Cтраница 3
Повышение зольности в этих случаях мало влияет на работу тихоходных крейцкопфных двигателей. В других же двигателях это недопустимо и наносит им существенный вред - сокращает ресурс и снижает надежность работы двигателя, а также вызывает повышенный абразивный износ, особенно в газовых двигателях. [31]
Подвод масла на стенку цилиндра в поршневых двигателях всегда избыточен. Исключение составляют только крупные среднеоборотные двигатели, имеющие малую номинальную частоту вращения и большой ход поршня, и крейцкопфные двигатели с лубрикаторной смазкой ЦПГ. Для характеристики достаточности или избыточности подвода масла на стенки цилиндра обычно используют так называемый скоростной фактор, равный GF ( n / 1000) 2 xS / 100, где п - частота вращения в мин 1, S - ход поршня в мм. Основной фактор, оказывающий влияние на подвод масла к стенке цилиндра - частота вращения коленчатого вала, определяющая кинетическую энергию капель масла, вытекающих из шатунного подшипника. [32]
По способу передачи движения от поршня к шатуну - тронковые и крейцкопфные. Поршень тронкового двигателя непосредственно связан с шатуном и юбкой ( троиком), направляет поршень в цилиндре и передает боковые усилия на стенку цилиндра. У крейцкопфного двигателя боковые усилия воспринимаются крестовиной ( крейцкопфом), которая опирается на специальные направляющие. Как правило, крейцкопфными изготовляют мощные двигатели двойного действия. [33]
Блок-цилиндры обычно изготовляют однотелыми ( фиг. Так же, как и картер, блок-цилиндры могут быть монолитными ( для D 400 мм) или составными. У наиболее крупных крейцкопфных двигателей изготовляют отдельные отливки на каждые 1 - 2 цилиндра, которые затем соединяют болтами в общий блок цилиндров. Блок-цилиндры разделяются поперечными перегородками на ряд полостей, предназначенных для установки цилиндровых втулок. Между тулками и стенками блока образуется так называемое зарубашечное пространство, в котором циркулирует охлаждающая вода. [34]
Большая часть валов для уравновешивания центробежных сил снабжается противовесами. Противовесы изготовляют как одно целое со щеками или отъемными; обычно они имеют форму неполного сектора или сегмента. Отъемные противовесы крепятся к щеке шпильками, болтами или при помощи шипового соединения с коническим пальцем. Большинство коленчатых валов является неразъемными, однако в крупных крейцкопфных двигателях, а также в мотоциклетных двигателях малой мощности применяются составные конструкции коленчатого вала. В первом случае шейки / и 2 ( рис. 45) и щеки 3 изготовляются отдельно, а затем шейки запрессовываются в отверстия щек. [35]
Жидкостное охлаждение поршней при-меняется в том случае, когда отвод теплоты в стенки цилиндра недостаточен и при работе двигателя не обеспечивается допустимая температура днища поршня. Обычно это наблюдается в двигателях с большим диаметром цилиндров, а также в форсированных быстроходных двигателях. Охлаждение поршней осуществляется в большинстве случаев маслом. В поршне непосредственно под днищем делается полость, через которую прокачивается охлаждающая жидкость. Охлаждение водой применяется только в крейцкопфных двигателях, где телескопический механизм может быть вынесен из картера, и вода, вытекающая через неплотности, не может попасть в маслосборник фундаментной рамы. В быстроходных двигателях с тронковым кривошипно-шатунным механизмом поршни охлаждаются струей масла из системы смазки, направленной на внутреннюю сторону днища через канал в шатуне и сопло, которое установлено в верхней головке шатуна. [37]
Сечение стержня круглое-сплошное или со сверлением для подвода смазки к головному подшипнику ( фиг. Диаметр стержня делают одинаковым по всей длине. В верхнюю головку овальной или круглой формы, откованной заодно со стержнем, запрессовывают разрезной вкладыш из антифрикционной бронзы ( ОЦС - 6 - 6 - 3 - ГОСТ 613 - 41) или стальной с заливкой баббитом Б-83. В двигателях крейц-копфного типа применяют головки вильчатые ( фиг. Последние понижают удельные давления на подшипник. Верхние головки шатунов крейцкопфных двигателей делают разъемными и заликают баббитом корпус головок или вкладыши ( если они предусмотрены конструкцией. Нижняя головка по условиям монтажа должна быть разъемная. Между подошвой стержня и нижней головкой помещается прокладка толщиной от 10 до 20 мм для регулирования высоты камеры сжатия. Между обеими половинами нижней головки также помещают прокладку для регулирования зазора мотылевой шейки. В судовых дизелях прокладка делается наборной. Опорная поверхность нижней головки непосредственно заливается баббитом. Обычно устанавливают два шатунных болта. [38]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Поршень содержит головку, направляющую и удлиненный шток. На верхний торец штока надет податливый опорный колпак, причем шток входит в головку поршня до упора колпака в днище головки. Головка поршня содержит утонченное днище и удаленную от днища массивную удлиненную ступицу, имеющую большую поверхность контакта со штоком, что способствует отводу тепла от днища к штоку, а также позволяет применить для крепления головки к фланцу штока удлиненные болты. Такое выполнение позволяет упростить конструкцию поршня и снизить термическую напряженность днища. 1 ил.
Изобретение относится к судовым двигателям, в частности к конструкции поршней крейцкопфных двигателей.
Известны разнообразные конструкции крейцкопфных поршней, например поршень типа 1060S фирмы G.M.T (Ваншейдт В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Ленинград.: Судостроение, 1977, с.21).
Общим недостатком известных крейцкопфных поршней является сложность их конструкции, требующая использования большого количества крепежных деталей, и сложность системы охлаждения головок поршней.
Задача изобретения - упростить конструкцию крейцкопфных поршней больших диаметров при снижении термической напряженности днища и кольцевого пояса.
Требуемый технический результат достигается разработкой конструкции поршня, в которой и направляющая и головка надеваются своими ступицами на утолщенную шейку штока и крепятся к фланцу штока удлиненными болтами.
Головка поршня садится на шток до упора в надетый на верхний торец штока колпак, имеющий микронную податливость под воздействием максимальных механических и термических нагрузок.
На чертеже схематично изображен крейцкопфный поршень предложенной конструкции в разрезе.
Данный поршень содержит шток 1 с надетым на верхний торец сферическим колпаком 2, головку 3 и направляющую 4, прикрепленные к фланцу штока удлиненными болтами 5.
Днище головки 3 через колпак 2 будет передавать на шток 1 значительную часть нагрузки рабочего хода поршня, а остальная часть нагрузки на шток 1 от ступицы головки 3 будет передаваться через фланец направляющей 4 на фланец штока.
Как показано на чертеже, головка 3 поршня предложенной конструкции содержит утонченное днище и значительно удаленную от днища массивную, удлиненную ступицу, имеющую большую поверхность контакта со штоком 1, что будет способствовать отводу тепла от днища и кольцевого пояса к штоку, а также позволяет применить для крепления головки 3 удлиненные болты 5.
Затягиванием болтов 5 должен создаваться некоторый предварительный натяг между колпаком 2 и днищем головки 3. Масляное охлаждение головки 3 возможно производить как способом разбрызгивания, так и взбалтыванием, что обеспечивает необходимый температурный уровень поршня.
Малое количество деталей крейцкопфного поршня с опорным колпаком, надежность крепления на штоке и рациональное распределение термической и механической нагрузки повысит надежность и увеличит рабочий ресурс данного поршня.
Крейцкопфный поршень, содержащий головку, направляющую и шток, отличающийся тем, что на верхний торец штока надет податливый опорный колпак, причем шток входит в головку поршня до упора колпака в днище головки для подкрепления днища, а головка снабжена удаленной от днища ступицей, имеющей поверхность контакта со штоком для отвода тепла от днища к штоку и для применения болтов, крепящих головку к фланцу штока.
www.findpatent.ru
Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях. Крейцкопфный двигатель содержит корпус, накрытый крышкой с впускными окнами и выпускным клапаном, цилиндр, поршень, распределительный вал с кулачком и коленчатый вал, колено которого соединено шатуном с поперечиной ползуна. Отношение длины шатуна к радиусу колена коленчатого вала находится в пределах больше единицы до двух. Угол действия кулачка распределительного вала изменяется по ширине кулачка. Момент закрытия выпускного клапана изменяется по отношению к углу поворота коленчатого вала в процессе управления режимом двигателя. Юбка поршня крепится к поперечине ползуна, а маслосъемные кольца, огибая поршень, установлены внутри цилиндра. Технический результат заключается в уменьшении высоты и веса двигателя и в улучшении качества очистки цилиндров от продуктов сгорания. 4 ил.
