2.2.2. Двигун і системи, що забезпечують його роботу
Двигун КамАЗ-740 чотирьохтактний, восьми циліндровий дизель із запаленням від стиску, рідинного, вентиляторного охолодження.
Технічна характеристика двигуна
Розташування циліндрів V - образне, з кутом розвалу 900
Порядок роботи циліндрів 1–5–4–2–6–3–7–8
Діаметр циліндрів i хід поршня, мм 120 х 120
Робочий об’єм, л 10,85
Ступінь стиску 17, 0
Номінальна потужність, к. с. 210
Частота обертання колінчатого вала, об/хв.:
номінальна 2600
на холостому ходу: 600
максимальна, не більш 2930
Тиск масла двигуна при номінальній частоті обертання, кг/см2 4-5,5
Двигун, зчеплення, коробка передач, з’єднані між собою і представляють собою силовий агрегат, який кріпиться до рами з допомогою підвіски. Підвіска ефективно знижує ударні навантаження при русі по нерівностях дороги, гасить реактивні моменти, що виникають при роботі двигуна. Вона складається з двох передніх i двох задніх опор.
Передні опори складаються з прямокутних амортизаторів, розташованих по обидва боки передньої частини двигуна, двох кронштейнів i стяжки. Амортизатори являють собою гумові подушки з вулканізованими до них пластинами.
Задні опори розташовані по обидва боки картера зчеплення. Кожна з опор має гумові подушки, що виконують функцію пом’якшення поштовхів і ударів, а також гасіння коливань, та елементи кріплення.
Загальна будова двигуна
Двигун КамАЗ-740 для автомобіля КамАЗ-4310 складається з трьох механізмів:
кривошипно-шатунного механізму (КШМ);
механізму передач (МП);
механізму газорозподілу( МГР).
КШМ призначений для сприйняття тиску газів і перетворення зворотно поступового руху поршнів в обертальний рух колінчастого вала. Він складається з рухомих і нерухомих частин.
Нерухомі частини сприймають тиск газів і містять у себе – блок циліндрів, піддон, 8 голівок блоку, 8 легко знімних “мокрих” гільз.
Рухомі частини перетворюють зворотно поступовий рух поршнів у обертальний рух колінчастого вала двигуна. Вони складаються з: колінчастого вала; маховика; 8 поршнів і 8 шатунів у зборі.
Нерухомі деталі КШМ:
Блок циліндрів - є корпусом двигуна, в якому розміщуються і працюють рухомі деталі усіх механізмів і систем двигуна, він підлягає значному, нерівномірному нагріву. Під впливом механічних навантажень і термічних напруг блок може деформуватись, в зв'язку з чим надані йому при виготовленні форма і розміри змінюються.
Блок уявляє собою жорстку відливку із сірого чавуну з добавленням невеликої кількості легуючих добавок (хром, нікель). Блок має V-подібну конструкцію з кутом розвалу 90°. Лівий ряд циліндрів зміщений відносно правого на 29,5 мм. Це викликано тим, що на одній шатунній шийці колінвала встановлюється два шатуни. Блок складає одне ціле з верхньою частиною картера і розділений поперечними перегородками, які в нижній частині закінчуються арками, які утворюють корінні опори колінвала. На блоці передбачені:
гніздо для установки водяного насоса і канали підводу охолоджуючої рідини (передній торець);
площадка для кріплення масляного фільтра і канали для підводу масла до МФ і відводу від нього в головні магістралі.
площадка для кріплення масляного насоса і канали для підводу масла від нагнітальної і радіаторної секцій масляного насоса;
в розвалі блока виконані площадки для кріплення паливного насоса високого тиску;
в верхній частині перегородок виконані розточки під підшипник розподільного вала.
Циліндрична частина блока є одночасно і стяжкою сорочки охолодження.
В циліндрові гнізда вставляються гільзи циліндрів. Гільзи циліндрів «мокрого типу» (зовнішня поверхня гільзи омивається охолоджуючою рідиною, легкозємні, відлиті із спеціального чавуна).
