Механизмы и системы, обслуживающие двигатель внутреннего сгорания

Впуск в цилиндр четырехтактного дизеля воздуха и выпуск из него отработавших газов совершаются соответственно через впускной и выпускной клапаны с механическим управлением. Продолжительность открытия и закрытия клапанов регулируется с помощью распределительного вала и механизма газораспределения. Распределительный вал получает вращение от коленчатого вала двигателя через зубчатые шестерни или с помощью цепной передачи. У многих быстроходных дизелей распределительный вал установлен на уровне крышек цилиндров либо непосредственно под клапанами.

На рис. 63 показан этот вариант расположения распределительного вала. Вращение от коленчатого вала к распределительному передается вертикальным промежуточным валом 6 и шестернями 8, 7, 4 и 5. Открытие клапана осуществляется с помощью рычага 2, имеющего ось качания 1 и ролик 3, который при вращении распределительного вала перекатывается по поверхности закрепленной на нем кулачковой шайбы. При подъеме конца рычага с роликом другой его конец опускается и открывает клапан; закрытие клапана осуществляется пружиной, установленной на его штоке и сжимающейся при открытии клапана.

У многих двигателей средней и малой мощности передача вращения распределительному валу производится цилиндрическими шестернями (см. рис. 54): ведущей 17, установленной на коленчатом валу 16, паразитной 15 и ведомой 18 — на распределительном валу. Распределительный вал 13 с насаженными на него кулачками 14 установлен примерно на уровне средней части картера 2. Ввиду низкого расположения распределительного вала привод клапана осуществляется при помощи длинной штанги 7 и двуплечего рычага 5.

Впускные и выпускные клапаны механизма газораспределения работают в тяжелых условиях, поэтому материал для их изготовления должен обладать жаростойкостью, высокой прочностью, ударной вязкостью и износостойкостью.

Распределительный вал и кулачковые шайбы также являются ответственными деталями механизма распределения. В быстроходных двигателях распределительный вал изготовлен заодно с кулачками. В тихоходных двигателях шайбы изготовляют в виде отдельных деталей и закрепляют на распределительном валу с помощью шпонок или специальных зажимных приспособлений, позволяющих производить более точную установку каждой шайбы. Расположение кулачковых шайб на распределительном валу (угол их заклинивания), а также их профиль должны обеспечивать определенную последовательность работы клапанов, согласованную с продолжительностью тактов цикла в каждом цилиндре двигателя и с последовательностью работы цилиндров. Углы заклинивания кулачковых шайб согласовывают с расположением кривошипов коленчатого вала.

У реверсивных двигателей для привода каждого клапана имеются две кулачковые шайбы — переднего и заднего хода, так как при реверсе изменяется газораспределение. Кроме кулачковых шайб впускного и выпускного клапанов на распределительном валу закреплены шайбы топливных насосов высокого давления и детали распределителя пускового воздуха, а также различные шестерни.

В двухтактных двигателях конструкция органов газораспределения определяется системой продувки цилиндров.

Топливная система судовой дизельной установки включает: танки для хранения запасов топлива, расходные цистерны, топливоперекачивающие насосы для перекачки топлива из танков в расходные цистерны, комплекс топливоподготовки, топливо-подкачивающие насосы для подачи топлива к топливным насосам высокого давления, фильтры и форсунки.

В комплекс топливоподготовки входят сепараторы в комплекте с насосами и подогревателями, фильтры грубой и тонкой очистки топлива и отстойные цистерны.

Топливоподкачивающий насос предназначен для создания в трубопроводе избыточного давления, необходимого для преодоления сопротивления трубопровода и для обеспечения подпора топливным насосам высокого давления.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для подачи дозированного количества топлива высокого давления через форсунку в камеру сгорания рабочего цилиндра в момент, точно согласованный с положением поршня в цилиндре. При этом необходимо обеспечивать постоянное количество подаваемого топлива на данном режиме работы и определенную продолжительность подачи. Эти насосы бывают индивидуальными и многосекционными (блочными). Индивидуальный ТНВД обеспечивает работу только одного цилиндра, а блочный — работу всех цилиндров дизеля. Такой насос помимо общих требований, предъявляемых к ТНВД, должен обеспечивать также определенную очередность впрыска топлива в цилиндры дизеля.

По способу дозирования топлива и по другим признакам различают топливные насосы плунжерного, золотникового и клапанного типов, с газовыми толкателями и др. Наибольшее применение для судовых двигателей получили топливные насосы плунжерного и золотникового типов.

На рис. 64 показан топливный насос плунжерного типа. Корпус 6 насоса установлен на кронштейне блока цилиндров. Плунжер 1 насоса, расположенный во втулке 4, перемещается под действием толкателя 17 при набегании ролика 18 на выступ кулачковой шайбы. Пружина 2 обеспечивает плавное перемещение плунжера 1 вниз, упираясь в торец стопорной гайки 3, которая закрепляет втулку 4. В корпусе насоса, в нижней части штуцера 7 расположен нагнетательный клапан 5, перпендикулярно к которому слева установлен предохранительный клапан. Всасывающий клапан 10 расположен вертикально, справа от нагнетательного. Контргайка 8 закрывает отверстие в месте установки всасывающего клапана.

Топливо, поступая через штуцер 9, заполняет рабочую полость насоса при открытом всасывающем клапане, который работает с помощью штока 12, расположенного во втулке 11 и упирающегося в толкатель 14 штока клапана. На эксцентрик 15, установленный на конце отсечного валика (на рисунке не виден), опирается двуплечий рычаг 16, левый конец которого шарнирно соединен с толкателем 17 плунжера, а правый упирается в толкатель 14 штока клапана.