Относится к области двигателестроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Тронковые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) двух и четырехтактные содержат корпус, цилиндр и шатунно-кривошипный механизм, преобразующий поступательно-возвратное перемещение шатунно-поршневой группы во вращательное движение коленчатого вала [1], [2]. Для обеспечения работоспособности двигатели оснащаются клапанным, золотниковым или смешанным газораспределением. Основным недостатком четырехтактного двигателя является то, что лишь один из четырех ходов поршня рабочий, а три - подготовительные, совершающиеся с потреблением энергии. Более удачное сочетание рабочей и подготовительной частей цикла у двухтактных двигателей. Вместе с тем у двухтактных ДВС меньшая экономичность, что объясняется худшей очисткой цилиндра от продуктов сгорания. Двухтактные крейцкопфные двигатели большой мощности по экономичности приближаются к четырехтактным ДВС. Это достигается в основном за счет высокоэффективного (часто двухступенчатого) наддува, что увеличивает коэффициент продувки [3] и положительно влияет на качество очистки цилиндра от продуктов сгорания [4]. Крейцкопфный двигатель внутреннего сгорания [5] содержит корпус, неподвижно закрепленный и накрытый крышкой цилиндр, крейцкопфный узел и шатунно-кривошипный механизм, преобразующий поступательно-возвратное перемещение шатунно-поршневой группы во вращательное движение коленчатого вала. Шатунно-кривошипный механизм крейцкопфного ДВС имеет размещенный в цилиндре поршень, оснащенный компрессионными и маслосъемными кольцами, шток поршня, поперечину ползуна, шатун, закрепленный в корпусе коленчатый вал. Все это кинематически связано. Шатун такого двигателя в 3,5 и более раз длиннее радиуса колена коленчатого вала (радиуса кривошипа) [6], [7]. Поперечина в свою очередь оснащена ползунами (ползуном) и размещается в направляющих, закрепленных в корпусе двигателя, образуя крейцкопфный узел. Для обеспечения работоспособности цилиндр двигателя оснащен впускными окнами, а крышка цилиндра выпускным клапаном [8] (смешанное газораспределение). Клапан приводится в действие от распределительного вала, оснащенного кулачком, размещенного в корпусе двигателя, кинематически связанного с коленчатым валом. Момент открытия-закрытия клапана задан конструктивно, в процессе работы в каждом цикле повторяется и по отношению к углу поворота коленчатого вала не изменяется. Профиль кулачка, при этом, имеет одинаковый угол действия по всей своей ширине [9]. Как недостаток крейцкопфные двигатели малодинамичные, тихоходные, имеют большую высоту по оси цилиндра, что увеличивает вес и делает невозможным их применение, например, на современном автомобильном транспорте. Сущность изобретения состоит в том, что отношение длины шатуна к радиусу колена коленчатого вала находится в пределах больше единицы до двух. Маслосъемное кольцо установлено внутри цилиндра и огибает поршень. Момент закрытия выпускного клапана изменяется по углу поворота коленчатого вала в процессе управления режимом работы двигателя. Угол действия кулачка распределительного вала изменяется по ширине кулачка. Юбка поршня крепится к поперечине ползуна. Известно, что в двухтактных ДВС процесс наполнения цилиндра свежим зарядом осуществляется, когда кривошип коленчатого вала проходит удаленную от поршня (крейцкопфа) часть окружности. При этом поршень открывает впускные окна и перемещается вблизи нижней мертвой точки на расстоянии до 25 процентов от общей величины хода поршня [10]. Предлагаемое соотношение длины шатуна к радиусу кривошипа обеспечит более длительную задержку поршня вблизи нижней мертвой точки. Размещение оси коленчатого вала на линии перемещения оси крейцкопфной головки шатуна дает симметричное расположение углов поворота коленчатого вала при сжатии и расширении рабочей смеси. При смещении оси коленчатого вала с этой линии дает асимметричное расположение углов при сжатии и расширении. Таким образом, можно получить либо более быстрое сжатие рабочей смеси и медленное расширение, либо обратное действие. Установка маслосъемного кольца не на поршне, а внутри цилиндра позволяет значительно снизить высоту цилиндра и высоту двигателя в целом, а поршень может быть закреплен непосредственно на поперечине ползуна без помощи штока, либо быть выполненным, как одно целое с поперечиной. В известном ДВС с искровым зажиганием регулирование режимом работы производится за счет подачи количества свежего заряда в цилиндр путем изменения проходного сечения впускного тракта (канала). В предлагаемом двигателе количество свежего заряда в цилиндре регулируется путем запаздывания (опережения) момента закрытия выпускного клапана. Изменение момента закрытия выпускного клапана может быть достигнуто с применением различного устройства газораспределительного механизма. Например: кулачок распределительного вала, приводящий в действие клапан, имеет равномерно изменяющийся по ширине кулачка угол действия, а распределительный вал, установленный в корпусе двигателя, перемещается вдоль своей оси на ширину кулачка в прямом и обратном направлении под воздействием органов управления. Толкатель клапана, ширина которого меньше ширины кулачка, при этом, копирует поверхность кулачка с тем углом действия, который в данный момент переместился и вращается в плоскости качания (перемещения) толкателя. На фиг. 1 показана схема зависимости угла поворота коленчатого вала для различной длины шатуна при одинаковой величине перемещения крейцкопфной головки шатуна вблизи нижней мертвой точки. На фиг. 2, 3 и 4 схематично показан общий вид двигателя с клапанно-щелевой схемой газообмена и различным положением шатунно-кривошипного механизма. Окружность, описанная кривошипом коленчатого вала с радиусом Rк (см. фиг. 1) пересекает три дуги, радиус которых соответствует длине шатуна. Величина h соответствует перемещению крейцкопфной головки шатуна и равна высоте продувочных окон, в данном случае 20 процентов от общей величины хода поршня. При перемещении поршня к нижней мертвой точке (Н.М.Т.) в двигателе с длиной шатуна на 1,12 больше радиуса кривошипа (схема сделана с соблюдением указанных размеров) т.е. (Lш = 1.12 Rк) поршень откроет впускные окна и они останутся открытыми, когда кривошип коленчатого вала будет перемещаться по окружности от точки T (здесь и далее точка - это пересечение дуги и окружности), пройдет нижнюю мертвую точку (H. М. Т.) и впускные окна закроются, когда кривошип переместится в точку T1. Для двигателя с длиной шатуна равной двум радиусам кривошипа (Lш=2Rk) впускные окна будут открыты при перемещении кривошипа по окружности от точки P, через Н.М.Т., до P1. Для известного двигателя с длиной шатуна в 3,5 раза больше радиуса кривошипа (Lш=3.5Rk) - от точки S, через Н.М.Т., до точки S1. На схеме видно, что кривошип коленчатого вала с коротким шатуном опишет большую дугу, чем с длинным, а крейцкопфная головка длинного и короткого шатунов, при этом пройдет одинаковый путь. Следовательно, с применением короткого шатуна, при прочих равных условиях, продолжительность продувки цилиндра за цикл увеличится. Двигатель содержит корпус 1 (см. фиг. 3), размещенный в нем с возможностью вращения коленчатый вал 2, с коленом 3 которого шарнирно соединен шатун 4, образуя кривошип коленчатого вала. Шатун 4 в свою очередь шарнирно соединен с поперечиной 5, жестко соединенной с ползуном 6, размещенным в направляющих 7, закрепленных в корпусе 1. (Ползун 6 и направляющая 7 могут быть с одной стороны). К поперечине 5 жестко крепится поршень 8. (Поршень может быть изготовлен заодно с поперечиной, а также может соединятся с поперечиной при помощи штока, при этом подпоршневое пространство изолируется от картерных газов). Поршень 8 размещается в закрепленном в корпусе 1 цилиндре 9, оснащенным маслосъемным кольцом (кольцами) 10 и впускными окнами 11. Сверху цилиндр накрыт крышкой, оснащенной свечей зажигания или форсункой 12 и выпускным клапаном 13. При работе двигателя, перемещаясь под давлением газов от верхней мертвой точки к нижней (см. фиг. 2), поршень 8 передает усилие поперечине 5, которая при помощи ползунов 6 перемещается по направляющим 7 и через шатун 4 воздействует на колено 3, вращая коленчатый вал 2. Направляющие 7 удерживают ползуны 6 и поперечину 5 в прямолинейном перемещении и воспринимают боковую нагрузку, возникающую при наклоне шатуна во время прохождения его кривошипной головки по окружности Перед открытием поршнем 8 впускных окон 11, открывается выпускной клапан 13 (см. фиг. 2. Положение поршня, крейцкопфа и шатуна обозначено пунктиром, положение кривошипа 3 обозначено точкой D). Через открытый выпускной клапан 13 отработанные газы свободно вытекают из цилиндра, их давление падает и по приходу кривошипа 3 в точку E открываются впускные окна 11, (в цилиндре начинается процесс газообмена. Это положение шатунно-кривошипного механизма не показано). Процесс газообмена будет продолжаться, когда поршень 8 пройдет нижнюю мертвую точку (см. фиг. 3), сменит направление движения на обратное и перекроет впускные окна 11. Кривошип 3 коленчатого вала 2 так же пройдет нижнюю мертвую точку и при перекрытии поршнем 8 впускных окон 11 будет находиться в точке K (см. фиг. 3. Изображено пунктиром). Вместе с перекрытием впускных окон 11 закроется выпускной клапан 13. На этом процесс газообмена закончился и в цилиндре начался процесс сжатия, который протекает до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, после чего в камеру сжатия через форсунку 12 впрыскивается топливо, которое воспламеняется, сгорает и под давлением газов поршень вновь движется к нижней мертвой точке. Цикл повторяется. Работа двигателя с воспламенением рабочей смеси от искры будет отличаться процессом регулирования режимом работы двигателя, который производится за счет изменения момента закрытия выпускного клапана по отношению к углу поворота коленчатого вала. При раннем закрытии клапана 13 (см. фиг. 4), когда поршень 8, перемещаясь к верхней мертвой точке, еще не до конца перекроет впускные окна 11, произойдет подпор свежего заряда в цилиндр, в работе будет участвовать большее количество свежего заряда, на коленчатом валу будет получена большая мощность. При позднем закрытии клапана 13 (см. фиг. 4. Изображено пунктиром), поршень 8 вытеснит часть нового заряда из цилиндра, в работе будет участвовать меньшее количество заряда, на коленчатом валу будет получена меньшая мощность. Процесс регулирования режимом работы происходит при перемещении кривошипа 3 (см. фиг. 4) от точки H до точки M, при этом коленчатый вал повернется на угол
Формула изобретения
Крейцкопфный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, прикрепленный к корпусу и накрытый крышкой цилиндр с впускными окнами и выпускным клапаном, поршень, размещенный в цилиндре, маслосъемные кольца, распределительный вал с кулачком и коленчатый вал, колено которого соединено шатуном с поперечиной ползуна, перемещающегося в направляющих, отличающийся тем, что отношение длины шатуна к радиусу колена коленчатого вала находится в пределах больше единицы до двух, угол действия кулачка распределительного вала изменяется по ширине кулачка, момент закрытия выпускного клапана изменяется по отношению к углу поворота коленчатого вала в процессе управления режимом двигателя, причем юбка поршня крепится к поперечине ползуна, а маслосъемные кольца, огибая поршень, установлены внутри цилиндра.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4www.findpatent.ru
При отклонении шатуна тронкового двигателя от вертикали появляется нормальная сила (Nнорм.), прижимающая поршень к цилиндровой втулке. Нормальная сила переменна по направлению и величине. Она всегда направлена в сторону, противоположную отклонению шатуна. Величина нормальной силы зависит от переменного давления газов или переменного давления сжимаемого воздуха и угла отклонения шатуна от вертикали. Максимальный угол отклонения шатуна определяется отношениемR/L(радиуса мотыля к длине шатуна) и для построенного двигателя остается величиной постоянной.
Так как давление газов всегда больше давления воздуха, то в двухтактном двигателе Nнорм. при нисходящем движении поршня всегда больше, чем при обратном его движении.
Плотный контакт поршня со втулкой во время его возвратно-поступательного движения создает дополнительные силы трения, которые снижают мощность, экономичность двигателя и приводят к увеличенному неравномерному износу тронка и втулки. Для уменьшения удельного давления поршня на втулку, что равносильно уменьшению износа обеих деталей, увеличивают длину тронка.