Головка циліндрів - відлита із алюмінієвого сплаву. На кожний циліндр окрема головка. В головці виконані впускний і випускний клапани. Вільний простір (внутрішній) головки утворює рідинну сорочку охолодження головки.
В головці виконана порожнина для встановлення форсунки.
Картер маховика - виготовлений із алюмінієвого сплаву і кріпиться болтами до заднього торця блока циліндрів. 3 лівого боку в картері передбачений отвір для установки стартера. Всередині нижньої частини картера є отвір під сальник колінчастого вала.
Передня кришка блока (корпус гідромуфти) відлита із алюмінієвого сплаву. Кріпиться болтами до переднього торця картера.
В кришці також розміщуються вузли привода агрегатів:
в передній частині кришки є розточка для приводу водяного вала, гідромуфти;
вала приводу генератора і водяного насоса;
з правого боку кришки кріпиться відцентрований масляний фільтр;
праворуч і ліворуч кріпляться кронштейни передньої опори двигуна.
Рухомі деталі КШМ:
Поршень - уявляє собою металевий стакан із алюмінієвого сплаву, складається із днища, головки, юбки.
На поршні встановлені 2 компресійні і одно маслоз'ємне кільце. В днищі виконані тороїдальні КС і К 2 виточки для головки клапанів.
На бокових стінках всередині поршня виконані бобишки (приливи), в отвори яких встановлюється поршневий палець. На внутрішній поверхні бобишок виконані канавки під стопорні кільця поршневого пальця.
Поршневі кільця забезпечують герметичність між поршнем і гільзою двигуна і запобігають попаданню масла в камеру згоряння, кільця чавунні.
Компресійні кільця мають форму прямокутної трапеції. Маслозємні кільця коробчастого типу з радіальним пружинним розширенням.
Поршневі кільця мають прямий замок. Зазор в замку стиснутого кільця, поміщеного в гільзу циліндра, повинен бути 0,4 - 0,6 мм (для компресійних) і 0,3– 0,45 мм (для маслоз'ємного). Замки повинні бути повернуті один відносно другого на 180о.
Шатун - з’єднує поршень з колінвалом, шатун виготовлений із сталі.
Складається із верхньої головки, стержня і нижньої головки. В верхній головці запресована бронзова втулка. Нижня головка шатуна виконана роз'ємною. Роль підшипників виконують вкладиші, виготовлені із сталі. Вкладиші шатунні - взаємозаміняємі.
Поршневий палець - служить для шарнірного з'єднання поршня з шатуном. Він виготовлений із хромо - нікельової сталі. Поршневий палець плаваючого типу.
Колінчастий вал - сприймає зусилля від шатунів і перетворює їх в крутний момент, а також забезпечує переміщення поршнів під час допоміжних тактів і пуску двигуна. Виготовлений з високовуглецевої легованої сталі.
Складається із корінних шийок, шатунних шийок, щік, зв'язуючих корінні і шатунні шийки, носка (переднього кінця), хвостовика (заднього кінця).
Для розвантаження корінних підшипників від дії відцентрових сил за одне ціле із щоками виконані противіси.
На кожній шатунній шийці кріплять по два шатуна (правого і лівого ряду).
Для жорсткості число корінних шийок на одну більше, ніж шатунних. На передньому кінці вала напресовані шестерня масляного насоса і передній противіс.
3 торця колінчастого вала встановлюється шліцьова напівмуфта відбору потужності для привода гідромуфти.
На задньому кінці колінвала напресована розподільна шестерня і задній противіс. В щоках колінвала просвердлені канали для підводу масла від корінних підшипників до шатунних шийок.
Колінчастий вал фіксується в осьовому напрямку 4-ма сталеалюмінієвими напівкільцями, встановленими в проточці задньої корінної опори. Від провертання кільця утримуються виступами нижніх напівкілець.
Виступи входять в пази кришки підшипника.
