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

пружины іклапаіна, но и в результате действия инерционных сил, обусловленных возвратно-люступательіпым движением поршня: силы инерции наружного стакана поршня, силы инерции подвижной части клапана, пружины іклапаіна и ди­ намического напора масла ів каналах кривошипно-шатун­ ного механизма. Таким образом, давление маісла, необхо­ димое для открытия разгрузочного клапана, определяемое совместным действием указанных усилий, зависит от ско­

определяющими регулировку разгрузочного іклапаіна и вы­ зывает изменение давления масла в верхней камере, тре­

двигателя. В частности, увеличение числа оборотов двига­ теля приводит к росту максимального давления сгорания, и наоборот. Чем шире диапазон изменения скоростей, тем ощутимее становятся отклонения максимальных давлений сгорая ия от заданного значения.

Следовательно, условия работы элементов гидросисте­ мы ПАРСС неодинаковы в тихоходных и быстроходных двигателях. Соответственно с этим требования к их кон­ струкциям тоже различны. Гидросистема поршня быстро­ ходного транспортного двигателя должна обеспечивать ав­ томатическое изменение усилия затяжки разгрузочного кла­ пана при изменения числа оборотов двигателя, .компенси­ руя тем самым влияние динамических факторов и прибли­ жая кривую максимальных давлений сгорания ік теорети­ ческой. С этой целью, в конструкциях ПАРСС для быстро­ ходного двигателя следует предпринимать ряд мероприя­ тий, способствующих улучшению работы гидравлической системы, таких как уменьшение массы подвижных частей поршня, применение клапанов специальной конструкции, обеспечивающих быстрое открытие проходной щели и пра­ вильное размещение клапанов, с учетам направления пе­ ремещения подвижных частей при открытии клапана. Для двигателей с числом оборотов ниже 1000 обjмин, проведе-

80

(ние таких мероприятий не объязательно. Отсюда следует, что поршни, автоматически регулирующие степень сжатия двигателя, можно разделить на ПАРСС стационарного двигателя и ПАРСС быстроходного транспортного двига­ теля.

Ниже (Приведен 'краткий обзор развития дизелей с ПАРСС, рассмотрены существующие конструкции ПАРСС как для тихоходных, так и для быстроходных транспортных двигателей и дан анализ проведенных исследований на ос­ новании материалов, опубликованных в зарубежной и оте­ чественной технической литературе.

§ 5. Конструкции ПАРСС четырехтактных дизелей

Разработка и доводка ПАРСС были начаты в Британ­ ском иаучню-последовательаком институте по двигателям внутреннего сгорания (BJCERJ) в 1952 году. Идея приме­ нения ПАРСС в качестве органа, регулирующего давление в цилиндре после запуска двигателя и по мере увеличения нагрузки, первоначально была осуществлена на бензиновом одноцилиндровом двигателе с диаметром цилиндра 100 мм.

На рис. 43 показано устройство такого поршня для автоматического регулирования степени сжатия двигателя [351. Поршень включает в себя все узлы, впоследствии при­ меняемые в конструкциях ПАРСС дизельных двигателей. Подвижная часть поршня сопрягается со вставкой без уп­ лотнительных колец и уплотнение масляных камер дости­ гается за счет подгонки цилиндрических поверхностей ста­ кана и вставки. В нижней кольцевой камере установлен дроссель с регулирующей запорной иглой для изменения проходного сечения сливного отверстия. Как питающие, так и разгрузочный клапаны расположены горизонтально. Подвод масли к рабочим камерам осуществляется по ка­ налу, выполненному в стержне шатуна, « далее, посред­ ством маслоприемнюго устройства, размещенного в цен­ тральной части вставки.

