Многоцилиндровый двигатель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Многоцилиндровые двигатели имеют еще преимущество перед одноцилиндровыми в том, что применение нескольких цилиндров малого диаметра вместо одного большого благодаря уменьшению движущихся масс кривошипно-шатунного механизма позволяет повысить число оборотов двигателя, а следовательно, и его мощность.
 [1]

Многоцилиндровые двигатели обычно бывают с двухрядным расположением цилиндров — поровну в каждом ряду. Чтобы упростить формулу для определения эффективной мощности двигателя парциальным методом, величину п целесообразно принять равной половине числа цилиндров двигателя.
 [2]

Многоцилиндровые двигатели преимущественно применяются на тракторах, автомобилях, комбайнах, а также как стационарные двигатели.
 [3]

Многорядные многоцилиндровые двигатели с V-образным, Х — образ-ным, Н — образным или звездообразным расположением цилиндров, выполненные по схемам А, Б и В, с общим картером, но с отдельной для каждого-цилиндра кривошипной камерой, используемой в качестве продувочного насоса, и отдельным коленчатым валом. Все коленчатые валы связаны между собой при помощи специальных устройств.
 [4]

Пуск многоцилиндровых двигателей или газомоторных компрессоров, у которых пусковые клапаны установлены на всех крышках цилиндров, осуществляется с любого положения кривошипов коленчатого вала: как бы ни были расположены кривошипы коленчатого вала один из поршней будет находиться за в. При этом сжатый воздух приводит в движение поршень, а следовательно, и коленчатый вал и связанный с ним распределительный валик.
 [6]

Цилиндры многоцилиндрового двигателя должны быть так расположены и сгруппированы, чтобы собранный двигатель имел возможно большую жесткость и как можно меньшие габаритные размеры.
 [7]

Насос многоцилиндрового двигателя должен обеспечивать: а) равномерную подачу топлива во все цилиндры; б) одинаковый для всех цилиндров угол опережения подачи топлива и в) одинаковую длительность впрыска.
 [8]

Для многоцилиндровых двигателей ( 1Ц — 8 — г — 12) эти формулы дают несколько преувеличенные результаты, и мощность стартера может быть уменьшена.
 [9]

У многоцилиндровых двигателей, отличающихся высокой равномерностью работы, маховики делают небольшого размера и веса по сравнению с двигателями с малым числом цилиндров.
 [10]

Цилиндры многоцилиндровых двигателей отливают из серого чугуна или алюминиевого сплава в виде целой детали — блока цилиндров. Как одно целое с блоком цилиндров отливают верхнюю часть картера двигателя.
 [11]

У многоцилиндровых двигателей все цилиндры объединены и отлиты вместе в виде так называемого блока цилиндров. В этом случае крышка цилиндров является также общей и называется головкой блока.
 [12]

У многоцилиндровых двигателей с водяным охлаждением основной частью остова является корпус, объединяющий в общий блок все цилиндры. Он называется блоком цилиндров или блок-картером. Конструкция блок-картера должна обладать прочностью, жесткостью, удобством монтажа механизмов и приборов, расположенных внутри или снаружи блока. Все эти требования обеспечиваются в большей или меньшей степени его коробчатой формой, наличием ребер, люков, а также применением в качестве материала для его изготовления различных чугунов.
 [14]

Для многоцилиндровых двигателей, поскольку их кривошипно-шат унные механизмы жестко связаны между собой общим коленчатым валом и картером, кроме знания законов газовых сил и сил инерции каждого кривошипно-шатун-ного механизма, необходимо знать, какое влияние они оказывают друг на друга при совместной работе с учетом расположения кривошипов на коленчатом валу и порядка работы цилиндров. Установлено также, что в многоцилиндровых двигателях газовые и инерционные силы одновременно с созданием активного и равного ему по величине реактивного моментов создают нежелательные, дополнительно нагружающие коленчатый вал, изгибающие и скручивающие моменты.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

21 Порядок работы многоцилиндрового двигателя

Порядок
работы многоцилиндрового двигателя

зависит
от типа двигателя (расположения
цилинд­ров) и от количества цилиндров
в нем.

