Основні конструктивні вузли та системи двигуна

Поршневі ДВС мають наступні основні вузли і системи:

1. Остов двигуна, що сприймає всі зусилля при роботі двигуна. У нього входять нерухомі деталі: фундаментна рама з Рамов підшипниками, станина, циліндри, циліндрові кришки;

2. Кривошипно-шатунний механізм, що перетворює зворотно-поступальний рух поршня в обертальний рух колінчастого вала. Основні деталі - поршень, шток, поперечина (крейцкопф), шатун і колінчастий вал.

3. Механізм газорозподілу (газорозподільні органи і привід), який здійснює випуск продуктів згоряння з циліндра і впуск свіжого заряду повітря (в дизелях) або горючої суміші (в карбюраторних двигунах);

4. паливоподаючі систему, призначену для підготовки і подачі палива в циліндри двигуна. Система складається з ємностей для зберігання палива, пристрої для його очищення і паливної апаратури - насосів, форсунок (дизелі), карбюратора (карбюраторні двигуни);

5. Систему запалювання, що забезпечує в карбюраторних ДВС примусове займання горючої суміші в циліндрах двигуна;

6. Систему охолодження для відводу теплоти від деталей двигуна. Вона складається з водяних насосів, фільтрів, холодильників (теплообмінників) і трубопроводів;

7. Систему мастила, що забезпечує підведення мастильних матеріалів до деталей, що труться. У неї входять ємності і пристрої для зберігання, очищення, охолодження та подачі мастила;

8. Систему управління, призначену для пуску, зупинки, зміни частоти обертання і напрямку обертання колінчастого вала. У систему входять спеціальні механізми і контрольно-вимірювальна апаратура;

9. Систему регулювання, для підтримки заданих параметрів роботи двигуна в межах встановленого режиму, до яких відносяться: частота обертання колінчастого вала, температура і тиск в системах охолодження, змащення, подачі палива;

10. Система наддуву для підведення повітря в циліндри двигуна під надлишковим тиском;

11. Систему випуску для відводу відпрацьованих газів і приводу в дію турбокомпресора;

12. Система пуску двигунів а-повітряна, б-ел.стартером, в-ручна, г-гідравлічна.

Остов двигуна складається з наступних основних частин: фундаментної рами, станини, циліндрів і циліндрових кришок.

Всі частини кістяка утворюють єдину жорстку конструкцію, що забезпечує відсутність деформацій при роботі двигуна від дії сил тиску газів і сил інерції рухомих частин. Для надійної роботи двигуна необхідно, щоб вісь колінчастого вала була прямолінійна, а вісь руху (поршень, шток, шатун) - перпендикулярна осі вала. Ці вимоги виконуються при обробці деталей і збірці двигуна. Остов повинен бути жорстким для того, щоб не було деформацій викликають викривлення осі колінчастого вала і КШМ жорсткість створюється за рахунок вибору матеріалів для виготовлення його частин, конструктивного оформлення, перевірки розрахунків на міцність і способу з'єднання деталей між собою. У суднових дизелях застосовують різні схеми конструктивного оформлення деталей кістяка. Розглянемо три основні схеми.

I - Остов крейцкопфний двигуна (ріс.2.1.а) складається з фундаментальної рами 4. станини, виконаної з окремих А-образних стійок 2 і циліндрів 1. закритих кришками. Рама, станина і циліндри пов'язані довгими анкерними зв'язками 3. Збільшене перетин високих поперечних і поздовжніх балок фундаментної рами забезпечує жорсткість конструкції;

I I - Остов тронкового двигуна (ріс.2.1.б) складається з фундаментної рами 3. станини 2. відлитою заодно з блоком циліндрів 1. і циліндрових кришок. Жорсткість остова забезпечується високою міцністю станини, тому рама двигуна має відносно малу висоту;

I I I - Загальний блок - картер- фундаментна рама 3 (ріс.2.1.в), до якої шпильками 4 кріпляться підвісні Рамов підшипники 5 і довгими силовими шпильками 2 - циліндри 1. Ця конструкція застосовується для двигунів невеликих розмірів і дозволяє зменшити їх масу.

Фундаментні рами. Фундаментна рама є підставою станини двигуна. Вона сприймає силу тиску газів в циліндрі, сили інерції рухомих частин силу всіх деталей, розташованих над рамою. На Рамов підшипниках лежить колінчастий вал двигуна. Рама повинна мати достатню граничну і поперечну жорсткість, що необхідно для роботи колінчастого вала. Фундаментні рами виготовляють з чавуну (С418-36, С428-48), звареними або зварювально-литими (сталь 25). Для швидкохідних двигунів вузол блок-картер-фундаментна рама відливають з алюмінієвих сплавів АП5. Сучасне виробництво суднових двигунів характеризуються застосуванням зварних і зварювально-литих конструкцій, що призводить до зменшення маси на 20-25%; зниження вартості на 10-20%; зменшення браку при виготовленні.

2-гнізда для Рамов підшипників;

3 поздовжні балки;

3-ліжко ромових (корінних) підшипників;

4-опорні полки (лапи) рами двигуна.

Нижня частина рами призначена для приєднання до поздовжніх балках піддону для масла (маслосборника) звареної конструкції.

Рис.22 Приєднання роблять за допомогою шпильок і болтів. Вона складається з: 1 - грязеуловітельная сітка; 2 - забірний маслопровід; 3 - поперечні перегородки.

