книги из ГПНТБ / Махалдиани, В. В. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия

клапана. Использованный іклапан не имеет этих недостаТ-* иов, он собирается отдельно и испытывается предварительно на специальном прессе [35].

Указанная .конструкция ПАРСС проработала в течение 627-часовых испытаний на двигателе AVCR-1100 « 118^часозыл испытаний на одноцилиндровой установке, в процессе которых была достигнута литровая .мощность порядка

-dO л . t , ! л .

а

‘Рис. 53. Конструкции обратных клапанов: а—клапан ПАРСС дизеля

Компановка основных деталей в рассмотренной конст­ рукции ПАРСС в принципе не отличается от компановки ос­ новной схемы поршня BJCERJ, если не учитывать разницу между конструктивным оформлением клапанов. Возмож­ ность использования поршня с подобной компановкой в ка­ честве ПАРСС для быстроходного двигателя достигнута за счет максимального уменьшения массы деталей.

00

В 'настоящее время фирмой разработано несколько кон­ струкций, в корне отличающихся от известных схем, в кото­ рых применена несколько иная схема питания масляных ка­ мер. Однако материалы, касающиеся этих конструкций, по­ ка известны только лишь о виде патентов и сообщений об их испытаниях не имеется. По -сообщениям фирмы, элемен-

Рис. 54. Конструкции разгрузочных клапанов: а—клапан ПАРСС дизеля Мирлесс ТЛ; в—клапан ПАРСС конструкции Комбината дизельных дви­ гателей и промышленных установок; с— клапан ПАРСС дизеля С 22; d — клапан ПАРСС конструкции BJCERJ с коротким стаканом; е —кла­ пан ПАРСС дизеля Ganz—МАVAG; f —клапан ПАРСС дизеля AVCR-

-1100; g— усовершенствованный клапан ПАРСС дизеля AVCR-1100.

ты гидравлической системы ПАРСС также претерпели из­ менения. В последних испытаниях «Континенталь» в качест­ ве обратных и разгрузочных іклапаінов были использованы более усовершенствованные [конструкции клапанов, изобра­ женные на рис. 53, d и 54, g [35].

101

102

«ительные кольца, изготовленные из тефлона ха растеризу­ ются лучшими показателями и обеспечивают надежное уп­ лотнение камер. Наличие обильной смазки в местах приле­ гания и охлаждающее действие масла в кольцевом зазоре создают идеальные условия для работы этих уплотнений. Однако тефлоновые кольца пригодны до определенного уровня форсирования двигателя, после чего рост температу­ ры стенок стакана приводит к их разрушению.

Фирма продолжает поиск по изысканию материалов и схем для уплотнительных колец.

Анализ существующих конструкций ПАРСС показывает, что несмотря на внешнее сходство между поршнями тихо­ ходных и быстроходных дизелей, между ними существует принципиальное различие, заключающееся в способности последних изменять в процессе работы усилие пружины разгрузочного клапана. Как видно из рис. 54 во всех кон­ струкциях ПАРСС, предназначенных для работы в стацио­ нарных и ниэкооборотных дизелях, применяются простые ре­ дукционные клапаны прямого хода в которых, независимо от их расположения, открытие сливной щели происходит вслед­ ствие воздействия давления масла на всю торцевую поверх­ ность плунжера клапана. В отличие от них во всех конструк­ циях ПАРСС фирмы «Континенталь» в качестве разгрузоч­ наго клапана используются дифференциальные клапаны конусного типа с вертикальным расположением и с гидрав­

лическим уравновешиванием части усилия, развиваемого дав­ лением масла в верхней масляной камере.

Во всех клапанах ПАРСС быстроходных двигателей от­ крытие проходной щели происходит при перемещении плун­ жера клапана в сторону верхней масляной камеры, благода­ ря чему достигается компенсирующее действие, способствую­ щее сохранению максимальных давлений в цилиндре пос­ тоянным при изменении числа оборотов двигателя.

