Chainov_Ivashenko_Konstr_dvs / Чайнов Иващенко - Конструирование ДВС

средняя нагрузка 60–80 %, а при тя желой пахоте 85–100 %, перемен ный характер режимов работы (чис ло циклов нагрев–охлаждение до стигает 43104 за 6000 моточасов), по вышенная запыленность окружаю щей среды. Вследствие высокой на грузки двигателя элементы трактор ного дизеля должны иметь большие запасы прочности. Именно поэтому установка автомобильного дизеля на трактор сопровождается сниже нием его номинальной мощности на 30–40 %. Для тракторов приме няют дизели жидкостного, реже воздушного охлаждения, в рядном и V образном исполнениях в зависи мости от числа цилиндров и мощ ности двигателя. Хотя выпускаются и безнаддувные двигатели, предпоч тение отдается двигателям с турбо наддувом с неразделенными каме рами сгорания.

Компоновка и конструкция тракторного дизеля определяются его назначением, размерами ци линдра, агрегатной мощностью и другими факторами. На рис. 11.6 показан рядный, четырехтактный, четырехцилиндровый дизель воз душного охлаждения с турбонад дувом 4 ЧН10,5/12 Владимирского завода для трактора класса 1,4– 2 т. Представленная модификация двигателя мощностью до 60 кВт является развитием мощностного ряда известных отечественных трак торных дизелей с воздушным ох лаждением. Дальнейшее улучшение технико экономических показате лей связано, в частности, с умень шением длины поршня при со кращении до трех числа поршне вых колец.

Одна из модификаций представ ленного на рис. 11.5 дизеля жидко стного охлаждения 12 ЧН14/14 ус танавливается на промышленные тракторы класса до 35 т.

11.2. Тепловозные и судовые двигатели с частотой вращения коленчатого вала 750–1100 мин1

В диапазоне мощностей 1500– 3500 кВт, что считается перспектив ным для железнодорожного транс порта, в настоящее время преиму щественно применяются высоко форсированные четырехтактные ди зели с частотой вращения коленча того вала 900–1000 мин 1. Доля двух тактных тепловозных двигателей на российских железных дорогах на протяжении нескольких десятиле тий постоянно уменьшается (имеют ся в виду как двигатели с противопо ложно движущимися поршнями ти па ДН 20,7/2;25,4, так и с клапанно щелевой продувкой типа ДН 23/30). Тепловозные дизели как двух , так и четырехтактные выпускают рядны ми с числом цилиндров 4 и 6, а так же V образными с числом цилинд ров 8, 12, 16 и 20 при диаметре ци линдра 200–300 мм. Двигатели рас сматриваемого класса используются также в качестве главных и вспомо гательных на судах различного на значения, большегрузных карьерных самосвалах, передвижных электро станциях, буровых установках и многих других объектах. Дизели с меньшими агрегатными мощностя ми можно создать в пределах мощ ностного ряда за счет уменьшения числа цилиндров и уровня форсиро вания. В условиях сильной конку ренции на мировом рынке достигну ты высокие показатели рабочих про цессов, обеспечивающие удельные расходы топлива 186–195 г/(кВт3ч), масла 0,4 г/(кВт3ч) при сроке службы до выемки поршней 35–50 тыс.ч. Эти двигатели относятся к верхней ступени диапазона частот вращения класса среднеоборотных двигателей.

В ближайшем будущем эмиссия отработавших газов должна быть

по оксидам азота не более 6– 8 г/(кВт3ч), оксиду углерода 0,5– 1,0, углеводородам – не выше 0,5 г/(кВт3ч) и дымности менее 1 балла. В дальнейшем эти показате ли должны постоянно понижаться.

Массогабаритные показатели те пловозных двигателей в значитель ной степени ограничены нагрузкой на ось и габаритами локомотива. Улучшению массогабаритных пока зателей способствует применение подвесных опор коленчатого вала взамен фундаментной рамы. Для повышения жесткости подвесные опоры дополнительно крепят боко выми горизонтальными болтами.

Дальнейшее улучшение топлив ной экономичности связано с уве личением максимального давления газов в цилиндре до 18 МПа и вы ше, с оптимизацией процессов воз духоснабжения, топливоподачи и смесеобразования в цилиндре, что требует применения систем элек тронного управления перечислен ными выше физическими процес сами. В частности, можно назвать инверторный электропривод тур бокомпрессора, управляемые фазы газораспределения.

Снижению расхода топлива спо собствует уменьшение потерь на тре ние путем сокращения числа порш невых колец, повышения газодина мических характеристик проточной части двигателя, включая газовоз душные каналы крышки цилиндров.

Улучшение экологических пока зателей тепловозных двигателей связано, прежде всего, с совершен ствованием рабочих процессов, в том числе с применением перепус ка отработавших газов на всасыва ние, максимального ограничения расхода картерных газов, что, в свою очередь, сократит выбросы углеводородов, твердых частиц и уменьшит дымность. В будущем

дальнейшее ужесточение норм по вредным выбросам может потребо вать применения нейтрализаторов.

