Общее устройство дизельного двигателя: Дизельный двигатель — Википедия – Дизельный ДВС из чего состоит

устройство и схема работы — Auto-Self.ru

Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Рудольфом Дизелем в 1897 году. Устройство дизельного двигателя тех лет позволяло использовать в качестве топлива нефть, рапсовое масло, и твердые виды горючих веществ. Например, каменноугольную пыль.

Принцип работы дизельного двигателя современности не изменился. Однако моторы стали более технологичными и требовательными к качеству топлива. Сегодня в дизелях используется только высококачественное ДТ.

Моторы дизельного типа отличаются топливной экономичностью и хорошей тягой при низких оборотах коленвала, поэтому получили широкое распространение на грузовых автомобилях, кораблях и поездах.

С момента решения проблемы высоких скоростей (старые дизели при частом использовании на высоких скоростях быстро выходили из строя) рассматриваемые моторы стали часто устанавливаться на легковые авто. Дизели, предназначенные для скоростной езды, получили систему турбонаддува.

Принцип работы двигателя Дизеля

Принцип действия мотора дизельного типа отличается от бензиновых моторов. Здесь отсутствуют свечи зажигания, а топливо подается в цилиндры отдельно от воздуха.

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

• в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
• поршень поднимается, сжимая воздух;
• от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
• в цилиндр впрыскивается топливо;
• ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
• продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

Как устроен дизельный двигатель

Основным отличием конструкции дизеля от бензиновых моторов является наличие топливного насоса высокого давления, дизельных форсунок и отсутствие свечей зажигания.

Общее устройство этих двух разновидностей силового агрегата не различается. И в том, и в другом имеются коленчатый вал, шатуны, поршни. При этом у дизельного мотора все элементы усилены, так как нагрузки на них более высокие.

На заметку: некоторые движки дизельного типа имеют свечи накаливания, которые ошибочно принимаются автолюбителями за аналог свечей зажигания. На самом деле, это не так. Свечи накаливания используются для нагрева воздуха в цилиндрах в мороз.

Обязательно почитайте

Как работают свечи накаливания

При этом дизель легче заводится. Свечи зажигания в бензиновых моторах применяются для воспламенения топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя.

Систему впрыска на дизелях делают прямой, когда топливо поступает непосредственно в камеру, или непрямой, когда воспламенение происходит в предкамере (вихревая камера, фор-камера). Это небольшая полость над камерой сгорания, с одним или несколькими отверстиями, через которые туда поступает воздух.

Такая система способствует лучшему смесеобразованию, равномерному нарастанию давления в цилиндрах. Зачастую именно в вихревых камерах применяются калильные свечи, призванные облегчить холодный пуск. При повороте замка зажигания, автоматически запускается процесс нагрева свечей.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты. К «плюсам» современного дизеля относят:

• экономичность;
• хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
• больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
• меньшее количество вредных выбросов.

Дизель не лишен и недостатков:

• моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
• дизель дороже и сложнее в обслуживании;
• высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
• высокие требования к качеству расходных материалов;
• большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму.

Также производятся турбины с изменяемой геометрией, VNT (Variable Nozzle Turbine), призванные решать те же проблемы. В настоящий момент существует большое количество модификаций подобного типа турбин. Коррекция геометрии успешно справляется и с обратной ситуацией, когда оборотов и воздуха становится слишком много и необходимо притормозить обороты крыльчатки.

Интеркуллер

Было замечено, что если при смесеобразовании используется холодный воздух, КПД двигателя увеличивается до 20%. Это открытие привело к появлению интеркуллера – дополнительного элемента турбин, повышающего эффективность работы.

После всасывания воздуха он проходит через радиатор, и в охлажденном состоянии попадает во впускной коллектор. Мы уже публиковали статью, в которой можно подробно ознакомиться со схемой работы интеркуллера.

За турбиной современного автомобиля необходимо должным образом ухаживать. Механизм крайне чувствителен к качеству моторного масла и перегреву. Поэтому смазочный материал рекомендуется менять не реже, чем через 5-7 тысяч километров пробега.

Кроме того, после остановки машины следует оставлять ДВС включенным на 1-2 минуты. Это позволяет турбине остыть (при резком прекращении циркуляции масла она перегревается). К сожалению, даже при грамотной эксплуатации ресурс компрессора редко превышает 150 тысяч километров.

На заметку: оптимальным решением проблемы перегрева турбины на дизельных моторах является установка турботаймера. Устройство оставляет двигатель запущенным на протяжении необходимого времени после выключения зажигания. После окончания необходимого периода электроника сама выключает силовой агрегат.

Строение и принцип действия дизельного двигателя делают его незаменимым агрегатом на тяжелом транспорте, которому необходима хорошая тяга «на низах». Современные дизели с равным успехом работают и в легковых автомобилях, главное требование к которым: приемистость и время набора скорости.

Сложный уход за дизелем компенсируется долговечностью, экономичностью и надежностью в любых ситуациях.