Функциональная связь между величиной максимально­ го давления сгорания в цилиндре и числом оборотов колен­ чатого вала в общем виде может быть выражена в виде за-

103

^метров поршня. В приближенном виде эта зависимость име­ ет вид уравнения, выведенного в .работе [27]

смазки, н/мг;

Fвк , Fm » F1кл - площади поперечного сечения днища порш­ ня, верхней масляной камеры, нижней кольцевой камеры и проходной щели раз­ грузочного клапана, м2;

ТПп, Шкх э ^ПК

жины, кг.

R, I, Ь — радиус кривошипа, длина шатуна и рассто­ яние нижней кольцевой камеры от оси поршневого пальца, м;

р— плотность t асла, кг/м3;

п— число оборотов двигателя, об/сек.

Уравнение справедливо в случае допущения, что макси­

В случае применения клапана прямого хода, открываю­ щегося при перемещении плунжера клапана в сторону НМТ, следует .выбирать положительный знак, .а для дифферен­ циального клапана, открывающегося при .перемещении плун­ жера в сторону ВМТ — отрицательный знак. ГГри горизон­ тальном расположении разгрузочного «лапана можно пред­ положить, что масса подвижных частей «лапана не будет оказывать влияние «а значения максимальных давлений

104

сгорания в цилиндре и поэтому член, учитывающий это влия­ ние можно исключить из уравнения.

Вычисления, проведенные для ПАРСС дизеля С22 с помощью уравнения (15) показали, что использование кла­ панов различного типа ів качестве разгрузочного клапана поршня приводит к изменению максимальных значений дав­ лений сгорания при одинаковых условиях работы двигателя и при прочих одинаковых конструктивных параметрах порш­ ня. Результаты вычислений в виде графика, установливающего зависимость между максимальными давлениями в ци­ линдре и числом оборотов двигателя, показаны на рис. 56-

Рис. 56. Изменение максимальных давлений сгорания в зависимости от числа оборотов коленчатого вала в дизеле G 22.

Верхняя кривая соответствует изменению максимальных давлений в случае применения дифференциального клапа­ на, изображенного на рис. 54, с, а нижняя показывает изме­ нение этих давлений при использовании обычного тарелчатого клапана прямого хода. Из графика видно, что ПАРСС

собычным клапаном не обеспечивает постоянство макси­ мальных давлений сгорания даже в небольшом диапазоне изменения скоростей. Увеличение числа оборотов двигателя

с500 до 1000 об/мин приводит к повышению давлений в ци-

105

лилідре на 25 кГ/см2. В случае применения дифференциаль­ ного клапана наблюдается значительно меньшая зависи­ мость давления сгорания от числа оборотов двигателя. В вычисленном примере число оборотов дизеля с дифферен­ циальным клапаном оказывает в 4,8 раз меньшее влияние, чем при использовании обычного клапана прямого хода, не обладающего компенсирующими свойствами. ПАРСС с диференцкальным клапаном, при правильном подборе его іконструктивных параметров, может максимально прибли­ зить реальные давления в цилиндре и требуемым значениям, в широком диапазоне изменения скоростей.

Факторами, оказывающими влияние на величину макси­ мального давления сгорания, являются: масса наружной части поршня, масса подвижной части разгрузочного клапа­ на, масса пружины клапана, величина площадей попереч­ ного сечения верхней и нижней масляных камер, площадь проходного сечения разгрузочного клапана, поверхность воздействия давления масла на разгрузочный клапан и уси­ лие затяжки пружины клапана. Взаимная связь этих вели­ чин определяет степень зависимости регулируемого давле­ ния от числа оборотов двигателя [27].

Вместе с тем при одинаковых значениях давлений огра­ ничения, клапан прямого хода нуждается в более мощной пружине клапана, чем дифференциальный клапан с обрат­ ным ходом. Обеспечение высоких давлений сгорания при по­

7"кл

вия для клапана с прямым ходом связано с некоторыми ог­ раничениями, т. к. увеличение поперечной площади верхней масляной камеры лимитируется необходимой толщиной сте­ нок стакана, а уменьшение поверхности воздействия давле­ ния масла на клапан приводит к уменьшению площади про­ ходного сечения клапана, что в свою очередь ухудшает ха­ рактеристику клапана. Значительно большая свобода выбо­ ра этого соотношения имеется в дифференциальном клапа­ не, в котором величина эффективного сечения проходной

U'- •

106

щели во много раз превосходит площадь поиска, на которую воздействует давление масла. Способ гидравлического урав­ новешивания части усилия, развиваемого давлением масла, осуществляемый в конструкциях ПАРСС с дифференциаль­ ным разгуэочньш клапаном, позволяет значительно сни­ зить действующие усилия в клапане, а следовательно, умень­ шить размеры и массу поршня.

