2Э Дизельные двигатели

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

ДВС - тепловые двигатели, у которых процесс сжигания топлива, выделения теплоты и преобразования в механическую работу происходит внутри цилиндров дв-ля. В зависимости от применяемого топлива, способа и места приготовления горючей смеси ДВС подразделяют на дизели и бензиновые , в зависимости от рабочего цикла — двух- и четырехтактные.

Рабочий цикл ДВС — это комплекс чередующихся процессов изменения давления, температуры и состава газов, происходящих в цилиндрах ДВС, которые обусловливают преобразование теплоты в механическую работу. Рабочий цикл в четырехтактном ДВС (рис. 2.1) состоит из впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, при этом в дизеле и бензиновом двигателе происходит следующее:

Рабочий цикл

Дизель

1-й такт — впуск

2-й такт — сжатие

Карбюраторный ДВС

Впуск воздуха

Сжатие воздуха и впрыск топлива, воспламенение

Впуск рабочей смеси

3-й такт — рабочий ход

Сжатие рабочей смеси, воспламенение

Сгорание и расширение газов

4-й такт — выпуск

Удаление отработавших газов, продувка цилиндра

При рабочем ходе происходит передача энергии от сгорающих газов на поршень и через шатун на коленчатый вал.

• Устройство дизеля
• В ДВС имеются механизмы и системы, расположенные в корпусных деталях — блок-картере и головке блока цилиндров, обеспечивающие пре­образование тепловой энергии сгорающего топлива в механическую работу: кривошипно-шатунный механизм (КШМ), газораспределительный механизм, смазочная система, системы охлаждения, питания, пуска (в дизеле) или зажигания (в бензиновом ДВС).
• Кривошипно-шатунный механизм (рис. 2.2) служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала и включает в себя поршень 6 с компрессионными и мас­лосъемными поршневыми кольцами 8, поршневой палец 7 с втулкой, шатун 5, коленчатый вал 1 с вкладышами 2 коренного подшипника и 4 шатунного подшипника, маховик 9. При сгорании газов поршень переме­щается, и через поршневой палец и шатун давление передается на колен­чатый вал. Коленчатый вал воспринимает нагрузки от шатуна через ша­тунные шейки 3, опирается и вращается на коренных шейках. В шатунных шейках имеются полости 10 для дополнительной центробежной очистки масла. На передний конец коленчатого вала, закрепленного в крышках 11 , устанавливают шестерню 12 и шкив 13 , на задний конец — маховик 9. В процессе эксплуатации происходит изнашивание деталей КШМ, вслед­ствие чего работа дизеля становится более шумной, снижается компрессия в цилиндрах и давление масла, увеличивается расход масла в картере (угар) и происходит дымление из сапуна.

• Газораспределительный механизм (рис. 2.3) служит для своевременного впуска воздуха и выпуска отработавших газов и состоит из шестерни 15, распределительного вала, впускных и выпускных клапанов 1, установлен­ных в головке 3 блока цилиндров, направляющих втулок 2 и пружин 4, толкателей 13, штанг 12, коромысел 7, регулировочных винтов 10 с контр­гайками 11, тарелок 5, сухарей 6, стоек 8 и осей 9 коромысел.
• При работе дизеля распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала через шестерни и кулачком 14 действует на толкатель 13, который поднимает штангу 12 и через регулировочный винт 10 поворачи­вает коромысло 7 вокруг оси 9. Длинная часть коромысла нажимает на клапан 1 и открывает его, сжимая пружину 4. Как только кулачок сойдет с толкателя, клапан под действием пружины прижимается к седлу 16. Так происходит в определенной последовательности со всеми клапанами.
• Клапаны дизеля открываются с некоторым опережением, а закрыва­ются с запаздыванием относительно моментов прохождения поршнем так называемых мертвых точек (фазы газораспределения ). В процессе эксплуатации необходимо проводить регулировку теплового зазора клапанов, зазора меж­ду бойком коромысла и стержнем клапана (0,25... 0,5 мм) и контролировать плотность прилегания фаски (рабочей поверхности клапанов) к седлу.