Чтобы
многоцилиндровый двигатель работал
равномерно, такты расширения должны
следовать через равные углы поворота
коленчатого вала (т. е. через равные
промежутки времени). Для определения
этого угла продолжительность цикла,
выраженную в градусах поворота коленчатого
вала, делят на число цилиндров. Например,
в четырехцилиндровом четырехтактном
двигателе такт расширения (рабочий ход)
происходит через 180° (720 : 4) по отношению
к предыдущему, т. е. через половину
оборота коленчатого вала. Другие такты
этого двигателя чередуются также через
180°. Поэтому шатунные шейки коленчатого
вала у четырех цилиндровых двигателей
расположены под углом 180° одна к другой,
т. е. лежат в одной плоскости. Шатунные
шейки первого и четвертого цилиндров
направлены в одну сторону, а шатунные
шейки второго и третьего цилиндров —
в противоположную сторону. Такая форма
коленчатого вала обеспечивает равномерное
чередование рабочих ходов и хорошую
уравновешенность двигателя, так как
все поршни одновременно приходят в
крайнее положение (два поршня вниз и
два вверх).

Последовательность
чередования одноименных тактов в
цилиндрах называют порядком работы
двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых
отечественных     тракторных 
   двигателей 1—3—4—2. Это
означает, что после рабочего хода в
первом цилиндре следующий рабочий ход
происходит в третьем, затем в четвертом
и, наконец, во втором цилиндре. Определенная
последовательность соблюдается и в
других многоцилиндровых двигателях.

При
выборе порядка работы двигателя
конструкторы стремятся равномернее
распределить нагрузку на коленчатый
вал.

Одноименные
такты у четырехтактного шестицилиндрового
двигателя совершаются через поворот
коленчатого вала на 120°. Поэтому шатунные
шейки расположены попарно в трех
плоскостях под углом 120°. У четырехтактного
восьмицилиндрового двигателя одноименные
такты происходят через 90° поворота
коленчатого вала и его шатунные шейки
расположены крестообразно под углом
90° одна к другой.

В
восьмицилиндровом четырехтактном
двигателе за два оборота коленчатого
вала совершается восемь рабочих ходов,
что способствует его равномерному
вращению.

Порядок
работы восьмицилиндровых четырехтактных
двигателей 1— 5—4—2—6—3—7—8, а
шестицилиндровых 1—4—2—5—3—6.

Зная
порядок работы цилиндров двигателя,
можно правильно распределить провода
по свечам зажигания, присоединить
топливопроводы к форсункам и отрегулировать
клапаны.

При
такте «сгорание—расширение» сила Р1,
приложенная к поршневому пальцу,
слагается из двух сил:

Суммарную
силу P1 разложить на можно две силы: силу
S, направленную вдоль оси шатуна, и силу
N, прижимающую поршень к стенкам цилиндра.

Силу
S перенесем в центр шатунной шейки, а к
центру коленчатого вала приложим две
равные силе S и параллельные ей силы S1
и S2. Тогда совместное действие сил S1 и
S создаст (на плече R) крутящий момент,
приводящий во вращение коленчатый вал,
а сила S2 нагрузит коренные подшипники
и через них будет передаваться на картер
двигателя.

Разложим
силу S2 на две перпендикулярно направленные
силы N1 и Р2. Сила N1 численно равна силе
N, но направлена в противоположную
сторону; совместное действие сил N и N1
образует момент Nl, который стремится
опрокинуть двигатель
в сторону, обратную вращению коленчатого
вала. Сила P2 численно равная силе Р1,
действует вниз, а сила Р действует на
головку цилиндра вверх, т.е. в противоположную
сторону. Разность между силами Р и P1
представляет собой силу инерции
поступательно движущихся масс Ри.
Наибольшей величины эта сила достигает
в момент изменения направления движения
поршня.

Вращающиеся
массы шатунной шейки, щек кривошипа и
нижней части шатуна создают центробежную
силу Рц, направленную по радиусу кривошипа
в от сторону центра вращения.

Таким
образом, в кривошипно-шатунном механизме
одноцилиндрового двигателя, кроме
крутящего момента, возникающего на
коленчатом валу, действует ряд
неуравновешенных моментов и сил, как
то:

• реактивный,
  или опрокидывающий, момент Nl, воспринимаемый
  опорами двигателя через картер

• сила
  инерции поступательно движущихся масс
  Ри, направленная по оси цилиндра

• центробежная
  сила вращающихся масс Рц, направленная
  по кривошипу вала

Боковая
сила N достигает наибольшей величины
при расширении газов, когда поршень
прижимается к левой стенке цилиндра,
чем и объясняется ее обычно больший
износ.