•ч

Рис. 57. Изменение максимальных давлении сгорания в зависимости ^отичисла оборотов коленчатого вала в дизеле AVCR-1100.

В материалах фирмы «Континенталь» отмечается, что основной проблемой при конструировании разгрузочного 'клапана, обеспечивающего высокую стабильность регули­ руемых давлений при изменении режима работы двигателя, является установление необходимой массы подвижных час­ тей клапана и подбор жесткости пружины [35]. На рис. 57 показана зависимость максимальных давлений сгорания от числа оборотов двигателя в дизеле AVCR-1100 при при­ менении ПАРСС с одним из первых конструкций разгру­ зочного клапана. В нижней части диаграммы показаны кри­

107

вые изменения давлений в цилиндре, обусловленные влия­ нием отдельных факторов, из которых: А — изменение дав­ ления сгорания вследствие влияния аилы инерции пружины

действующих на стакан поршня со стороны давления масла в нижней кольцевой камере вследствие увеличения динами­ ческого напора масляного столба в магистрали подвода. В средней части диаграммы показано давление сгорания, обусловленное предварительной затяжкой пружины разгру­ зочного клапана, а в верху изображена суммарная кривая изменения максимальных давлений сгорания. Сравнение этих двух кривых показывает, что между теоретически тре­ буемым давлением сгорания и его реально существующими значениями имеются значительные расхождения, абсолют­ ные значения которых растут в зоне высоких чисел оборотов (свыше 1500 об/мин). При меньших скоростях двигателя влияние динамических факторов не столь значительно и их устранение возможно соответствующей 'Корректировкой уси­ лия затяжки пружины клапана. Диаграмма показывает, что единственным фактором, вызывающим уменьшение давления сгорания, в данном случае является усилие от давления мас­

пользованный клапан не способен уменьшить в ходе работы усилие затяжки пружины; наоборот, он способствует повы­ шению давления для его открытия (кривая С).

В том случае, когда в качестве разгрузочного клапана используется дифференциальный клапан обратного хода, открывающийся в сторону ВМТ, кривые А и С имеют уклон, противоположный уклону этих кривых на рис. 57. В таком случае инерционные усилия, возникающие в клапане вместе с усилием от давления масла в кольцевой камере, способ­ ствуют уменьшению давления газов в цилиндре. При лра-

108

Сильном подборе массы подвижной часш клапана совмест­ ное действие этик усилий может обеспечить постоянство (максимальных давлений сгорания на всех режимах работы Дизеля. Такой принцип компенсации изменения давления сгорания при изменении скоростного режима двигателя реа­ лизован во всех последующих конструкциях ПАРСС фирмы «Континенталь» и в конструкции ПАРСС Центрального (Конструкторского бюро двигателей внутреннего сгорания ЦБКСС (Варшава).

В заключении можно указать, что во всех материалах, касающихся испытаний ПАРСС как для быстроходных, так и для тихоходных дизелей, отмечается, что требования к чистоте масла для надежной работы элементов гидравличес­ кой системы поршня не более строгие, чем требования по отношению к маслу, подводимому к подшипникам двигате­ ля. Что касается неполадок в работе клапанов, несовер­ шенство их работы, выявленное в процессе испытаний, в ос­ новном было обусловлено технологическими проблемами или неправильной сборкой.

Указывается, что в настоящее время для поршней достиг­ нута высокая надежность. При использовании масел, снаб­ женных противонагарной присадкой, нагар переводится в дисперсное состояние и не осаждается на поверхности, вслед­

§6. Прочность и теплонапряженность деталей ПАРСС

Вотличие от обычных поршней с постоянной степенью сжатия, в поршне, автоматически изменяющем степень сжа­ тия двигателя, происходит своеобразное разделение меха­ нических и тепловых нагрузок. Наружная часть поршня ис­ пытывает относительно незначительную механическую на­

109