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

Facebook

Twitter

Google+

Telegram

Vkontakte

Что такое дизель? Принцип работы, устройство и технические характеристики дизельного двигателя

Дизельные двигатели весьма распространены на легковых автомобилях. Многие модели имеют хотя бы один вариант в моторной гамме. И это без учета грузовиков, автобусов и строительной техники, где их применяют повсеместно. Далее рассмотрено, что такое дизель, конструкция, принцип работы, особенности.

Определение

Данный агрегат представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, функционирование которого основано на самовоспламенении распыленного топлива от нагрева либо сжатия.

Особенности конструкции

Бензиновый двигатель имеет те же конструктивные элементы, что и дизель. Схема функционирования в целом также аналогична. Отличие состоит в процессах формирования топливовоздушной смеси и ее сгорания. К тому же дизельные моторы отличаются более прочными деталями. Это обусловлено примерно вдвое более высокой степенью сжатия, чем у бензиновых двигателей (19-24 против 9-11).

Классификация

По конструкции камеры сгорания дизели подразделяют на варианты с раздельной камерой сгорания и с непосредственным впрыском.

В первом случае камера сгорания отделена от цилиндра и соединена с ним каналом. При сжатии поступающий в камеру вихревого типа воздух закручивается, что улучшает смесеобразование и самовоспламенение, которое начинается там и продолжается в основной камере. Дизельные двигатели данного типа ранее были распространены на легковых автомобилях в связи с тем, что они отличались пониженным уровнем шума и большим диапазоном оборотов от рассмотренных далее вариантов.

В дизельных двигателях с непосредственным впрыском камера сгорания находится в поршне, а топливо подается в надпоршневое пространство. Такая конструкция изначально использовалась на низкооборотных моторах большого объема. Они отличались высоким уровнем шума и вибраций и низким расходом топлива. Позднее, с появлением топливных насосов высокого давления с электронным управлением и оптимизацией процесса сгорания, конструкторы достигли стабильной работы при диапазоне до 4500 об./мин. К тому же возросла экономичность, снизилась шумность и уровень вибраций. Среди мер по уменьшению жесткости работы – многостадийный предвпрыск. Благодаря этому двигатели данного типа получили в последние два десятилетия обширное распространение.

По принципу функционирования дизели подразделяют на четырехтактные и двухтактные, как и бензиновые моторы. Их особенности рассмотрены далее.

Принцип функционирования

Чтобы понимать, что такое дизель и чем обусловлены его функциональные особенности, необходимо рассмотреть принцип работы. Приведенная выше классификация поршневых ДВС основана на количестве тактов, входящих в рабочий цикл, которые выделяют по величине угла поворота коленчатого вала.

Следовательно, рабочий цикл четырехтактных двигателей включает 4 фазы.

• Впуск. Происходит при повороте коленвала от 0 до 180°. При этом воздух проходит в цилиндр через открытый на 345-355° впускной клапан. Одновременно с ним во время поворота коленвала на 10-15° открыт выпускной клапан, что называют перекрытием.
• Сжатие. Поршень, двигаясь вверх при 180-360°, сжимает воздух в 16-25 раз (степень сжатия), а впускной клапан закрывается в начале такта (при 190-210°).
• Рабочий ход, расширение. Происходит при 360-540°. В начале такта до достижения поршнем верхней мертвой точки топливо подается в горячий воздух и воспламеняется. Это особенность дизельных двигателей, отличающая их от бензиновых, где происходит опережение зажигания. Выделяющиеся при этом продукты горения толкают поршень вниз. При этом время сгорания топлива равно времени его подачи форсункой и длится не дольше продолжительности рабочего хода. То есть при рабочем процессе давление газов постоянно, вследствие чего дизели развивают больший крутящий момент. Также важной особенностью таких моторов является необходимость обеспечения избытка воздуха в цилиндре, так как пламя занимает небольшую часть камеры сгорания. То есть отличается пропорция топливовоздушной смеси.
• Выпуск. При 540-720° поворота коленвала открытый выпускной клапан поршень, двигаясь вверх, вытесняет выхлопные газы.

Двухтактный цикл отличается укороченными фазами и единым процессом газообмена в цилиндре (продувкой), происходящей между концом рабочего хода и началом сжатия. При движении поршня вниз продукты горения удаляются через выпускные клапаны или окна (в стенке цилиндра). Позже открываются впускные окна для поступления свежего воздуха. Когда поршень поднимается, все окна закрываются, и начинается сжатие. Чуть ранее достижения ВМТ впрыскивается и воспламеняется топливо, начинается расширение.

Из-за сложности обеспечения продувки вихревой камеры двухтактные моторы бывают только с непосредственным впрыском.

Производительность таких двигателей выше в 1,6-1,7 раз, чем характеристики дизеля четырехтактного типа. Ее прирост обеспечивается вдвое более частым осуществлением рабочих ходов, но частично сокращается из-за их меньшей величины и продувки. Вследствие удвоенного количества рабочих ходов двухтактный цикл особо актуален в случае невозможности увеличения частоты вращения.

Основной проблемой таких двигателей является продувка из-за ее непродолжительности, что невозможно компенсировать без снижения эффективности за счет укорочения рабочего хода. К тому же невозможно разделить выхлоп и свежий воздух, из-за чего часть последнего удаляется с отработанными газами. Данную проблему можно решить путем обеспечения опережения выпускных окон. В таком случае газы начинают удаляться до продувки, и после закрытия выпуска цилиндр дополняется свежим воздухом.