Многоцилиндровые двигатели (автомобильные)

2.4.

Многоцилиндровые двигатели

Мощность, развиваемая двигателем, может быть увеличена за счет увеличения размера одного цилиндра
или наличия большего количества цилиндров одинакового размера. Один большой цилиндр может быть более удобным выбором
из-за меньшего количества деталей для производства и обслуживания, но преимущества
перевешиваются недостатками. Соотношение площадей головок поршней и объемов цилиндров двух двигателей, один из
, линейные размеры которого в два раза больше, чем у другого, заключаются в следующем.

При одинаковом среднем эффективном давлении газа в цилиндрах обоих двигателей тяга поршня
увеличивается пропорционально площади головки поршня. Поэтому при удвоении диаметра цилиндра происходит четырехкратное увеличение усилия поршня. При данной скорости поршня и среднем эффективном давлении газа
мощность двигателя увеличивается пропорционально квадрату диаметра цилиндра. Поэтому
при удвоении диаметра цилиндра происходит четырехкратное увеличение мощности. Объем и, следовательно,
масса возвратно-поступательных компонентов увеличивается пропорционально кубу их размеров. Поэтому удвоение размеров поршня
увеличивает массу в восемь раз, из-за чего максимальная скорость поршня
должна быть уменьшена. Если ход поршня при заданной частоте вращения коленчатого вала удваивается,
скорость поршня также удваивается. Чтобы поддерживать одинаковую скорость поршня для обоих двигателей, скорость коленчатого вала
большого двигателя необходимо уменьшить вдвое. Крутящий момент пропорционален упору поршня
и длине хода кривошипа. Следовательно, удвоив диаметр и ход поршня,
усилие поршня увеличено в четыре раза, а рычаг поворота кривошипа удвоен, таким образом, крутящий момент
увеличен в восемь раз.
Таким образом, при удвоении диаметра цилиндра мощность увеличивается в четыре раза, а
вес увеличивается в восемь раз. Следовательно, вес увеличивается с большей скоростью по сравнению с
мощностью, что обеспечивает низкое отношение мощности к весу. Многоцилиндровые двигатели могут производить более высокую выходную мощность
из-за более высоких оборотов по сравнению с одноцилиндровым двигателем.

2.4,1.

Циклический крутящий момент и эффект маховика

Четырехтактный двигатель завершает один рабочий цикл за два оборота или перемещение на 720
градусов x>f коленчатого вала; таким образом, каждый из четырех тактов соответствует половине
‘ оборота или повороту коленчатого вала на 180 градусов. Из четырех тактов, т. е. впускного, сжатия, рабочего и выпускного, только рабочий такт поставляет энергию для привода коленчатого вала против
.0011 различные сопротивления нагрузкам, в то время как остальные три оставшихся хода поглощают часть энергии на преодоление
потерь на накачку и на трение. Кроме того, существуют возвратно-поступательные инерционные нагрузки, вызванные
обратным усилием, прилагаемым для изменения направления движения поршневого узла каждый раз, когда он
достигает своего положения ВМТ или НМТ. В результате происходит значительное колебание частоты вращения коленчатого вала
в каждом рабочем цикле из-за изменения полезного давления в цилиндре в течение
рабочий ход и противодействующие нагрузки трения, насоса и инерции.
Маховик, прикрепленный к концу коленчатого вала, поглощает избыточную энергию, когда коленчатый вал
ускоряется во время своего рабочего хода на 180 градусов, и автоматически передает эту накопленную
кинетическую энергию коленчатому валу для преодоления сопротивления повороту в течение следующих 540 градусов
, состоящих из трех не — рабочие штрихи. Коленчатый вал замедляется, поскольку маховик отдает
энергии для приведения коленчатого вала в движение в течение трех тактов холостого хода, но происходит восстановление скорости
из-за расширения поршня во время рабочего такта. Таким образом маховик уменьшает
колебаний частоты вращения коленчатого вала во время каждого цикла работы. Энергия, сообщаемая маховику и коленчатому валу
, иногда превышает среднюю резистивную нагрузку в двигателе, а в другие
раз может быть значительно ниже этого значения. Это заставляет маховик испытывать соответствующие колебания скорости
(рис. 2.10). Средняя высота диаграммы крутящего момента представляет собой крутящий момент
, эквивалентный постоянной нагрузке, воздействующей на двигатель. Заштрихованная область выше среднего — 9Линия крутящего момента 0011 указывает на избыточную энергию, накопленную в маховике, а энергия ниже средней линии
показывает энергию, получаемую от маховика за один цикл.

