Строение двигателей внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Классификация и маркировка судовых дизелей

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим основным признакам применительно к судовым условиям:

По способу осуществления рабочего цикла - четырехтактные, в которых рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала, и двухтактные, где за каждый оборот коленчатого вала совершается рабочий цикл.

По назначению - главные и вспомогательные.

По способу смесеобразование- с внешними внутренним смесеобразованием. По роду рабочего цикла-с подводом теплоты при почти постоянном объеме, и искровым зажиганием.

По числу цилиндров- одноцилиндровые и многоцилиндровые.

По расположению цилиндров- однорядные, v-образные, звездообразные.

По конструктивному исполнению- тронковые и крейцкопфные. В тронковом двигатели кривошипно-шатунный механизм состоит из поршня, шатуна, и коленчатого вала. У крейцкопфного двигателя поршень с помощью штока соединен с крейцкопфом, который как и поршень имеет возвратно-поступательное движение, но движется в направляющих параллелях.

По способу действия- простого действия, двойного действия и двухтактные с противоположно движущимися поршнями. По направлению вращения коленчатого вала- правого и левого вращения.

По расположению выпускного коллектора-левой и правой модели. На двухвинтовых судах двигатель левой модели ставят по левому борту, а двигатель правой модели по правому, чтобы выпускные коллекторы располагались по бортам, а местные посты управления были обращены к диаметральной плоскости судна. По способу изменение вращения коленчатого вала- нереверсивные и реверсивные. У нереверсивных двигателей коленчатый вал вращается только в одном направлении.

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом-двигатель простого наполнения (без наддува)и с наддувом. У двигателей без наддува заполнение рабочего цилиндра воздухом осуществляется в результате разрежения, создаваемого в цилиндре при всасывающем ходе поршня или небольшом давлении необходимом лишь для осуществления процесса замены заряда. Двигатель с наддувом воздуха к всасывающим клапанам или продувочным окнам подается под повышенным давлением, создаваемым специальной системой наддува.

По средней скорости поршня - тихоходные, средней быстроходности, быстроходные.

По частоте вращения коленчатого вала - малооборотные, среднеоборотные, высокооборотные.

По агрегатной мощности - маломощные, мощные, сверхмощные.

По степени автоматизации. В зависимости от объема автоматизированных и автоматически выполняемых операций, а также от продолжительности работы без обслуживания различают четыре степени автоматизации судовых дизелей: 4, 8, 12 ч-первая степень; 24, 36, 50 ч-вторая степень; 150, 250 ч-третья степень; 250, 375 ч-четвертая степень.

Дизеля обозначаются маркой, которая отражает тип и конструктивные особенности двигателя. Макра состоит из цифр и букв, которые обозначают: Ч - четырехтактный; Д - двухтактный; ДД - двухтактный двойного действия; Р - реверсивный; С - с реверсивной муфтой; П - с редукторной передачей; К - крейцкопфный; Г - газовый; Н - с наддувом. 1А;2А;3А;4А - степень автоматизации. Цифра в начале марки означает число цилиндров, а в конце марки цифра перед чертой - диаметр цилиндра, см., цифра за чертой - ход поршня, см. Отсутствие в марке буквы К означает, что дизель тронковый, буквы Р - что дизель нереверсивный, а буквы Н - что дизель без наддува.

2. Основные неподвижные детали (остов дизеля), назначение, материал, конструктивные особенности

К основным неподвижным деталям двигателя относятся: фундаментная рама, блок цилиндров с цилиндровыми втулками, на которые укладываются цилиндровая крышка. Все эти детали скрепляются в одну жесткую конструкцию, называемую остовом двигателя, в котором размещаются все подвижные части и механизмы двигателя.

Фундаментная рама отливается из чугуна или алюминиевых сплавов, или делается стальной сварной конструкции и служит основанием двигателя. Продольные боковые ребра придают раме продольную жесткость; ими двигатель устанавливают на судовой фундамент. Внутренняя часть рамы разбита поперечными переборками на отсеки по количеству цилиндров. Поперечные переборки придают раме поперечную жесткость, кроме того, в средней части каждой переборки имеются утолщение, в котором расточено гнездо для нижнего вкладыша рамового подшипника. Крышка рамового подшипника с верхним вкладышем плотно входит в гнездо поперечной переборки, благодаря чему шпильки крепления крышки разгружаются от срезовых усилий. Из центральной маслонагнетательной магистрали по трубке к рамовому подшипнику подводится смазочное масло. В поперечных переборках имеются отверстия для уменьшения массы и отверстия для перетекания масла. На верхнюю плоскость рамы устанавливают блок цилиндров. Для предупреждения протекания масла между плоскостями рамы и блока цилиндров ставят прокладку. Внутренний объем рамы служит для сбора масла, которое масляным насосом по трубе откачивается в масляную магистраль.

Рамовые подшипники служат опорами для коленвала. Они состоят из нижнего и верхнего вкладышей. Подшипник закрывается крышкой и закрепляется шпильками. Затылки вкладышей плотно пригоняют к постелям рамы и крышки. Верхний вкладыш фиксируется от проворота втулкой. Нижний не фиксируется от проворота, что позволяет вывернуть его из гнезда без подъема вала. Продольное смещение вкладышей предупреждается заплечиками. Между вкладышами имеется набор тонких прокладок, с помощью которых регулируется масляный зазор.