К тому же при использовании одного цилиндра возникают сложности с синхронностью открытия/закрытия окон, поэтому существуют двигатели (ПДП), в которых каждый цилиндр имеет два поршня, движущихся в одной плоскости. Один из них контролирует впуск, другой – выпуск.

По механизму осуществления продувку подразделяют на щелевую (оконную) и клапанно-щелевую. В первом случае окна служат и впускными и выпускными отверстиями. Второй вариант предполагает их использование в качестве впускных отверстий, а для выпуска служит клапан в головке цилиндра.

Обычно двухтактные дизели применяют на тяжелых транспортных средствах вроде кораблей, тепловозов, танков.

Топливная система

Топливная аппаратура дизельных двигателей существенно сложнее, чем у бензиновых. Это объясняется высокими требованиями к точности подачи топлива по времени, количеству и давлению. Основные компоненты топливной системы – ТНВД, форсунки, фильтр.

Широко применяется система подачи топлива с компьютерным управлением (Common-Rail). Она впрыскивает его двумя порциями. Первая из них маленькая, служащая для повышения температуры в камере сгорания (предвпрыск), что позволяет снизить шум и вибрации. К тому же данная система повышает на малых оборотах крутящий момент на 25%, снижает расход топлива на 20% и содержание сажи в выхлопных газах.

Турбонаддув

На дизельных двигателях очень широко применяют турбины. Это объясняется более высоким (в 1,5-2) раза давлением выхлопных газов, которые раскручивают турбину, что позволяет избежать турбоямы, обеспечив наддув с более низких оборотов.

Холодный запуск

Можно найти множество отзывов о том, что при отрицательных температурах не заводится дизель. Сложность запуска таких моторов в холодных условиях обусловлена тем, что для этого требуется больше энергии. Для облегчения процесса их оснащают предпусковым подогревателем. Данное устройство представлено свечами накаливания, размещенными в камерах сгорания, которые при включении зажигания подогревают воздух в них и работают еще в течение 15-25 секунд после запуска для обеспечения стабильности работы непрогретого мотора. Благодаря этому дизели заводятся при температурах -30…-25 °С.

Особенности обслуживания

Для обеспечения долговечности при эксплуатации необходимо знать, что такое дизель и как его обслуживать. Относительно невысокая распространенность рассматриваемых двигателей в сравнении с бензиновыми объясняется в том числе более сложным обслуживанием.

Прежде всего это касается топливной системы высокой сложности. Из-за этого дизели крайне чувствительны к содержанию в топливе воды и механических частиц, а ее ремонт дороже, как и двигателя в целом в сравнении с бензиновым того же уровня.

В случае наличия турбины также высоки требования к качеству моторного масла. Ее ресурс обычно составляет 150 тыс. км, а стоимость высока.

В любом случае на дизельных двигателях менять масло следует чаще, чем на бензиновых (в 2 раза по европейским нормам).

Как было отмечено, у данных моторов встречаются проблемы холодного запуска, когда при низких температурах не заводится дизель. В некоторых случаях это вызвано использованием неподходящего топлива (в зависимости от сезона на таких двигателях применяют различные сорта, так как летнее топливо при низких температурах застывает).

Эксплуатационные качества

К тому же многим не по душе такие качества дизельных моторов, как меньшие мощность и диапазон рабочих оборотов, более высокий уровень шума и вибраций.

Бензиновый двигатель действительно обычно превосходит в производительности, в том числе и литровой мощности, аналогичный дизель. Мотор рассматриваемого типа при этом имеет более высокий и ровный график крутящего момента. Повышенная степень сжатия, обеспечивающая больший крутящий момент, вынуждает применять более прочные детали. Так как они тяжелее, снижается мощность. К тому же это сказывается на массе двигателя, а следовательно, и автомобиля.

Небольшой диапазон рабочих оборотов объясняется более длительным возгоранием топлива, вследствие чего на высоких оборотах оно не успевает догореть.

Повышенный уровень шума и вибраций вызывает резкое нарастание давления в цилиндре при воспламенении.

Основными достоинствами дизелей считают более высокую тяговитость, экономичность и экологичность.

Тяговитость, то есть высокий крутящий момент на малых оборотах, объясняется сгоранием топлива по мере впрыска. Это обеспечивает большую отзывчивость и облегчает эффективное использование мощности.

Экономичность обусловлена как низким расходом, так и тем, что топливо для дизеля дешевле. К тому же возможно использовать в качестве него низкосортные тяжелые масла благодаря отсутствию строгих требований к испаряемости. А чем топливо тяжелее, тем выше эффективность мотора. Наконец, дизели работают на бедных смесях в сравнении с бензиновыми моторами и при высокой степени сжатия. Последнее обеспечивает меньшие потери тепла с отработанными газами, то есть большую эффективность. Все данные меры снижают расход топлива. Дизель, благодаря этому, тратит его на 30-40% меньше.