Маховик призначений для зменшення коливань колінчастого вала, а також для виводу поршнів із мертвих точок завдяки накопиченій кінетичній енергії під час такту робочого ходу. Крім цього маховик полегшує роботу двигуна при розгоні і подоланні короткочасних перевантажень. Відлитий із сірого спеціального чавуна, закріплений болтами на задньому торці колінчастого вала і зафіксований 3-ма штифтами і установочною втулкою.
Для пуску двигуна стартером на маховику напресований зубчастий вінець. На зовнішній поверхні є паз під фіксатор (для регулювань двигуна). Для провертання колінчастого вала по колу маховика передбачені 12 отворів.
ГРМ служить для забезпечення своєчасного наповнення циліндрів двигуна свіжим повітрям і випуску із них відпрацьованих газів.
ГРМ клапанного типу, з верхнім розміщенням клапанів (по 2 клапани на циліндр) і нижнім розміщенням розподільного вала.
МГП – верхньо клапанний, включає п’яти опорний розподільний вал, штовхачі, їх направляючі, штанги, коромисла, клапани в зборі.
МГР призначений для керування процесами впуску в циліндри свіжого повітряного заряду і випуску з них газів, що відпрацювали.
Відкриття i закриття клапанів відбувається у визначених положеннях поршня, що забезпечується сполученням міток на шестернях привода агрегатів.
Кулачки розподільного вала відповідно до фаз газорозподілу пускають у хід штовхальники. Штанги надають хитальний рух коромислам, а останні, переборюючи опір пружин, відкривають клапани. Закриття клапанів відбувається під дією сили стиснутих пружин (дві пружини на кожному клапані).
ГРМ складається із:
розподільного вала з приводом;
штовхачів;
направляючих штовхачів;
штанг штовхачів;
коромисел клапанів;
стояків осей коромисел і клапаних механізмів.
Розподільний вал служить для керування клапанами. Встановлений в розвалі блока на 5-ти підшипниках ковзання з шестеренчастим приводом. На валу є 5 опорних шийок і по 2 кулачка на кожний шарнір. Осьові переміщення розподільного вала обмежуються корпусом підшипника, в торці якого упирається з одного боку маточина шестерні, а з другого - упорний бурт задньої опорної шийки.
Штовхачі - для передачі зусилля від кулачків розподільного вала до штанг. Штовхачі тарільчастого типу з циліндричною направляючою частиною, виготовлені із сталі.
Штанги штовхачів - стальні, пустотілі.
Коромисла клапанів служать для зміни напрямку руху, який передається штангою. Сталеві, уявляють собою двоплечі важелі.
Клапани:
впускний і випускний із жароміцної сталі. Складаються із тарілки і стержня. Діаметр головки випускного клапана 46,5мм, а впускного
51,5мм. Збільшений діаметр впускного клапана поліпшує наповнення циліндра свіжим повітрям.
Колінчастий вал приводить в обертання (через шестеренчастий привод) розподільний вал. При повороті розподільного вала його кулачок піднімає штовхач, а разом з ним і штангу, яка верхнім кінцем упирається в регулювальний болт коромисла. Коромисло повертається навколо осі і відтискує клапан вниз. Відкривається отвір канала в головці циліндра. При подальшому повороті розподільного вала, штовхач починає опускатися, а клапан під дією пружин рухається вгору. Коли кулачок виходить з-під штовхача, тиск на клапан припиняється, і він під дією пружин щільно сідає на сідло.
Фазами газорозподілення називають моменти початку відкривання і кінця закривання клапанів, які виражаються в градусах кута повороту.
Для поліпшення наповнення циліндрів свіжим повітрям і кращої очистки їх від відпрацьованих газів необхідно відкривати і закривати клапани не в ті моменти, коли поршень знаходиться в мертвих точках, а з деяким випередженням при відкриванні і запізненням при їх закриванні.
В двигуні КамАЗ впускні клапани відкриваються з випередженням на 100 до ВМТ, закриваються з запізненням на 460 після НМТ. Тривалість відкривання впускного клапана 2360 (такт впуску). Тривалість відкривання випускного клапана 2560 (такт випуску).
Таким чином, в двигуні є період, на протязі якого впускний і випускний клапани відкриті одночасно, який називається перекриттям клапанів.