Блок цилиндров в двигателях малой и средней мощности выполняется в виде цельной отливки из чугуна или алюминиевого сплава. В блок запрессовываются цилиндровые втулки. Внутренняя поверхность цилиндровой втулки шлифуется и называется зеркалом. В пространстве между блоком и втулками циркулирует охлаждающая жидкость. На месте входа жидкости помещают цинковые протекторы для защиты блока и втулок от электрокоррозии. Для придания блоку большей жесткости в нем имеются поперечные переборки, в которых расточены окна да подшипников распредвала. В горизонтально полке блока, над распредвалом расточены отверстия для толкателей клапанов. В боковых стенках блока предусмотрены люки, которые закрываются крышками. Через эти люки осматривают подшипники коленвала и распредвала.

Цилиндровая крышка укладывается на цилиндровую втулку и закрывает сверху рабочую полость цилиндра. Цилиндровая крышка испытывает силу давления газов и нагревается от соприкосновения с газами высокой температуры, поэтому она должна быть прочной и ее необходимо охлаждать. Цилиндровые крышки судовых дизелей изготавливают из чугуна и, как правило, отдельно для каждого цилиндра. Только небольшие быстроходные двигатели имеют общую крышку для всех цилиндров, изготавливаемую из алюминиевого сплава и называемую головкой двигателя. Рассмотрим устройство цилиндровой крышки четырехтактного двигателя. Корпус квадратной формы, а опорная поверхность, в которой крышка закрывает цилиндровую втулку, круглая. В центре крышки расположено гнездо для форсунки, а гнезда для впускного и выпускного клапанов симетричны относительно поперечной оси крышки. От клапанов идут каналы к впускному и выпускному коллекторам. На крышке имеется и гнездо для пускового клапана. К нему по трубопроводу от баллонов подводится сжатый воздух.

3. Детали кривошипно-шатунного механизма (кшм), назначение, материал конструктивные особенности

КШМ воспринимает силу давления газа на поршень и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленвала. Это говорит о большой напряженность в деталях КШМ, поэтому к их прочности предъявляют высокие требования.

Поршень рабочего цилиндра воспринимает силу давления газов и передает ее на шатун, уплотняет камеру сгорания ,предотвращает пропуск газов в картер. Поршни тихоходных двигателей изготавливают из чугуна, быстроходных - из алюминиевых сплавов. Алюминиевые поршни легче, что очень важно в быстроходных двигателях. Рассмотрим общий вид поршня. Нижняя часть поршня называется направляющей частью или юбкой поршня. Она составляет примерно 2/3 длины поршня и имеет цилиндрическую форму. Верхняя часть поршня называется головкой поршня. Она имеет конусообразную форму: диаметр верхней части чуть меньше, чем нижней части, примерно на 1мм. В средней части юбки имеются приливы, в которых расточены отверстия под поршневой палец. Днище поршня образует нижнюю часть камеры сгорания, поэтому ему придается форма способствующая лучшему смесеобразованию. Переход от днища к боковым стенкам поршня выполнен с большим радиусом закругления, что улучшает отвод теплоты от днища. На головке поршня растачиваются от трех до шести канавок для уплотнительных(компрессионных), маслосъёмных колец.

Компрессионные кольца предназначены для предотвращения прорыва газа из камеры сгорания в картер, а также для отвода теплоты от поршня к стенкам цилиндра. Их изготавливают из чугуна и только для быстроходных, форсированных двигателей из стали. В свободном состоянии диаметр поршневого кольца больше диаметра цилиндра. Часть кольца вырезают, и в этом месте образуется замок. Замки бывают косые - правого или левого направления, - и прямые. Форма поперечного сечения уплотнительного кольца прямоугольная или прямоугольная с внутренними фасками.

В маслосъемных кольцах на внешней поверхности имеется скос под углом. При движении поршня вниз кольцо под действием силы упругости прижимается к стенкам цилиндра, острой кромкой соскабливает лишнее масло и через отверстие в стенке поршня сбрасывает его в картер.

Шатун передает усилие от поршня к коленвалу. Шатуны изготавливают из качественных углеродистых сталей ковкой или штамповкой. Основные элементы шатуна: верхняя головка, стержень, нижняя головка. Расстояние между верхней и нижней головкой называется длинной шатуна. Стержни шатунов имеют круглое или двутавровое сечение. Внутри стержня сверлят канал, по которому масло из кривошипной головки поступает в поршневую. Верхняя (поршневая) головка шатуна неразъемная. В нее запрессовывается втулка. Втулка удерживается в головке за счет прессовой посадки, а также фиксируется штифтом, который стопорится отгибающейся шайбой. Нижняя головка шатуна всегда разъемная. Она предназначена для соединения шатуна с коленвалом. Крышка подшипника крепится к телу шатуна шатунными болтами.

Шатунные болты испытывают напряжение от первоначальной затяжки и воспринимают переменную нагрузку от сил инерции. Болты изготавливаются из высококачественных легированных сталей, чисто обрабатывают.

Для шарнирного соединения поршня с шатуном служит поршневой палец. Материал пальца должен обладать высокой износоустойчивостью и хорошо противостоять ударным нагрузкам, поэтому их изготавливают из малоуглеродистых легированных сталей, кроме того, их подвергают цементации и закалке, а для уменьшения массы пальцы делают пустотелыми. От осевых смещении палец предохраняется стопорными кольцами, при этом по концам пальца вытачивают канавки.

