книги из ГПНТБ / Корниенко А.Г. Конструктивные схемы автомобилей, тракторов и принцип действия их агрегатов и механизмов лекция

- 80 -

Топливная система дизельного двигателя ЯМЗ-236 имеет так назы­ ваемую разделенную топливную аппаратуру - один общий топливный насос высокого давления и форсунки в каждом цилиндре и поэтому состоит из системы низкого и высокого давления. К системе высо­ кого давления относятся: топливный насос, форсунки и их соедини­ тельные трубопроводы. К системе низкого давления относятся: топли­ воподкачивающий насос, топливопроводы низкого давления, топлив­ ные фильтры предварительной и тонкой очистки.

Топливоподкачивающий насос поршневого типа. Топливный насос высокого давления (ТНВД) устанавливается между рядами цилиндров, приводится в действие от распределительного вала с помощью шесте­ рен, дозирует подачу топлива в соответствии с режимом работы дви­ гателя, подает отмеренные порции топлива под высоким давлением в соответствии с фазами газораспределения через форсунки в цилиндры двигателя. Насос шестисекционный, смонтирован в одном корпусе. Имеет автоматическую муфту опережения впрыска, которая автомати­ чески изменяет угол опережения подачи топлива в зависимости от числа оборотов коленчатого вала и всережимный регулятор числа обо­ ротов коленчатого вала двигателя.

Всережимный регулятор автоматически обеспечивает соответствую­ щее изменение подачи топлива в цилиндры двигателя на всех режимах при изменении сопротивления движения автомобиля и нагрузки на дви­ гатель независимо от положения педали управления топливным насосом.

Кроме того, регулятор автоматически ограничивает предельное чи­ сло оборотов двигателя, что исключает возможность "разноса" двига­ теля.

На двигателе установлен один общий для двух рядов цилиндров воздушный фильтр инерционно-масляного типа с контактным элементом, который обеспечивает двухступенчатую очистку воздуха. Первая сту­ пень съемная, выполнена в виде плоской контактной решетки. Вторая ступень имеет набивку из капроновых нитей, смачиваемых маслом. Для снижения шума впуска в воздушном фильтре устроена кольцевая шумо­ поглощающая камера.

В системе питания дизельных двигателей дли тщательной и надеж­ ной очистки топлива от содержащихся в нем твердых примесей и вода устанавливается два фильтра: предварительной (грубой) и тонкой

- 81 -

очистки. Фильтры предварительной очистки обычно рассчитаны на удер­ жание твердых примесей топлива с размером 0,05-0,15 мм (50-150 ми­ крон) и изготавливаются сетчатые, проволочно-целевые, пластинчато­ щелевые .

Фильтры тонкой очистки предназначены для окончательной очистки топлива от твердых частиц и воды. Фильтрующим материалом для этих фильтров служит войлок, набранный в виде фильтрующего пакета.

Топливоподкачивающие насосы устанавливаются шестеренчатого типа.

в) Регуляторы оборотов двигателей

Каждый двигатель рассчитан на определенное число оборотов, вы­ ше или ниже которых он не должен работать. Поэтому двигатели снаб­ жаются автоматами регулирования чисел оборотов коленчатого вала, так называемыми регуляторами,которые подразделяются на однорежимные, двухрежимные, всережимные и предельные.

Однорежимные регуляторы устанавливаются на двигателях, у кото­ рых необходимо поддерживать постоянное число оборотов при постоян­ ных нагрузках.

Двухрежимные регуляторы обеспечивают автоматическое регулирова­ ние на двух скоростных режимах, т.е. при минимальном и максималь­ ном числах оборотов. На промежуточных режимах управление двигате­ лем осуществляется вручную .

Всережимные регуляторы устанавливаются на двигателях, у которых нагрузка носит переменный характер. Такие регуляторы автоматически поддерживают заданное число оборотов коленчатого вала при изменении нагрузки.

Предельные регуляторы устанавливаются на двигателях для ограни­ чения числа оборотов сверх допустимых. На таких двигателях управ­ ление осуществляется вручную.

Все основные типы современных автоматических регуляторов осно­ ваны на использовании центробежных сил, возникающих у вращающихся

деталей, и воздействуют на дроссельную заслонку у карбюраторных двигателей, или на рейку топливного насоса, или форсунок у дизель­ ных двигателей. На двигателе 3M3-53 установлен ограничитель оборо­ тов пневмоцентробежного типа и состоит из датчика, расположенного на крышке распределительных шестерен двигателя и имеющего привод

- 82 -

от распределительного вала, и исполнительного механизма, конструк­ тивно объединенного со смесительной камерой карбюратора и воздей­ ствующего на дроссельные заслонки карбюратора.