• Система охлаждения поддерживает необходимый тепловой режим работа­ющего дизеля, отводит избыточную теплоту от нагретых деталей за счет охлаждения воздухом или жидкостью.
• Жидкостная система охлаждения (рис. 2.4) состоит из рубашки 6 охлаж­дения, водяного насоса 8, патрубков 2, 4, 7, термостата 5, радиатора 1, вентилятора 3, расширительного бачка, жалюзи или шторки. Охлаждающая жидкость (вода, тосол или антифриз), нагретая в рубашке 6, нагнетается насосом 8 через верхний патрубок 2 в радиатор. Проходя через трубки ра­диатора, жидкость охлаждается потоком воздуха, нагнетаемым вентилято­ром 3, направляется по нижнему патрубку 7 обратно в рубашку, циркули­руя по системе охлаждения во время работы дизеля, и отводит лишнюю теплоту от наиболее нагретых деталей. Водяной насос 8 приводится во вра­щение клиновым ремнем от шкива коленчатого вала.
• Температуру охлаждающей жидкости в системе контролируют по дис­танционному термометру и световому сигнализатору. Для ускорения про­грева дизеля после пуска и автоматического регулирования температурно­ го режима при различных нагрузках и температуре окружающего воздуха служит термостат. Когда дизель холодный, термостат закрыт и жидкость циркулирует по малому кругу рубашка — насос — рубашка, что обеспечи­вает быстрый прогрев дизеля. При достижении температуры 80... 95 °С клапан термостата открывается, и поток жидкости идет через радиатор. Через паровоздушный клапан выпускается пар при нагреве и впускается воздух при остывании системы охлаждения.
• На дизелях может быть установлена муфта вязкого трения, автомати­чески регулирующая работу вентилятора в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в дизеле. Предусмотрено также принудительное включение вентилятора. При автоматическом режиме работы вентилятора температура охлаждающей жидкости в дизеле поддерживается в пределах 80... 97 °С.
• Неисправности системы охлаждения обусловлены перегревом или переох­лаждением дизеля, что ведет к потере мощности, увеличению удельного расхода топлива, интенсивному изнашиванию деталей дизеля. Основные неисправности: нарушение герметичности соединений; неисправности водя­ного насоса, радиатора (засорение сот снаружи и трубок внутри, поврежде­ние трубок, нарушение целостности и т.д.), паровоздушного клапана, тер­мостата; нарушение натяжения ремня вентилятора (слабо или сильно на­тянут); заедание шторок (жалюзи); образование накипи.

• Смазочная система (рис. 2.5) обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям деталей для уменьшения трения, удаления продуктов изна­шивания и частичного охлаждения трущихся деталей. Смазочная система дизеля комбинированная: наиболее ответственные детали (подшипники коленчатого и распределительного валов, поршневой палец, головки шату­на, втулки шестерен, коромысло) смазываются под давлением, остальные — разбрызгиванием. Смазочная система состоит из поддона 1, масляного насоса 17, масляного фильтра 10, масляного радиатора 13, главной масля­ной магистрали 15 и каналов 5, клапанов 11, 12, 16, 20, датчика давле­ния.
• Масляный насос шестеренного типа служит для подачи масла под дав­лением, привод осуществляется от шестерни коленчатого вала. В масляном насосе имеется редукционный клапан 16, отрегулированный на давление 0,7...0,75 МПа. При работе холодного дизеля, когда вязкость масла боль­шая, давление масла поднимается выше указанного, открывается клапан и часть масла перепускается обратно. Масляный насос подает масло из поддона под давлением в масляный фильтр для очистки.
• Масляные фильтры служат для очистки масла от примесей (сажи, пыли, продуктов изнашивания и окисления деталей и т.д.). Масляные фильтры могут быть со сменными фильтрующими элементами или центробежные (центрифуги).
• Полнопоточная центрифуга (рис. 2.6) очищает весь поток масла, подава­емого в дизель. Полнопоточная центрифуга состоит из корпуса 2, оси 6, ротора 5, колпака 4 , двух сопел 3, трубки 7. Масло подается насосом под давлением, поступает внутрь ротора и под давлением выбрасывается через сопла. Вращение ротора происходит от действия реактивных сил, возника­ющих при выбросе масла под давлением через два диаметрально располо­женных сопла 3. Очистка масла происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращении ротора с частотой 5 ООО... 7 ООО об/мин. Примеси осаждаются на стенках ротора 5, а очищенное масло по трубке 7 и каналам 1 поступает в магистраль.
• Масло, очищенное в масляном фильтре, поступает в масляный радиа­тор. В корпусе устанавливают перепускной и сливной клапаны, клапан- термостат. При засорении ротора или сопла давление в канале 8 повышается, перепускной клапан 9 открывается, подача масла к трущимся поверх­ностям деталей идет без очистки. Работу центрифуги проверяют после отключения дизеля, продолжительность «жужжания» ротора должна быть не менее 30 с. Периодически через 250 мото-ч производят очистку ротора от отложений и замену масла в картере.
• В смазочной системе дизеля применяют моторное масло марок М-8В 2 (среднефорсированный дизель), М-10Г 2 (высокофорсированный дизель), М-10Д 2 и М-5 3 /14Д 2 (высокофорсированный дизель с наддувом). Масло М-5 3 /14 (класс вязкости по SAE 15W-40) является всесезонным, М-8 (класс вязкости SAE 20W) — зимним, М-10 (класс вязкости SAE 30) — летним.