Коленчатый вал - одна из наиболее напряженных и трудоемких в изготовлении деталей двигателя. Коленвал изготавливают из углеродистых или легированных сталей, для дизелей речных судов их делают цельными, путем ковки или штамповки с последующей механической обработкой. Коленвал воспринимает усилия от всех поршней и объединяет работу всех цилиндров. Коленвал состоит из кривошипов по количеству цилиндров. Каждый кривошип состоит из рамовых шеек, щек, и кривошипной шейки. Диаметр рамовых и кривошипных шеек, как правило, одинаков, но иногда кривошипную шейку делают несколько меньшего диаметра. Для подвода масла из рамного подшипника в кривошипный просверливают каналы, причем для лучшей подачи и распределения масла делают два входа и два выхода. Кормовой конец коленвала снабжается фланцем с центрирующим выступом для посадки маховика. В месте выхода вала из блока двигателя делают уплотнение. На носовом конце коленвала предусмотрен фланец и центрирующий выступ, к которому присоединяется вал отбора мощности для привода масляного и водяного насосов, и компрессора. Кривошипы коленвала многоцилиндрового двигателя располагаются так, чтобы вспышки в цилиндрах происходили через одинаковые углы поворота вала. Для повышения равномерности вращения коленвала на нем устанавливают моховик. Инерция маховика способствует более равномерному вращению коленвала.

Маховики изготавливают из чугуна, но в двигателях, где окружная скорость обода маховика превышает 35 м/сек, их отливают из стали. Для получения возможно большего момента инерции основная масса маховика сосредотачивается в ободе. Чтобы предотвратить биение, маховики балансируют и соединяют с коленчатым валом и валом валопровода.

4. Система газораспределения двс, назначение, принцип действия

В цилиндрах ДВС каждый рабочий цикл сопровождается газообменом, включающим выпуск отработавших газов и наполнением цилиндра свежим зарядом или горючей смесью.

Газообмен в двухтактных дизелях осуществляется под воздействием продувочного воздуха. Качество этого процесса обеспечивается соответствующими формой и расположением выпускных и продувочных окон. В четырехтактных двигателях газообмен производится под воздействием поршня через впускные и выпускные клапаны, которые необходимо открывать и закрывать в строго определенные моменты времени. Эти функции выполняет механизм газораспределения. Кроме того, механизм газораспределения приводит в действие топливные насосы для впрыскивания топлива в цилиндры в заданное время, а при пуске дизеля сжатым воздухом управляет работой пусковых клапанов.

Механизм газораспределения четырехтактного двигателя состоит из впускных и выпускных клапанов, распредвала с приводами для выпускных, впускных, пусковых клапанов, а также для топливных насосов.

Рассмотрим принцип действия механизма газораспределения, четырехтактного двигателя, с нижним распределением распредвала: на коленвал насажена ведущая шестерня, на распредвал - ведомая шестерня. Диаметр ведомой шестерни в два раза больше диаметра ведущей, поэтому за два оборота коленвала распредвал делает один оборот. Между ведущей и ведомой шестернями расположена промежуточная шестерня, которая участвует в передаче движения, но не влияет на передаточное отношение от коленвала к распредвалу. Передаточное отношение у четырехтактных дизелей 2:1, так как полный цикл совершается за два оборота коленвала, значит, каждый клапан должен открываться один раз за два оборота коленвала.

Кулачковая шайба приводит в действие всасывающий клапан. При вращении коленвала по часовой стрелке распредвал будет вращаться так же. При подходе поршня к ВМТ кулачок будет набегать на ролик толкателя, и он будет подыматься. Движение толкателя через штангу будет передаваться коромыслу. Левое плечо коромысла, опускаясь, нажмет на шток клапана, который откроется. При выходе кулачка из-под ролика под действием сжатой пружины клапан закроется. Штанга толкатель опустятся под силой собственного веса. По такому же принципу приводятся в действие другие клапаны. Толкатель скользит в направляющих втулках, укрепленных в горизонтальной полке блока цилиндров. На толкателе сверху укреплена упорная деталь из твердой закаленной стали. Штанга изготовлена из стальной тонкостенной трубки, на концах которой запрессованы упорные детали из твердой закаленной стали с выпуклыми упорными поверхностями.

5. Круговая диаграмма рабочего цикла четырех тактного двигателя

Первый такт - впуск (всасывание). Впуск свежего воздуха (рис. 1, а) происходит при перемещении поршня 1 вниз от в.м.т. к н.м.т. Впускной клапан 3 открыт, а выпускной 6 - закрыт. Во время перемещения поршня вниз в цилиндре 8 двигателя создается разрежение и наружный воздух по впускному трубопроводу 4 поступает в циллндр и заполняет его. Впускной клапан открывается с некоторым опережением, т. е. до прихода поршня в в.м.т., а закрывается с некоторым запаздыванием, т. е. после прихода поршня в н.м.т. дизель кривошапный двигатель

Режим работы впускного клапана, при котором он полностью открыт в течение всего хода поршня, установлен для лучшего наполнения цилиндра воздухом. Хотя после н.м.т. поршень начинает двигаться вверх, воздух под действием сил инерции при открытом впускном клапане продолжает еще поступать в цилиндр.

Второй такт - сжатие (рис. 1, б). Начинается он при обратном ходе поршня к в.м.т. и закрытых клапанах. Воздух в цилиндре сжимается до давления 3,4-3,9 МПа и нагревается до 500-600° С и более. Давление воздуха в конце сжатия зависит от степени сжатия, т. е. от отношения полного объема цилиндра к объему камеры сжатия. Степень сжатия колеблется для разных типов дизелей от 12 до 20 и для большинства составляет 14-18.

В конце второго такта в цилиндр впрыскивается распыленное жидкое топливо с некоторым опережением, равным 10-20° угла поворота кривошипа коленчатого вала относительно в.м.т. Топливо впрыскивают с таким расчетом, чтобы оно начало воспламеняться вблизи в.м.т.