Экологичность дизелей объясняется тем, что в их выхлопных газах ниже содержание окиси углерода. Это достигается применением сложных систем очистки, благодаря чему сейчас бензиновый двигатель соответствует тем же экологическим нормам, что и дизель. Мотор такого типа ранее значительно уступал бензиновому в данном отношении.

Применение

Как понятно из того, что такое дизель и каковы его характеристики, такие моторы наиболее подходят для тех случаев, когда необходима высокая тяга на низких оборотах. Поэтому ими оснащают почти все автобусы, грузовики и строительную технику. Что касается частных транспортных средств, среди них такие параметры наиболее важны для внедорожников. Благодаря высокой экономичности данными моторами оснащают и городские модели. К тому же они удобнее в управлении в таких условиях. Тест-драйвы дизелей свидетельствуют об этом.

Лекция 18. Общее устройство и работа системы питания дизельного двигателя.

Лекция 18. Общее устройство и работа системы

питания дизельного двигателя.

Дизели — двигатели с внутренним смесеобразованием. В ци­линдры дизеля воздух и топливо подаются раздельно и, смешива­ясь в них с отработавшими газами, образуют рабочую смесь. При этом процесс смесеобразования совершается за очень малое вре­мя (порядка 0,001 с).

Топливо для дизелей. Дизельное топливо имеет следующие ос­новные марки:

Л — летнее топливо, предназначено для работы двигателя при температуре окружающего воздуха выше 0 °С;

3 — зимнее топливо, предназначено для работы двигателя при температуре окружающего воздуха от 0 до -30 «С;

А — арктическое, предназначено для работы двигателя при температуре окружающего воздуха ниже -30 °С.

Температура замерзания дизельного топлива должна быть на 10… 15 °С ниже температуры окружающего воздуха района экс­плуатации. Чем ниже температура замерзания топлива, тем на­дежнее работа дизеля.

Температура воспламенения дизельного топлива составляет 300… 350 °С.

Качество дизельного топлива оценивается цетановым числом, которое условно принято равным 100 единицам.

Цетан — быстровоспламеняющееся топливо.

Для дизельных топлив цетановое число должно быть в преде­лах 40 … 45 единиц. Чем выше цетановое число дизельного топли­ва, тем экономичнее и мягче работает двигатель. Для повышения цетанового числа в дизельное топливо добавляют специальную присадку — изопропиленнитрат.

Система питания дизеля состоит из трех следующих систем: питания топливом, питания воздухом и выпуска отработавших газов.

Конструкция и работа системы питания дизеля топливом. Сис­тема питания топливом служит для очистки топлива и равномер­ного его распределения дозированными порциями в цилиндры двигателя. В эту систему входят топливный бак, фильтры грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающий насос, топливный на­сос высокого давления, форсунки и топливопроводы.

Топливоподкачивающий насос 7 (рис. 2.51) засасывает топли­во из бака 2 через фильтры грубой 4 и тонкой очистки и направ­ляет его к насосу 5 высокого давления. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя насос высокого давления подаст топ­ливо к форсункам 11, которые распыляют и впрыскивают топли­во в цилиндры 12 двигателя.

Топливоподкачивающий насос 7 подаст к насосу высокого дав­ления топлива больше, чем не­обходимо для работы двигателя. Избыточное топливо отводится по топливопроводу 3 обратно в топливный бак. По топливопро­воду 10 в бак отводится топли­во, просочившееся из форсунок.

Рис. 2.51. Схема системы питания дизеля топливом:

1 — топливоприемник; 2 — бак; 3, 9, 10 — топливопроводы; 4,8 — фильтры; 5, 7— насосы; 6— рукоятка; 11 — фор­сунка; 12 — цилиндр

Топливный насос высокого давления служит для подачи че­рез форсунки в цилиндры дви­гателя под большим давлением (20…50 МПа) требуемых пор­ций топлива в определенные мо­менты времени. Насос состоит из одинаковых по конструкции секций, число которых равно числу цилиндров двигателя. Каж­дая секция насоса соединена то­пливопроводом 13 (рис. 2.52) с форсункой 16. Плунжер 6 и гильза 5 секций насоса изготовлены с высокой точностью и чистотой поверхности. Зазор между ними не превышает двух микрон. На плунжере имеются вертикальный паз 9, ско­шенная кромка 11и кольцевая проточка 7. Шестерня 2, закреп­ленная на плунжере, находится в зацеплении с зубчатой рейкой 3, перемещением которой поворачивается плунжер в гильзе. Пружи­на 4 прижимает плунжер к эксцентрику 1 кулачкового вала насо­са, который приводится во вращение от коленчатого веша. В гильзе имеются впускное 8 и выпускное 10 отверстия, а в верхней ее части установлен нагнетательный клапан 12. Пружина 1^прижи­мает иглу 15 форсунки к соплу 18 и закрывает полость 17, которая заполнена топливом. При нижнем положении плунжера 6’отвер­стия 8 и 10 открыты и через них над плунжером циркулирует топливо. Нагнетательный клапан 12 в этом случае закрыт и в по­лости 77форсунки поддерживается избыточное давление топлива. При движении плунжера вверх при вращении кулачка пере­крывается выпускное отверстие 10, а затем впускное отверстие 8: Под давлением топлива открывается клапан 12 и в полости 17 форсунки создается высокое давление. При этом игла 15форсунки преодолевает сопротивление пружины 14, поднимается вверх и через открывшееся сопло 18 топливо впрыскивается в цилиндр двигателя.