Продолжительность хода плунжера 1 от момента закрытия всасывающего клапана до момента достижения ВМТ определяет количество топлива, подаваемого в цилиндр двигателя за каждый рабочий цикл. Эта продолжительность зависит от зазора между хвостовиком всасывающего клапана и штоком 12. Для изменения зазора, а вместе с этим и количества подаваемого топлива в зависимости от изменения нагрузки, приложенной к дизелю, поворачивают отсечной валик, а вместе с ним эксцентрик 15, и тем самым поднимают или опускают правый конец рычага 16. Индивидуальное регулирование зазора в каждом насосе с целью равномерного распределения топлива по цилиндрам достигается поворотом болта 13, головка которого упирается в тарелку штока 12. Кулачковая шайба симметричного профиля, от которой получает движение толкатель 17, обеспечивает работу двигателя как на передний, так и на задний ход. Применение всасывающего клапана 10 в качестве перепускного упрощает конструкцию насоса и повышает надежность его работы.

Форсунка служит для распыливания топлива, поступающего от ТНВД, в камере сгорания дизеля. В настоящее время применяются исключительно форсунки закрытого типа, т. е. такие, у которых сопловые отверстия открываются лишь на период впрыска топлива. Запорным органом в них служит игла форсунки, управление которой осуществляется автоматически — давлением самого топлива.

На рис. 65, а показан общий вид закрытой форсунки. Корпус 8 форсунки вставлен в центральное отверстие крышки цилиндра и закреплен шпильками. Топливо нагнетается в форсунку через штуцер, ввертываемый в отверстие корпуса в направлении, указанном на рисунке стрелкой. По каналу 7 в корпусе топливо направляется в иглодержатель 3 иглы 2. Съемный распылитель 1, имеющий от семи до девяти сопловых отверстий диаметром 0,15—0,3 мм, закреплен гайкой 5.

Существуют различные конструкции распылителей форсунок; наиболее распространенная показана на рис. 65, б.

Давление топлива, при котором происходит подъем иглы 2, регулируется пружиной 12, установленной в колпачке 9 с гайкой 11 и пробкой 10. Игла перемещается в отверстиях иглодержателя 3 и плотно прилегает к его стенкам (зазор составляет 1,5—2 мкм). Такой характер сопряжения достигается притиркой. Наибольший подъем (ход) иглы составляет 0,4—0,6 мм. У данной форсунки он ограничен втулкой 4, запрессованной в корпусе форсунки. Возврат иглы на место происходит под давлением пружины через штангу 6. Прокачивание форсунки топливом с целью удаления из нее воздуха производят по каналу 15, закрытому болтом 13 с шариковым клапаном 14 на конце.

Для повышения надежности работы форсунок на дизелях с диаметром цилиндра свыше 400 мм рекомендуется применять форсунки с охлаждением. Обычно отвод теплоты от форсунок производят тем же топливом, которое поступает для работы дизеля.

В последнее время на некоторых дизелях стали применять форсунки с гидравлически запираемой иглой, менее чувствительные к качеству топлива. У этих форсунок игла прижимается к седлу распылителя давлением жидкости — гидросмеси. В качестве гидросмеси применяют смесь смазочного масла с топливом. В такой форсунке отсутствуют пружина, штанга и детали регулировки пружины, что существенно упрощает конструкцию и повышает надежность эксплуатации.

Фильтры входят в состав топливной системы. Между расходным топливным баком и топливоподкачивающим насосом обычно устанавливают сетчатый фильтр грубой очистки, а между топливоподкачивающим насосом и ТНВД — фильтры тонкой очистки низкого давления. Механические включения и продукты окисления топлива удаляют из корпуса фильтра периодической его очисткой или через кран в нижней части корпуса. Фильтрующим материалом в фильтрах низкого Давления является войлок в виде тонких и толстых пластин, надетых на сетчатый каркас, либо специальные фильтровальные ткани и материалы. Фильтр тонкой очистки высокого давления устанавливают перед форсункой или непосредственно в ее корпусе; он служит для предохранения сопловых отверстий форсунки от засорения. Здесь фильтрующим элементом является прошлифованный цилиндрический стержень с продольными каналами либо вставка цилиндрической или конической формы, полученная путем спекания большого количества латунных шариков диаметром 0,25 мм.

Система смазки состоит из циркуляционных масляных насосов, фильтров грубой и тонкой очистки, емкостей для масла, масляного холодильника и связывающих все эти элементы трубопроводов. Назначение системы смазки изложено в гл. X.

Система охлаждения предназначена для подачи охлаждающей жидкости к наиболее нагретым деталям и узлам двигателя, а также для охлаждения масла и наддувочного или продувочного воздуха в соответствующих холодильниках. В качестве охлаждающих жидкостей используют пресную и забортную воду и только для охлаждения головок поршней дизелей большой мощности — масло.

Водяная система охлаждения может быть проточной (одноконтурной) и замкнутой (двухконтурной). При проточной системе через полости охлаждения двигателя прокачивается забортная вода, поступающая через кингстон. Охладив цилиндры, крышки цилиндров, выпускной коллектор и смазочное масло, эта вода сливается за борт. При замкнутой системе охлаждение двигателя осуществляется пресной, а в ряде случаев и дистиллированной водой, циркулирующей по замкнутому кругу (внутренний контур). В свою очередь охлаждение пресной воды производится забортной водой в специальном холодильнике (внешний контур). В настоящее время для большинства дизелей применяются замкнутые системы охлаждения.