При перекритті клапанів відбувається підсосування в циліндр повітря і відсосування із нього відпрацьованих газів за рахунок більшої енергії потоків повітря і відпрацьованих газів.
МП призначений для передачі крутячого моменту на всі приводні агрегати двигуна.
МП (привод агрегатів) пасово-шестеренний з прямозубими шестернями, служить для привода вала газорозподільного механізму, паливного насоса високого і низького тиску, компресора, масляного насоса, насоса гідро підсилювача рульового керування автомобіля, гідромуфти, а також водяного насоса і генератора, які мають пасовий привод.Привод агрегатів закритий картером маховика, закріпленим на задньому торці блоку циліндрів.
Принцип роботи чотирьохтактних двигунів внутрішнього згорання
На автомобілі КамАЗ–4310 встановлено двигун Камаз–740 чотирьохтактний, восьми циліндровий дизель із запаленням від стиску, рідинного, вентиляторного охолодження, розташування циліндрів V - образне, з кутом розвалу 900, порядок роботи циліндрів: 1–5–4–2–6–3–7–8, діаметр циліндрів i хід поршня, мм - 120 х 120.
Рис 2.9. Показана залежність тиску р в циліндрі чотиритактного двигуна від положення поршня (його ходу) при різних тактах.
Чотиритактний двигун, цикл роботи якого складається з чотирьох тактів (ходів поршня), що відбуваються за два звороти колінчастого валу двигуна (Рис 2.9.). При його першому звороті здійснюється впускання і стискування. Впускання робочої суміші (в карбюраторного двигуна, або двигуна із займанням від іскри) або повітря (в дизеля) відбувається при русі поршня від верхньої мертвої точки (ст м. т.) до нижньої мертвої точки (н. м. т.). Стискування робочої суміші або повітря здійснюється при русі поршня від н. м. т. до ст м. т. При другому звороті колінчастого валу здійснюється робочий хід (поршень рухається так само, як при впусканні) і випуск (поршень рухається так само, як при стискуванні). Робочий хід (згорання–розширення) здійснюється під дією тиску на поршень продуктів згорання палива. Випуск– останній такт; під час нього відпрацьовані продукти згорання віддаляються з циліндра двигуна. Всі холості ходи (впускання, стискування, випуск) здійснюються за рахунок кінетичної енергії, запасеної колінчастим валом і пов'язаними з ним деталями під час робочого ходу, в процесі якого хімічна енергія палива перетворюється на механічну енергію рухомих частин двигуна. Оскільки згорання відбувається в долі сік , то воно супроводиться швидким збільшенням навантаження на кришку (голівку) циліндра, поршень і інші деталі двигуна. Наявність такого навантаження неминуче приводить до необхідності збільшити масу рухомих деталей (для підвищення міцності), що у свою чергу супроводиться зростанням інерційних навантажень на рухомі деталі. Останнє є істотним недоліком поршневих двигунів.
Будова систем, що обслуговують роботу двигуна
До складу системи, що обслуговують двигун КамАЗ-740 відносяться:
системи живлення паливом;
система живлення повітрям і випуску відпрацьованих газів;
системи змащення;
система охолодження;
система підігріву.
Система живлення паливом (рис. 2.10) забезпечує збереження, очищення палива i подачу його в циліндри двигуна в визначеної кількості і у визначений момент часу під високим тиском у дрібному стані. Для роботи двигуна використовується дизельне паливо літніх і зимових сортів у відповідності до пори року. Загальна ємність двох паливних баків складає 250.
Рис. 2.10. Система живлення паливом
На двигунах КамАЗ - 740 застосована система живлення паливом розподільного типу. Вона складає з: паливних баків, паливних фільтрів грубого і тонкого очищення, паливного насоса високого тиску з регулятором частоти обертання й автоматичною муфтою випередження подачі палива, паливного насоса низького тиску, ручного паливного насоса, що підкачує, форсунок, паливо міра, паливних трубопроводів високого і низького тиску та елементів кріплення.