Впрыск топлива заканчивается, когда кромка 11 открывает выпускное отверстие 10. При этом давление топлива уменьшает­ся, игла 15 опускается вниз и закрывает сопло 18. Одновре­менно закрывается клапан 12 и в полости 17форсунки топ­ливо остается под избыточным давлением.

Поворотом плунжера 6 в гильзе 5 изменяют конец по­дачи топлива и его количе­ство, впрыскиваемое за один ход плунжера. Подача топлива прекращается при совмещении вертикального паза 9 с выпускным отверстием 10, и двига­тель останавливается. С топливным насосом высокого давления соединены муфта опережения впрыска топлива, всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя и топливоподкачивающий насос с насосом ручной подкачки топлива.

Рис. 2.52. Схема подачи топлива и цилиндр дизеля:

1 — эксцентрик; 2 — шестерня; 3 — рейка; 4, 14— пружины; 5— гильза; б— плунжер; 7— проточка; 8, 10 — отверстия; 9— паз; 11— кромка; 12 — клапан; 13 — топлипопровод; 15 — игла; 16— форсунка; 17— полость; 18 — сопло.

Муфта опережения впрыска топлива служит для автоматиче­ского изменения угла опережения впрыска топлива в зависимос­ти от частоты вращения коленчатого вала. Муфта повышает эко­номичность дизеля при различных режимах работы и улучшает его пуск. Муфта устанавливается на переднем конце кулачкового вала топливного насоса высокого давления и с ее помощью насос приводится в действие.

На взаимное положение ведущих и ведомых частей муфты ока­зывают влияние грузы 2 (рис. 2.53), находящиеся в корпусе 1. Гру­зы установлены на осях 3 и поджимаются пружинами 4, которые упираются в проставки 5. При работе двигателя и увеличении ча­стоты вращения коленчатого вала грузы под действием центро­бежных сил преодолевают сопротивление пружин и расходятся, поворачивая при этом кулачковый нал насоса высокого давления по ходу его вращения. В результате этого увеличивается угол а опе­режения впрыска топлива, и топливо поступает в цилиндры раньше. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя грузы сходятся «под действием пружин и поворачивают кулачко­вый вал насоса в сторону, противоположную его вращению, что уменьшает угол опережения впрыска топлива. Всережимный регулятор слу­жит для автоматического под­держания постоянной частоты вращения коленчатого вала со­ответственно положению педа­ли подачи топлива при различ­ной нагрузке двигателя.

Регулятор также устанавли­вает минимальную частоту вра­щения коленчатого вала на хо­лостом ходу и ограничивает максимальную частоту враще­ния. Регулятор приводится в действие от кулачкового вала топливного насоса высокого давления. Педаль 6 (рис. 2.54) подачи топлива соединена с рычагом 2 управления рейкой 1 насоса растянутую пружину 3, действующую на рычаг с усилием Рир. При работе двигателя на рычаг 2 через под­пятник 7 передается сила Qvp от вращающихся грузов, шарнирно закрепленных на валу 9, который соединен с кулачковым валом насоса высокого давления.

Рис. 2.53. Муфта опережения впрыс­ка топлива:

1 — корпус; 2 — груз; 3 — ось; 4 — пру­жина; 5 — проставка

Рис. 2.54. Всережимный регуля- тор частоты вращения коленча­того вала:

1 — рейка; 2 — рычаг; 3 — пружи­на; 4, 5 — упоры; 6— педаль; 7 — подпятник; 8 — груз; 9 — вал высокого давления через

Если двигатель работает с частотой вращения коленчатого вала, соответствующей данному положению педали 6, то сила грузов 8 уравновешивается усилием пружины 3. При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы регулятора расходятся. Они пре­одолеют сопротивление пружины и переместят рейку 1. При этом подача топлива уменьшится и час­тота вращения не будет возрастать. При уменьшении частоты враще­ния коленчатого вала грузы будут сходиться, рейка 1усилием Р11Р пру­жины переместится в обратном на­правлении и подача топлива увели­чится, а частота вращения коленча­того вала возрастет до значения, заданного положением педали 6. Минимальная частота при рабо­те на холостом ходу и максималь­ная частота вращения коленчатого вала двигателя ограничиваются со­ответственно регулируемыми упора­ми 5 и 4.

Рис. 2.55. Схема работы топливоподкачивающих насосов:

А, Б — полости; 1,2— поршни; 3, 5, 6, 10 — пружины; 4, 9 — клапа­ны; 7 — шток; 8 — эксцентрик

Топливоподкачивающий насос слу­жит для создания требуемого давле­ния топлива и подачи его в необхо­димом количестве к насосу высоко­го давления.

