Анализ и уравновешивание ДВС типа V6 с углом развала 90°, 3-коленным валом, имеющим угол расклинки кривошипов 120° и разрезные шатунные шейки

Обеспечить равномерное чередование вспышек в рассмотренном выше ДВС типа V6 (см. подпараграф 3.6.2) можно при конструкции коленчатого вала с так называемыми разрезными шатунными шейками, выполняемыми по недавно разработанной технологии Split-Pin. Разрезные шатунные шейки обеспечивают возможность равномерного чередования рабочих ходов при практически любых углах развала цилиндров в V-образных двигателях с разным числом цилиндров и ныне широко применяются в автомобилестроении. Коленчатые валы с такими шатунными шейками установлены в ДВС типа V6 с углом развала 90° (модель М112) автомобиля Mercedes-Benz Е280; в двигателе типа V8 с углом развала 75° автомобиля Mercedes-Benz G-class 400; в двигателе типа V10 с углом развала 90° автомобиля Audi S8. Во всех этих двигателях обеспечено равномерное чередование рабочих ходов. Схема разрезной шатунной шейки показана на рис. 3.1.

Коленчатый вал рассматриваемого ДВС типа V6 с такой конструкцией шатунных шеек показан на рис. 3.28.

Коленчатый вал V-образного б-цилиндрового ДВС с разрезными шатунными шейками

Рис. 3.28. Коленчатый вал V-образного б-цилиндрового ДВС с разрезными шатунными шейками:

а — конструкция коленчатого вала; б — схема шатунной шейки

Угол смещения соседних шатунных шеек 8 (рис. 3.29), обеспечивающий равномерное чередование рабочих ходов, зависит от угла развала цилиндров у и величины углового интервала а, соответствующего равномерной работе двигателя:

Для 4-тактного ДВС с числом цилиндров i: a = 720/i. Тогда для рассматриваемого ДВС типа V6: a = 120°, у = 90°, 5 = 30°. (Заметим, что формула (3.19) справедлива для V-образных ДВС с любым числом цилиндров и любом угле развала.) Схема остова этого двигателя и действие сил инерции ВПДМ в каждом цилиндре аналогично таковому в ДВС с неразрезными шатунными шейками (см. рис. 3.27, а). Схема КШМ показана на рис. 3.29.

Схема расклинки кривошипов ДВС V6 с углом развала цилиндров у = 90°, 3-коленным валом, имеющим разрезные шатунные шейки со смещением 6 = 30°

Рис. 3.29. Схема расклинки кривошипов ДВС V6 с углом развала цилиндров у = 90°, 3-коленным валом, имеющим разрезные шатунные шейки со смещением 6 = 30°

Равномерное чередование рабочих ходов обеспечивается при порядке работы 1—А—2—5—3—6.

Рассмотрим уравновешенность двигателя от действия инерционных сил и моментов. Анализ удобно выполнить, рассматривая этот V-образный двигатель как два рядных ДВС типа R3, расположенных под углом 90° друг к другу с общим коленчатым валом: в левом блоке находятся цилиндры с номерами 1, 2, 3, в правом — с номерами 4, 5, 6. Как было показано выше (см. параграф 3.3), в ДВС R3 суммы всех сил инерции равны нулю. Тогда и в рассматриваемом ДВС типа V6:

Результирующий момент от сил инерции ВПДМ 1-го порядка ?МЛ может быть представлен как векторная сумма моментов двух 3-цилиндровых ДВС (левого и правого блоков). Известно, что в ДВС R3 величина результирующего момента определяется по формуле: ?M;i = V3а-M-R-ы2-cos(<р + 30°), где а — расстояние между осями соседних цилиндров в одном блоке (см. параграф 3.3). Обозначим индексом «Л» момент в левом блоке и индексом «Пр» — в правом. Тогда общий момент от сил инерции ВПДМ 1-го порядка в рассматриваемом ДВС V6