На двигателе ЗИЛ-375 устанавливается -ограничитель максимально­ го числа оборотов двигателя пневмоцентробекного типа, центробеж­ ный датчик и исполнительный диафрагменный механизм с пневматичес­ ким приводом.

II. СИСТЕМА СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ

Во время работы двигателя в его деталях по сопряженным поверх­ ностям возникает трение, которое может быть двух видов: скольже­ ния и качения. При механической обработке деталей на их поверх­ ностях остаются выступы, достигающие после шлифования 0,005 мм (5 микрон).Скольжение трущихся поверхностей сопровождается разру­ шением этих выступов, а следовательно, износом, что приводит к увеличению зазоров в сопряжениях. Нарушение величины зазоров в сопряжении вызывает стуки при работе двигателя и усиленный (про­ грессирующий) износ деталей. При трении происходит износ деталей, выделение тепла и затрата мощности.

Величина силы трения предопределяется материалом деталей, ка­ чеством их обработки и условиями трения.

Трение называется сухим, если между трущимися поверхностями отсутствует смазка, и жидкостным, если движущиеся поверхности разделены слоем смазки. При сухом трении величина коэффициента трения в 30-60 р:.з больше, чем при жидкостном.

Основное назначение системы смазки в двигателях состоит в том, чтобы уменьшить износы трущихся деталей, сократить затраты мощности на трение и отвести тепло, выделяющееся при трении.

Кроме того, масло смывает с трущихся поверхностей продукты износа и всевозможные загрязнения, предохраняет эти поверхности от коррозии, а в отдельных случаях уплотняет подвижные сопряжения деталей (поршень, поршневые кольца и цилиндр).

Сущность и законы жидкостного трения были открыты профессором Н.П.Петровым. Он установил, что движение масла в подшипнике пол­ ностью подчиняется законам гидродинамики.

- 83 -

Поэтому разработанную им теорию жидкостной смазки стали называть гидродинамической теорией смазки.

Сущность гидродинамической теории смазки заключается в следую­ щем (рис.17).

В начале вращения вала в подшипнике первые слои масла, прочно связанные с поверхностью вала за счет молекулярных сил сцепления, увлекают за собой следующие слои масла, образуя масляный клин, т.е. в масляном слое возникает давление, под действием которого вал всплывает и лежит на масляной подушке.

Рис.17. Образование масляного клина при вращении вала в подшипнике

При увеличении скорости движения все больше масла втягивается в клиновое пространство и увеличивается давление в масляном слое. Поэтому при числе оборотов вала, равном нулю, вал лежит в подшип­ нике и зазор hmin = 0, а при увеличении числа оборотов вал все

более стремится принять центральное положение в подшипнике и вели­ чина зазора h min возрастает.

Несущая способность масляного слоя, его толщина и, следователь­ но, надежность обеспечения жидкостной смазки возрастают с повыше­ нием вязкости масла, скорости движения трущихся поверхностей и с уменьшением нагрузки на эти поверхности. Однако увеличение вязкос­ ти масла и скорости движения поверхностей приводит к возрастанию потерь на трение.

Переход от сухого трения к жидкостному происходит не сразу, а через промежуточные виды трения - граничное и полужидкостное.

- 84 -

При выдавливании масла из зазора между деталями на их поверх­ ности остается тончайший слой масла, который силами молекулярно­ го притяжения прочно связан с поверхностью деталей. Этот слой называется граничной смазкой, а трение при таком слое масла - граничным.

Полужидкостное трение (смазка) происходит тогда, когда масля­ ный слой не полностью разделяет трущиеся поверхности.

При полужидкостном трении в местах разрыва масляного слоя не­ ровности трущихся поверхностей могут соприкасаться между собой и вызывать граничное и даже сухое трение.

Жидкостное трение обеспечивает наименьшие потери энергии на трение и минимальный износ деталей. Однако условия жидкостного трения могут быть созданы только в некоторых подвижных сочлене­ ниях и то не на всех режимах работы двигателя. Многие сочленения двигателя, такие, как поршень, цилиндр, поршневой палец - втулка верхней головки шатуна или бобышки поршня и другие, работают в условиях полужидкостного трения.

