Система газораспределения

Клапанный механизм управляет процессом впуска заряда све­жего воздуха и выпуска отработавших газов. В четырехтактных дизелях применяется клапанный механизм газораспределения. В двухтактных дизелях с прямоточно-клапанной продувкой кла­панный механизм управляет выпуском отработавших газов, для впуска свежего заряда используются продувочные окна во втул­ке, которые открывают и закрывают поршень рабочего цилиндра. В двухтактных дизелях с контурной продувкой обычно применя­ется бесклапанное газораспределение, при котором поршень от­крывает и закрывает выпускные и продувочные окна, располо­женные во втулке.

Однако у некоторых двигателей (с расположением выпускных окон выше продувочных) для устранения потери заряда воздуха через выпускные окна после закрытия продувочных применяются выпускные заслонки, регулирующие выпуск газов.

В двухтактных двигателях с расположением продувочных окон выше выпускных верхний ряд продувочных окон перекрывается автоматическими пластинчатыми продувочными клапанами.

Система газораспределения

Механизм газораспределения четырехтактных двигателей состоит из: впускных и выпускных клапанов 3; привода клапанов, который осуществляется от кулачных шайб 5 распре­делительного вала 6 через толкатели 7, штанги 8, клапанные ры­чаги 1 Спружнны 2 обеспечивают плотное закрытие клапана); привода 4 (от коленчатого вала к распределительному) — шестеренного или цепного (а — тепловой зазор).

Впускные и выпускные клапаны служат для впуска в цилиндр воздуха и выпуска отработавших газов. Число клапанов выби­рают в зависимости от скорости поршня: в четырехтактных мало­оборотных двигателях в крышке цилиндра размещают два кла­пана — впускной и выпускной; в четырехтактных высокооборот­ных двигателях могут устанавливать по два впускных и выпуск­ных клапана на цилиндр.

В двухтактных двигателях в зависимости от быстроходности устанавливают один, два или четыре выпускных клапана.

Увеличение количества клапанов усложняет конструкцию ци­линдровой крышки и клапанного привода, но дает возможность увеличить суммарное проходное сечение для воздуха и отрабо­тавших газов, уменьшить массу клапана и улучшить теплоотвод от клапанов. Все это особенно существенно для быстроходных двигателей, где на смену заряда отводится очень мало времени (0,055—0,080с), а ускорения в момент открытия и закрытия кла­панов достигают значительной величины и вызывают большие динамические нагрузки от сил инерций, действующих на клапан в момент посадки на гнездо.

Клапанный комплект состоит из клапана 4, корпуса и пружины 2, которая верхним концом упирается в тарелку 1, надетую на шток клапана, а нижним — в корпус клапана. Кла­пан под действием клапанного привода всегда открывается внутрь цилиндра, чем достигается плотность его прилегания к гнезду при высоких давлениях газа в цилиндре. При малых давлениях плотность прилегания клапана обеспечивается пружинои, сила давления которой должна превышать силу инерции, действую­щей в частях клапанного привода и стремящейся оторвать ролик толкателя от кулачной шайбы. При увеличении силы пружины увеличивается ее жесткость и хрупкость, поэтому в двигателях высокооборотных или в двигателях с большим размером клапана ставят две пружины с различным направлением витков.

В дви­гателях высокооборотных клапаны монтируют непосредственно в крышке без корпуса, что позволяет увеличить диаметр тарелки клапана на 20%, но в эксплуатации такая конструкция неудобна, так как она не дает возможности менять клапаны без подъема крышки.

Проверка газораспределения производится в такой последова­тельности: замеряют и устанавливают необходимые зазоры в приводе клапанов; проверяют фазы газораспределения, для чего медленно вра­щают валоповоротным устройством коленчатый вал двигателя и определяют моменты открытия и закрытия клапанов. Считают, что клапан начинает открываться в момент набегания ролика толкателя на кулачную шайбу и закрывается в момент схода ро­лика с кулака. Эти моменты можно определить несколькими спо­собами:

а) в зазор между ударным болтом рычага и штоком клапана заводят пластину щупа толщиной 0,03 мм, в момент открытия клапана ударный болт зажмет пластину и она не сможет пере­мещаться. Угол поворота кривошипа определяют по маховику между неподвижным указателем и риской на маховике, при сов­падении которой с указателем поршень устанавливается в верхней мертвой точке;

б) поворачивают коленчатый вал так, чтобы ролик толкателя стал на цилиндрическую часть кулачной шайбы, а затем, вра­щая вал рукой, поворачивают ролик, в момент открытия клапана ролик перестает вращаться. Закрытию клапана будет соответст­вовать свободное перемещение щупа или возможность повора­чивать ролик- В этот момент снова замеряют угол поворота кри­вошипа. Обод маховика обычно разбит на 360°.