определится как векторная сумма: ?М;] = ^Mj + • Мо-

менты в левом и правом блоках действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях (так как угол развала 90°). Причем, если формула момента для условного 3-цилиндрового двигателя левого блока имеет вид

то для правого блока (с учетом интервала угла поворота коленчатого вала между положением ВМТ в 1-м и 4-м цилиндрах, равного 120°) —

Величину (модуль) и направление действия результирующего момента от сил инерции ВГ1ДМ 1-го порядка можно найти по правилам сложения векторов. Модуль результирующего момента определится из выражения

Направление действия этого вектора, характеризуемое углом а относительно оси 1-го цилиндра, определится из выражения

На рис. 3.30, а показан годограф момента . Его удобно строить с использованием методов компьютерных технологий.

Построение выполнено для безразмерного значения момента, т. е. произведение всех размерных параметров принято равным единице: а-М-Я-ш2 = 1. Годограф имеет вид эллипса, т. е. в течении периода результирующий момент меняет как величину, так и плоскость (направление) действия. Напомним, что вектор момента изображается стрелкой, перпендикулярной плоскости действия момента (см. рис. 2.11), а годограф соответствует линии траектории конца этого вектора за период. Величину и направление результирующего вектора момента ?М;1 для каждого угла поворота кривошипа ср (отсчитываемого от положения ВМТ в 1-м цилиндре) можно найти, если соединить центр годографа (точку начала координат) с точкой на его линии, соответствующей данному углу поворота. На рис. 3.30, а на линии годографа нанесены точки, с интервалом в 30° поворота кривошипа ф. Вертикальная ось Y годографа соответствует оси «симметрии блок — цилиндра двигателя». Для примера показан вектор момента ^Мл для положения КШМ при угле поворота ф = 10°.

Годографы результирующих безразмерных моментов от сил инерции ВПДМ 1-го ^)/W

Рис. 3.30. Годографы результирующих безразмерных моментов от сил инерции ВПДМ 1-го ^)/W;i (а) и 2-го ^)/Wy2 (б) порядков, действующие в ДВС типа V6 с углом развала 90°, 3-коленным валом, имеющим разрезные шатунные шейки

Полное уравновешивание момента ?М;- возможно с помощью двух пар противовесов, из которых одна пара устанавливается на коленчатом валу, вторая — на балансирном, вращающемся в противоположном коленчатому валу направлении с той же угловой скоростью. Общие положения по схеме такого уравновешивания рассмотрены ранее в параграфе 2.4 и иллюстрированы рис. 2.13, а. Моменты от уравновешивающих противовесов, на коленчатом (А^грс) и балансирном (M2r2-d) валах (см. рис. 2.13, а) определяются по данным годографа момента . Целесообразно противовесы с большим моментом устанавливать на коленчатом валу. Тогда:

где МгУ— величина уравновешиваемого момента , определяемая из годографа (см. рис. 3.30). Она соответствует значению момента на большой оси эллипса Y (при повороте кривошипа на угол ф = 120°); — то же для малой оси эллипса

X (при повороте кривошипа на угол ф = 30°). Для рассматриваемого двигателя: МгУ = 2,121; МгХ = 1,225 (это безразмерные величины). Тогда противовесы, устанавливаемые на коленчатом валу должны удовлетворять условию А^г-рс = 1,673; на балансирном валу — M2r2-d = 0,448. Заметим, что для конкретного двигателя фактическое (размерное) значение параметров противовесов определится путем умножения их на размерный комплекс параметров двигателя: a-M-R.

Угловое расположение противовесов на коленчатом и балансирном валах можно найти из следующего правила: в точке годографа, соответствующей максимальному значению уравновешиваемого момента ? М;1, плоскости действия уравновешивающих моментов от противовесов на коленчатом и балансирном валах должны быть параллельны, а их векторы — направлены противоположно вектору ХМд.