Третий такт - расширение, или рабочий ход (рис. 1, б). При этом происходит горение топлива и расширение продуктов сгорания. Горение топлива сопровождается выделением большого количества тепла. Оба клапана закрыты. Максимальное давление при сгорании топлива у малооборотных дизелей 5-7 МПа, у средне- и высокооборотных 6-12, У дизелей с высоким наддувом 10-15 МПа. Температура газа в конце сгорания топлива тем выше, чем больше давление, и колеблется от 1600 до 2000° С.

Четвертый такт - выпуск (рис. 1, г). В конце рабочего хода, вблизи н.м.т., открывается выпускной клапан 6, внутренняя полость цилиндра начинает сообщаться с атмосферой и продукты сгорания с давлением выше атмосферного выходят в окружающую среду. Температура отработавших газов 350- 450° С, а давление - 0,3-0,4 МПа.

Опережение открытия выпускного клапана необходимо для того, чтобы к началу движения поршня к в. м. т. часть газов вышла через открытый выпускной клапан и давление в цилиндре понизилось. В противном случае пришлось бы преодолевать значительное усилие, возникающее от давления газов на поршень. Поршень, двигаясь вверх, выталкивает продукты сгорания наружу, освобождая цилиндр для новой порции свежего воздуха.

Схема работы четырехтактного дизеля представлена на рисунке 1: а - впуск, б - сжатие; в - расширение, г - выпуск; 1 - поршень, 2 - топливный насос, 3 и 5 - впускной и выпускной клапаны, 4 и 7 - впускной и выпускной трубопроводы, 5 - форсунка, 6 - цилиндр, 9 - шатун, 10 - коленчатый вал

Рис.1 Схема работы четырехтактного дизеля

Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов называют фазами газораспределения. Для наглядности фазы газораспределения наносят на диаграмму, называемую круговой диаграммой фаз газораспределения, представленной на рисунке 2.

Рис. 2 - Круговая диаграмма фаз газораспределения

ц1 - угол открытия впускного клапана;

ц2 - угол закрытия впускного клапана;

ц3 - угол открытия выпускного клапана;

ц4 - угол закрытия выпускного клапана;

ц5 - угол опережения подачи топлива;

ц1+ц4 - угол перекрытия клапанов;

(ц1+1800+ц2) - угол поворота оси коленчатого вала, на протяжении которого открыт впускной клапан;

(ц3+1800+ц4) - угол поворота оси коленчатого вала, на протяжении которого открыт выпускной клапан;

Сектор 1 - такт "впуск" ; сектор 2 - такт "сжатие" ; сектор 3 - такт "расширение" (рабочий ход) ; сектор 4 - такт "выпуск".

Как видно из диаграммы, имеется период, когда оба клапана открыты. Такое положение называется перекрытием клапанов. Опережение открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов удлиняет фазы и улучшает наполнение и очистку цилиндров двигателя от отработавших газов.

6. Система охлаждения двс, назначение, элементы схемы системы охлаждения. виды систем охлаждения

При работе дизеля температура газа в цилиндрах во время сгорания достигает 1800-2000⁰С. Эти газы сильно нагревают цилиндровые втулки, крышки цилиндров, днища поршней, клапаны. Для отвода теплоты от этих деталей и создания для них оптимальных температурных режимов служит система охлаждения.

Судовые дизели охлаждаются водой. С охлаждающей водой уходит до 25-30 % теплоты, выделенной при сгорании топлива. Эта теплота является потерей, для уменьшения которой охлаждение должно быть умеренным, т.е. в установленных пределах. При сильном охлажнении увеличивается потеря теплоты, кроме того, ухудшается испарение топлива, повышается вязкость масла, вследствие чего растут затраты мощьности на трение. Таким образом,как перегрев, так и переохлаждение деталей дизеля крайне нежелательны. Поэтому система охлаждения должна обеспечивать оптимальный отвод теплоты от нагревающихся частей дизеля.

Современные судовые дизели, как правило, имеют двухконтурную систему охлаждения, состоящую из замкнутого контура пресной воды, которая охлаждает двигатель, и открытого контура забортной воды, предназначенной для охлаждения пресной воды и масла в охладителях.

Для подачи воды в систему охлаждения дизелей устанавливают водяные насосы, которые приводятся во вращение от коленчатого вала дизеля или автономного электродвигателя. Наибольшее распространение в системах охлаждения дизелей получили центробежные насосы. Они просты по устройству, обеспечивают равномерную подачу воды, могут включаться в работу от многооборотного привода.

Для отвода теплоты от пресной воды в систему охлаждения включают водяной охладитель, охлаждаемый забортной водой. Вода замкнутого контура поступает в корпус охладителя снизу и движется вдоль труб, между которыми установлены перегородки. Перемещаясь вдоль труб к трубной решетке, вода через щели в перегородке проходит в пространство между перегородками, затем движется к трубной решетке. Через щели в перегородке она проходит в пространство между перегородками, снова движется по направлению к решетке и т.д. Сделав несколько поворотов, вода внутреннего контура выходит в отводящий трубопровод сверху корпуса. Забортная вода, поступив в полость, тоже делает несколько оборотов. Двтгаясь внутри труб, она последовательно проходит через полости, образуемые трубными решетками и крышками. Многопоточность улучшает условия теплопередачи и способствует уменьшению габаритов охладителя.

Для поддержания постоянной температуры охлаждающей воды на выходе из двигателя при всех режимах в систему охлаждения включают терморегуляторы.

