Зрівноваження чотирициліндрових двигунів

Найбільше розповсюдження серед рядних чотирициліндрових двигунів на даний час отримала схема з плоским валом (рис.1.10). За такою схемою виконують всі чотиритактні чотирициліндрові рядні двигуни, оскільки в даному випадку забезпечується добра зрівноваженість та рівномірність чергування спалахів в циліндрах через 180° за порядку роботи 1-2-4-3 або 1-3-4-2.

Також розповсюдження отримала схема чотирициліндрового двигуна з колінами, що розташовані під кутом 90°, яка застосовується для двотактних двигунів. Дана схема також забезпечує рівномірність чергування спалахів в циліндрах через 90° пороту колінчастого валу у разі порядку роботи 1-3-4-2.

Крім однорядних чотирициліндрових двигунів значне розповсюдження отримали двигуни з колінами, що розташовані під кутом 180°, і протилежним розташуванням циліндрів, а також V-подібні чотирициліндрові двигуни.

Чотирициліндровий рядний двигун з колінами, що розташовані під кутом 180°.Сили інерції першого порядку в такому двигуні (рис.1.10) взаємно зрівноважуються

(1.26)

Рис.1.10. Зрівноваження чотирициліндрового рядного двигуна з колінами, що розташовані під кутом 180°

Відцентрові сили мас, що обертаються, також взаємно зрівноважуються

(1.27)

Сили інерції другого порядку за будь-якого розташування колінчастого валу рівні між собою і мають однаковий напрям. Рівнодійна цих сил

(1.28)

Цю силу можна зрівноважити тільки за допомогою противаг на додаткових валах.

Моменти від сил інерції першого і другого порядків, а також від відцентрових сил інерції, як видно з рис.1.10, рівні нулю:

(1.29)

Чотирициліндрові рядні двигуни з колінами, що розташовані під кутом 180°, встановлюються на більшості сучасних автомобілів. Противаги на продовження щік даних двигунів встановлюються для розвантаження опорних підшипників від дії місцевих відцентрових сил F_с. Масу кожної з противаг визначають із умови повного або часткового зрівноваження сили F_с кожного коліна валу.

Чотирициліндровий двигун з протилежним розташуванням циліндрів та колінами, що розташовані під кутом 180°.У двигунах зі схемою розташування циліндрів, що наведена на рис.1.11, у разі порядку роботи 1-4-2-3 або 1-3-2-4 чергування спалахів відбувається рівномірно.

Рис.1.11. Зрівноваження чотирициліндрового двигуна з протилежним розташуванням циліндрів та колінами, що розташовані під кутом 180°

Сили інерції першого та другого порядків, а також відцентрових сил інерції в таких двигунах за будь-якого розташування колінчастого валу відповідно рівні, проте направлені у протилежні сторони, тобто взаємно зрівноважуються:

;

(1.30)

Моменти сил інерції першого порядку і відцентрових сил інерції взаємно зрівноважуються:

(1.31)

Сили інерції другого порядку створюють вільний момент T_j₂, що діє у площині, яка проходить через осі циліндрів

(1.32)

Момент T_j₂ можна зрівноважити методом додаткових валів з противагами.

Двигуни, у яких по одну сторону колінчастого валу розташовані 1 і 4, а по іншу сторону 2 і 3 циліндри, внаслідок неможливості забезпечення рівномірного чергування спалахів не застосовуються, проте ці двигуни є повністю зрівноваженими.

Чотирициліндровий V-подібний двигун з кутом розвалу циліндрів g=90° і колінами, що розташовані під кутом 90°.Схема двигуна наведена на рис.1.12. У випадку порядку роботи 1-2-4-3 забезпечується рівномірне чергування спалахів через 180° кута повороту колінчастого валу.

Сили інерції першого порядку та відцентрові силі інерції в такому двигуні (рис.1.12) взаємно зрівноважуються

;

(1.33)

Сили інерції першого порядку для лівого ряду циліндрів

;

для правого ряду циліндрів

Згідно рис.1.12 маємо

Сили інерції другого порядку у всіх циліндрах рівні за величиною

;

Рис.1.12. Зрівноваження чотирициліндрового V-подібного двигуна з кутом розвалу циліндрів g=90° і колінами, що розташовані під кутом 90°

Таким чином сили інерції другого порядку приводяться до рівнодійної, що діє у вертикальній площині

(1.34)

Сили інерції першого порядку створюють моменти, що діють в площинах:

першого і другого циліндрів

третього і четвертого циліндрів

Геометричне сумування векторів моментів і (рис.1.12) показує, що рівнодійний момент від сил інерції першого порядку діє у горизонтальній площині, яка проходить через вісь колінчастого валу,

(1.35)

Цей момент можна повністю зрівноважити за допомогою противаг, що встановлюють на колінчастому та додатковому валах. Додатковий вал розташовують у вертикальні площині, що проходить через вісь колінчастого валу та приводиться в рух від колінчастого валу за допомогою шестерень і обертається з кутовою швидкістю w, але в протилежну сторону. Осі додаткового і колінчастого валів мають бути паралельними.

Осі противаг m_x, що встановлюють на продовженнях щік колінчастого валу, утворюють кут 45° з площиною першого коліна.

Противаги m_x на додатковому валу встановлюють так, що у разі знаходження поршня першого циліндра у в.м.т. осі цих противаг, як і противаг колінчастого валу, знаходяться у горизонтальних площинах.

Масу противаг визначають із виразу

, звідки ,