Графический способ определения положения плоскостей уравновешивающих противовесов показан на рис. 3.31. Максимальное значение вектора соответствует действию этого

момента в горизонтальной плоскости. Угол поворота кривошипа 1-го цилиндра составляет здесь ф = 120° (см. рис. 3.31, а). Для этого положения противовесы должны располагаться в горизонтальной плоскости. Тогда угол между плоскостью колена 1-го цилиндра и пары противовесов коленчатого вала составит 15° (см. рис. 3.31, б). Для точной установки балансирного вала (относительно угла поворота коленчатого вала) в конструкции привода предусматривают специальные метки. Такой способ уравновешивания применяется в двигателях автомобиля Mercedes Benz Е280 модели Ml 12.

Анализ результирующего момента от сил инерции ВПДМ 2-го порядка во многом аналогичен приведенному выше

для момента ?М;1. Этот момент также может быть представлен как векторная сумма моментов двух 3-цилиндровых ДВС (левого и правого блоков). В ДВС R3 момент от сил инерции 2-го порядка определяется по формуле

Результирующий момент для всего ДВС V6 определится как векторная сумма моментов в левом и правом блоках. Причем, если в левом блоке момент определяется по приведенной выше формуле, то в правом имеет место сдвиг на величину интервала между соседними вспышками равный 120°. Тогда:

Схема определения расположения противовесов на коленчатом и балансирном валах для уравновешивания момента от сил инерции 1-го порядка  ДВС типа

Рис. 3.31. Схема определения расположения противовесов на коленчатом и балансирном валах для уравновешивания момента от сил инерции 1-го порядка в ДВС типа

V6 с углом развала 90°, 3-коленным валом, имеющим разрезные

шатунные шейки:

а — положение КШМ при максимальном значении момента; б — положение противовесов при максимальном значении

момента

Модуль результирующего момента определится из выражения

Направление действия этого вектора, характеризуемое углом ц относительно оси 1-го цилиндра, определится из выражения

На рис. 3.30, б показан годограф момента РассматРи_

ваемого двигателя типа V6 (приведены безразмерные значения момента). Из сравнения с аналогичным годографом для момента от сил инерции 1-го порядка (см. рис. 3.30, а) видно, что его значение существенно меньше. Заметим, что и период момента от сил инерции 2-го порядка в 2 раза меньше, чем от сил инерции 1-го порядка (180° вместо 360°). Сравнительную оценку неуравновешенности двигателя от действия обоих моментов можно выполнить по величине максимального импульса возмущения Lmax (см. подпараграф 3.2.2). Его значение от действия момента сил инерции 1-го порядка составляет Lmax = 4,9 рад (в безразмерном виде) от действия момента ?М;- —Lmax = 0,6 рад. Поэтому момент не уравновешивают, хотя теоретически его уравновешивание возможно двумя балансирными валами, как показано в параграфе 2.4. Параметры четырех противовесов размещаемых на двух балансирных валов можно найти по тому же алгоритму, что и для случая уравновешивания момента этого

двигателя.

Центробежный момент рассматриваемого ДВС можно представить как векторную сумму двух 3-цилиндровых ДВС. Формула центробежного момента двигателя R3 имеет вид (см. параграф 3.3): YjMc = л/за-Мг - R-ш2. С учетом того, что КШМ этих двух условных ДВС сдвинуты на 30° (на угол смещения разрезной шатунной шейки), модуль результирующего вектора центробежных сил ^Мсу Для рассматриваемого ДВС V6 определится по формуле

Годограф этого момента — окружность. Его можно уравновесить шестью нащечными противовесами, устанавливаемыми на продолжении радиусов кривошипов всех трех колен (по два на каждом колене с учетом того, что из-за разрезной схемы радиус-векторы каждого колена развернуты на 30° относительно друг друга). Дисбаланс Мпртпр каждого противовеса определится по формуле

Размещение нащечных противовесов показано на рис. 3.28.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >