книги из ГПНТБ / Пособие мотористу рыбопромыслового судна [практическое руководство] Е. М. Соловьев. 1960- 14 Мб

ГЛАВА VI

ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ И СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ

ВДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

§31. УСТРОЙСТВО МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО Д. В. С.

Впуск свежего заряда и очистку цилиндров от отработавших

газов в четырехтактном двигателе осуществляет механизм газо­ распределения. На рис. 51 изображена схема работы такого ме­

ханизма. Он состоит из клапанов 1, расположенных в направ­ ляющих втулках 2 и удерживаемых в закрытом состоянии пру­ жинами 3; распределительного вала 11 и передаточных деталей,

ккоторым относятся: толкатели 9, втулки 8 толкателей, штанги 7

икоромысла 4. К распределительному механизму также отно­ сятся шестерни, которые приводят в движение распределитель­

ный вал.

Механизм газораспределения действует следующим образом.

Вращается коленчатый вал двигателя, на конце которого поса­

жена шестерня 12. Эта шестерня приводит в движение ше­ стерню 13, а та, в свою очередь, вращает шестерню 10 распре­ делительного вала. При вращении распределительного вала его

кулачок поднимает толкатель 9, который воздействует на штан­

гу 7, штанга поднимает правое плечо коромысла 4, заставляя его немного повернуться вокруг оси и левым концом открыть клапан 1 (рис. 54, б). Когда выступ кулачка распределительного вала выйдет из-под толкателя, давление на клапан 1 прекра­ щается, и он под действием пружины 3 становится на место — закрывает отверстие (рис. 54, а).

Чтобы обеспечить плотность закрытия клапанами отверстий,

между торцом стержня каждого клапана и коромыслом должен быть некоторый зазор, меньший для впускного клапана и боль­

ший для выпускного (более сильно нагревающегося). Требуемая величина зазора устанавливается регулировочным винтом 6, за­ крепляемым контргайкой 5.

Номинальная величина зазора находится в пределах

0,2—0,5 мм.

79

Клапаны. Клапаны служат для открытия и закрытия от­ верстий каналов крышек цилиндров, через которые происходит наполнение цилиндров свежим зарядом и выпуск отработавших газов.

Во время работы клапаны подвергаются действию ударной нагрузки и высоких температур. Поэтому их изготавливают из специальных сортов высококачественной жароупорной стали:

хромоникелевой, ванадиевой, вольфрамовой и других сортов.

Рис. 51. Схема работы механизма газораспределения четырехтактного дви­ гателя: а — клапан закрыт; б — клапан открыт.

Впускной клапан имеет, как правило, больший диаметр, чем вы­ пускной, для лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом.

На рис. 52 показано устройство клапана. Клапан состоит из цилиндрического стержня 4, называемого штоком, и головки

(тарелки) 2. Головка клапана имеет коническую кольцевую за­ точку (фаску) 3, которой она плотно садится в коническую за­ точку седла (гнезда) клапана. Плотность пригонки фасок кла­ пана и гнезда достигается специальной обработкой — притиркой этих поверхностей друг к другу. Для поворачивания клапана при

притирке в тарелке его внизу сделана прорезь 1.

Шток клапана в верхней части имеет выточку 5, в которую вставляются сухарики 10. Наружная поверхность сухариков ко­

ническая.

Шток клапана перемещается вверх и вниз по направляющей

80

втулке в, которая запрессована в крышку цилиндра. В буртик 7 втулки упирается нижний конец пружины 8. Верхний конец ее упирается в шайбу 9. В конусное отверстие шайбы входят суха­

рики 10. Сжатая пружина упирается в шайбу и через сухарики и шток плотно прижимает тарелку клапана к гнезду.

При верхнем расположении распределительного вала, когда

кулачки последнего непосредственно воздействуют на клапаны (толкатели отсутствуют), клапаны имеют верхние тарелки. Кон­ струкция таких клапанов изображена на рис. 53. Стержень кла­ пана с торца просверлен и нарезан для ввинчивания в него та­

релки 1, на которую воздействует кулачок распределительного вала. Ввинчивая или вывинчивая тарелку 1, можно регулировать зазор между нею и затылком кулачка. Чтобы во время работы двигателя тарелка самопроизвольно не отвинчивалась, она соеди­ няется со стержнем замком 5 посредством торцовых шлицов 2 на тарелке и шлицов 4 на замке. Замок прижимается к тарелке двумя пружинами, которые упираются в расточку головки блока. На стержне клапана замок посажен на шлицах 3, вследствие чего он может только скользить вверх и вниз. Для провертыва­

ния тарелки при регулировке замок выводят из зацепления с та­ релкой отжатием вниз. Для уменьшения трения рабочая поверх­

ность тарелки полирована, а для лучшей износоустойчивости

цементирована и закалена.

Распределительный вал и его привод. Рас­ пределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов.

В связи с тем, что рабочий цикл четырехтактного двигателя осу­ ществляется за два оборота коленчатого вала, а клапаны откры­ ваются за это время один раз, каждый кулачок за то же время должен совершить один оборот. Следовательно, распределитель-

ныи вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого.

Это достигается подбором шестерен привода. Распределительный вал является весьма ответственной де­

талью. Его обычно изготавливают из той же стали, что и колен­ чатый вал. На двигателе распределительный вал укрепляется в подшипниках. Кулачки распределительного вала иногда делают

гателя снаружи или внут­ ри картера. При верхнем расположении распределительный вал

помещают либо сбоку крышки цилиндра, либо на крышке. При­ вод от кулачка к клапану при верхнем расположении распреде­ лительного вала значительно упрощается, и, кроме того, умень­

шаются силы инерции, так как отсутствуют штанги и толкатели.

От положения распределительного вала зависит и конструк­ ция передачи вращения к нему. При нижнем расположении рас­

пределительного вала вращение передается шестеренчатой (с ци­ линдрическими шестернями) или цепной передачей. При верхнем расположении распределительного вала иногда применяют при­ воды с коническими шестернями, которые посажены на верти­ кальном валу.

У некоторых быстроходных дизелей, например у ЗД6, для лучшего наполнения цилиндров свежим воздухом и возможно

82

более полной очистки их от отработавших газов в каждом из них имеется четыре клапана — два впускных и два выпускных.

Соответственно этому имеется два распределительных вала: один для управления впускными, а другой — выпускными кла­ панами.

§ 32. ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ДВУХТАКТНЫХ Д. В. С.

На процессы выпуска и наполнения цилиндра свежим заря­ дом у двухтактных двигателей отводится небольшой промежуток времени, соответствующий времени поворота коленчатого вала на 130—150° (вместо 400—450° у четырехтактных двигателей),

что очень усложняет процессы. В цилиндр двухтактного двига­

теля приходится подавать воздух под давлением.

Стремление к наиболее полной очистке и зарядке рабочего цилиндра при наименьшем расходе и низком давлении продувоч­

ного воздуха привело в настоящее время к большому разнообра­ зию систем продувок цилиндров.

Типы продувок подразделяют на контурные (петлевые) с ще­ левым распределением и прямоточные. В первом случае проду­

вочный воздух в рабочем цилиндре движется по определенному контуру. В случае прямоточной продувки продувочный воздух движется только в одном направлении — снизу вверх или сверху вниз.

Контурная продувка с параллельным рас­

положением продувочных окон (рис. 54, а). Верхние кромки выпускных окон расположены выше верхних кромок про­ дувочных окон. Продувочные окна имеют наклон, что обеспечи­ вает направление струи продувочного воздуха к крышке цилин­ дра. Продувочный воздух, сделав петлю, идет вниз к выпускным окнам, выталкивая оставшиеся отработавшие газы.

Большим недостатком этой системы продувки является то, что значительная часть свежего воздуха уходит с отработавшими га­

зами, так как в н. м. т. происходит так называемое короткое за­ мыкание ■— непосредственное перетекание воздуха из продувоч­ ных окон в выпускные. Кроме того, в верхней части цилиндра образуются мертвые зоны, не продуваемые воздухом. В резуль­

тате большое количество отработавших газов остается в цилин­ дре, что сказывается на мощности двигателя.

Этот тип продувки, распространенный главным образом в кон­

применяется.

Контурная продувка с эксцентричным рас­ положением продувочных окон (рис. 54, б). Потоки

продувочного воздуха направляются эксцентрично в одну сто­ рону цилиндра. Продувочные окна располагаются наклонно, бла­ годаря чему свежий воздух направляется вверх. Около крышки

co

он описывает петлю, очищая верхнюю часть цилиндра, а затем выходит в выпускные окна. Этот тип продувки характеризуется меньшим перемешиванием продувочного воздуха с отработав­ шими газами и меньшими потерями воздуха через выпускные

окна.

Контурная продувка с дополнительными

выпускными окнами (рис. 54, в). Дополнительные окна расположены над продувочными и соединяются с выпускным коллектором. Через эти окна происходит отсасывание части от­ работавших газов из мертвого пространства, образующегося над продувочными окнами.

Односторонне-петлевая продувка характери­ зуется односторонним расположением продувочных и выпускных окон в два ряда (рис. 54, а).

Верхние окна выпускные, нижние — продувочные. Продувоч­ ные окна имеют наклон вниз 10—15°, поэтому воздух направ­ ляется сначала к днищу поршня, омывает его и поднимается кверху, описывает петлю и, направляясь к выпускным окнам, вытесняет отработавшие газы. Путь, пройденный струями проду­ вочного воздуха в цилиндре при такой продувке, является наи­ более длинным, что способствует лучшему вытеснению из ци­ линдра продуктов сгорания.

Контурная продувка с дозарядкой цилин­ дра (рис. 54,д). Этот тип продувки предусматривает дозарядку цилиндра свежим воздухом, для чего устраивается два ряда про­

дувочных окон. Верхний ряд продувочных окон расположен выше выпускных, а доступ воздуха к ним регулируется привод­ ным золотником или автоматическим клапаном. При ходе вверх поршень сначала закрывает нижний ряд продувочных окон, а за­ тем выпускные окна. После закрытия выпускных окон продувоч­ ный воздух будет продолжать поступать в цилиндр через верхний ряд продувочных окон. Этот способ продувки имеет преиму­ щество перед рассмотренными выше способами, так как обеспе­ чивает лучшее наполнение цилиндра свежим зарядом при мень­ шем расходе продувочного воздуха и увеличивает давление сжа­ тия, что способствует повышению мощности двигателя.

Прямоточная продувка. Имеется два варианта пря­

моточной продувки. Первым вариантом является клапанно-ще­ левая продувка (рис. 55, б). Продувочный воздух поступает че­ рез окна, расположенные в низу цилиндра по его окружности, а выпуск производится через клапаны, помещенные в крышке ци­

линдра. Продувка происходит следующим образом. Выпускные клапаны открываются несколько раньше, чем поршень при дви­ жении вниз откроет продувочные окна. К моменту открытия про­

дувочных окон давление газов в цилиндре упадет. Продувка про­ исходит за период прохождения поршня вниз и вверх от начала

открытия продувочных окон до закрытия их.

85

В связи с тем, что при движении поршня вверх сначала за­ крываются выпускные клапаны, а затем продувочные окна, уве­ личивается количество поступающего в цилиндр свежего воздуха и улучшается очистка цилиндра от отработавших газов.

Недостатками этого способа продувки являются усложнение конструкции двигателя в связи с размещением в крышке цилин­ дра выпускных клапанов и введение клапанного привода.

Вторым вариантом прямоточной продувки является про­ дувка, применяемая в двигателях с расходящимися поршнями (рис. 55, а). Когда поршни движутся навстречу друг другу, в цилиндре происходит сжатие.

При расширении газов поршни

расходятся. Верхний поршень посредством поперечины и двух шатунов соединен с двумя дополнительными кривошипами ко­ ленчатого вала. При расхождении поршней сначала нижний поршень открывает выпускные окна, а затем верхний поршень — продувочные.

Кривошипно-камерная продувка. Почти все двухтактные дизели мощностью до 50 л. с. и все калоризаторные

двигатели имеют кривошипно-камерную продувку. При этой си­ стеме продувки двигатель не имеет специального продувочного насоса.

Рабочий поршень является одновременно поршнем продувоч­ ного насоса, а кривошипная камера хорошо уплотнена и снаб­ жена воздушными автоматическими клапанами.

Схема двигателя с кривошипно-камерной продувкой изобра­ жена на рис. 56. При ходе поршня вверх в картере создается

разрежение и в него через невозвратный клапан 1 из атмосферы

86

поступает свежий воздух. При ходе поршня вниз в картере про­ исходит сжатие и воздух через канал 2 и продувочные окна по­

ступает в цилиндр. Кривошипно-камерная продувка ценна пре­ дельной простотой своего устройства.