• Система питания (рис. 2.7) служит для подачи очищенного воздуха и топлива в цилиндры дизеля. Система питания дизеля состоит из топлив­ного бака 1, топливных фильтров грубой 3 и тонкой 6 очистки, топливно­го насоса высокого давления (ТНВД) 5, топливоподкачивающей помпы 4 и ручного насоса, форсунок 8, топливопроводов низкого 2 и высокого дав­ления 7, сливного топливопровода 15, воздухоочистителя 12 с моноциклоном 11, впускного 14 и выпускного 13 коллекторов, турбокомпрессора 9, глушителя 10.
• Топливный насос высокого давления служит для подачи под высоким дав­лением в форсунки дизеля дозированных порций топлива в строго опреде­ленные моменты времени и состоит из корпуса, головки, кулачкового ва­лика, толкателя с роликом, пружины, плунжерной пары (плунжера и гильзы), нагнетательного клапана с пружиной, рейки. Существуют ТНВД распределительного типа со сложными секциями и рядного типа с просты­ми секциями. Сложная секция осуществляет подачу топлива в 2 — 4 фор­сунки, а простая секция — только в одну форсунку.
• При вращении вала кулачок ТНВД поднимает толкатель и плунжер, пружина при этом сжимается, после прохождения верхней точки кулачком пружина распрямляется, опуская плунжер с толкателем. При движении вверх плунжер перекрывает впускное отверстие в гильзе, и топливо под высоким давлением через нагнетательный клапан подается в форсунку. При опускании плунжера открывается впускное отверстие в гильзе, и полость заполняется топливом от подкачивающей помпы.
• Топливный насос высокого давления объединен в один агрегат с все- режимным регулятором. Количество подаваемого топлива изменяется по­воротом плунжера вокруг оси при помощи рейки, соединенной с всережим- ным регулятором.
• Всережимный регулятор служит для автоматического регулирования час­тоты вращения коленчатого вала дизеля в зависимости от нагрузки путем изменения порции подаваемого топлива и состоит из корпуса, вала, шее-
• I
• терни, ступицы, грузиков, муфты, упорного подшипника, пружины, вилки, тяги, корректора, ограничителей подачи топлива.
• При увеличении частоты вращения вала грузики расходятся под действием центробежных сил от центра вращения и своими выступами перемещают муфту. Муфта перемещает вилку и через тягу — рейку ТНВД, которая поворачивает плунжер и тем самым уменьшает подачу топлива.
• Регулятор имеет корректор подачи топлива, автоматический обогати­тель топливоподачи, работающий на пусковых оборотах, и противодымный пневмокорректор.
• Топливоподкачивающая помпа служит для преодоления сопротивления, возникающего в топливных фильтрах, устойчивой подачи топлива в ТНВД и состоит из корпуса, толкателя с роликом, штока, поршня, пружины, впускного и нагнетательного клапанов; приводится в действие от эксцент­рика вала ТНВД.
• Форсунка служит для распыла топлива в цилиндре дизеля. Распыли­тель форсунки — закрытого типа (несколько отверстий обеспечивают необходимое равномерное распыление топлива в камере сгорания). Впрыск топлива осуществляется под давлением свыше 17,5 МПа. Форсунки рас­положены на головке блока цилиндров. Форсунка состоит из корпуса, корпуса распылителя с иглой, гайки распылителя, штанги, пружины, втулки, регулировочного винта с гайкой. В корпусе распылителя имеется несколько отверстий диаметром 0,25...0,35 мм. Топливо подается через канал форсунки, попадает в кольцевую канавку распылителя, давлением поднимает иглу и через отверстия распыляется в камере сгорания.
• Топливный фильтр грубой очистки (фильтр-отстойник) служит для очистки топлива от крупных механических примесей и воды. Топливный фильтр тон­кой очистки служит для окончательной очистки топлива от мельчайших примесей размером 0,001... 0,005 мм, имеет сменные фильтрующие элемен­ты, каждый установлен в индивидуальный разборный фильтр-патрон и корпус фильтра. Для удаления воздуха из системы питания дизеля на кор­пусе фильтра тонкой очистки топлива имеется специальная пробка.
• Воздухоочиститель служит для очистки воздуха, всасываемого в цилинд­ры дизеля, от пыли. Воздух очищается от примесей силой инерции в цик­лонах или моноциклоне, фильтрующими элементами (бумажными, поли­мерными) — в воздухоочистителях сухого типа, в масляной ванне — в воздухоочистителях мокрого типа. Обычно применяют комбинированные воздухоочистители. На некоторых дизелях установлен турбокомпрессор, использующий энергию отработавших газов для наддува воздуха в цилин­дры Топливо должно быть хорошо очищено от механических примесей и воды и соответствовать сезону эксплуатации. Используется дизельное топ­ливо зимних сортов: 3-0,2 при температуре окружающего воздуха до -35 °С и 3-0,5 — до -45°С, летних сортов: JI-0,2-40 и JI-0,5-40 (40 — температура вспышки, °С). Минимальный уровень топлива в баке при работе — не менее 25 %.
• дизеля.