При износе кулачных шайб уменьшается продолжительность фазы открытия клапана. Фазы газораспределения могут быть сдвинуты в сторону опережения или запаздывания вследствие неправильного зацепления передаточных шестерен. В процессе ре­гулирования шестерни выводят из зацепления, вместе с валом по­ворачивают на необходимый угол и снова вводят в зацепление. Причиной запаздывания фаз газораспределения может быть уве­личение зазоров в зацеплении передаточных шестерен или ос­лабление приводной цепи при цепном приводе. Если невозможно уменьшить зазоры в зацеплении (за счет смещения одной из про­межуточных шестерен), при ремонте шестерни заменяют.

В цепном приводе регулируют натяжение цепи, а если сме­щение фазы открытия клапана больше 2°, производят переста­новку распределительного вала.

Смазочная система

К системам смазки двигателя предъявляются следующие об­щие требования: своевременная подача необходимого количества масла к узлам трения для защиты их поверхностей от износа и коррозии (смазывающее и защитное действие); отвод тепла от трущихся поверхностей и деталей (терморегулирующее дей­ствие); удаление продуктов износа и нагара с поверхностей тре­ния (моющее действие); очистка масел. От того, насколько удов­летворяет отмеченным требованиям система смазки, в значитель­ной степени зависят надежность и долговечность работы двига­теля

Смазка тронковых дизелей. Для смазки рамовых, мотылевых и головных подшипников, подшипников распределительного вала и приводных вспомогательных агрегатов применяют принуди­тельную циркуляционную систему смазки под давлением 1,5 — 6 кгс/см² (0,15—0,6 М,Па). Смазка цилиндровой втулки, направ­ляющей поршня и поршневых колец в двигателях малой и сред­ней мощности осуществляется за счет естественного разбрызги­вания масла, вытекающего из зазоров подшипников. При таком способе смазки масло с избытком поступает на втулку цилиндра и это предопределяет повышенные расходы масла на угар. При этом на смазку цилиндров попадает масло, отработавшее в дви­гателе и в 'известной мере загрязненное продуктами износа и старения, что, естественно, отрицательно сказывается на язносе ЦПГ. Поэтому в современных мощных среднеоборотных двигателях, помимо смазки разбрызгиванием, применяют еще и при­нудительную подачу масла на смазку цилиндров от'Сие многоплунжерных насосов, называемых лубрикаторами.

Смазка крейцкопфных судовых дизелей. Смазка цилиндров осуществляется исключительно с помощью лубрикаторов. При этом благодаря наличию диафрагм, полностью отделяющих ци­линдры от картера, удается избежать смешивания стекающего по стенкам цилиндра отработавшего масла с маслом, находящим­ся в картере. Тем самым исключается возможность загрязнения масла, работающего в циркуляционной системе, продуктами сго­рания и кислотами, образующимися при сгорании сернистых топ- лив. Для смазки деталей движения в крейцкопфных двигателях, так же как и в тронковых, применяется принудительная цирку­ляционная система. От этой же системы отбирается масло на охлаждение поршней, а также для работы сервомоторов системы управления и регулирования.

Разграничение смазки цилиндров и элементов движения дви­гателя дает возможность применять для цилиндров специальные сорта цилиндровых масел, отличные по своим свойствам от ма­сел, требующихся для смазки подшипников. Кроме того, такое разграничение позволяет управлять количеством масла, подава­емым на смазку цилиндров. В зависимости от места расположе­ния основной емкости масла, работающего в циркуляционной си­стеме смазки, различают системы с «мокрым» или «сухим» кар­тером.