Терморегулятор недистанционного действия (термостат ТПД-60) имеет три патрубка. Через первый патрубок в него поступает вода от насоса, через второй - она направляется в охладитель, через третий - в полости охлаждения двигателя, минуя охладитель. Количество воды, направляемой на охладитель и на перепуск, зависит от проходного сечения клапанов. Клапаны закреплены на штоках, которые ввернуты в верхнее и нижнее днище сильфонов. Сильфоны представляют собой тонкостенные гофрированные латунные стаканы. Они имеют общее среднее неподвижное днище, прикрепленное к рамке. Внутри сильфонов находится жидкость, кипящая при низкой температуре (эфир). Температура ее зависит от температуры воды, поступающей из двигателя. Если температура воды низкая, то давление пара внутри сильфонов незначительно, поэтому они под действием сил упругости будут находиться в жатом состоянии. В данном случае клапан сидит в седле, а другой клапан полностью открыт, при этом вода пройдет мимо охладителя в двигатель. С повышением температуры воды сильфоны удлиняются, в связи с чем клапан открывается, а другой клапан частично закрывается. При достижении заданной температуры воды при выходе из двигателя клапан садится в седло, а другой клапан полностью открывается и через него вся вода идет на охладитель.

По способу отвода тепла различают испарительные, воздушные и жидкостные системы охлаждения.

7. Топливная система двс, назначение, элементы схемы топливной системы, назначение и принцип действия. форсунки ДВС

Топливная система дизеля представляет собой совокупность устройств, предназначенных для хранения, очистки и своевременной подачи топлива в строго отведенных дозах в цилиндры двигателя.

Топливо хранится в запасных топливных цистернах, которые располагаются по бортам судна или в междудонном пространстве. Перекачивающими насосами с электроприводом или ручным приводом топливо периодически подается в расходный топливный бак, который находится в машинном отделении, выше двигателя на 1,5-2,0 м. Из бака топливо самотеком проходит фильтры грубой очистки и по трубопроводу подводится к топливным насосам высокого давления (ТНВД). Отмеренная и сжатая порция топлива от ТНВД по трубопроводам высокого давления нагнетается в форсунки, где еще раз очищается в щелевом фильтре, после чего впрыскивают в цилиндр.

Ход плунжера насосов значительно больше потребного, поэтому не все топливо, поступающее в насосы во время всасывающего хода плунжера, подается в форсунки. Часть его, отсекается и по трубопроводу поступает снова в расходный бак.

Топливо, просочившееся из топливных насосов, стекает в желобок горизонтальной полки блока, откуда по трубе отводится в сливной бачок.

Трубопроводы топливной системы состоят из труб низкого и высокого давления. Трубопроводы высокого давления подключаются к ТНВД и форсунке с помощью ниппелей.

Объем запасных топливных цистерн принимается из расчета автономного плавания. На речных судах емкость цистерн должна обеспечивать 10-20 суток работы судна без захода для пополнения запасов топлива. Цистерну изготавливают из стали 4-6 мм и подкрепляют ребрами жесткости. Цистерна состоит: корпус, заправочное отверстие снабженное устройством для закрытого приема топлива, воздушная трубка для сообщения внутреннего объема с атмосферой, мерное устройство. Объём расходного топливного бака обеспечивает работу двигателей при нормальной нагрузке в течение 6-8 ч без пополнения. Бак имеет приемное устройство, воздушную трубку с медной сеткой, мерное устройство, краны для отбора топлива и удаления осадка.

ТНВД выполняют наиболее ответственные функции топливоподачи, а именно: отмеряют порцию топлива для подачи в цилиндр на каждый цикл, называемую цикловой подачей; регулируют величину цикловой подачи для изменения режима работы двигателя; сжимают отмеренную порцию топлива до высоких давлений; в строго определенный момент подают отмеренную порцию через форсунку в цилиндр.

Основной деталью этого насоса является плунжерная пара, состоящая из направляющей втулки и очень прочно пригнанного к внутренней ее поверхности плунжера. В верхней части плунжера имеется кольцевая выточка, которая отсечной кромкой соединена с продольным пазом, в нижней части - два выступа, служащие поводками для поворота его относительно продольной оси. Буртиком плунжер соединяется с приводным механизмом, обеспечивающим его возвратно-поступательное движение во втулке. В верхней части втулки сделано окно для впуска и выпуска топлива.

При выходе кулачка распредвала из-под ролика толкателя под действием сжатой пружины плунжер пойдет вниз, создавая в рабочей полости разряжение, куда через отверстие поступит порция топлива, при набегании кулачка на ролик толкатель будет подымать плунжер вверх, при этом сначала топливо из полости будет вытесняться через отверстие обратно во всасывающую магистраль, но после того как плунжер закроет отверстие, давление топлива в рабочей полости быстро поднимается, и топливо отсечная кромка совпадет с отверстием, топливо из полости через паз и отверстие начнет вытесняться во всасывающую магистраль, т.е. наступит отсечка топлива. Время отсечки будет зависеть от того, какое место отсечной кромки будет находиться на одной вертикали с отверстием

Форсунки служат для распыления и равномерного распределения капелек топлива в воздушном заряде камеры сгорания. По конструкции они делятся на открытые и закрытые.

Открытая форсунка не имеет запорного органа между трубопроводом и камерой сгорания и представляет собой толстостенную трубу, оканчивающуюся распылением с отверстиями для впрыскивания топлива. Подача топлива в цилиндр начинается в момент, когда давление топлива перед распыливающими отверстиями начнет превышать давление сжатия в цилиндре. Поэтому в начале впрыскивания из-за низкого давления может не быть хорошего распыла, а в конце впрыскивания в них происходит подтекание Топлива, в связи с этим, несмотря на простоту конструкции, открытые форсунки в современных судовых дизелях не применяются.