В материалах, касающихся испытаний этого поршня, отмечено, что конструкция поршня работала удовлетвори-

тельно и обеспечивала значительную экономию топлива на режимах частичной нагрузки. Однако конструкция имеет существенный недостаток, заключающийся в неспособности поршня быстро реагировать на изменение нагрузки двига­ теля, вследствие ограниченной площади проходкой щели разгрузочного клапана. В результате, при резком открытии

для бензиноюго двигателя, с Du=100 м м . ходной пели больших раз­ меров и слив зтачительно большего количества к асла из верхней кан ерь в і г р-ер дЕкігтеля

несколько иная схема подвода масла к рабочим камерам.

82

меру обычным способом. Для этого в поршневой головке шатуна, вокруг поршневого пальца, имеется кольцевая канавка, оканчивающаяся сверлением в головке шатуна, а во вставке тюршіня установлен маслоприѳмный коллектор с размещенным в нем шариковым обратным клапаном. Пи-

Рис. 44. ПАРСС конструкции BJCERJ для

бензинового двигателя с усовершенствованным разгрузочным клапаном.

тание нижней кольцевой масляной камеры осуществляется через внутреннюю полость поршневого пальца. Для этого ® оредней части пальца выполнено радиальное сверление, соединяющее полость пальца с масляным каналом в шату1Не, а в полость пальца вставлены заглушки, стянутые меж­ ду собой «а резьбе и осуществляющие герметизацию лолос-

83

тй пальца с помощью конусных клинообразных поверхнос­ тей. Правая заглушка пальца в средней части имеет ши­ рокую цилиндрическую расточку, которая, вместе с внут­ ренней поверхностью пальца образует кольцевую щель, сообщающуюся с масляной магистралью в шатуне. В теле правой заглушки выполнены два радиальных сообщающих­ ся между собой сверления, соединяющие кольцевую щель между внутренней поверхностью пальца и заглушкой с мас­ ляным каналом во вставке, питающим нижнюю масляную камеру. В теле заглушки также имеется гнездо для разме­ щения обратного клапана, питающего нижнюю масляную камеру. В отличие от обратного .клапана верхней камеры, клапан нижней камеры расположен горизонтально, по оси поршневого пальца. В качестве обратного клапана нижней камеры использован нагнетательный клапан от топливного

обеспечивает изменение степени сжатия двигателя в пре­ делах от е= 16,5 до е=6,5.

Испытания двигателя с вышеописанным поршнем по­ казали, что разгрузочный іклапан дискового типа обеспе­ чивает быструю разгрузку масляной камеры и мгновенное снижение степени сжатия при резком открытии дроссель­ ной заслонки. Двигатель, оснащенный этими поршнями, показал высокую экономичность на режимах неполной на­ грузки. Поршни аналогичной конструкции были построены

тоспособность поршней при столь высоких числах оборотов двигателя. Однако экономия топлива, достигаемая с по­ мощью ПАРСС на режимах частичной нагрузки с умень­ шением размеров двигателя ухудшалась и составила поло­ вину экономии для двигателя с диаметром цилиндра 100 мм.

84

корпусом стакана. Для отвода охлаждающего масла стакан поршня имеет продольные сверления, переходящие в наклонные каналы в жаровой накладке поршня.

Масло, подводимое по сверлению в стержне шатуна, •попадает в маслосборочный канал без помощи маслопри­ емного устройства. Для этого цилиндрическая поверхность •верхней головки шатуна сопряжена с внутренней поверх­ ностью вставки, а уплотнение достигается за счет тщатель­ ной подгонки этих поверхностей. В іконструкции использо­

85

ван горизонтально расположенный сдвоенный питающий клапан с коническими иглами (рис. 53, а), соединенный посредством наклонного какала во вставке с маслосбороч­ ным отверстием и с помощью вертикальных сзѳрленнй во ©ставке с масляными .камерами поршня. Для ограничения давления масла в верхней масляной камере применяется разгрузочный клапан прямого хода, открывающийся при перемещении затвора клапана оверху вниз. Конструкция примененного клапана показана на рис. 54, а. Нижняя коль­ цевая камера снабжена устройством для предотвращения попадания воздуха в кольцевую камеру через дросселирую­ щее отверстие. Указанное устройство изображено в правой нижней части рисунка и представляет собой закрытый ци­ линдр с выпускными отверстиями посередине. Оно обес­ печивает задержку определенного количества масла и его возврат в камеру при .резкам увеличении объема нижней камеры.