Изменение направления действия нормальной силы вызывает перекладку поршня в районах мертвых точек, что приводит к ударам тронка о втулку, создавая тем самым условия для эрозийного разъедания втулки со стороны охлаждения.
Все силы, действующие в цилиндре, в первом приближении определяются его диаметром. При диаметре более 300 мм негативное воздействие нормальной силы становится столь значительным, что вынуждает отказаться от простой тронковой конструкции двигателя и перейти на более сложную крейцкопфную.
Основным положительным качеством крейцкопфного двигателя является вынос в нем нормальной силы за пределы цилиндра, что в принципе позволяет поршню во всем диапазоне его движения не касаться втулки. Оправдывает усложнение крейцкопфного двигателя и то, что в нем полости цилиндров отделены от картера [1].
Под термином «движение» понимают совокупность деталей двигателя, участвующих в преобразовании возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленвала. Применительно к крейцкопфному дизелю «движение» будет состоять из поршня, штока, крейцкопфа, ползуна, шатуна и шатунной шейки коленвала. Все эти детали связаны между собой частью гибко, а частью – жестко. Поршень со штоком, крейцкопф с ползуном, шток с крейцкопфом соединены друг с другом жестко, неподвижно, а крейцкопф с шатуном и шатун с коленвалом – гибко, подвижно, посредством головных и шатунного подшипников. Составной частью «движения», хотя и косвенной, можно считать параллели (или одну параллель с накладками), которые являются опорами скользящего по ним ползуна.
Поршень сам не может при возвратно-поступательном движении сохранять соосность со втулкой цилиндра. Эту роль выполняют за него другие детали «движения». Чтобы поршень не касался втулки, все детали «движения» должны быть изготовлены и соединены между собой с необходимой точностью. Точность изготовления и правильность сборки выявляются при выполнении так называемой центровки. Центровка – это комплекс работ, связанных с проверкой и устранением погрешностей в относительном положении деталей механизма «движения». При неудовлетворительной центровке, при наличии перекосов деталей нарушается правильность их взаимного положения, что отрицательно влияет на положение поршня во втулке.
Центровка в широком понимании этого слова представляет собой комплекс работ, выполняемых в три этапа. Первые два этапа – проверка на плите или станке каждой детали отдельно и проверка теми же способами спаренных деталей на соосность, параллельность, плоскостность, перпендикулярность, прямолинейность – могут быть выполнены и выполняются только в заводских условиях. Третий этап – проверка механизма «движения» в собранном виде всегда производится не в цехе, а на судне, на двигателе. В эксплуатации крейцкопфных дизелей чаще всего возникает необходимость именно в проверке собранного, уже работающего механизма «движения». А так как никакими нормативными документами четко не определяется понятие «центровка», то чаще всего под ней понимают именно этот последний этап работ. Иногда вместо слова «центровка» применяют другой термин – «привалка» поршня. И этот термин имеет право на существование, так как он достаточно точно отражает сущность выполняемых работ. В дальнейших рассуждениях мы будем применять понятие «центровка» как комплекс работ по проверке относительного положения деталей смонтированного механизма «движения».
Центровка – сложный, трудоемкий процесс, занимающий много времени. По классическим канонам при центровке положение поршня определяется расчетом на основании 96 замеров зазоров в каждом цилиндре. Замеры должны производиться в шести положениях поршня. Для восьмицилиндрового двигателя количество замеров составит 768. У большинства эксплуатируемых двигателей в силу их конструктивных особенностей произвести примерно половину рекомендованных замеров (в первую очередь из подпоршневых полостей) вообще не представляется возможным. Но самое главное, в проведении такого большого количества замеров нет никакой производственной необходимости. Поэтому на судоремонтных заводах и судах наибольшее распространение получил упрощенный способ центровки механизма «движения». Суть его заключается в следующем. Вместо расчетов на основе большого количества замеров производится визуальный анализ положения поршня во втулке путем сравнения зазоров между поршнем и втулкой и соответствующих зазоров между ползунами и параллелями. (Для простоты и наглядности в дальнейшем будем рассматривать только односторонний ползун и соответствующую ему одну параллель с накладками). Для такого анализа достаточно произвести замеры зазоров (и только в доступных местах) в одном, максимум в двух положениях поршня по ходу двигателя. Количество замеров при этом будет минимальным, а погрешность в определении центровки – вполне приемлемой для нормальной работы двигателя. Для этого способа нужна наглядность, и она обеспечивается изображением двух эскизов одного над другим – положения поршня во втулке и положение ползуна между параллелью и накладками (см. рис.3).
Наилучшей можно считать такую центровку, при которой теоретическая ось поршня в любом его положении будет совпадать с теоретической осью втулки. А это значит, что все зазоры между поршнем и втулкой, как по высоте, так и по окружности будут одинаковы. Наихудшей, неприемлемой центровка станет тогда, когда зазор между втулкой и поршнем в каком-либо месте по окружности достигнет нулевого значения. А потому любой минимальный зазор, отличный от нуля (0,05 мм), можно считать достаточным для удовлетворительной центровки. Но при работе двигателя поршень с таким зазором в ряде случаев все-таки будет касаться втулки. Поэтому для страховки зазор выбирается большей величины. На практике удовлетворительной считают такую центровку, когда минимальный зазор составляет 0,1 мм.
Ранее упоминалось, что поршень может сохранять примерную соосность с втулкой только при помощи других деталей механизма «движения», прежде всего ползуна. Положение поршня во втулке процентов на 80 зависит от ползуна. Ползун, жестко соединенный с поршнем через крейцкопф и шток, удерживает его от соприкосновения со втулкой. Сам же ползун имеет полную свободу движения только по вертикали. В горизонтальной плоскости эта свобода ограничена параллелью и накладками. Любое отклонение ползуна в пределах его ограниченной свободы в горизонтальной плоскости вызовет практически такое же отклонение поршня во втулке. Если зазор между ползуном и параллелью окажется больше зазора между поршнем и втулкой (зазоры рассматриваются в соответственных местах по окружности как лежащие на одной вертикали), то поршень при работе двигателя начнет касаться втулки, чего в эксплуатации допускать нельзя. Отсюда следует, что зазоры (лежащие на одной вертикали) между ползуном и параллелью (накладками) всегда должны быть меньше зазоров между поршнем и втулкой.
Проверка центровки производится в одном-двух положениях поршня. За первое положение обычно принимается 30за ВМТ по ходу двигателя. Замер зазоров между поршнем и втулкой выполняется сверху в четырех точках по окружности – нос, корма, ЛБ, ПБ. Снизу зазоры не замеряются, так как выполнить это почти всегда невозможно (особенно при коротком тронке). При наличии четырех параллелей зазоры замеряются снизу между всеми ползунами и параллелями и их носовыми и кормовыми накладками. При наличии одной параллели замеры выполняются тоже только снизу с обеих сторон и торцов ползуна. Так как ползун всегда имеет какие-то незначительные перекосы в разных направлениях по отношению к параллели и накладкам, то средние величины зазоров сверху и снизу ползуна получаются примерно одинаковыми, а, следовательно, зазоры сверху можно принимать равными зазорам снизу.
Любое современное судно как в балласте, так и в грузу имеет хоть небольшой, но дифферент на корму. Поршень, имеющий вес в сотни, а то и тысячи килоньютонов и жестко связанный с ползуном, прижимает последний к кормовой накладке параллели. Это значит, что при замерах зазор между торцом ползуна и кормовой накладкой будет равен нулю. При положении в ВМТ (или НМТ) сила веса деталей «движения» направлена вниз по вертикали. При движении поршня от ВМТ к НМТ появляется нормальная сила, воспринимаемая параллелью через ползун. В положении поршня 30за ВМТ эта сила, зависящая от веса поршня, жестко связанных с ним деталей и угла отклонения шатуна от вертикали, достигает такого значения, при котором ползун уже плотно прилегает к параллели. Плотное прилегание ползуна будет продолжаться до 30до НМТ. При движении поршня снизу вверх ползун в том же диапазоне (30после НМТ – 30до ВМТ) будет прижиматься уже к накладкам, т. к. нормальная сила будет действовать в противоположном направлении [6].
Принимая во внимание вышеизложенное, прижимать ползун домкратом, как это рекомендуется в некоторых литературных источниках, нет никакой необходимости. В диапазоне 30после ВМТ – 30до НМТ при замерах зазор между ползуном и параллелью (накладками) всегда будет равен нулю.
Результаты замеров изображаются двумя эскизами в таком виде:
Рис. 3. Места замера зазоров
Приемлемость или неприемлемость центровки определяется путем сопоставления попарно соответствующих зазоров верхнего эскиза и нижнего – нос–нос; корма – корма; ЛБ–ЛБ; ПБ–ПБ.
Из эскизов следует:
Замеры с кормы.
Зазор между поршнем и втулкой – 0,6 мм. Зазор между ползуном и накладкой равен нулю. Это значит, что прижатый к накладке ползун не позволит поршню больше отклониться в сторону кормы и зазор между поршнем и втулкой меньшим 0,6 мм уже не будет. Центровка в этом месте хорошая.
Замеры с левого борта.
Ползун прижат к параллели (зазор равен нулю). При правом вращении двигателя правого исполнения зазор между поршнем и втулкой, равный 0,20 мм, меньшим уже не будет. Центровка в этом месте замеров удовлетворительная.
Замеры с носа.
В эксплуатации при изменении дифферента судна с кормы на нос (штормовые условия плавания) ползун, увлекаемый весом комплекса поршень – шток – крейцкопф должен выбрать зазор 0,25 мм и прижаться к носовой накладке.
На такую же величину переместится в нос и жестко связанный с ним поршень. А так как зазор между поршнем и втулкой составляет всего 0,20 мм, то поршень плотно ляжет на втулку. Центровка в этом месте неудовлетворительная.
Замеры с правого борта.
При движении поршня от НМТ к ВМТ нормальная сила будет стремиться отжать ползун от параллели и прижать его к накладкам. При крене судна на ПБ, что может иметь место как при нормальной погоде, так и в штормовых условиях, ползун обязательно ляжет на накладки, выбрав зазор 0,20 мм. На такую же величину отклонится и поршень. При этом между ним и втулкой с ПБ останется зазор, равный 0,40 мм (0,60–0,20). Центровка в этом месте хорошая.
