1.5.2. Уравновешивание четырехцилиндрового однорядного двигателя

При уравновешивании однорядного четырехтактного четырехцилиндрового двигателя применяются два способа: конструкция коленчатого вала и установка противовесов. На данных двигателях устанавливают плоский коленчатый вал с углом развала между кривошипами 180° (рис. 1.32). Такая конструкция коленчатого вала обеспечивает лучшие условия для уравновешивания, равномерное чередование вспышек и изменения крутящего момента. Порядок работы таких двигателей 1–2–4–3 или 1–3–4–2 с чередованием вспышек через 180°.

Рис. 1.32. Уравновешивание четырехцилиндрового двигателя

Неуравновешенные силы по цилиндрам равны:

1-4-й цилиндры  ;

2-3-й цилиндры  ;

1, 2, 3, 4-й цилиндры  .

1, 2, 3, 4-й цилиндры  .

Сумма сил инерции первого порядка взаимно уравновешена, так как

.

Сумма моментов всех сил инерции вследствие симметрии вала равна нулю:

.

Сумма центробежных сил вращающихся масс взаимно уравновешена, так как

.

Однако моменты от сил Р_r значительно нагружают подшипники коленчатого вала. Для уменьшения влияния моментов, изгибающих вал, и разгрузки его шейки и подшипников на щеки кривошипов устанавливают противовесы.

Сумма сил инерции второго порядка

.

Следовательно, силы инерции второго порядка не уравновешены. Их можно уравновесить с помощью дополнительного уравновешивающего механизма, вращающегося с удвоенной угловой скоростью. Однако это сложно и громоздко, и силы инерции второго порядка в таких двигателях остаются неуравновешенными. Они воспринимаются рамой через опоры двигателя.

В редких случаях выполняется уравновешивание с использованием дополнительных балансировочных валов и противовесов, например, двигатель Saab 2.3 (рис. 1.33).

Рис. 1.33. Уравновешивание четырехцилиндрового двигателя Saab 2.3

1.5.3. Уравновешивание двухцилиндрового V-образного двигателя

Двухцилиндровый V-образный двигатель с общим кривошипом имеет угол между осями цилиндров, или угол развала цилиндров, γ = 90° (рис. 1.34). В этом случае промежуток между вспышками равен для четырехтактных двигателей 450–270°, а для двухтактных – 90–270° .

Неуравновешенные силы по цилиндрам:

левый цилиндр  ,

;

правый цилиндр  ,

;

для обоих цилиндров  .

Рассмотрим уравновешивание сил инерции первого порядка:

.

Рис. 1.34. Уравновешивание V-образного двухцилиндрового двигателя

Угол между направлениями силы R₁ и осью левого цилиндра составляет 45°. Таким образом, сила R₁ постоянна по величине и всегда направлена по радиусу кривошипа, а потому может быть полностью уравновешена при помощи двух противовесов, установленных на продолжении щек коленчатого вала. Из уравнения:

определяют массу противовесов

,

где т_x1 – масса каждого противовеса;

ρ₁ – расстояние от центра тяжести массы т_x1 до оси коленчатого вала.

Полученные зависимости справедливы при условии, что оси правого и левого цилиндров находятся в одной плоскости (например, при вильчатых или прицепных шатунах).

В V-образных автомобильных и тракторных двигателях обычно применяют шатуны, расположенные на одной шейке рядом. Вследствие этого оси цилиндров находятся в разных плоскостях, и на двигатель действует дополнительный момент. Момент действует в плоскости, которая перпендикулярна плоскости колена, и вследствие его незначительности обычно не учитывается.

Равнодействующая сил инерции второго порядка:

.

Поскольку силы P²_jЛ и P²_jП всегда равны по абсолютной величине и противоположны по знаку, их равнодействующая R₂ действует всегда по горизонтали, причем при значениях угла поворота коленчатого вала 0–45°, 135–225° и 315–360° она направлена влево, а при значениях углах 45–135° и 225–315° – вправо.

Сила R₂ может быть уравновешена только при помощи противовесов, установленных на двух дополнительных валах, вращающихся в разные стороны с угловой скоростью, равной удвоенной угловой скорости коленчатого вала (рис. 1.34).

.

Масса противовесов составляет:

.

Чтобы не усложнять конструкцию двигателя, сила в этих двигателях обычно не уравновешивается.

Равнодействующую центробежных сил инерции можно уравновесить полностью при помощи противовесов, установленных на продолжении щек коленчатого вала.

.

Здесь  .

Моменты всех сил инерции равны нулю по причине, рассмотренной ранее.

Только схема V-образного двухцилиндрового двигателя с углом развала цилиндров γ= 90° позволяет уравновесить равнодействующую сил инерции первого порядка путем установки противовесов на продолжении щек коленчатого вала, но эта схема не обеспечивает равномерного чередования вспышек ни для двух-, ни для четырехтактных двигателей.