Таким образом, конструкция поршня включает в себя

.нак систему регулирования степени сжатия, так и систему циркуляционного охлаждения днища поршня. Испытания дизеля выявили нецелесообразность наличия в поршне двух самостоятельных систем, .вызывающих усложнение его конструкции. Применение специальных каналов для ох­ лаждения днища приводит к излишнему переохлаждению ■поршня и к ухудшению протекания процесса воспламене­ ния топлива. В последующих конструкциях поршней BJCERJ .специальная система для охлаждения днища пор­ шня не применяется, охлаждение наиболее нагретых по­ верхностей достигается за счет масла, поступающего .в ра­ бочие камеры поршня. Исключено также устройство для предотвращения .попадания воздуха в нижнюю масляную камеру, так как его влияние на .работу поршня оказалось весьма незначительным.

86

В отличие от предыдущей конструкции, крышка кольцевой масляной камеры крепится с помощью болтов. С целью упрощения технологии изготовления поршня и уменьшения возможных утечек масла при его подводе от шатуна к вставке в .конструкции применено специальное маслоприем­ ное устройство, состоящее пив маелоприемной шайбы и пру­

быстрому повышению степени сжатия при уменьшении на­

87

лѳнчатаго вала. По мере увеличения оборотности двигате­ ля возникает потребность в снижении маюсы деталей ПАРСС, так как при этом обнаруживается отрицательное (влияние инерционных усилий на стабильность работы поршня и на механическую прочность деталей кривошипно­ шатунной группы.

Описанный поршень BJCERJ послужил прототипом не­ которых последующих конструкций ПАРСС дизельных двига­

нены по типу нагнетательных клапанов топливного насоса (высокого давления с конической уплотняющей поверх­ ностью и цилиндрическим направляющим. Каждый из них установлен в отдельном корпусе и размещен в горизон­ тальном сверлении в верхней части вставки. В данной кон­ струкции поршня, как и во всех .конструкциях BJCERJ в

88

качестве разгрузочного клапана применен простой цилин­ дрический клапан прямого хода с конусным уплотняющим

Горизонтальное расположение разгрузочного (Клапана при­ нято с целью исключения влияния массы іклапана и мас­ сы его пружины на предварительную регулировку поршня,

ПАРСС объязательню вызывает увеличение массы поршне­ вого узла в целом, В,месте с тем схема ограничивает воз­ можности усиления основных деталей, воспринимающих ме­ ханическую нагрузку.

Во всех (конструкциях ПАРСС со стаканом, объединен­ ным с юбкой поршня имеет место уменьшение длины порш­ невого пальца по сравнению с обычным поршнем в двига­ телях с постоянной степенью сжатия. Это обстоятельство вызывает увеличение удельных нагрузок на палец и в верх­ ней головке шатуна. Если учесть, что давление сгорания в двигателях, предназначенных для работы с ПАРСС, достига­ ет 100 кГ/см2 и выше, то напряжения в местах соединения

поршня с шатуном могут оказаться выше допустимой и поршневой палец может стать причиной ограничения пре­ дела форсирования двигателя, особенно для двигателей, не обладающих соответствующим резервом прочности.

Несколько иначе решен этот вопрос конструкторами ПАРСС в Польской Народной Республике. Конструкция этого ПАРСС предусматривает применение сферического соединения головки шатуна со вставкой по типу двигателей Сульзор серии 3. На рис. 48 показан разрез этого поршня, сконструированного для дизеля С 22 с диаметром цилиндра 220 мм Центральным конструкторским бюро двигателей внутреннего сгорания в Варшаве [27].

Конструкция ПАРСС состоит из подвижного стакана, выполненного по схеме вышеописанных поршней BJCERJ и составной івнутрѳнней івстаівки, образованной из двух частей, верхнего 'Корпуса и нижней крышки, стянутых с помощью

9-