Паливний насос високого тиску зі все режимним регулятором призначений для подачі в циліндри двигуна у визначені моменти часу строго дозованих порцій палива під високим тиском.
Регулятор частоти обертання все режимний, прямої дії, змінює кількість палива, що подається в циліндри, у залежності від навантаження, підтримуючи задану частоту. Регулятор встановлений у розвалі корпуса паливного насоса високого тиску.
Фільтр тонкого очищення остаточно очищає паливо перед надходженням у паливний насос високого тиску. Він встановлений у найвищій точці системи живлення для збору i видалення в бак повітря, що проникло у систему разом з частиною палива через клапан-жиклер, встановлений у корпусі. .
Паливний насос низького тиску поршневого типу, призначений для подачі палива від бака через фільтри грубого і тонкого очищення до впускної порожнини насоса високого тиску. Він встановлений на кришці регулятора частоти обертання і приводиться в дію від кулачкового валу паливного насоса високого тиску.
Ручним насосом, що підкачує, система заповнюється паливом і з неї видаляється повітря перед пуском двигуна. Ручний насос встановлений на фланці паливного насосу низького тиску.
Паливо проводи поділяються на паливо проводи низького тиску - 4-20кг/см2 i високого тиску - більш 200кг/см2. Паливо проводи високого тиску виготовлені зі сталевих трубок, кінці яких виконані конусоподібними, притиснуті накидними гайками через шайби до конусних гнізд штуцерів паливного насоса i форсунок.
Привод керування подачею палива механічний, безпосередньої дії. Він складається з педалі, тяг, важелів i поперечних валиків; передбачений також ручний привод подачі палива й зупинки двигуна.
Система живлення повітрям призначена для живлення двигуна чистим повітрям і подачі його до впускних колекторів двигуна. Вона складається з: повітряного фільтра, патрубків i труб, що з'єднують повітря забірний пристрій з повітряним фільтром і повітряний фільтр із впускними колекторами; індикатора засміченості повітряного фільтра (у кабіні). Труба повітря забірного пристрою розташована вище кабіни, що забезпечує подолання броду до 1,4м.
Впускні колектори служать для розподілу повітря по циліндрах. Очищення повітря в повітряному фільтрі двоступінчате. Перший ступінь очищення - моно циклон. Другий ступінь очищення - фільтруючий паперовий елемент, який складається з зовнішнього i внутрішнього кожухів. Фільтруючий елемент щільно притиснутий до днища корпуса й ущільнюється двома торцевими гумовими кільцями.
Система випуску відпрацьованих газів складається з двох випускних колекторів, двох прийомних труб, гнучкого металевого рукава і глушника. Принцип роботи глушника полягає в перетворенні звукової енергії в теплову.
Система змащення призначена для збереження, очищення і подачі олива під тиском і розбризкуванням до деталей, що труться, з метою зменшення їх зносу і часткового відводу від них тепла. Під час роботи двигуна оливо, яке вводиться між деталями, захищає їх від корозійного руйнування, виносить продукти їх зношування і частково їх охолоджує. Тонка плівка олива, яка знаходиться на поршнях, поршневих кільцях і циліндрах, не тільки знижує їх знос, але і покращує компресію двигуна.
Технічна характеристика системи: марка олив - М-10Г2К літом, М-8Г2К узимку; Ємність системи змащення 24,5л. Тип системи змащення - комбінована, з «мокрим» картером (масло зберігається в картері двигуна), робочий тиск масла - 4-5,5кг/см².
Оливо під тиском подається до корінних i шатунних підшипників колінчатого вала, до підшипників розподільного вала, втулкам коромисел механізму газорозподілу (МГР), паливному насосу високого тиску, компресору. Передбачено пульсуюча подача олива до вepxніx сферичних опор штанг штовхальників (МГР).
Загальна будова. Система змащення включає: масляний картер двигуна, оливний насос, фільтр очищення олива, відцентровий фільтр очищення олива, оливний радіатор, контрольні прилади, оливні трубопроводи.