К числу основных показателей, характеризующих конструкцию те пловозного двигателя, относится отношение хода поршня S к диа метру цилиндра D. Общей тенден цией является некоторое повыше ние S/D более 1, что ведет к улучше нию топливной экономичности.

Увеличение с этой же целью дав ления сгорания рz требует повыше ния несущей способности подшип ников коленчатого вала, являющейся традиционным ограничением роста максимального давления рабочего цикла двигателя. Сказанное отно сится и к базовым деталям двигате ля, таким как поршень, шатун, крыш ка и втулка цилиндра, клапаны и корпус двигателя. Так, применение охлаждаемых седел клапанов в соче тании с вращением последних при работе повышает ресурс так же, как и применение высокопрочного чугу на для втулок цилиндров и охлаж даемых маслом составных поршней с головкой из жаропрочной стали и стальным тронком.

На рис. 11.7 показан поперечный разрез тепловозного двигателя типа ЧН26/26. Полная мощность шестнад цатицилиндрового дизеля при часто те вращения вала 1000 мин 1 дости гает 3380 кВт, удельная масса ди зель генератора составляет 9 кг/кВт. Принятое схемное решение основа но на блочно модульном принципе конструирования при высокой сте пени унификации узлов и деталей в различных модификациях двигате лей мощностного ряда Д49.

Корпус двигателя включает сварно литой картер, образован ный свариваемыми контактно сты ковой сваркой стальными литыми стойками. Возможно применение литого блок картера из высоко

и частоте вращения коленчатого ва ла 1100 мин 1) и комплексном адап тивном управлении двигателем в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.

Применение сочлененной ша тунной группы, хотя и уменьшает длину V образного двигателя и уп рощает конструкцию его корпуса, однако создает повышенную на пряженность шатунной группы, особенно при форсировании двига теля по среднему эффективному давлению и давлению pz. Вкладыши коренных подшипников коленча того вала трехслойные, с заливкой из свинцовистой бронзы и прира боточным покрытием. Конструк ция шатуна должна обеспечить вы сокую жесткость подшипникового узла. На двигателе применены со ставные поршни со стальной го ловкой из жаропрочной стали и юбкой из алюминиевого сплава (возможно использование специ альной стали). Поршни охлажда ются маслом, поступающим из смазочной системы по каналам в коленчатом валу и шатунах в цен тральную зону головки поршня с перетеканием на периферию охла ждаемой полости. Интенсифика ция охлаждения достигается за счет эффекта взбалтывания масла при возвратно поступательном движе нии поршня. Распределительный вал расположен в специальном лотке в развале блоков. Индивиду альные топливные насосы установ лены на каждый цилиндр.

Двигатели данного класса име ют смазочную систему, как прави ло, с сухим картером с откачиваю щим и нагнетательным насосами, а также в дополнение к фильтрам с центробежными маслоочистителя ми. Охладители масла часто уста навливают отдельно от двигателя. Система охлаждения – замкнутая,

циркуляционная. В судовых двига телях забортная вода проходит по следовательно через охладитель воз духа, масляный охладитель и водо водяной теплообменник. Система пуска – обычно пневматическая, с автоматическими пусковыми кла панами; весь воздух проходит через распределитель дискового типа. Двигатели тепловозов с электриче ской передачей имеют электриче ский пуск, осуществляемый с по мощью аккумуляторной батареи. В этом случае электрогенератор пере ключают на работу в качестве элек тродвигателя.

Примером компоновки совре менного тепловозного дизеля яв ляется указанный выше двигатель отечественного производства 16 ЧН26/26.

В двигателях рассматриваемого класса с повышенным средним эф фективным давлением ре использу ется в основном система наддува постоянного давления, так как применение импульсной системы при большом числе цилиндров ус ложняет конструкцию газопрово дов, а при высоком давлении над дува эффект от использования им пульсной системы невелик. Наддув четырехтактных двигателей обычно осуществляется свободными турбо компрессорами. В некоторых двух тактных двигателях применяют ме ханическую связь компрессора вто рой ступени с коленчатым валом двигателя. В настоящее время в че тырехтактных двигателях при по вышенных значениях среднего эф фективного давления ре наряду с одноступенчатым используют и двухступенчатый наддув; реализо ваны также и схемы с силовой тур биной. При двухступенчатом над дуве между компрессорными сту пенями следует устанавливать ох ладители воздуха.

Рис. 4. Г. Распределение окружных напряжений (МПа) в головке поршня среднеоборотного двигателя от совместного действия монтажной и тепловой нагрузок

Рис. 4. Д. Распределение окружных напряжений (МПа) в головке поршня среднеоборотного двигателя от совместного действия монтажной, тепловой и газовой (Pz) нагрузок