Коленчатый вал и порядок работы двигателя
Коленчатый вал воспринимает различные по величине и направлению усилия от шатуна; вместе с шатуном он участвует в преобразовании поступательного движения во вращательное. Воспринимаемые коленчатым валом усилия передаются маховику. Коленчатый вал 10 (см. рис. 3) состоит из отдельных колен со щеками 9, шатунными шейками 8 и коренными (опорными) шейками, находящимися в подшипниках. Коренные шейки вращаются в подшипниках, а шатунные шейки охватываются нижними головками шатунов.
Форма коленчатого вала определяется числом цилиндров и тактов, последовательностью чередования рабочих процессов по цилиндрам, а также уравновешиванием двигателя.
Для равномерного вращения вала необходимо обеспечить равномерное поступление усилий от цилиндров на коленчатый вал. За два оборота вала 12,56 рад (720° поворота) в четырехтактном одноцилиндровом двигателе получается одна вспышка, а в четырехцилиндровом — четыре. Равномерное воздействие усилий на вал достигается равномерным чередованием вспышек через угол поворота вала, равный результату деления 12,56 рад (720°) на число цилиндров 2,56: 4= 3,14 рад (720 : 4 = 180°). В этих условиях шатунные шейки коленчатого вала должны последовательно подходить к своему верхнему положению, таким образом, форма расположения колен вала подчинена требованию последовательного чередования вспышек через одинаковые углы поворота коленчатого вала. Кроме того, расположение колен должно обеспечивать уравновешенность вала. Последнее требование осуществляется симметричным расположением колен по обе стороны от середины вала, при этом два крайних колена (из четырех) должны быть направлены в одну сторону, а два средних — в другую. Сочетание требований равномерности чередования вспышек и уравновешенности вала (симметричности его) дает для четырехцилиндровых четырехтактных двигателей форму коленчатого вала, изображенную на рис. 13, а; нумерация цилиндров и колен вала (/, 2, 3, 4) принята с передней стороны двигателя.
Коленчатый вал такой формы создает одинаковое направление движения двух крайних поршней и противоположное ему направление движения двух средних поршней. Исходя из этого необходимо распределить такты по цилиндрам с учетом осуществления равномерного чередования вспышек (рабочих ходов) через 3,14 рад (180°), угла поворота вала (половину оборота вала). Для фиксации последовательности протекания тактов по всем цилиндрам исходным цилиндром принимают первый, и ему приписывают установленный выше цикл, начиная с первого такта впуска. Чтобы в четвертом цилиндре, поршень которого движется по направлению движения первого поршня (вниз), не получилась вспышка одновременно со вспышкой в первом цилиндре, необходимо первый ход четвертого поршня (вниз) сделать отличающимся от хода первого поршня. Таким ходом вниз может быть только расширение с последующим выпуском, всасыванием н сжатием; для поршней 2 и 3, одновременно поднимающихся вверх, возможными ходами являются выпуск и сжатие. Если выпуск протекает во втором цилиндре, то в третьем будет единственно возможный (по условию несовпадения ходов) ход сжатия, и наоборот, если во втором цилиндре будет сжатие, то в третьем должен быть выпуск. В результате для четырехцилиндрового двигателя получаются две возможные последовательности рабочих ходов по номерам цилиндров, приведенные в табл. 2: 4—3—1—2 и 4—2—1—3. Если же начать отсчет с первого цилиндра, то порядок (последовательности) работы будет такой: 1—2—4—3 и 1—3—4—2.