Общая центровка данного поршня оказалась неудовлетворительной – в одном месте по окружности поршень в работе будет касаться поверхности втулки.
Если возникает сомнение в правильности замеров и позволяет время для выполнения дополнительной работы, желательно произвести замеры еще в одном положении поршня – 30за НМТ по ходу двигателя.
Замеров в этих двух положениях поршня, как показывает опыт проведения данного вида работ, вполне достаточно для точного определения приемлемости или неприемлемости центровки.
Ведущие двигателестроительные фирмы также не настаивают на проведении большого количества замеров. Исключение составляет рекомендация фирмы Б и В для двигателей постройки 50–70 годов 20 столетия, имевших нежесткую конструкцию остова, из-за чего постоянно происходило искажение положения параллелей и блоков цилиндров, нарушавшее нормальную центровку «движения». Для этих двигателей фирма рекомендовала выполнять все замеры в шести положениях поршня, но для расчетов принимать замеры только четырех положений.
Фирма МАН для двигателей типа KZиKSZтребует производить замеры только в двух положениях поршня – 30за ВМТ и 30до НМТ. При этом минимальные рекомендуемые зазоры должны составлять между поршнем и втулкой: нос – 0,15 мм, корма – 0,30 мм, ЛБ (сторона распределения) – 0,20 мм, ПБ (сторона выхлопа) – 0,45 мм, т.е. зазоры с кормы и стороны выхлопа должны быть в два раза больше, чем с противоположных сторон, и это с точки зрения конструктивного исполнения двигателей вполне объяснимо. Соответствующий суммарный зазор между ползуном и торцевыми накладками (нос–корма) должен быть равен 0,20–0,25 мм, а суммарный между ползуном и ходовыми накладками – 0,13–0,18 мм.
Двигатели более поздней постройки типов LMC,LMC/MCE,SMCфирмы МАН–Б и В являются прямоточными длинноходовыми и для лучшей центровки поршня имеют по два двухсторонних самоустанавливающихся (плавающих) ползуна. Фактически у них на каждый цилиндр имеется по 4 ползуна, опирающихся на 4 параллели. Перемещение крейцкопфа (а вместе с ним и поршня) в направлении нос–корма ограничивается торцовыми накладками.
Проверку зазоров фирма рекомендует проводить только в одном положении поршня – 45после НМТ. При этом зазоры между поршнем и втулкой должны замеряться длинным щупом из подпоршневой полости. Положение поршня для замеров выбрано не случайно. Если при 30до или после мертвых точек ползун только начинает плотно прилегать к параллели, то при 45он уже обязательно будет прижат к ней весом деталей. В то же время поршень будет находиться на незначительном удалении от своего самого нижнего положения, что позволяет произвести замеры снизу, из подпоршневой полости. А это в свою очередь упрощает центровку, так как отпадает необходимость в демонтаже цилиндровой крышки и связанных с ним сопутствующих работ.
Плавающая конструкция ползунов позволяет поршню при движении в определенной мере самоустанавливаться в плоскости вращения, а при доводке соосности поршня со втулкой на неработающем двигателе намного упрощает работу. Однако, такая конструкция усложняет устройство крейцкопфного узла и требует проведения работ по замерам зазоров при нулевом дифференте судна.
При положительных результатах процесс центровки на том и заканчивается. При неудовлетворительном положении поршня необходимо, естественно, выяснить причину ненормальности и устранить ее. Для выяснения причины необходимо рассмотреть взаимодействие между собой всех деталей, входящих в комплекс «движения». Схематически «движение» одного цилиндра при положении поршня в ВМТ выглядит следующим образом:
Рис. 4. Схема соединений деталей «движения»
Как уже указывалось выше, все эти детали связаны между собой жестко или гибко. И каждая деталь может оказывать определенное влияние на положение поршня во втулке. Места соединений деталей между собой помечены на эскизе крестиками. При идеальном сочленении всех деталей линия, соединяющая центр днища поршня и центр мотылевой шейки коленвала, будет представлять собой идеальную, непрерывную прямую. При ненормальном соединении деталей в местах, отмеченных крестиками, прямая линия получит изломы, что приведет к отклонению поршня от нормального положения. Следовательно, причину ненормального положения поршня надо искать в местах соединения деталей, в местах вероятного излома общей оси.
В процессе ремонта судна на СРЗ центровка «движения» производится поэтапно в следующем порядке. В цехе производится сборка поршня со штоком и крейцкопфа с ползуном. Точность сборки поршня со штоком проверяется на станке путем замера биения их боковых и торцовых поверхностей. Тем самым проверяется и при необходимости доводится до допустимых величин соосность поршня и штока. На поверочной плите проверяется соосность шеек головных подшипников между собой и рабочей поверхностью ползуна, соосность рабочей поверхности ползуна с отверстием под шток и перпендикулярность оси отверстия под шток с осью шеек головных подшипников. При необходимости, естественно, соосности доводятся до допустимых величин. На плите же проверяется соосность расточки головных и шатунного подшипников. Нижние вкладыши головных подшипников растачиваются или подбираются строго одной и той же толщины. После этого указанные узлы доставляются на судно и монтируются на двигателе [6].
При монтаже обязательно производят точные замеры зазоров в головных и шатунного подшипниках. При столь тщательной сборке узлов «движения» положение поршня во втулке обычно оказывается если не хорошим, то во всяком случае удовлетворительным. Соосность цилиндровой втулки и блока в ремонте проверяется в тех редких случаях, когда в этом возникает серьезное подозрение. Обычно оси вновь устанавливаемых втулок не совпадают с осями блоков на величину, меньше допустимой. Редко в ремонте подвергаются проверке и параллели. При качественном построечном монтаже они многие годы работают безупречно.
При обнаружении недопустимой центровки в эксплуатации (по истечении некоторого времени работы двигателя после ремонта) порядок поиска причины должен быть таким. Сначала проверяются зазоры в головных и шатунном подшипниках. При не изменившихся после ремонта зазорах и отсутствии признаков повреждения вкладышей подшипников можно считать, что в этих местах излома общей оси «движения» нет, что эти соединения не влияют на расцентровку. Затем демонтируется поршень в сборе со штоком. Нормальное состояние деталей крепления (шплинтов, болтов, гаек) штока к поршню является показателем того, что и это соединение не является причиной ненормальной центровки (при условии, конечно, что после ремонта шток не отсоединяли от поршня). Следующая ступень поиска – проверка крепления ползуна к крейцкопфу и прилегание ползуна к параллели и накладкам.
Наиболее вероятными местами нарушения центровки являются посадочное место штока в крейцкопф и узел ползун – параллель (с накладками). Забоина на посадочной поверхности штока или попадание грязи на эту поверхность могут привести к отклонению поршня в ту или иную сторону. Износ параллели или баббитовой заливки ползуна, ненормальности накладок являются причиной наибольших изменений положения поршня во втулке.
Способ устранения недопустимой центровки зависит от нескольких факторов (места соединения деталей, характера и причины излома общей оси «движения», конструктивных особенностей двигателя), и в каждом конкретном случае принимается свой, наиболее оптимальный вариант ремонта.
Подавляющее большинство малооборотных крейцкопфных двигателей имеют жесткую конструкцию остова (за исключением двигателей фирмы Б и В постройки 50–70 годов 20 века), что является предпосылкой надежной работы всей цилиндропоршневой группы и «движения».
Если при постройке или ремонте все этапы центровки выполнены качественно, то вероятность появления внезапной расцентровки в эксплуатации очень мала. Она может возникнуть при повреждении головных или шатунного подшипников (подплавление или выплавление соответственно нижнего и верхних вкладышей), при небрежном монтаже штока в крейцкопф (о чем уже упоминалось раньше), при замене поршня в судовых условиях. Опыт показыва-ет, что каждый третий поршень, замененный в судовых условиях, сочленяется со старым штоком несоосно. Несоосность эта, конечно, ухудшает центровку поршня, но обычно зазоры остаются в допустимых пределах.
И в заключение необходимо обратить внимание на сальник поршневого штока. При обнаружении расцентровки, близкой к предельно допустимой величине, следует проверить зазоры между штоком и сальником и принять соответствующие меры, предупреждающие задир штока.
studfiles.net
Узловая сборка крейцкопфного двигателя несколько сложнее, чем сборка тронкового двигателя, так как весьма трудоемкой работой является сборка деталей движения в составе поршня с кольцами, поршневого штока, крейцкопфа, шатуна, а также установка параллелей и др. Выполнив работы по узловой сборке, приступают к общей сборке двигателя.
Раму двигателя размещают на стенде в горизонтальном положении, устанавливают станины (колонны) и цилиндры. Взаимное положение осей цилиндров и рамы двигателя, положение параллелей по отношению к осям цилиндров и коленчатого вала, а также положение постелей гнезд рамовых подшипников проверяют следующим образом. По оси каждого цилиндра 1 (рис. 128) протягивают стальные струны 2, а по оси коленчатого вала — струну 3 через крайние подшипники 4. Для проверки положения параллелей по отношению к осям цилиндров и вала протягивают на расстоянии около 50 мм (по высоте оси кромок параллелей) две вспомогательные струны 5.
Рис. 128. Центровка цилиндра и рамы.При помощи Т-образного угольника (рис. 129) проверяют перпендикулярность осей цилиндров к оси коленчатого вала. Для этого на постели рамовых подшипников кладут линейку, на нее ставят Т-образный угольник и регулируют его положение с помощью винтов так, чтобы точка пересечения струны совместилась с пересечением рисок на угольнике, а его вертикальная риска совместилась со струной. Отклонения от перпендикулярности определяют по выражению x=(h2—h3) · 100; отклонение должно быть не более 0,15 мм/м. Пересечение осей цилиндров и коленчатого вала подтверждается соприкосновением струн. Дополнительные струны 5 (см. рис. 128) должны быть натянуты таким образом, чтобы они были параллельны оси коленчатого вала и касались струн, протянутых через оси цилиндров. Посередине рабочей поверхности каждой параллели по всей ее длине наносят линию и микрометрическим штихмасом измеряют расстояние от этой линии до струны 2 каждого цилиндра, делая три замера по высоте: на расстоянии 50 мм от верхней и нижней кромок и посередине; это определяет положение параллелей по отношению к осям цилиндра. Затем проверяют положение параллелей по отношению к оси коленчатого вала, измеряя расстояния от струн 5 до рабочих поверхностей параллелей с носа и с кормы.