У закрытой форсунки распыливающие отверстия разобщены от нагнетательного клапана ТНВД, запорным органом(иглой), который открывается только тогда, когда давление топлива возрастает до заданного значения, называемого давлением начала впрыскивания, и вновь закрывается, как только давление топлива будет ниже давления начала впрыскивания. Основными частями закрытой форсунки являются втулка с распыливающими отверстиями и игла, представляющие собой взаимно притертую пару. Запорный орган закрытых форсунок может быть пружинным и гидравлическим.

Все форсунки, как правило, снабжены щелевым фильтром тонкой очистки. Щелевой фильтр представляет собой стальной цилиндрик, вставляемый в цилиндрическую расточку штуцера.

8. Система смазки двс, назначение, схемы циркуляционной смазки. сущность смазки

Смазочная система ДВС предназначена для своевременной подачи необходимого количества очищенного и охлажденного масла к узлам трения (для защиты их поверхностей от износа и коррозии); отвода тепла от трущихся поверхностей и деталей; удаления продуктов износа и нагара с поверхностей трения и очистки масел. От совершенства масляной системы и эффективности ее работы в значительной степени зависят надежность и долговечность работы двигателя. В зависимости от способа подвода смазки к трущимся поверхностям деталей и узлов ДВС различают следующие смазочные системы: циркуляционную под давлением, разбрызгиванием и комбинированную. Смазка рамовых, шатунных и головных подшипников, подшипников распределительного вала и приводных вспомогательных агрегатов осуществляется при помощи циркуляционной смазки под давлением 0,15--0,6 МПа. Смазка цилиндровых втулок, направляющих поршней и поршневых колец в двигателях малой и средней мощности осуществляется за счет разбрызгивания масла, вытекающего через зазоры подшипников. В современных мощных среднеоборотных ДВС масло для смазки цилиндровых втулок, поршней и некоторых других узлов подается специальными насосами высокого давления. Автономная смазочная система цилиндров позволяет использовать специальные сорта масел, а также дает возможность регулировать его количество.

В большинстве тронковых ДВС с диаметром цилиндра до 400 мм применяется комбинированная смазочная система, т. е. рамовые, шатунные и головные подшипники и подшипники распределительного вала смазываются маслом, поступающим из циркуляционной системы, а втулки цилиндров, поршни, кольца и т. д. смазываются разбрызгиванием.

Смазочная циркуляционная система в зависимости от расположения маслосборника бывает с мокрым и с сухим картером. В системе с сухим картером масло из поддона двигателя постоянно стекает самотеком или откачивается специальным насосом в отдельную цистерну, установленную вне двигателя. В системе с мокрым картером основной емкостью для масла является поддон или нижняя часть картера, из которой масло забирается масляным насосом двигателя.

В современных судовых двигателях в качестве масляных применяются в основном шестеренные и винтовые насосы. По приводу масляные насосы могут быть навешенными на двигатель или автономными и с независимым приводом (электродвигателем). Насосы главных двигателей дублируются.

Для смазки цилиндров применяются поршневые насосы плунжерного типа, навешенные на двигатель.

Принципиальная схема циркуляционной смазочной системы ДВС представлена на рисунке 3.

Рис. 3 - Схема циркуляционной смазочной системы ДВС

Она состоит из двух независимых систем: системы циркуляционной смазки и охлаждения поршней и системы смазки втулок цилиндров.

Система циркуляционной смазки и охлаждения поршней в свою очередь состоит из масляного насоса 16, автономного маслопрокачивающего насоса 12, фильтров грубой 15 и тонкой 13 очистки, масляного холодильника 14, трубопроводов и приборов регулирования и контроля. Из маслосборника ДВС масло забирается насосом 16 и через фильтр грубой очистки 15 и масляный холодильник 14 подается в главную магистраль. Между фильтром грубой очистки и масляным холодильником параллельно в смазочную систему включен сдвоенный фильтр тонкой очистки, проходя через который часть масла (10--15%) очищается дополнительно. Из главной магистрали масло поступает на смазку механизмов и узлов двигателя. По трубам 1 и 2 масло подводится на смазку шестерни распределительного вала и к цапфе промежуточной шестерни. От циркуляционной системы осуществляется смазка подшипников 4 распределительного вала, топливных насосов высокого давления 6, воздухораспределителя 7, выносного подшипника коленчатого вала 9, деталей пульта управления 10 и рамовых подшипников коленчатого вала 17. Кроме того, масло подводится на смазку шариковых подшипников водяного насоса 11.

Во время работы двигателя в ресивере продувочного воздуха может скапливаться масло, которое отводится в сборник по трубе 3. Смазка втулок цилиндров осуществляется при помощи лубрикаторов 5, которые заполняются цилиндровым маслом из бака 8. Лубрикаторы позволяют точно дозировать количество подаваемого масла. Смазка на каждую втулку цилиндра подается в четырех точках в верхней ее части через штуцеры.

Масляные цистерны свежего масла, отработавшего и расходные оборудуют и располагают аналогично топливным.

Масляные насосы циркуляционной системы смазки обычно выполняют шестеренными или винтовыми. Насос имеет золотники, обеспечивающие подачу масла независимо от направления вращения. Роль золотников выполняют оси шестерен, в которых выфрезерованы каналы, связывающие всасывающий патрубок насоса при переднем ходе с полостью А, при заднем -- с полостью Б, а нагнетательный -- соответственно с полостью Б или полостью А.