Схема системы смазки с «мокрым» картером

В системе с «мокрым» картером основной емкостью масла является поддон или нижняя часть картера (маслосбор­ник), из которой масло забирается односекциовным шестеренча­тым насосом 7 и нагнетается через маслоохладитель 2 и фильтр 3 в главную магистраль 5 смазки двигателя, откуда оно распреде­ляется по всем смазываемым узлам. Эта система применяется в основном в двигателях малой и средней мощности, имеющих относительно большие запасы масла в картере (1 — штуцер, через который масло поступает на охлаждение поршня; 4 — предохранительный клапан; 6 — клапан регулирования дав­ления; 8 — приемный фильтр; 9 — трубопровод, по которому масло поступает к приводу клапанов). Схема мокрого» картера для судовых дизелей недостаточно надежна, так как при значи­тельном дифференте судна, а также при качке возможны обна­жение приемного патрубка и срыв или полное прекращение по­дачи масла. В связи с этим в судовых установках отдаюг пред­почтение системам с «сухим» картером.

В системе с сухим картером масло, стекающее в поддон, либо удаляется из него самотеком (малооборотные дизели), либо откачивается особым насосом (среднеоборотные дизели) в от­дельную цистерну, установленную вне двигателя. Емкость этой цистерны для крейцкопфных двигателей выбирается по норме — не менее 1 л размещаемого в ней масла на 1 э.л.с. (0,736 кВт) мощности двигателя. В двигателях с масляным охлаждением поршней более половины масла прокачивается через поршни, где оно подвергается действию высоких температур и в масле быст­рее протекают термоокислительные процессы старения. Поэтому, стремясь увеличить аккумулирующую способность масла и тем самым повысить срок его службы, в таких двигателях емкость циркуляционной системы смазки увеличивают в 2—3 раза. Так, если удельная вместимость циркуляционных цистерн двигателя составляет 1,22 л/э. л. с. (1,6 л/кВт), то у двигателя типа K98FF она равна 2,5 л/э. л. с. (3,4 л/кВт). Пропорционально росту удельной вместимости мас­ляной системы увеличивается и количество прокачиваемого че­рез двигатели масла. При водяном охлаждении поршней удель­ная производительность масляных насосов лежит в пределах 7— 11 л/(э. л. с.-ч) [15 л/(кВт-ч)], а при масляном охлаждении — 26—34 л/ (э. л. с.-ч) [37—46 л/(кВт-ч)].

Важной характеристикой систем циркуляционной смазки, от которой в большой степени зависит срок службы масла, является кратность циркуляции, показывающая число рабочих циклов, совершаемых маслом в час. В системах «мокрого» типа /С_ц = =30-40, что обусловлено малой их вместимостью. У мощных судовых крейцкопфных дизелей вместимость систем смазки зна­чительна и это позволяет уменьшить кратность циркуляции до 4—8 в двигателях с масляным охлаждением поршней и до 3—6 в двигателях, у которых масло используется только для сказки. При большой кратности циркуляции масло не успевает от­стояться в цистерну или картере, быстро загрязняется и стареет. Поэтому срок службы масла в системах первого типа обычно не превышает 600—700 ч, в то время как в системах «сухого» типа, особенно в тех двигателях, где картер отделен от цилиндров ди­афрагмами, срок службы масла составляет 10—20 тыс. ч.

Принципиальная схема циркуляционной системы смазки, главного двигателя

Схема циркуляционной системы смазки глав­ного судового двигателя. Система имеет расположенную под двигателем вкладную циркуляционную цис­терну 4, которая продольной переборкой разделена на два само­стоятельных отсека правого и левого бортов. Каждый отсек име­ет горловину для очистки, вентиляционную трубку, мерительную трубку, приемные трубы к масляному насосу и сепаратору, слив­ные трубы от дизеля и сепаратора. Вкладную цистерну устанав­ливают с наклоном. В верхней ее части находится наиболее чистое масло, поэтому туда опущены закрытая сеткой приемная труба насоса и сливная труба от сепаратора. Приемная труба сепара­тора и сливная труба дизеля расположены в противоположном конце цистерны, где скапливаются вода и механические примеси.

Масло из картера стекает в цистерну самотеком. Циркуляци­онный насос 3 принимает масло из цистерны и подает его через фильтр тонкой очистки 2 и масляный холодильник 1 на смазку деталей движения и на охлаждение поршней.

Периодически цистерну очищают и промывают, при этом мас­ло из нее перекачивают в цистерну 12, а затем после сепарации снова используют в системе.