Рис. 129. Т-образный угольник для проверки перпендикулярности струн.Закончив эти проверки, укладывают коленчатый вал. Далее устанавливают крейцкопф, закрепив его временно в середине хода между параллелями с помощью отверстий в параллелях. Сверху через цилиндр опускают поршень (без поршневых колец), собранный с поршневым штоком, до тех пор пока нижний конус штока или его пята (фланец) не войдет в плотное соединение с поперечиной крейцкопфа, после чего собирают это соединение. Затем устанавливают шатун и пришабривают вкладыши мотылевого подшипника, как и у тронкового двигателя.
В процессе пригонки и сборки проверяют отсутствие перекосов и правильность установленных зазоров. Проворачивая коленчатый вал, щупом измеряют зазоры между поршнем и втулкой цилиндра с четырех сторон (нос, корма, левый борт, правый борт). Правильность зазоров обеспечивается шабрением мотылевого подшипника. Не разрешается устранять перекосы шабрением вкладышей головного соединения, так как оно уже пригнано и проверена соосность поршневого штока и шатуна. После центровки устанавливают на поршни поршневые кольца с разборкой и сборкой соединения поршневого штока с поперечиной.
Дальнейшая сборка крейцкопфного двигателя выполняется в такой же последовательности, как сборка тронкового двигателя.
Регулировка газораспределения — одна из основных работ, завершающих сборку двигателя. При ее выполнении пользуются паспортными данными двигателя. Процесс проверки состоит из двух основных этапов. Первый — подготовительные операции, которые заключаются в определении положения ВМТ и НМТ каждого поршня с последующим нанесением соответствующих рисок на маховик, разбивке окружности маховика на градусы (если угловые деления отсутствуют), нанесении на параллели обозначений ходов поршней и определении сторон вращения и порядка работы цилиндров. Второй этап — окончательная проверка и установка зазоров между цилиндрическими поверхностями кулачковых шайб и роликами толкателей.
Обычно положение мертвых точек известно, и имеются соответствующие отметки на маховике; если же положение мертвых точек поршня не известно, его определяют.
Для определения мертвых точек кривошипа у крейцкопфного дизеля необходимо, вращая его на передний ход, поставить кривошип в положение ОВ (рис. 130). В этом положении наносят четыре риски: а — на ползуне 2; b— на параллели 1 против риски а; с — на торцевой стороне рамового подшипника 4; d1 —на валу 3 против риски с. Затем вращают вал так, чтобы кривошип перешел через мертвую точку и риска а на ползуне вновь совпала с риской b на параллели. Кривошип при этом займет положение OA, симметричное положение ОВ, а напротив риски с на вкладыше подшипника окажется другое место вала, отмеченное риской d1. Разделив дугу dd1 на валу пополам, получают среднее положение е. Если теперь, вращая вал в обратную сторону, совместить риску е на валу с риской с на вкладыше подшипника, то кривошип займет верхнее мертвое положение. Риска а на ползуне займет положение несколько выше риски b на параллели. Это новое положение риски а и будет соответствовать ВМТ кривошипа.
Рис. 130. Нахождение мертвых точек.НМТ кривошипа находят аналогичным путем. Кривошип при этом ставят в положение, диаметрально противоположное указанному. Точки с и а можно ставить также на маховике, шестерне валоповоротного устройства, фланце соединительной муфты, но для этого вблизи необходима неподвижная деталь, на которой можно было бы нанести риски.
Для нахождения мертвых точек кривошипа тронкового дизеля необходимо снять один из клапанов или форсунку и ввести через отверстие стержень, уперев его одним концом в поршень. При определении мертвых точек этот стержень используют как ползун. Вместо риски на параллели на крышке цилиндра дизеля устанавливают неподвижную стрелку.
После определения мертвых положений кривошипа, установки нормальных зазоров в механизме распределения и проверки правильности положения распределительного вала приступают к регулированию газораспределения. Способ проверки фаз газораспределения выбирают в зависимости от конструкции клапанного привода.
Начало продувки или выпуска у двигателя с клапанным газораспределением определяют моментом соприкосновения кулачка распределительного вала с роликом привода соответствующего клапана. Конец впуска или выпуска соответствует моменту схода кулачка с ролика.
Практически момент открытия клапана определяют следующим образом. Медленно вращая двигатель валоповоротным устройством, поворачивают рукой ролик привода клапана; в момент открытия клапана кулачок набежит на ролик и вращать его рукой будет невозможно. Момент закрытия клапана также устанавливают по ролику. Для этого медленно проворачивают двигатель и наблюдают за роликом соответствующего клапана, пытаясь повернуть его рукой. В момент закрытия клапана ролик сойдет с кулачка шайбы и будет поворачиваться от руки.
Моменты набегания ролика на кулачок и схода его с кулачка можно также определить при помощи листка кальки или пластины щупа толщиной 0,03 мм, которые во время проверки фаз газораспределения вставляют под ролик или между ударным болтом на конце рычага (коромысла) и штоком клапана. Более точно моменты открытия и закрытия клапанов можно определить с помощью линейного индикатора. Для этого прибор на специальном штативе устанавливают рядом с проверяемым цилиндром. Ножку индикатора упирают в один из концов клапанного рычага. Момент набегания кулачка на ролик определится по движению стрелки индикатора.
После ремонта двигатели подвергают испытаниям на специальном стенде в цехе или на судне, если двигатель для ремонта не выгружался в цех. Для приработки деталей и предварительной проверки качества ремонта производят обкатку двигателя по специальной программе. Обкатку начинают с малой частоты вращения и постепенно доводят до требуемой, сначала на холостом ходу, а затем под нагрузкой. Во время обкатки на заданной мощности регулируют двигатель, проверяют правильность распределения мощности по цилиндрам, отсутствие стуков, нагрева и других ненормальностей в работе. Общая продолжительность обкатки зависит от состояния двигателя. Закончив обкатку и регулировку двигателя, производят приемочные испытания для ОТК судоремонтного предприятия, а также контрольные — для Регистра СССР. Программой предусматриваются продолжительность испытаний на каждом режиме, перечень обязательных проверок, а также обязательный объем работ по частичной разборке и осмотру двигателя после испытаний. Контрольные испытания проводятся для проверки основных параметров двигателя и качества его ремонта инспектором Регистра СССР.
www.stroitelstvo-new.ru
0
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ОДЕССКИЙ Н А Ц И О Н АЛЬH Ы Й М О Р С К О Й УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра "Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация"
Устройство дизелей. Расчетный цикл
Учебное пособие
Специальности
6.100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» 6.090509 «Судовые энергетические установки и оборудование»
Одесса – 2007
Учебное пособие разработано Черемисиным Владимиром Ильичом кандидатом технических наук доцентом кафедры „Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация" Одесского национального морского университета в соответствии с рабочими программами дисциплин „Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация" и „Судовые двигатели внутреннего сгорания», утвержденными Советом судомеханического факультета ОНМУ и полностью охватывает материал первого модуля указанных дисциплин.
Учебное пособие одобрено кафедрой „Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация" OНМУ (протокол № )
Рецензент: В.Г.Ивановский д.т.н., профессор
ВВЕДЕНИЕ
Данное учебное пособие включает разделы дисциплин «Судовые двигатели внутреннего сгорания» и «Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация», входящие в состав первого модуля «Устройство дизелей. Расчетный цикл». В пособии рассматриваются конструкции современных судовых дизелей как двухтактных так и четырехтактных. Рассмотрены рабочие процессы, составляющие рабочий цикл с максимальным приближением к действительным условиям их протекания в двигателе. Дан анализ влияния эксплуатационных факторов на заряд воздуха в цилиндре, смесеобразование и сгорание топлива, процессы газообмена.
В учебном пособии также рассмотрены вопросы повышения экономичности, конструктивные решения основных узлов современных судовых дизелей.
Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих двигатели внутреннего сгорания, выполняющих курсовые проекты по современным судовым дизелям, дипломные проекты. Пособие будет также полезно для студентов, заочно обучающихся по специальностям 6.100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок» и 6.090500 «Судовые энергетические установки и оборудование».
Рекомендуемая литература, ознакомление с которой позволит глубже изучить рассматриваемые вопросы, перечислена в конце пособия.
1 УСТРОЙСТВО СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
1.1 Конструктивные схемы судовых дизелей
Структурная схема современных судовых дизелей зависит от исполнения кривошипно-шатунного механизма (рис.1.1).
На схеме «а» показан тронковый двигатель, в котором шатун 4 с помощью пальца 1 соединен непосредственно с поршнем 3. В этом случае существенно уменьшается общая высота двигателя, однако продукты окисления и сгорания, которые удаляются поршневыми кольцами с поверхности втулки цилиндра, попадают в картер, т.е. в смазочное циркуляционное масло двигателя. Кроме того, в тронковых дизелях втулка цилиндра дополнительно нагружена нормальным усилием, которое увеличивает ее износ. Тронковыми строят все высоко- и среднеоборотные дизели и редко малооборотные.
На схеме «б» изображен крейцкопфный двигатель. В этом двигателе шатун 4 соединен с крейцкопфным устройством 9, которое с помощью штока 7 соединяется с поршнем 3. Крейцкопфное устройство применяют в двухтактных малооборотных дизелях (МОД) для разгрузки цилиндра от нормального давления, при этом конструкция позволяет осуществить изоляцию картера двигателя от подпоршневой полости цилиндра путем установки диафрагмы 8.
Рис. 1.1. Структурные схемы судовых дизелей
Тенденции развития конструкции дизелей тесно связаны с совершенствованием их технических показателей. Необходимость повышения экономичности дизелей привела к разработке так называемых "длинноходных" дизелей, имеющих высокое отношение хода поршня S к диаметру цилиндра D (отношение S / D) и обусловила резкое возрастание максимального давления сгорания, что существенно увеличило механическую нагрузку на детали остова и движения двигателя. Одновременный рост форсировки дизелей путем наддува обострил проблему снижения тепловых напряжений в деталях цилиндропоршневой группы (ЦПГ), без успешного решения которой не были бы возможны современные достижения в судовом дизелестроении.
1.2 Особенности конструкции двухтактных дизелей
Конструктивное исполнение современных судовых двухтактных дизелей рассмотрим на примере малооборотных дизелей типов МС/МСЕ фирмы "МАН-Бурмейстер и Вайн" (в дальнейшем МАН-Б и В) и RТА фирмы "Зульцер". Дизели этих типов относятся к дизелям последних выпусков, отличаются высокой экономичностью и совершенством конструктивного исполнения. В настоящее время в мировой практике свыше 80 % всех строящихся судовых МОД приходится на эти два типа дизелей.
