Регистрация Войти
Вопрос

Балансировка двигателя I3/подача мощности

Я пытаюсь узнать больше о балансировке рядных трёхцилиндровых двигателей и балансировке двигателей в целом (мотоциклов)... Рядные трёхцилиндровые двигатели интересуют меня по нескольким причинам, но я хочу лучше понять, как они работают.



Я полагаю, что в двигателях L4 и I4 с поперечным расположением цилиндров шатуны расположены на расстоянии 90 градусов друг от друга, поэтому, когда один поршень останавливается, другой движется с максимальной скоростью, а значит, частота вращения коленчатого вала (и, соответственно, двигателя) становится более равномерной... По крайней мере, так я это понимаю.



Я слышал, что такая же плавность хода характерна для трёхцилиндровых двигателей с углом развала 120 градусов, но я немного запутался. Я понимаю, что шатуны расположены равномерно, как в примерах выше, но движение поршня (и, следовательно, скорость) не кажутся мне такими простыми, даже после того, как я посмотрел, как он движется, онлайн. Действительно ли скорости поршней идеально компенсируют друг друга, как в четырёхцилиндровых примерах выше (обеспечивая равномерную скорость вращения коленчатого вала), или это происходит хуже, чем в них?



Кроме того, я полагаю (могу ошибаться), что в этих двигателях I3 может использоваться один балансирный вал для компенсации колебаний, вызванных работой двух внешних цилиндров... В этом случае (при использовании балансирного вала) остаются ли какие-либо другие дисбалансы?



Я считаю, что двигатели I3 и L4 — это круто. Они даже издают громкие звуки на высоких оборотах (мой любимый звук), они узкие, обладают отличным балансом/выдачей мощности и т. д. L4 отлично подходит для литровых мотоциклов, и я бы хотел увидеть несколько лёгких мотоциклов с двигателем I3 (возможно, объёмом около 300 куб. см), потому что я также считаю, что маленькие спортивные мотоциклы — это круто. Извините, если я немного бессвязно говорю, ха-ха.
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/33510/i3-engine-balance-power-delivery
1
+ Читать

6 Комментариев

  1. С сайта http://www.autozine.org/technical_school/engine/smooth1.htm:




    Кажется, что независимо от того, как вращается коленчатый вал, общий центр тяжести всех трёх поршней и шатунов остаётся на одном и том же месте, поэтому вибрация не возникает. С помощью математического анализа можно также определить, что в вертикальном и поперечном направлениях не возникает никаких сил. (на самом деле я действительно проводил такие расчёты) Так почему же мы слышали, что трёхцилиндровому двигателю нужен балансирный вал?



    На самом деле расчёт неверный, поскольку он предполагает, что двигатель представляет собой одну точку, а значит, силы, действующие на все три цилиндра, приходятся на эту единственную точку и полностью компенсируют друг друга. В действительности силы действуют на три разных участка коленчатого вала, поэтому вместо того, чтобы компенсировать друг друга, они заставляют коленчатый вал вибрировать от начала до конца.




    А вот довольно наглядная анимация (просто представьте, что красных точек больше, если речь идёт о двухтактном двигателе): https://www.youtube.com/watch?v=E2u-zXsioRM



    Итак:




    Действительно ли скорости поршней идеально компенсируют друг друга, как в приведённых выше примерах с 4 цилиндрами (обеспечивая равномерную частоту вращения коленчатого вала), или это происходит хуже, чем в них?




    Силовые штрихи расположены равномерно. Один штрих приходится на каждые 240 градусов (четыре штриха) или 120 градусов (два штриха).



    Центр тяжести двигателя остаётся неизменным, поэтому в этом смысле он сбалансирован. Коленчатый вал раскачивается, потому что силы воздействуют на него несимметрично (см. красные точки, обозначающие такты сжатия в этом видео на YouTube, — они постоянно перемещаются от одного конца к другому? Именно это заставляет коленчатый вал раскачиваться.)



    Движение поршня не настолько сложное. Представьте, что это «волна», движущаяся по коленчатому валу.




    При таком сценарии (с использованием балансировочного вала) остаются ли какие-либо другие дисбалансы?




    Нет. Единственное движение, которому необходимо противодействовать, — это движение коленчатого вала, обусловленное тем, как поршни воздействуют на вал. Центр тяжести двигателя остаётся неизменным на протяжении всего вращения, других дисбалансов нет.
  1. @Guest Плавность хода зависит от интервалов угла поворота. Относительная скорость движения поршней является следствием этого. В 120-градусном I3 на один оборот приходится 3 рабочих такта. В 180-градусном I4 — только 2. Так что, я полагаю, с этой точки зрения I3 «плавнее». Но опять же, это происходит потому, что углы поворота кривошипа больше, а не потому, что некоторые поршни останавливаются одновременно. Несмотря на то, что они взаимосвязаны, углы являются причиной, а скорости — лишь геометрическим следствием. Скорость поршня — это следствие, а не причина. Также имейте в виду, что маховик сглаживает все эти процессы.
  1. Я полагаю, что балансирный вал используется для компенсации вибраций в трёхцилиндровых двигателях автомобилей. Не знаю, как с этим справляются мотоциклы.
  1. Я не очень разбираюсь в этом, но спрашиваю потому, что раньше считал, что 180-градусный кривошипно-шатунный механизм I4 работает плавно, но поскольку все поршни останавливаются одновременно, 90-градусный кривошипно-шатунный механизм лучше, потому что он этого не допускает. В этом смысле I3 такой же, но мне интересно, есть ли у I4 преимущество в плавности хода, когда один поршень останавливается, а другой продолжает двигаться с максимальной скоростью.
  1. @Guest Поршни расположены под углом 120 градусов друг к другу. Таким образом, в двухтактном двигателе мощность вырабатывается через равные промежутки в 120 градусов при вращении коленчатого вала. Это три равномерно распределённых такта мощности на один оборот коленчатого вала. Перестаньте думать о скорости движения поршней и вместо этого сосредоточьтесь на углах поворота коленчатого вала и порядке зажигания. Их фактическое вертикальное движение представляет собой (не совсем) синусоиду текущего угла поворота коленчатого вала в различных фазах. Поршень A может двигаться с максимальной скоростью, когда поршень B неподвижен, только в том случае, если угол между A и B составляет +/- 90 градусов. В вашем I3 этого не происходит, но это не имеет значения.
  1. Спасибо за информацию. Думаю, мне интересно узнать, с какой скоростью движутся поршни по сравнению друг с другом. Например, в четырёхцилиндровом двигателе с поперечным расположением цилиндров каждый поршень движется с максимальной скоростью, когда другой поршень неподвижен. Все они движутся с одинаковой скоростью, то есть частота вращения коленчатого вала остаётся постоянной. Вот почему я спрашиваю про I3: когда один цилиндр не работает, два других не работают на максимальной скорости, поэтому сложнее определить, насколько равномерна частота вращения коленчатого вала по сравнению с четырёхцилиндровыми двигателями.
Вы уже ответили на этот вопрос