Насос — поршневого типа и приводится в действие от кулачко­вого вала насоса высокого давления. В корпусе насоса находится поршень 1 (рис. 2.55), который прижат к штоку 7пружиной 5. Шток через ролик опирается на эксцентрик 8кулачкового вала. В корпусе насоса имеются впускной 4 и нагнетательный 9 клапаны.

Когда под действием пружины 5 поршень перемещается к экс­центрику, топливо из полости Б вытесняется в фильтр тонкой очистки и насос высокого давления. Одновременно увеличиваю­щаяся полость Л заполняется топливом, которое поступает из топ­ливного бака через фильтр грубой очистки и впускной клапан 4. При движении поршня в противоположном направлении под дей­ствием эксцентрика 8топливо из полости А через нагнетательный клапан 9 поступает в полость Б.

При неработающем двигателе топливо в насос высокого дав­ления подкачивают поршнем 2 ручного насоса при помощи руко­ятки.

Форсунки служат для впрыскивания под определенным давле­нием и распыления топлива в цилиндрах двигателя.

Форсунки устанавливают и закрепляют в головке цилиндров.

Корпус 4 (рис. 2.56) и распылитель 1форсунки соединены гай­кой 2. Внутри распылителя находится игла 9, закрывающая его сопловые отверстия. Па иглу через штангу 3 действует нажимная пружина 8, затяжку которой регулируют шайбами 7.

Топливо подастся к форсунке через сетчатый фильтр 6 и поступает в полость иглы 9, Под давлением топлива игла, пре­одолевая усилие пружины 8, перемещает­ся вверх, открывает сопловые отверстия распылителя и через них топливо впрыс­кивается в цилиндр двигателя. При этом топливо, просочившееся между иглой и распылителем, отводится из форсунки по каналам в се корпусе.

Конструкция и работа системы питания дизеля воздухом. Система питания возду­хом служит для забора окружающего воз­духа, его очистки от пыли и распределе­ния по цилиндрам двигателя.

Рис. 2.56. Форсунка:

1 — распылитель; 2 — гайка; 3 — штанга; 4 — кор­пус; 5— уплотнительное кольцо; б— фильтр; 7 — шайбы; 8 — пружина; 9 — игла

Рис. 2.57. Схема системы пи­тания дизеля воздухом:

1 — воздушный фильтр; 2 — фильтрующий элемент; 3 — ре­шетка; 4 — труба; 5 — колпак; 6 — эжектор; 7 — двигатель

истема питания воздухом включает в себя воздушный фильтр и впускной трубопровод. Она может быть с турбонаддувом или без турбонаддува.

Воздух поступает через сетку колпака 5 (рис. 2.57) и трубу 4 воздухозаборника в воздушный фильтр 1. В фильтре воздух прохо­дит через инерционную решетку 3 и резко изменяет направление движения. Сначала воздух освобождается от крупных частиц пыли, которые под действием инерции и вакуума выбрасываются через эжектор 6, установленный в выпускной трубе глушителя, в окру­жающий воздух. Более мелкие частицы пыли задерживаются в кар­тонном фильтрующем элементе 2. Очи­щенный воздух по впускному трубо­проводу подастся в цилиндры двига­теля 7.

Воздушный фильтр (рис. 2.58) состо­ит из корпуса 3, крышки 1 и сменно­го фильтрующего элемента 2, состоя­щего из двух перфорированных сталь­ных кожухов и гофрированного кар­тона между ними. Патрубок 1предназ­начен для отсоса пыли из корпуса фильтра.

Рис. 2.58. Воздушный фильтр:

1 — крышка; 2— фильтрующий элемент; 3 — корпус; 4 — крон­штейн; 5— 7 — патрубки

Воздух поступает в фильтр через патрубок 5, очищается в нем и выхо­дит через патрубок 6.

Наддув представляет собой подачу воздуха в цилиндры двигателя при такте впуска под давлением, созда­ваемым компрессором. При наддуве увеличивается количество воздуха, поступающего в цилиндры двигате­ля, количество сжигаемого топлива и повышается на 20…40% мощность двигателя. В дизелях обычно применяется газотурбинный наддув (рис. 2.59) турбокомпрессором. При работе двигателя воздух в цилиндры 1 нагнетается под давлением центробежным компрессором 6, рабо­чее колесо которого приводится во вращение турбиной 5.

Рабочее колесо турбины, установленное на одном валу с рабо­чим колесом компрессора, приводится во вращение отработав­шими газами до их поступления в глушитель. Для ограничения давления воздуха при наддуве предназначен перепускной клапан 4. При достижении требуемого давления (обычно 0,2 МПа) воздух давит на мембрану 2, клапан открывается и перепускает часть отработавших газов мимо турбины 5.

На V-образных дизелях для турбонаддува устанавливают от од­ного до двух турбокомпрессоров. При двух турбокомпрессорах каж­дый из них обслуживает свой ряд цилиндров двигателя.

Рис. 2.59. Схема турбонадцу-ва дизеля воздухом:

1 — цилиндр; 2 — мембрана; 3 — пружина; 4 — клапан; 5 — тур­бина; 6 — компрессор

Система выпуска отработавших газов дизеля. Система выпуска служит для отвода газов из цилиндров двигателя и снижения шума выпуска. Одновременно система выпуска обеспечивает отсос пыли из воздушного фильтра.