1.2.1 Дизели фирмы "МАН - Бурмейстер и Вайн"
В России дизели по лицензии этой фирмы строят с 1961 г. На ПО "Брянский машиностроительный завод" освоен выпуск и дизелей последнего типа МС/МСЕ, т.е. дизелей 8ДКРН 60/195-10 и 6ДКРН 42/136-10.
Дизели МС/МСЕ двухтактные, крейцкопфные, реверсивные, с газотурбинным наддувом. Конструкция дизелей МС и МСЕ одинакова, отличаются они друг от друга лишь степенью форсировки по наддуву, т.е. мощностью (более высокая в дизелях МС), регулировкой двигателей и экономичностью (последняя более высокая в дизелях МСЕ).
Дизели МС и МСЕ фирма МАН-Б и В выпускает с различным отношением S/D, а именно: S/D =3,0 в дизелях КМС и КМСЕ, S/D =3,24 в дизелях LMC и LMCЕ и S/D =3,82 в дизелях SMC и SMCЕ.
Конструкцию дизелей типа МС/МСЕ рассмотрим на примере дизеля марки L80MC/MCE (рис. 1.2). Другие дизели этого типа отличаются от рассматриваемого в основном лишь компоновкой отдельных узлов.
Фундаментная рама 3 состоит из продольных балок, сваренных со сварно-литыми поперечными балками, в которых размещены постели рамовых подшипников 37. К фундаментной раме снизу прикреплен масляный поддон 1. Фундаментная рама дизеля крепится к фундаменту судна фундаментными болтами 2.
Коробка картера 34 (станина) сварная и имеет высокую жесткость.
Со стороны двигателя, где размещены выпускной 17 и продувочный 12 коллекторы, станина снабжена предохранительными клапанами 7. Для каждого цилиндра с обеих сторон двигателя на стойках станины шарнирно прикреплены люковые закрытия 6 (двери), которые обеспечивают доступ к коленчатому валу 36 и его подшипникам, а также к крейцкопфному устройству 32. В коробке картера расположены чугунные направляющие крейцкопфов. В каждой секции имеются вваренные из толстостенных труб колодцы 35 для анкерных связей.
Блок цилиндров чугунный литой, состоит из отдельных рубашек 14 цилиндра, соединенных между собой призонными болтами 30. В верхнюю часть рубашек устанавливаются втулки 23 цилиндров, а нижняя образует полость продувочного ресивера 29.
Рис.1.2. Поперечный разрез дизеля МС/МСЕ
Днище 31 блока цилиндров двойное, оно охлаждается пресной водой, которая поступает из коллектора 9. Из днища вода перетекает в зарубашечное пространство блока цилиндра, а затем в каналы охлаждения крышки 20 цилиндра и отводится из двигателя по коллектору 18. Со стороны продувочного коллектора 12 в блоках цилиндров имеются вырезы, которые соединяют полости продувочного ресивера 29 с коллектором 12.
Днище выполняет роль диафрагмы между подпоршневым пространством цилиндра и картером. Эта диафрагма препятствует попаданию отработавших продуктов сгорания со стенок цилиндра в картер.
В центральной расточке днища блока цилиндра расположен сальник 10, который служит для предотвращения попадания масла из картера в ресивер и продувочного воздуха из ресивера в картер. Корпус сальника состоит из двух половин. В корпусе сальника установлены две группы колец: уплотнительные и маслосъемные. Все кольца прижимаются к штоку поршня спиральными пружинами.
Одна из тенденций развития современных дизелей – повышение надежности их деталей. При конструировании остова двигателя основное внимание обращают на повышение его жесткости. Характерным решением верхней части двигателя является более высокое расположение втулки цилиндра (см. рис. 1.2). Крышка и втулка цилиндра вместе с верхней частью блока цилиндров стягиваются длинными шпильками, что существенно повышает жесткость всей верхней части двигателя. В свою очередь верхнюю часть блока цилиндров, продувочный ресивер, станину и фундаментную раму стягивают анкерными связями. Нижние гайки 38 анкерных связей опираются на поперечные балки фундаментной рамы, а верхние гайки 24 - на верхнюю поверхность рубашек цилиндров.
Втулка цилиндра 23 изготовлена из специального легированного чугуна. Верхней частью втулка цилиндра прижимается к рубашке цилиндра крышкой 20. Нижняя часть втулки центруется в рубашке 14 и при нагревании во время работы может удлиняться вниз в полость ресивера. В нижней части втулки, расположенной в ресивере, имеются продувочные окна 27. Смазочное масло на зеркало цилиндра (на втулку цилиндра) подводится через штуцеры, расположенные в верхней половине втулки.
Крышка 20 цилиндра кованая, изготовлена из легированной жаростойкой стали. В крышке размещаются выпускной клапан 19, две форсунки, пусковой и предохранительный клапаны, а также индикаторный кран. Крышка закрывает втулку цилиндра и вместе с ней прижимается к блоку цилиндра при помощи шпилек 22. Уплотнение камеры сгорания обеспечивается притиркой посадочного пояска крышки и втулки цилиндра.
Поршень 21 изготовлен из хромомолибденовой стали. Его головка жестко соединена болтами с верхней частью штока 13 поршня. Головка поршня охлаждается маслом, которое по телескопическому устройству 28 (показано пунктиром слева) подводится к крейцкопфу. Нижняя часть (лапа) штока поршня опирается на поперечину крейцкопфного устройства и крепится к ней четырьмя шпильками.
Крейцкопфное устройство 32 состоит из поперечины, двух направляющих башмаков (ползунов) и крейцкопфного подшипника.
Шатун 33 кованый стальной.
Коленчатый вал 37 полусоставного или сварного типа. Гребень упорного подшипника выполнен на кормовом конце коленчатого вала. Зубчатый венец привода цепи распределительного вала посажен на наружную окружность гребня упорного подшипника, что уменьшает общую длину двигателя.
Распределительный вал 26 приводится во вращение от коленчатого вала цепным приводом, т.е. привод остался таким, каким он был и на всех предыдущих дизелях этой фирмы. Для регулирования натяжения цепи используют натяжное устройство, компенсирующее неизбежный механический износ цепи.
Как показал длительный и успешный опыт эксплуатации, цепной привод имеет ряд преимуществ перед шестеренным. Так как он оказался очень надежным, то классификационные общества требуют наличия лишь нескольких запасных звеньев цепи, тогда как при шестеренной передаче запасным должен быть весь комплект шестерен. При цепном приводе проще обеспечить высокое расположение распределительного вала, что уменьшает длину топливопроводов от топливных насосов высокого давления (ТНВД) и длину маслопровода гидропривода выпускного клапана. А это в свою очередь снижает влияние волновых процессов в трубах на закон впрыскивания топлива и закон открытия выпускного клапана.
На распределительном валу размещены кулачковые шайбы топливных насосов высокого давления и насосов гидравлического привода 25 выпускных клапанов. При перемене направления вращения коленчатого вала двигателя реверсируется только воздухораспределитель и привод ТНВД (без разворота распределительного вала, что было характерно для более ранних типов дизелей фирмы).
Наддув осуществляется турбокомпрессором 16, наддувочный воздух после которого охлаждается в двухступенчатом охладителе 8 и поступает в коробку 11 и далее в продувочный коллектор 12.
Дизели МС/МСЕ имеют масляное охлаждение поршней, при котором не опасны протечки охлаждающей жидкости в картер двигателя, так как и охлаждение поршней и смазка подшипников коленчатого вала осуществляются одним и тем же маслом. Масло из коллектора 15 (см. рис. 1.2) по телескопическому устройству 28 поступает к крейцкопфному устройству, где его поток (рис. 1.3) делится на два потока: один для охлаждения поршня, другой - для смазки подшипников.
К поршню масло подводится по кольцевому каналу «а», образованному между стенкой отверстия в штоке 3 и трубой 7, расположенной в этом отверстии. В кольцевой канал масло поступает из телескопического устройства 2 и по каналам в поперечине 8 крейцкопфного устройства. Из поршня масло отводится по трубе 7, расположенной в отверстии штока и каналам в поперечине 8 ко второму телескопическому устройству 1 и далее в картер.
Масло второго потока смазывает крейцкопфный подшипник, ползуны крейцкопфа и мотылевый подшипник, куда оно попадает по сверлению «б» в шатуне 9.
Рис. 1.3. Система подвода масла на охлаждение поршня и, смазку подшипников шатуна дизеля S80MC:
1 - телескопическое устройство для отвода масла из поршня; 2 - телескопическое устройство для подвода масла к крейцкопфному устройству; 3 - шток поршня; 4 - втулка цилиндра; 5 - сальник; 6 - дно продувочного ресивера; 7 - труба; 8 - поперечина крейцкопфа; 9 – шатун.
Рассмотрим более подробно конструктивное исполнение основных узлов дизелей типа МС/МСЕ.
Фирма МАН-Б и В в конструкциях своих длинноходных дизелей охлаждение по сверлениям использовала только в крышках цилиндров. Остальные детали ЦПГ (поршень и цилиндровая втулка) имеют традиционное обьемное охлаждение.
На рис. 1.4 показана ЦПГ дизеля марки L 35MC. Охлаждающая вода из зарубашечного пространства (полости «а» и «б») блока цилиндра перетекает в полость «в» охлаждения верхней части втулки цилиндра, откуда по патрубку и каналам в крышке цилиндра поступает в кольцевую полость «г». Из этой полости вода идет по каналам «д» в полость «е», откуда перетекает в корпус выпускного клапана, после охлаждения которого уходит в сборный коллектор отвода охлаждающей воды. Каналы «д», соединяющие полости «г» и «е», сверлят по всей окружности крышки цилиндра. Как показал опыт, такое охлаждение очень эффективно; это подтверждается значениями температуры стенок деталей ЦПГ (температуры указаны в °С).
Охлаждающее масло к поршню приходит по кольцевому каналу между стенкой отверстия в штоке 11 и трубой 12. Вначале оно поступает в кольцевую камеру «ж» для охлаждения боковой стенки поршня, где размещены поршневые кольца. Затем по каналам «з» масло идет в полость «и» для охлаждения днища поршня, после чего по трубе 12 уходит к крейцкопфному устройству.
Рис. 1.4. Цилиндро-поршневая группа дизеля L35MC:
1 - блок цилиндра; 2 - втулка цилиндра; 3 - рубашка верхней части цилиндра; 5 - седло выпускного клапана; 6 - выпускной клапан; 7 - корпус выпускного клапана; 8 - шпилька; 9 - поршень; 10 - уплотнительное кольцо; 11 - шток поршня; 12 – труба.