Рис. 2.10. Эффект маховика одноцилиндрового двигателя с постоянной нагрузкой.
В начале импульса мощности маховик имеет минимальную скорость, а ближе к концу рабочего хода
— максимальную скорость. Чтобы цикл событий продолжался, избыток
и дефицит энергии должны быть равны. Это означает кинетическую энергию маховика за
его скорость увеличения и уменьшения должна быть одинаковой. Поскольку степень изменения скорости в каждом цикле
зависит от размера маховика, большой маховик гасит колебания скорости до минимума,
обеспечивая плавную работу двигателя на постоянных скоростях. Но, большая масса маховика противостоит любому быстрому разгону и торможению двигателя, из-за чего реакция двигателя становится
торпидной. С другой стороны, маленький маховик определенно заставляет двигатель быстро реагировать на
быстрое изменение скорости, но за счет неравномерной и неравномерной работы на медленной скорости.

2.4.2.

Многоцилиндровый с циклическим крутящим моментом

Ограничения размера маховика и его неспособность сгладить
неравномерность крутящего момента между циклами в значительной степени устранены за счет использования многоцилиндровых двигателей, где
фазы газораспределения с одиночный коленчатый вал упорядочен так, что рабочие такты цилиндров
происходят поэтапно, а не все одновременно. Когда число
цилиндров увеличивается, соответственно уменьшаются интервалы между силовыми импульсами. Следовательно, изменение крутящего момента на протяжении четырех тактов цикла сглаживается.
Кривая циклического крутящего момента для одноцилиндрового двигателя (рис. 2.10) показывает рабочий ход каждые
720 градусов, а изменение пикового крутящего момента по отношению к среднему за один цикл составляет около 8:1. Когда добавляется второй цилиндр
, интервал между пусковыми импульсами уменьшается вдвое, т. е. на 360 градусов, тем самым
уменьшая пиковый крутящий момент до среднего, создаваемого за цикл, до 4:1 (рис. 2.11 А). Добавляя третий
, интервал между выстреливающими импульсами сокращается до 240 градусов, а пиковое среднее усилие поворота
дополнительно сглаживается до порядка 2,8:1 (рис. 2.11Б). Четырех-, пяти-, шести- и восьмицилиндровые двигатели
имеют интервалы зажигания 180 градусов, 144 градуса, 120 градусов и 90
градусов соответственно, при этом соответствующие отношения пикового крутящего момента к среднему уменьшены до 2:1, 1,7:1,
1,4:1 и л.л:! (рис. 2.11 с C по F).

Рис. 2.11. Диаграммы крутящего момента многоцилиндрового двигателя.
A. Двухцилиндровый двигатель B. Трехцилиндровый двигатель.
C. Четырехцилиндровый двигатель D. Пятицилиндровый двигатель.
E. Шестицилиндровый двигатель F. Восьмицилиндровый двигатель.

2.4.3.