Система охолодження (рис.2.13.) призначена для відводу тепла від деталей, що доторкуються гарячих газів (циліндри і головки), і підтримання температури цих деталей у необхідних межах.
Необхідність системи охолодження викликана тим, що деталі двигуна, які доторкаються до розжарених газів, при роботі сильно нагріваються. Якщо не охолоджувати внутрішні деталі двигуна, то в наслідок перегріву може відбутися вигорання шару мастила між деталями і їх заклинювання. Не можна допускати і переохолодження двигуна, так як при цьому виникає осмолення двигуна і вихід його з ладу.
Система охолодження двигуна рідинна, закритого типу, з примусовою циркуляцію охолоджувальної рідини. В якості охолоджувальної рідини застосовують „Антифриз” („Тосол”) марки “40” або “65”, допускається короткочасно використовувати воду (дані числа показують температуру замерзання рідини). Ємність системи охолодження складає 35л. При роботі двигуна температура охолоджувальної рідини контролюється водієм і підтримується в межах 80-90˚С. Початок руху машини дозволяється при досягнення температури охолоджувальної рідини не менше 40 ˚С.
Основними елементами системи є: водяний насос, оболонки охолодження двигуна, вентилятор, гідромуфта привода вентилятора, термостати, вимикач гідромуфти, розширювальний бачок, трубки сполучення, радіатор, трубки сполучення і жалюзі.
Водяной насос відцентрового типу встановлений на передній частині блоку циліндрів ліворуч.
Вентилятор осьового типу, п’ятьох лопатевий, установлений на веденому валу гідромуфти.
Гідромуфта привода вентилятора передає момент, що крутить, від колінчатого вала до вентилятора i гасить інерційні навантаження, що виникають при різкій зміні частоти обертання колінчатого вала. Гідромуфта розташовується співвісна з колінчатим валом. Роботою гідромуфти керує перемикач режимів роботи. Він має три положення:
А- автоматичний режим, при якому підтримується температура охолоджувальної рідини в межах 85- 90 ˚С;
О- вентилятор вимкнено;
П- вентилятор постійно включено.
Термостати призначені для автоматичного регулювання теплового режиму двигуна за рахунок розподілу потоків охолоджувальної рідини. ермостати призначені для автоматичног регулювання теплового режиму двигуна за рахунок розподілу потоків охолоджувальної рідини
На холодному двигуні охолоджувальна рідина циркулює через перепускну трубу минаючи радіатор. При нагріванні рідини до 80˚С вона починає поступово проходити і через радіатор, а при температурі 93˚С - вся рідина циркулює через радіатор.
Розширювальний бачок призначений для компенсації змін об’єму рідини при її розширенні від нагрівання, видалення пару, з’єднання системи з атмосферою, заповнення і контролю заповнення системи охолодження рідиною.
Система підігріву складається з електричного факельного пристрою (ЕФП) і передпускового підігрівника.
ЕФП призначений для полегшення пуску холодного двигуна при температурі навколишнього середовища до – 250 С. Принцип дії ЕФП оснований на підігріві повітря, що потрапляє в циліндри двигуна, факелом свічок. Факельні свічки приєднані до паливної магістралі низького тиску (після фільтру тонкого очищення). При вмиканні ЕФП свічки (дві) розігріваються. Одночасно нагрівається термічне реле, яке вмикає електричний магнітний клапан і контрольну лампу. Клапан відчиняє доступ палива до свічок, а контрольна лампа свідчити о готовності ЕФП до пуску двигуна.
Передпусковий підігрівник призначений для нагріву рідини в системі охолодження і масла в картері двигуна перед його пуском у холодний час року (нижче - 250 С).
Технічна характеристика: загоряння палива від електричної іскрової свічі (котушка запалювання), витрата палива 4,5кг/год.; час роботи свічі не більше 30 с. Підігрівник встановлений під передньою поперечиною рами автомобіля. Підігрівник складається з: котла в зборі з пальником, насосного агрегату (електричний двигун, вентилятор, водяний і паливний насоси), електромагнітного паливного клапана в зборі з форсункою і систем електричного іскрового розпалювання і дистанційного керування.