Лубрикаторы представляют собой многоплунжерные насосы высокого давления, они служат для подачи смазки к цилиндровым втулкам. Кулачковый вал лубрикатора получает вращение от распределительного вала через зубчатую передачу. При вращении вала кулачковая шайба воздействует на плунжер, перемещая его влево -- осуществляется ход нагнетания. Открываются шариковые нагнетательные клапаны и капля масла по струне поступает в нагнетательный трубопровод. Для наблюдения за подачей масла служит стеклянная трубка, заполненная соленой водой. Всасывающий ход плунжера осуществляется под действием пружины, при этом всасывающие шариковые клапаны открываются, и масло из бачкапоступает в насосное пространство. Ход плунжера, а следовательно, и подача масла регулируется винтоми рычагом. Винт служит для стопорения регулировочного винта. Масло в бачок заливается через сетку.

Маслоохладители выполняют в основном трубчатого типа. Охлаждающая вода протекает по трубкам, а масло омывает трубки снаружи. Для увеличения пути движения масла внутри корпуса маслоохладителя устанавливают перегородки. Трубки закрепляют в трубных досках развальцовкой.

9. Система сжатого воздуха, назначение, элементы системы

Система сжатого воздуха должна обеспечивать одновременный пуск и реверсирование всех главных ДВС. Для хранения запаса сжатого воздуха (для пуска главных двигателей) должны быть предусмотрены не менее двух воздухохранителей (или двух групп воздухохранителей). Количество воздуха, находящегося в них, должно обеспечивать не менее 12 пусков каждого главного двигателя попеременно на передний и задний ход.

Если в качестве главных установлены нереверсивные ДВС или дизель-генераторы, то общего запаса воздуха должно быть достаточно для шести пусков двигателя наибольшей мощности из установленных. Пуск вспомогательных ДВС должен осуществляться воздухом из воздухохранителей емкостью, достаточной для выполнения шести пусков двигателя наибольшей мощности, подготовленного к действию. При наличии одного воздухохранителя для вспомогательных ДВС должна быть предусмотрена возможность их пуска от воздухохранителей главных двигателей.

Для воздушного пуска судовых ДВС применяются две основные схемы: с автоматическими пусковыми клапанами и с пневматическими пусковыми клапанами. В современных двигателях применяются клапаны, управляемые сжатым воздухом, поступающим от распределительного устройства. Схема воздушной системы пуска ДВС с пневматическим управлением пусковых клапанов:

Система состоит из баллона пускового воздуха, главного пускового клапана, пусковых клапанов, пускового воздухораспределителя, нагрузочного клапана поста управления, главной воздушной магистрали, воздушных трубопроводов и приборов контроля.

При перемещении рукоятки поста управления из положения "Стоп" в положение "Пуск" открывается нагрузочный клапан (на схеме не показан), в результате чего управляющий воздух поступает к главному пусковому клапану. Он открывается и воздух из пускового баллона по главной магистрали поступает к пусковым клапанам рабочих цилиндров и воздухораспределителю. От него воздух поступает для открытия пусковых клапанов, которые, поочередно открываясь, подают пусковой воздух в цилиндры двигателя. Рукоятку поста управления держат в положении "Пуск" до появления вспышек в цилиндрах двигателя. После этого рукоятка поста управления переводится в положение "Работа" и фиксируется в положении, соответствующем заданному режиму работы. Нагрузочный клапан при этом автоматически закрывается и подача пускового воздуха прекращается.

Остановка двигателя производится переводом рукоятки поста управления из положения "Работа" в положение "Стоп". Пусковой воздухораспределитель, служит для управления открытием и закрытием пусковых клапанов рабочих цилиндров. Он устанавливается на полке блока цилиндров и приводится в действие от распределительного вала двигателя.

Пусковой воздухораспределитель:

В корпусе расположено восемь золотников с направляющими поверхностями, перемещающихся в радиальном направлении. Воздух от главного пускового клапана поступает в кольцевую полость А и прижимает все золотники к пусковому кулаку. Пусковой кулак имеет сегментный срез, позволяющий золотникам перемещаться к его центру. При этом кольцевая полость А поочередно сообщается с каждой из восьми полостей В, а управляющий воздух поступает к пусковым клапанам соответствующего цилиндра. Величина сегментного среза определяет продолжительность подачи воздуха к пусковым клапанам. Когда под действием кулака золотник занимает исходное положение, полость В соединяется с атмосферой через отверстие С, что обеспечивает выход воздуха из пускового клапана и его закрытие. Полости А и В в это время разобщаются. После пуска двигателя давление в полости А падает, золотники кулаком отбрасываются в исходное (периферийное) положение, где удерживаются фиксаторами, состоящими из шарикови пружины. Воздушные полости воздухораспределителя уплотняются прокладкой и резиновым кольцом. Главный пусковой клапан предназначен для сообщения пусковой магистрали двигателя с воздушными баллонами при пуске и быстрого отключения и разгрузки ее от давления воздуха после пуска.

Пусковые клапаны, установленные на крышках рабочих цилиндров, служат для подачи воздуха в цилиндры в период пуска. Устройство пускового клапана. В чугунном корпусе, закрытом крышкой, расположен стальной клапан, нагруженный пружиной. В крышке располагается поршень, который под давлением воздуха может перемешаться вниз, действуя на шток клапана. Между корпусом клапана и крышкой цилиндра для уплотнения устанавливается красномедная прокладка и два резиновых кольца. ПолостьАпускового клапана соединена с пусковой магистралью двигателя, но клапан не открывается, так как действие пружины на клапан сильнее действия воздуха. Как только воздух от пускового воздухораспределителя поступит в полость В, под его давлением поршень опустится вниз и откроет пусковой клапан.