Основным недостатком этой системы продувки является ма­ лая производительность поршня-насоса, не обеспечивающая хо­ рошую очистку и наполнение рабочего цилиндра свежим возду­ хом. Наличие сопротивлений в автоматических воздушных кла­ панах и большое вредное пространство кривошипной камеры не дают возможности полностью заполнить весь ее объем при ходе поршня вверх, поэтому количество воздуха, подаваемое из кри­ вошипной камеры в рабочий цилиндр, составляет не более 80%

рабочего объема цилиндра. В двигателях с кривошипно-камер­ ной продувкой объем рабочего цилиндра используется неполно­

ценно, в результате получается пониженная мощность. Вторым недостатком кривошипно-камерной продувки является унос с продувочным воздухом в камеру сгорания смазочного масла.

Это явление ведет не только к повышенному расходу смазки, но ухудшает работу двигателя, так как сгорание масла в цилиндре способствует закоксовыванию поршневых колец. Для этих двига­ телей требуется сложная система смазки.

Несмотря на недостатки, присущие этой системе продувки, хо­ рошо отрегулированные двигатели с правильно подобранной вы­ пускной системой работают вполне удовлетворительно.

Простота кривошипно-камерной продувки делает ее незаме­ нимой для маломощных двухтактных дизелей и особенно для калоризаторных двигателей. На этих двигателях устанавливают

автоматические воздушные клапаны, которые должны свободно пропускать воздух в камеру при ходе поршня вверх и не допус­ кать утечек воздуха при ходе поршня вниз, когда в камере про­ исходит сжатие.

По конструкции автоматические воздушные клапаны могут быть пластинчатыми или круглыми с кожаным уплотнением.

§ 33. ПРОДУВОЧНЫЕ НАСОСЫ

Для подачи в цилиндры продувочного воздуха двухтактные двигатели имеют продувочные насосы, называемые иначе возду­

ходувками. Давление, создаваемое этими насосами, незначи­ тельно и не превышает обычно 0,3—0,5 кг/см2.

Продувочные насосы бывают трех типов: поршневые, рота­ тивные и центробежные. Обычно на двигателе устанавливают один продувочный насос, обслуживающий все цилиндры и при­

водимый в действие от самого двигателя шестеренчатой или цеп­ ной передачей. Встречаются конструкции двигателей, у которых

на каждый цилиндр установлен отдельный продувочный насос,

как правило, поршневой, с приводом от специального кривошипа коленчатого вала.

87

В современных мощных судовых двигателях для подачи про­ дувочного воздуха применяют центробежные продувочные на­ сосы. Они обычно работают от вспомогательных двигателей вну­

треннего сгорания или электродвигателей. В зависимости от соз­ даваемого давления воздуха насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. На рис. 57 приведена схема одноступенча­

того центробежного насоса. В корпусе 1 вращается рабочее ко­ лесо 2 со скоростью 2500—5000 об/мин. Воздух подсасывается к центру колеса насоса, откуда

под действием центробежной си-

давление его при этом возрастает. Возрастание давления про­

исходит вследствие того, что корпус насоса имеет улиткообраз­

ную форму. Воздух, поступая в улитку корпуса, движется по каналу расширяющегося сечения. При этом скорость движения

воздуха уменьшается и его кинетическая энергия превращается

в потенциальную, что и дает возрастание давления. Центробежный насос имеет ряд преимуществ: малый вес и

сравнительно небольшие размеры, постоянное давление проду­ вочного воздуха. К недостаткам относятся сравнительно малый к. п. д. и большой шум, возникающий во время работы.

На маломощных двигателях отечественного производства при­ меняют коловратные продувочные насосы (рис. 58). В корпусе насоса 2 эксцентрично установлен цилиндрический ротор 1, вра­ щающийся по часовой стрелке. Ротор имеет сквозную прорезь по

диаметру, в которой помещены две выдвижные пластины 3 и 5.

Между пластинами вставлена пружина 4, прижимающая их к внутренней цилиндрической поверхности корпуса. При враще­

нии ротора воздух, поступающий через патрубок а, устремляется за пластиной 3 и заполняет внутреннее пространство б корпуса.

88