Отработавшие газы из выпускных трубопроводов двигателя по­ступают в приемные трубы 2 и 3 глушителя (рис. 2.60) и далее через гибкий металлический рукав 6 в глушитель 7. Из глушителя газы через выпускную трубу 8 и эжектор 10 выбрасываются в ок­ружающий воздух. Через патрубок 9 производится отсос пыли из воздушного фильтра в эжектор.

В системе выпуска отработавших газов устанавливается вспомогательный (моторный) тормоз-замедлитель

Рис. 2.60. Система выпуска отработавших газов дизеля:

1 — уплотнительное кольцо; 2, 3, 8 — трубы; 4 — моторный тормоз; 5 — пнев-моцилиндр; 6 — рукав; 7 — глушитель; 9 — патрубок; 10 — эжектор

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ Основные элементы СДВС

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ Основные элементы СДВС

Малооборотный крейцкопфный дизель

• • СДВС состоит из: неподвижных деталей, деталей движения и распределения, систем, обеспечивающих его работу, вспомогательных механизмов, устройств автоматического регулировании и управления, агрегатов наддува, штатных КИП и аппаратов.

Неподвижные детали Фундаментная рама

Фундаментная рама – это основание двигателя. Она прикреплена к судовому фундаментными болтами. На ней монтируются рамовые подшипники, в которые укладывают коленчатый вал. Фундаментные рамы изготовляют литыми для малых дизелей, сварными и составными (закрытого или открытого типа) — для больших. В закрытой фундаментной раме ее нижняя часть, т. е, поддон, представляет одно целое с продольными и поперечными балками. В нижней части поперечных балок имеются отверстия для перетекания масла из одного мотылевого колодца в другой. В открытых рамах поддон изготовляют отдельно из тонкой листовой стали и крепят шпильками к нижней обработанной части рамы. Нижнюю часть рамы используют в качестве маслосборника смазочного масла, стекающего с движущихся деталей. Днище поддона имеет наклон к месту стока масла в отводную трубу или его приема маслозаборником.

Станина

Станина изготовляется литой из чугуна или стали, или — сварной из листовой стали. Она устанавливается на фундаментную раму. Станину малооборотного двигателя выполняют отдельно стоящими колоннами, в виде А-образных или коробчатых конструкций. Сверху на колонны устанавливают блоки цилиндров. Промежутки между колоннами закрывают съемными щитами из листовой стали, в которых на крупных двигателях имеются смотровые люки и предохранительные клапаны от взрыва масляных паров в картере.

Картер представляет собой закрытое пространство в объеме фундаментной рамы и станины, непроницаемое для масла. Для повышения жесткости картера в современных конструкциях СДВС станины изготовляют блоками или единичными узлами. Цилиндр состоит из наружной рубашки и внутренней цилиндровой рабочей втулки. Втулку запрессовывают в блок рубашки цилиндра. В полости между ними циркулирует охлаждающая вода. Втулки обычно отливают из чугуна. Рубашки цилиндров выполняют также из чугуна раздельно или в виде блочной отливки (блока цилиндров).

Традиционное охлаждение цилиндровой втулки дизеля

Охлаждение втулки по сверленым каналам

Анкерные связи • представляют собой длинные болты, проходящие через цилиндры, станину и фундаментную раму для скрепления между собой всех этих деталей. • Использование стальных анкерных связей, соединяющих цилиндр, станину и фундаментную раму, позволяет разгрузить их от растягивающих усилий. Затяжка анкерных связей создает сжимающее эти элементы усилие, большее, чем максимальное усилие от действия давления газов в цилиндре. При этом блок цилиндров и станина работают только на сжатие.

Анкерные связи

Крышка цилиндра • служит для плотного закрытия его полости. В ней могут быть размещены впускные, выпускные, пусковые и предохранительные клапаны, форсунки для впрыска топлива в цилиндр, индикаторные краны и предохранительный клапан. • Крышка имеет сложную конструкцию с внутренними полостями — протоками для циркуляции охлаждающей воды, ребрами прочности, отверстиями для арматуры и пр. Она испытывает большие механические и тепловые напряжения, поэтому к металлу для ее отливки предъявляются особые требования. Обычно это специальные марки чугуна или легированной стали.

ПОДВИЖНЫЕ ДЕТАЛИ ДВС К подвижным деталям крейцкопфного дизеля относят: • коленчатый вал с маховиком; • шатун; • крейцкопф; • шток, • поршень в сборе. У тронкового двигателя шток и крейцкопф отсутствуют.

Коленчатый вал • – основной элемент КШМ. Служит для передачи крутящего момента от КШМ всех цилиндров к выходному фланцу. Крутящий момент через линию валопровода передается гребному винту или другому приемнику энергии (например, генератору электрического тока). • Эффективная мощность, развиваемая дизелем, снимается с фланца коленчатого вала. • Коленчатый вал подвергается значительным изгибающим и скручивающим усилиям, переменным по значению и знаку, поэтому для его изготовления применяют наиболее качественные стали и иногда чугуны. Коленчатый вал мощных малооборотных судовых дизелей рассчитан на работу без капитального ремонта все время работы судна. Это наиболее ответственная, дорогая и сложная в изготовлении деталь ДВС.