Рамов (корінні) підшипники рис.23 встановлюють на поперечних перегородках фундаментної рами в спеціальних гніздах. Вони призначені для укладання колінчастого вала і складаються з: 1 - верхній вкладиш; 2 -нижній вкладиш, які притискаються до рами кришкою за допомогою шпильок з гайками, болтами або домкратами.

Рамов підшипники колінчастого вала встановлюють в гніздах фундаментної рами, а при відсутності рами підвішують на довгих шпильках до картера.

На Рамов підшипник при роботі двигуна діють змінні сили: тиск газів, інерції і маси. Конструкція і матеріал підшипника повинні забезпечити їх надійну роботу і високу зносостійкість.

Розрізняють товстостінні і тонкостінні вкладиші з заливкою антифрикционного сплаву відповідно 1,76-2,5мм або 0,3-0,7мм. Тип підшипника залежить від застосовуваного для його заливки антифрикционного сплаву. Для заливки Рамов підшипників застосовують високооловянністие бабіти Б-83, Б-89, Б-88 (з кадмієм); свинцюваті бронзу, медносвінцовие сплави на алюмінієвій основі та багатошарові вкладиші.

Станина служить для підтримки блоку циліндрів. Вона з'єднує блок циліндра з фундаментної рамою і утворює закриту камеру для кривошипно-шатунного механізму (картер).

Залежно від типу двигуна станина може бути виконана у вигляді окремих А-образних стійок або колон.

Рис.2.8 - колони встановлюють в площині поперечних балок фундаментної рами або в площині обертання кривошипів для двигунів крейцкопного типу.

У двотактний двигун часто застосовується блок-картер, що представляє собою цілісну виливок картера спільно з блоком циліндрів (рис.29).

Таке конструктивне рішення забезпечує компактність і зменшення маси кістяка. Блок - картери виготовляють литими або зварними, цільними або складовими з кількох частин, з'єднаних між собою болтами і шпильками, виправдано з точки зору уніфікації виробництва і здешевлення вартості ремонту. Заміна однієї секції вийшла з ладу дешевше, ніж заміна блок-картера в цілому.

Циліндрові втулки 4-х тактного ДВС складаються (рис.2.13) з. сорочки 1. вставленої робочої втулки 2. В блоці втулка верхнім фланцем 4 спирається на опорний буртик 3 сорочки і притискається до нього кришкою циліндра. Сорочки відливають з чавуну СЧ21-40; СЧ24-44; СЧ28-48.

Матеріал втулок повинен мати підвищену міцність і зносостійкість, високою щільністю, стійкої проти корозії, добре обробляється. Матеріал для їх виготовлення чавун СЧ28-48, СЧ32-52, для високооборотних форсованих сталь 35ХМЮА.

Циліндрові втулки 2-х тактних ДВС (рис.30) складаються з: 1 верхній бурт; 2 - блок; 3 -масляний штуцер; 4 -випускние вікна; 5 -продувочние вікна; 6 -красномедние пояски; 7 - ущільнювальні гумові кільця; 8 - кожух для лабіринтового ущільнення; 9 -масляний штуцер; 10 - водяні перехідні патрубки; 11 -уплотнітельная красномедная прокладка.

Для зменшення теплових і механічних напружень, а також для зниження висоти блоку циліндрів і зменшення маси двигуна на деяких дизелях встановлюють проставочное кільця.

Складові втулки встановлюють на двотактні дизеля для зменшення температурних напружень і деформацій в осьовому напрямку.

На рис.32 зображена складова втулка фірми «Фіат» 900S. Верхня частина 1 такої втулки виготовлена ​​зі сталі з запресованої в неї з чавуну втулкою 2; нижня частина втулки 3 виготовлена ​​з чавуну. При зносі змінюють не всю втулку, а тільки

запресовану чавунну частина

Кришки робочих циліндрів 4-х тактних двигунів разом з днищем поршня і стінками робочої втулки, що утворює камеру згоряння.

Вона схильна до дії високих температур і тиску газів, відчуває механічні напруги від затягування кришки. Матеріал кришок повинен володіти високою жаростійкістю, міцністю, мати хороші ливарні властивості. Виготовляють кришки з чавуну СЧ28-48, СЧ32-52, молібденової сталі, алюмінієвих сплавовАЛ5 і АЛ4.

На рис.2.19: 1 пусковий клапан; 2 -гнездо форсунки; 3-запобіжні клапан; 4 - перегородка охолодження; 5 -випускние клапани; 6 -Отвір для шпильок; 7 -впускние клапана;

На рис.33 зображена кришка циліндра двотактного двигуна, яка простіше по пристрою, ніж у чотиритактного, так як не має всмоктуючих і вихлопних клапанів (крім двотактних двигунів з прямоточно-клапанної продувкою).

Кришки багатоциліндрових двигунів взаємозамінні. Заміна однієї кришки обходиться дешевше, ніж заміна головки блоку. На тихохідних дизелях великої потужності для зниження теплових напружень іноді використовують кришки складовою конструкції.

На рис.34 показана така кришка, де:

зовнішня кільцева частина 1 кришки відчуває великі механічні напруги, тому її виготовляють зі сталі. У кільцеву частину встановлюють вставку 2. яка піддається меншою напругою, так як на неї діє тільки тиск згоряння палива. У корпусі вставки є форсунка, пусковий і запобіжні клапани і індикаторний кран. Кришки циліндрів легких швидкохідних двигунів виготовляють з алюмінієвих сплавів АЛ4 і АЛ5, які виконують загальними на весь блок або на два, три і більше циліндрів. Така загальна кришка називається головкою блоку.