Общей тенденцией при конструировании крышки цилиндра дизеля с прямоточно-клапанной продувкой является размещение в ее центре корпуса 1 выпускного клапана с седлом. Для снижения тепловых напряжений огневое днище необходимо выполнять как можно тоньше, а для снижения механических напряжений как можно толще. Это противоречие было успешно разрешено после перехода на крышки цилиндра принципиально новой конструкции - мощной стальной поковки (см. рис. 1.4). В поковке обычно исключаются дефекты в металле, т.е. повышаются его механические свойства. В результате на дизелях МС/МСЕ максимальное давление сгорания удалось поднять до 12,5 МПа.
Для снижения тепловых напряжений охлаждение крышек осуществляется по сверленым каналам, которые расположены на небольшом удалении от огневой поверхности крышки, тем самым обеспечивая пониженные температуры на этой поверхности. Следует отметить, что при охлаждении по каналам отсутствуют застойные зоны, которые имели место при охлаждении крышек, когда вода подавалась в большие полости в крышке.
Лучшее охлаждение крышки способствовало и значительному снижению теплонапряженности выпускного клапана и форсунок. В настоящее время фирма устанавливает форсунки без специального дополнительного охлаждения распылителей, несмотря на применение высоковязких топлив с высокой температурой подогрева.
Крышка колпачкового типа (см. рис. 1.4) позволила исключить (или резко уменьшить) контакт боковой поверхности цилиндра в районе соединения крышки и втулки цилиндра с газами в момент основного сгорания топлива в районе ВМТ, что повысило надежность уплотнения крышки и втулки цилиндра.
Существенные изменения произошли и в конструкции поршней. Для снижения тепловых напряжений, т.е. температуры наружной поверхности поршня фирма начала уменьшать толщину огневого днища, а для разгрузки от максимального давления газов предусмотрела установку массивной опоры. Эта опора передает механические нагрузки на поршень непосредственно штоку 11. В результате стало возможным уменьшить толщину и боковой стенки поршня, что способствовало снижению температуры поршня в районе поршневых колец, улучшив условия их работы.
В дизелях МС/МСЕ боковая стенка поршня (см. рис. 1.4) при нагревании может свободно расширяться вниз, вследствие чего в ней резко снижаются механические напряжения. Для исключения протечек охлаждающего масла предусмотрено уплотнительное кольцо 10.
В дизелях МС/МСЕ по сравнению с дизелями ранних конструкций уменьшено число поршневых колец, а их канавки хромируют, в то время как раньше в них зачеканивали чугунные накладные кольца. Ликвидированы и резьбовые отверстия для подъема поршня, выполненные на периферийной части днища поршня, так как эти отверстия даже в дизелях с низкой форсировкой часто являлись очагами развития трещин. Выемку поршня в дизелях МС/МСЕ осуществляют специальным приспособлением, захватывающим головку за кольцевой паз, выполненный в верхней части боковой стенки головки поршня. Этот паз хорошо виден на рис. 1.4.
Заметные изменения произошли и в конструкции втулки 2 цилиндра, что наглядно видно из рис. 1.4. Теперь крышка цилиндра опирается на верхний бурт цилиндровой втулки. В дизелях МС/МСЕ значительная часть втулки поднята над блоком 1 цилиндра.
Конструкция крейцкопфного устройства и шатуна показана на рис. 1.5. Крейцкопф состоит из поперечины 2 и двух направляющих башмаков 3 (ползунов), которые центруются на поперечине и крепятся к ней болтами. Рабочие поверхности башмаков залиты баббитом, в котором выполнены масляные канавки, обеспечивающие равномерное распределение масла по рабочим поверхностям башмаков. К поперечине крепятся подводящая 5 и отводящая трубы масляной системы. В теле поперечины имеются сверления, по которым масло поступает для смазки подшипников шатуна, рабочих поверхностей башмаков крейцкопфа и на охлаждение поршня.
Рис. 1.5. Крейцкопфное устройство и шатун дизеля L35MC
Шатун состоит из стержня 7 и двух головок: верхней 4 (крейцкопфной) и нижней 9 (мотылевой). Головки состоят из двух половин, из которых одна (крышка) является отъемной, а вторая выполнена как одно целое со стержнем. Половины головок соединяются болтами, причем болты 1 нижней головки называют шатунными. Тонкостенный вкладыш 6 крейцкопфного подшипника залит сплавом алюминия с оловом, а вкладыш мотылевого 8 (кривошипного) подшипника - белым металлом. Масло на смазку мотылевого подшипника поступает по каналу «а».
Следует отметить существенное увеличение диаметра поперечины крейцкопфного устройства и кривошипной шейки коленчатого вала. Так, в дизеле L90MC/MCE (D = 900 мм) диаметр поперечины крейцкопфного устройства равен 1000 мм, т.е. в 1,1 раза больше диаметра цилиндра. Это позволило значительно снизить удельное давление на крейцкопфные подшипники, что имеет важное значение при очень высоком для длинноходных дизелей максимальном давлении сгорания.
Фирма отказалась и от традиционного крепления штока поршня с поперечиной крейцкопфа. Раньше в шток вворачивалась шпилька, на которую снизу поперечины наворачивалась гайка. Поэтому подшипник крейцкопфа состоял из двух половин (по концам поперечины). В дизелях MC/MСE шток поршня в нижней части имеет пяту, которая четырьмя болтами крепится сверху к поперечине крейцкопфа. В связи с этим нижний вкладыш крейцкопфного подшипника удалось выполнить сплошным, что существенно увеличило его длину, т.е. уменьшило удельное давление. Крышка (верхняя половина) крейцкопфного подшипника также выполнена цельной с прорезью для штока с учетом угла качания шатуна. Такая же прорезь сделана и в верхней половине вкладыша крейцкопфного подшипника.
Конструктивной особенностью шатунов дизелей МС/МСЕ является выполнение верхней и нижней головок шатунов неотъемными от стержня. Это упростило конструкцию и повысило прочность шатунов, а также появилась возможность выполнить стержень шатуна значительно короче, чем в дизелях с отъемными головками, что упростило демонтаж деталей движения. В результате удалось резко повысить отношение радиуса r мотыля к длине Lш шатуна (между осями подшипников), которое достигло λш = r / Lш = 0,40 - 0,43 вместо λш ~ 0,25, характерного для дизелей МАН - Б и В более ранних выпусков. Уменьшение относительной длины шатуна в длинноходных дизелях позволило сохранить их высоту почти на том же уровне, который был характерен для ранних конструкций двигателей.
Следует отметить непрерывное увеличение диаметра шеек коленчатого вала по отношению к диаметру цилиндра. Это отношение уже больше единицы (1,05 – 1,1), в результате чего, несмотря на рост давления сгорания, удается сохранить на допустимом уровне и механические напряжения в вале и удельное давление в его подшипниках.
Конструкция сварного коленчатого вала показана на рис. 1.6. Сварка создает более прочное соединение по сравнению с запрессовкой холодных шеек в нагретые щеки. Важным преимуществом сварных коленчатых валов по сравнению с полусоставными (кованое колено и запрессованные рамовые шейки) является значительное снижение массы вала. Например, в дизеле 6L60MC полусоставной вал весит 70 т, а сварной - 51 т, т.е. на 27 % меньше.
Рис. 1.6. Сварной коленчатый вал дизелей МС/МСЕ
Как видно из рис. 1.6, сварка колен осуществляется посередине рамовой шейки.
Масло для смазывания мотылевого подшипника поступает по сверлению в шатуне, а для смазки рамового подшипника по трубе 5 (см. рис. 1.2) из общего масляного коллектора 4.
Выпускной клапан и его привод показаны на рис. 1.7. Выпускной клапан 1 размещен в чугунном корпусе 5, имеющем полости для охлаждающей воды. К корпусу клапана винтами снизу закреплено съемное стальное седло 2, а сверху пневмоцилиндр 11 и гидроцилиндр 8.
|
|
Рис. 1.7. Выпускной клапан и его привод дизелей МС/МСЕ
Корпус клапана вставлен в центральное отверстие крышки 12 цилиндра и закреплен в ней шпильками, затяжка гаек которых осуществляется при помощи гидравлического приспособления. Плотность соединения корпуса клапана с крышкой цилиндра достигается притиркой посадочных поясков. Седло клапана интенсивно охлаждается пресной водой, которая из каналов «а» в крышке цилиндра попадает в каналы «б», благодаря чему и достигается сравнительно низкая температура седла и посадочного пояска клапана.
Выпускной клапан цельнокованый, изготовлен из высокопрочного материала – сплава нимоник. Посадочные пояски клапана и его седла наплавлены износоустойчивым сплавом и притираются друг к другу или шлифуются на специальных станках. В корпусе клапана запрессована чугунная направляющая 4 с бронзовой втулкой.
На верхнем конце штока клапана помещен поршень 7. Шток клапана упирается в поршень 9. Гидроцилиндр 8 и пневмоцилиндр 11 шпильками 6 крепятся к корпусу выпускного клапана.
На штоке выпускного клапана размещена крылатка 3, которая при открытом клапане струей отработавших газов проворачивается вместе с клапаном вокруг его оси, повышая тем самым срок службы посадочных поясков.
Поршень 14 насоса приводится в движение кулачковой шайбой 18, размещенной на распределительном валу 19. При набегании выступающей части шайбы на ролик 17 происходит подъем толкателя 16, а следовательно, и поршня 14, в результате чего повышается давление масла в насосе 13, нагнетательном маслопроводе 10 и в полости «в» гидроцилиндра 8. Когда усилие, обусловленное давлением масла на поршень 9, превысит усилие давления газов в рабочем цилиндре двигателя и давления воздуха под поршнем 7, начнется открытие выпускного клапана. При этом одновременно опускается вниз и поршень 7, закрепленный на штоке клапана, сжимая воздух в полости «г».
При сбегании ролика с выпуклого участка профиля шайбы поршень 14, жестко соединенный с толкателем, под действием усилия пружины 15 опускается вниз, разгружая нагнетательную масляную магистраль. Когда усилие на поршень 9, создаваемое давлением масла, будет меньше усилия от давления сжатого воздуха на поршень 7, начнется закрытие выпускного клапана.
