высоким давлением, обеспечивающим дробление топлива на мелкие капли, в цилиндре организуется еще интенсивное движение воздуха. После некоторого периода, в течение которого впрыснутое топливо подготовляется к воспламенению (период задержки воспламенения), в зонах, где создаются благоприятные условия по составу смеси и температуре, происходит воспламенение, а затем и интенсивное горение топлива. Оно сопровождается сначала резким повышением давления (участок сz'}, а затем в течение небольшого промежутка времени на участке zz' протекает при почти постоянном давлении. Вследствие неравномерного распределения состава смеси в объеме камеры сгорания и других причин, характерных для случая, когда процесс сгорания протекает одновременно с впрыском топлива, в дизеле сгорание топлива продолжается в процессе расширения при одновременном теплообмене между продуктами сгорания и стенками камеры сгорания. Выпуск отработавших газов в дизеле происходит так же, как в карбюраторном двигателе.

Дата добавления: 2015-10-21