• Система пуска необходима для того, чтобы раскрутить коленчатый вал от постороннего источника энергии до пусковой частоты вращения, при кото­рой произойдет пуск дизеля. Пусковая частота вращения коленчатого вала карбюраторных двигателей 30... 60 об/мин, дизелей — 150... 350 об/мин; степень сжатия карбюраторных двигателей 5—10, дизелей — 15 — 22. Пуск карбюраторного двигателя можно осуществить вручную (шнуром или руч­кой), а дизеля — электростартером либо карбюраторным двух- или четы­рехтактным пусковым двигателем.
• На рис. 2.8 приведена схема пуска дизеля электростартером номиналь­ным напряжением 12 или 24 В, мощностью 5,9 или 6 кВт. Стартер 1 пред­ставляет собой электродвигатель постоянного тока последовательного воз­буждения. Включение стартера — дистанционное, с помощью электромаг­нитного реле и включателя стартера. Для предохранения стартера имеется муфта 5 свободного хода, которая исключает передачу вращающего мо­мента в обратном направлении (от двигателя к стартеру). При повороте ключа 8 в замке происходит замыкание цепи, ток идет от аккумуляторной батареи в обмотку 3 тягового реле стартера, которое рычагом 4 вводит в зацепление шестерню 6 с зубчатым венцом 7 маховика и, замкнув контак­ты 2, пускает электростартер 1. При этом вращение от электростартера передается коленчатому валу дизеля. После пуска дизеля машинист пово­рачивает ключ в положение «Выкл.», ток в цепи исчезает и шестерня 6 выходит из зацепления с зубчатым венцом 7 маховика.
• Пуск дизеля в холодное время года можно облегчить применением легковос­пламеняющихся пусковых жидкостей, свечей подогрева, электрофакельных и жид­костных подогревателей, декомпрессионного механизма.

Декомпрессионный механизм (рис. 2.9) служит для облегчения пуска дизе­ля путем изменения компрессии (сжатия) в цилиндрах двигателя. При включении декомпрессионного механизма рычагом 1 валик 2 декомпрессо­ра поворачивается и нажимает на коромысло 3 газораспределительного механизма, клапаны открываются, коленчатый вал проворачивают элект­ростартером в течение нескольких секунд, масло разогревается, вязкость его уменьшается, в маховике возникают силы инерции, облегчающие вра­щение коленчатого вала. Затем отключают декомпрессионный механизм и включают подачу топлива, дизель пускается. Декомпрессионный механизм используют также для проведения регулировок.

Конец