Достоинства и ограничения одно- и многоцилиндровых двигателей

Следующие основные факторы необходимо учитывать при сравнении двигателей
разной кубатуры и разного количества цилиндров.
(a) Для заданной максимальной скорости поршня чем короче ход поршня, тем выше может быть
вращение коленвала.
(b) По мере того, как цилиндр становится меньше, поршень становится легче пропорционально размеру цилиндра
, что соответственно приводит к увеличению скорости поршня.
(c) При одинаковом объеме цилиндров двигателя и максимальной скорости поршня многоцилиндровый двигатель
развивает большую мощность, чем одноцилиндровый двигатель.
id) Одноцилиндровый двигатель с той же площадью поперечного сечения поршня, что и многоцилиндровый двигатель
, обеспечивает больший выходной крутящий момент.
(e) Чем меньше размер цилиндра, тем выше отношение его поверхности к объему и, следовательно, выше
— степень сжатия с улучшением теплового КПД двигателя.
if) При заданном общем объеме реакция на ускорение улучшается с увеличением количества цилиндров,
из-за более легких возвратно-поступательных компонентов и меньшего размера маховика.
(g) По мере увеличения числа цилиндров и длины двигателя крутильные колебания становятся
проблемой.
(з) С увеличением числа цилиндров
• мощность, затрачиваемая на преодоление вращательного и возвратно-поступательного сопротивления, также увеличивается,
• усложняется распределение смеси для карбюраторных двигателей,
• пропорционально возрастает стоимость замены компонентов, а
• увеличивается частота импульсов мощности, благодаря чему выходная мощность становится
более стабильной.
Плавная работа многоцилиндровых двигателей возможна только тогда, когда каждая камера сгорания
создает такое же давление в камере сгорания, как и другие камеры того же двигателя. Карбюратор
должен обеспечивать качество наддува, смешивая топливо с поступающим воздухом в правильных
пропорции. Впускной коллектор должен направлять равное количество смешанного заряда на каждый впускной клапан
. Время работы каждого впускного клапана должно быть таким же, как и у других, чтобы в каждую камеру сгорания поступало одинаковое количество заряда. Распределитель зажигания должен синхронизироваться, чтобы подавать искру
через зазор свечи зажигания, когда компрессия достигает одинаковой величины во всех цилиндрах
. При соблюдении всех этих требований давление в камерах сгорания равно
. Но практически эти идеальные требования не выполняются во всех условиях эксплуатации из-за
к увеличению производственных затрат. Многоцилиндровые двигатели предпочтительнее одноцилиндровых двигателей
, которые обеспечивают одинаковую мощность по следующим причинам:

Двигатель будет очень тяжелым	(f) Двигатель будет весить намного меньше, чем одноцилиндровый двигатель
fce) Тяжелый поршень затрудняет балансировку	(g) Легко балансируется
j — Hh) Должен работать на низких скоростях	(h) Может работать на гораздо более высокой скорости.

термодинамика — Зачем использовать несколько цилиндров в двигателе внутреннего сгорания?

спросил
3 года, 7 месяцев назад

Изменено
3 года, 7 месяцев назад

Просмотрено
2к раз

$\begingroup$

Почему в двигателе внутреннего сгорания восемь цилиндров? Почему бы вместо восьми цилиндров не использовать один большой цилиндр того же рабочего объема?

• термодинамика
• горение

$\endgroup$

0

$\begingroup$

Вот еще несколько причин для многоцилиндровых двигателей.

Если диаметр одного поршня увеличивается намного больше четырех дюймов, а двигатель предназначен для эффективной работы на скоростях до 4000 или 5000 об/мин, то для полного сгорания топливно-воздушного заряда недостаточно времени при воспламенении от одной свечи зажигания. Это означает, что большие поршни требуют двойного зажигания, а это означает, что в головке блока цилиндров должно быть место для второй свечи зажигания.

Кроме того, вибрации, создаваемые движением вверх-вниз больших поршней и коленчатого вала, к которому они прикреплены, значительны и могут быть лишь частично уравновешены вращающимися противовесами на коленчатом валу.

По этим двум причинам, наряду с другими, упомянутыми в первом ответе, для двигателей автомобилей, самолетов и грузовиков современного производства лучше иметь несколько маленьких цилиндров вместо одного очень большого. Исключением являются тихоходные лодочные двигатели; бортовые двигатели (особенно дизельные) на тихоходных лодках по-прежнему часто имеют один цилиндр и развивают от 50 до 100 л. с., но эти двигатели работают со скоростью от 250 до 500 об / мин.

$\endgroup$

$\begingroup$

Восемь цилиндров распределяют нагрузку во время цикла двигателя. Это означает, что все движение будет намного более плавным, чем с одним большим цилиндром, который просто дергает двигатель вдребезги, когда он бросает его после сильного взрыва, а затем «перезаряжается», пока не придет время снова двигаться.

Обратите внимание, однако, что наличие «одного большого цилиндра» не является чем-то неслыханным — он был на первых мотоциклах Harley-Davidson.

$\endgroup$

5

$\begingroup$

Невозможно сделать «очень большой» цилиндр, потому что напряжение зависит от радиуса: по этой причине все сосуды высокого давления тонкие и высокие.