В результате этого воздух из полости А поступит в цилиндр и двигатель начнет вращаться. После поворота кривошипа данного цилиндра на определенный угол пусковой воздухораспределитель сообщит полость В с картером двигателя, давление в ней упадет и под действием пружины пусковой клапан сядет на свое седло. В результате подача воздуха в этот цилиндр двигателя прекратится.

10. Система пуска двс, разновидности, способы облегчения

Для пуска двигателя внутреннего сгорания необходимо провернуть коленчатый вал с такой частотой вращения, при которой обеспечиваются хорошее смесеобразование, достаточное сжатие и воспламенение смеси. Минимальную частоту вращения коленчатого вала, при которой происходит надежный пуск двигателя, называют пусковой. Она зависит от вида двигателя и условий пуска.При вращении коленчатого вала в период пуска требуются значительные усилия, чтобы преодолеть сопротивления трения движущихся деталей и сжимаемого заряда. При низкой температуре это усилие возрастает из-за увеличения вязкости масла.

Пуск судовых главных и вспомогательных ДВС производится в основном сжатым воздухом давлением 2,5--3 МПа. Лишь высокооборотные ДВС малой и средней мощности запускаются при помощи электростартера. Двигатели мощностью до 15 кВт могут запускаться в работу вручную.

Ручной пуск применяется в дизелях мощностью до 15 кВт. Двигатель снабжается рукояткой, которая с помощью храпового устройства вводится в зацепление с коленчатым или распределительным валом. Для облегчения раскручивания на цилиндровых крышках ставят декомпрессионные краны или механизмы для подъема всасывающих клапанов. Для пуска открывают декомпрессионный кран и рукояткой раскручивают вал с возможно большей скоростью. Затем, не прекращая вращения рукоятки, декомпрессионный кран закрывают.

За счет усилия, приложенного к рукоятке, и энергии раскрутившегося маховика сжатие воздуха в цилиндре происходит со скоростью, при которой температура в конце сжатия становится выше температуры самовоспламенения топлива. Как только двигатель заработает на топливе, частота вращения увеличится, заводная рукоятка с помощью храпового устройства будет выталкиваться из зацепления. Для получения первых вспышек на цилиндровых крышках также устанавливают запальное устройство в виде свечи накаливания.

Электростартерный пуск применяется для пуска быстроходных дизелей до 110 кВт. При этом пуске на двигатель ставят электродвигатель (стартер), питаемый от аккумуляторных батарей постоянного тока напряжением 24 В. Стартер питается от аккумуляторной батареи. При включении кнопки замыкается цепь обмотки пускового реле, и ее магнитное поле втягивает сердечник. Он воздействует на подвижной контакт, замыкающий цепь обмоток и реле привода, причем обмотка включается последовательно со стартером. Якорь стартера начинает вращаться, но вследствие сопротивления обмотки, с малой скоростью.

Магнитное поле обмоток втягивает сердечник реле привода. Он поворачивает рычаг, который через пружину, втулку и муфту трения, расположенную в коробке, сдвигает шестерню для сцепления с зубчатым венцом маховика. Если в этот момент зубец шестерни совпадает с зубцом венца, то пружина сожмется. Поскольку вал уже вращается, шестерня повернется, и пружина быстро введет ее в зацепление. Одновременно сердечник нажмет на контакт, который замкнет цепь, шунтирующую обмотку. Скорость вращения стартера повысится до нормальной, и он начнет раскручивать вал двигателя. Когда двигатель заработает на топливе, кнопка отпускается, реле обесточивается и размыкает цепь реле. Возвратная пружина повернет рычаг в исходное положение и через вал выведет шестерню из зацепления, а сердечник освободит контакт.

Пуск сжатым воздухом является наиболее распространённым способом пуска судовых ДВС. При этом способе пуска машинное отделение снабжают устройством для приготовления и хранения сжатого воздуха, а на цилиндровых крышках устанавливают пусковые клапаны, через которые сжатый воздух поступает в цилиндр.

Пусковые клапаны открываются с помощью распределительного механизма в строго определенные моменты времени. Пусковой клапан открывается в конце такта сжатия (при положении кривошипа 0 - I), когда поршень не дошел до ВМТ на 5-10 ⁰поворота кривошипа, и держится открытым на такте расширения, при этом всасывающий и выпускной клапана закрыты. При положении кривошипа 0 - II, когда поршень не дошел до НМТ на 50 - 60 ⁰поворота кривошипа, пусковой клапан закрывается. Под давлением сжатого воздуха поршень движется вниз, вращая коленчатый вал. Сжатый воздух из цилиндра удаляется во время такта выпуска через открытый выпускной клапан. Сжатый воздух впускается последовательно во все цилиндры в порядке их работы, и вал быстро набирает пусковую частоту вращения.

Во время пуска, т.е. в период раскручивания вала, топливо, как правило, не подается, но как только вал развил пусковую частоту вращения, доступ воздуха прекращают, а ТНВД включают на подачу топлива.

В шести- и более цилиндровых двигателях пусковые клапаны ставят на крышках всех цилиндров. В этом случае, в каком бы положении коленчатый вал ни находился при остановке двигателя, пусковой клапан одного из цилиндров обязательно будет в пусковом положении и вал при подаче воздуха начнет вращаться. В двигателях с меньшим числом цилиндров вал может остановиться в положении, когда пусковые клапаны всех цилиндров будут закрыты. Поэтому в таких двигателях пусковой клапан ставят на одном или двух цилиндрах, а перед пуском коленчатый вал с помощью валоповоротного механизма ставят в пусковое положение, которое обозначено меткой на маховике.

Размещено на Allbest.ru