Полусоставной коленчатый вал

Сварной коленчатый вал

Механическая обработка коленчатого вала

Шатун крейцкопфного дизеля

Крейцкопф — соединяется со штоком и с шатуном. • Передает силу от давления газов головным подшипникам шатуна, а также передает силу, возникающую в верхней головке шатуна и направленную перпендикулярно к оси цилиндра, через ползуны на вертикальные параллели, воспринимающие эту силу. • Крейцкопф обеспечивает перемещение поршня строго по оси цилиндра, что способствует уменьшению изнашивания поршня и рабочей втулки.

Крейцкопф

Поршневой шток • в крейцкопфных дизелях служит для соединения поршня с крейцкопфом и передачи кривошипно-шатунному механизму (KШM) усилия от давления газов на поршень. Выполняется из углеродистой стали. Поршень • воспринимает силу от давления газов и передает ее через детали движения на коленчатый вал. Он работает в тяжелых динамических и температурных условиях. Поршень состоит из головки и направляющей части. В головку входят днище и боковая поверхность, на которой расположены канавки для поршневых колец компрессионных и маслосъемных. Он может отливаться целиком из алюминиевых сплавов или из чугуна. В больших двигателях поршень выполняют составным: головку – из жаропрочных сталей, а направляющую (юбку) поршня — из легированных чугунов или алюминиевых сплавов.

Поршень со штоком

Охлаждение головки поршня

Поршневые кольца • Компрессионные кольца уплотняют цилиндр от прорыва газов и отводят теплоту от головки поршня к стенкам рабочей втулки цилиндра. • Поршни всех малооборотных и мощных среднеоборотных дизелей охлаждаются циркулирующим в их внутренних полостях маслом или водой. • Маслосъемные кольца снимают лишнее масло с поверхности втулки цилиндра при движении поршня вниз.

Детали распределения — распределительный вал с его приводом и приводы клапанов, ТНВД, лубрикаторов и индикаторного привода. • Распределительный вал • обеспечивает посредством насаженных на нем кулачковых шайб открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, подачу топлива в цилиндры в нужные моменты и в определенном порядке при работе двигателя на передний и задний ход. Приводится во вращение от коленчатого вала через шестеренную или цепную передачу.

Шестеренный и цепной приводы РВ

Распределительный вал

Тепловой баланс современного малооборотного дизеля

Общее устройство двигателя. Основные механизмы

Видео: Общее устройство двигателя. Основные механизмы

Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, преобразующий тепловую энергию топлива в механическую работу. В двигателе внутреннего сгорания топливо подается непосредственно внутрь цилиндра, где оно воспламеняется и сгорает, образуя газы, давление которых приводит в движение поршень двигателя.

Для нормальной работы двигателя в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у карбюраторных двигателей) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Для уменьшения затрат работы на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться. Все двигатели, устанавливаемые на автомобили, состоят из следующих механизмов и систем.

Основные механизмы двигателя

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)  преобразует прямолинейное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала.

Механизм газораспределения (ГРМ) управляет работой клапанов, что позволяет в определенных положениях поршня впускать воздух или горючую смесь в цилиндры, сжимать их до определенного давления и удалять оттуда отработавшие газы.

Основные системы двигателя

Система питания служит для подачи очищенного топлива и воздуха в цилиндры, а также для отвода продуктов сгорания из цилиндров.

Система питания дизеля обеспечивает подачу дозированных порций топлива в определенный момент в распыленном состоянии в цилиндры двигателя.

Система питания карбюраторного двигателя предназначена для приготовления горючей смеси в карбюраторе.

Система зажигания рабочей смеси в цилиндрах установлена в карбюраторных двигателях. Она служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя в определенный момент.

Смазочная система необходима для непрерывной подачи масла к трущимся деталям и отвода теплоты от них.

Система охлаждения предохраняет стенки камеры сгорания от перегрева и поддерживает в цилиндрах нормальный тепловой режим.

Расположение составных частей различных систем двигателей показано на рисунке.

 

Рис. Составные части разных систем двигателей: а — карбюраторный двигатель ЗИЛ-508: I — вид справа; II — вид слева; 1 и 15 — масляный и топливный насосы; 2 — выпускной коллектор; 3 — искровая свеча зажигания; 4 и 5 — масляный и воздушный фильтры; 6 — компрессор; 7 — генератор; 8 — карбюратор; 9 — распределитель зажигания; 10 — трубка масломерного щупа; 11 — стартер; 12 — насос гидроусилителя рулевого управления; 13 — бачок насоса гидроусилителя; 14 — вентилятор; 16 — фильтр вентиляции картера; б — дизель Д-245 (вид справа): 1 — турбокомпрессор; 2 — маслоналивная труба; 3 — маслоналивная горловина; 4 — компрессор; 5 — генератор; 6 — поддон картера; 7 — шпилька-фиксатор момента подачи топлива; 8 — выпускной трубопровод; 9 — центробежный маслоочиститель; 10 — маслоизмерительный щуп