Как показал длительный опыт эксплуатации, гидропневматический привод выпускного клапана имеет ряд серьезных преимуществ перед механическим, который ранее применялся на всех дизелях, а именно: прост в эксплуатации; снижает износ деталей выпускного клапана, так как отсутствуют боковые усилия; увеличивает период между ревизиями; уменьшает шумность в машинном отделении; обеспечивает возможность регулирования фаз открытия клапана путем установки на насосе 13 дроссельного устройства.
studfiles.net
Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания крейцкопфного типа и направлена на снижение удельной металлоемкости, габаритов двигателя и повышения экономичности по топливу. Указанный технический результат достигается тем, что рабочий цилиндр с камерой сгорания и два коленчатых вала расположены в нижней части остова, при этом шатунные шейки коленчатых валов шарнирно связаны с нижними головками шатунов, верхние концы которых посредством шарниров соединены с коромыслом, связанным с крейцкопфом, который представляет собой пустотелый барабан, закрепленный на полом штоке, и поршень, закрепленный в нижней части штока, в головке которого имеются аккумулятор воздуха и сопло, направленное по оси цилиндра.
Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно, к двигателям крейцкопфного типа.
Известен крейцкопфный двигатель внутреннего сгорания (Фомин Ю.Я. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания, Ленинград, «Судостроение» 1989 г. стр.31-72. Прототип). Он состоит из двух монтажных узлов: остова и кривошипно-шатунного механизма. При этом остов содержит фундаментную раму, картер, цилиндры с установленными в них цилиндровыми втулками и крышек цилиндров, причем детали остова соединены длинными анкерными связями. Кривошипно-шатунный механизм включает поршень, шток, крейцкопф, шатун и коленчатый вал. Кроме того в состав двигателя входят механизм газораспределения и следующие системы: топливная, воздухоснабжения, газоотвода, охлаждения, смазки и управления.
Недостатки прототипа: несовершенство отдельных конструктивных элементов остова двигателя и кривошипно-шатунного механизма, высокая удельная металлоемкость - от 30 до 48 кг/кВт.
Поставлена задача - улучшить условия работы двигателя и его эксплуатационные показатели.
Эта задача решена следующим образом.
Крейцкопфный двигатель внутреннего сгорания содержит остов, включающий фундаментную раму, картер, цилиндры с цилиндровыми втулками, кривошипно-шатунный механизм состоящий из поршня, штока, крейцкопфа, шатуна и коленчатого вала, а также механизм газораспределения. Кроме, того двигатель содержит системы - топливную, воздухоснабжения, газоотвода, охлаждения, смазки и управления. Рабочий цилиндр с камерой сгорания и два коленчатых вала расположены в нижней части остова, при этом шатунные шейки коленчатых валов шарнирно связаны с нижними головками шатунов, верхние концы которых посредством шарниров соединены с коромыслом связанным с крейцкопфом. Крейцкопф представляет собой пустотелый барабан, закрепленный на полом штоке и поршень, закрепленный в нижней части штока. В головке поршня имеются аккумулятор воздуха и сопло, направленные по оси цилиндра. Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором в поперечном разрезе схематично изображена конструкция двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания содержит остов 1, на котором снизу закреплены два коленчатых вала 2 с возможностью вращения навстречу друг другу. По центру остова сверху имеется камера сгорания 3, а снизу выпускной клапан 4. Рабочий цилиндр 5 и рубашка охлаждения 6 крепятся к остову 1 болтами 7. Поршень 8 жестко соединен с полым штоком 9, на котором вверху закреплен крейцкопф 10, представляющий из себя цилиндрический короткий барабан. Шток 9 проходит сквозь крейцкопф 10 и заканчивается вверху двумя проушинами, через которые пальцем 11 соединен с коромыслом 12. На концах коромысла 12 имеются пальцы, с которыми подвижно соединены верхние головки двух шатунов 13, а нижние головки шатунов 13 подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов 2. Крейцкопф 10 размещен в двух полуцилиндрических направляющих 14, вдоль направляющих 14 имеются две сквозные прорези 15, в которых перемещается коромысло 12. Направляющие 14 имеют водяные рубашки 16, через которые прогоняется вода для охлаждения крейцкопфа 10. Внутренняя полость рабочего цилиндра 5 и полость направляющих крейцкопфа 14 разделены диафрагмой 17, по центру которой установлен сальник штока 18. В головке поршня 8 имеется аккумулятор воздуха 19 в виде шаровой полости соединенной с камерой сгорания 3 соплом 20, ось которого направлена по центру камеры сгорания 3. Поршень 8 имеет сверху крышку 21, которая герметично закрывает внутренний объем поршня и внутреннюю полость штока 9.
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
Когда поршень 8 находится в верхней мертвой точке, в цилиндре 5 открыты продувочные окна, и в камере сгорания 3 открыт выпускной клапан 4, в цилиндре происходит прямоточная продувка. В начале хода поршня 8 вниз сначала перекрываются продувочные окна и в это же время закрывается выпускной клапан 4. При дальнейшем ходе поршня 8 вниз в рабочем цилиндре 5 воздух сжимается, температура сжатого воздуха повышается до температуры обеспечивающей воспламенение топлива, которое распыляется форсункой в камере сгорания 3 от насоса высокого давления в конце хода сжатия. При этом часть воздуха запасается в аккумуляторе воздуха 19 через сопло 20. Сгоревшее топливо повышает температуру и давление в камере сгорания 3. Поршень 8 переходит нижнюю мертвую точку и получает импульс для движения вверх - начинается рабочий ход. По мере удаления поршня 8 от камеры сгорания 3 давление в рабочем цилиндре 5 падает и наступает момент, когда давление в аккумуляторе воздуха 19 станет выше, чем давление в рабочем цилиндре 5. При этом начнется истечение через сопло 20 аккумулированного воздуха по центру рабочего цилиндра 5, струя воздуха дойдет до клапана 4 и создает кольцевой вихрь по стенкам цилиндра 5, обеспечивая этим вихрем хорошее перемешивание несгоревшего топлива с воздухом, процесс этот будет идти на протяжении всего рабочего хода. Усилие от поршня 8 передается на шток 9 затем через палец 11 коромыслу 12 на два шатуна 13, которые при рабочем ходе работают на растяжение, от шатунов 13 усилие передается на шатунные шейки двум коленчатым валам 2 и далее по коленчатым валам 2 на нагрузку двигателя. При рабочем ходе поршень 8 не испытывает нормальной силы, так как сочленен со штоком 9, а не с шатуном, как это делается, например, в тронковом двигателе. Крейцкопф 10 так же не испытывает нормальной силы, так как передает усилие через палец 11 и коромысло 12 на два шатуна 13. Нормальная сила от обоих шатунов направлена навстречу друг другу и замкнувшись на коромысле 12 не воздействуют на крейцкопф 10 и на его направляющие 14.
При подходе поршня 8 к верхней мертвой точке открываются продувочные окна в цилиндре 5 и в это же время в камере сгорания 3 открывается выпускной клапан 4 и в рабочем цилиндре 5 происходит прямоточная продувка: из рабочего цилиндра 5 удаляются отработанные газы и поступает свежий заряд воздуха для следующего цикла сжатия и рабочего хода. Форсированный двигатель с увеличенным диаметром поршня нуждается в охлаждении поршня 8, так как охлаждаемые стенки рабочего цилиндра 5 не могут обеспечить в достаточной мере охлаждение головки поршня.
По данному изобретению охлаждение поршня 8 осуществляется испарительным способом изнутри поршня 8. Для этого двигатель скомпонован так, что камера сгорания 3 расположена ниже поршня 8, а поршень 8 и шток 9 соединены не только через центральную часть поршня 8, но и юбка поршня 8, имеющая крышку 21, герметично закрывает внутреннюю полость поршня 8 и внутреннюю полость полого штока 9. В верхней части штока 9 установлен крейцкопф 10, выполненный в виде цилиндрического барабана, нижняя часть крейцкопфа 10 имеет конус, при этом внутренняя часть крейцкопфа 10 герметично соединена со штоком 9, в котором имеются отверстия для объединения полости крейцкопфа 10 и полости поршня 8 в одну герметичную систему. Внутри пустотелого штока 9 установлена трубка для разделения потока пара по центру штока 9, идущего вверх и потока конденсата между трубкой и стенкой штока 9, стекающего из крейцкопфа 10 вниз. Система охлаждения поршня 8 работает по принципу испарения незначительного количества воды в закрытом объеме поршня 8, то есть в головке поршня 8, которая является самой нижней частью системы охлаждения поршня 8. Образовавшийся пар поднимается по трубке 9 в крейцкопф 10 и отдает свою теплоту направляющим 14 и проточной воде в рубашке 16. Пар конденсируется, а конденсат стекает по штоку 9 в полость поршня 8, где конденсат снова отнимает у поршня 8 часть тепла в виде теплоты испарения и в виде пара передает теплоту крейцкопфу 10. Система охлаждения поршня работает автоматически без насоса, но требуется проточная вода для охлаждения направляющих 14 крейцкопфа 10. Технический результат полезной модели - уменьшена высота двигателя, так как шатуны не являются продолжением штока, отсутствуют массивные детали остова двигателя и анкерные связи за ненадобностью, а двухвальная система кривошипно-шатунного механизма избавляет двигатель от нормальной силы и поэтому крейцкопф и направляющие крейцкопфа могут быть предельно облегчены, а двигатель избавлен от поперечной вибрации. Наличие аккумулятора воздуха в поршне обеспечивает полноту сгорания топлива, что позволит уменьшить избыток воздуха в камере сгорания. Таким образом, улучшаются условия работы двигателя и его эксплуатационные показатели.
Крейцкопфный двигатель внутреннего сгорания, содержащий остов, включающий фундаментную раму, картер, цилиндры с цилиндровыми втулками и кривошипно-шатунный механизм, состоящий из поршня, штока, крейцкопфа, шатуна и коленчатого вала, а также механизма газораспределения и систем - топливной, воздухоснабжения, газоотвода, охлаждения, смазки и управления, отличающийся тем, что рабочий цилиндр с камерой сгорания и два коленчатых вала расположены в нижней части остова, при этом шатунные шейки коленчатых валов связаны шарнирно с нижними головками шатунов, верхние концы которых посредством шарниров соединены с коромыслом, связанным с крейцкопфом, который представляет собой пустотелый барабан, закрепленный на полом штоке, и поршень, закрепленный в нижней части штока; в головке поршня имеются аккумулятор воздуха и сопло, направленные по оси цилиндра.
poleznayamodel.ru