В условиях граничной смазки ни одно подвижное сочленение не мо­ жет работать нормально продолжительное время. . Однако граничная смазка имеет большое значение для уменьшения трения и износа де­ талей при малых скоростях движения, пуске двигателя или очень больших нагрузках, когда нельзя достигнуть жидкостной или полужидкостной смазки.

Для достижения возможно более надежной и длительной работы дви­ гателей смазочные масла должны удовлетворять ряду эксплуатацион­ ных требований: иметь оптимальную вязкость на всех режимах рабо­ ты двигателя, обладать высокой маслянистостью и необходимой противоокисл: гельной устойчивостью (химической стабильностью), не корродировать поверхности деталей, не содержать свободных мине­ ральных кислот и щелочей, воды и механических примесей.

Условия работы масла в двигателе очень тяжелые, так как масло в нем подвергается воздействию высоких температур, в связи с чем автотракторные масла должны дополнительно обладать высокой тем­ пературой вспышки, малой испаряемостью и хорошей моющей способ­ ностью.

Для смазки двигателей внутреннего сгорания применяются мине­ ральные масла, получаемые из нефти.

- 85 -

На основании требований, предъявляемых к маслам, приняты сле­ дующие важнейшие показатели оценки качества масла:

- вязкость - сопротивление частиц масла взаимному перемещению, т.е. вязкость характеризует силу сцепления между молекулами масла; - маслянистость - способность масла растекаться по поверхности металла и образовывать на этой поверхности плотно пристающую к ней непрерывную и неразрывную (даже при значительном давлении) пленку.

Системой смазки двигателя называется совокупность механизмов и устройств, которые совместно с каналами и маслопроводами служат

для подачи масла в необходимом количестве при определенной темпе­ ратуре и под определенным давлением к трущимся поверхностям деталей двигателя.

Количество и способ подведения масла зависят от условий работы, т.е. нагрузки и скорости относительного перемещения деталей дви­ гателя .

По условиям работы детали двигателей внутреннего сгорания де­ лятся на три группы.

К первой группе относятся детали кривошипно-шатунного механиз­ ма. Условия работы этих деталей наиболее тяжелые. Для механизма характерны наибольшие потери на трение.

Ко второй группе относятся детали распределительного механизма. Условия работы этих деталей менее тяжелые. Здесь потери на трение сравнительно невелики и возможность создания жидкостного трения более вероятна; удельные давления на детали небольшие, нагрев де­ талей во время их работы, за исключением головок клапанов, невысо­ кий.

К третьей группе относятся детали обслуживающих механизмов и приборов. Условия работы этих деталей наиболее благоприятны. Тем­ пература деталей близка к температуре окружающего воздуха, а удельные давления невелики.

На всех современных автотракторных двигателях основное внимание уделяется обеспечению принудительной подачи масла в первую очередь к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала. На некоторых двигателях, с целью уменьшения потерь на трение, под давлением мас­ ло подается к подшипникам распределительных валов и коромысел, к толкателям и др.

- 86

Существует три способа подвода масла: разбрызгиванием, под дав­ лением и самотеком.

В зависимости от способа подвода масла к трущимся поверхностям деталей системы смазки классифицируются на три типа: разбрызгива­ нием; под давлением, или принудительная; комбинированная.

Система смазки разбрызгиванием применяется в маломощных малоцилиндровых двигателях, работающих периодически непродолжительное время, как пусковые двигатели типа П-^б, ПД-1ЭМ и др.

Система смазки под давлением, при которой масло ко всем трущим­ ся деталям подводится принудительно, в чистом виде в автомобиль­ ных и тракторных двигателях не применяется из-за конструктивной сложности ее выполнения.

Комбинированная система смазки применяется почти на всех совре­ менных двигателях. При этой системе смазки часть наиболее нагру­ женных деталей двигателя (коренные и шатунные шейки, втулки распре­ делительного вала, втулки коромысел клапанного механизма и др.) смазывается под давлением, а остальные детали - разбрызгиванием (стенки цилиндров, кулачки распределительного вала и др.) или са­ мотеком (толкатели, штанги, направляющие втулки и стержни клапа­ нов) .

Комбинированная система смазки имеет устройства для очистки и охлаждения масла. Это способствует уменьшению расхода масла и износа деталей двигателя.

Для обеспечения нормального давления масла на любом режиме ра­ боты двигателя производительность масляных насосов системы смазки значительно более высокая, чем требуются для двигателя.

Высокая производительность масляных насосов и регулирующие кла­ паны в системе смазки обеспечивают стабильность давления масла на всех режимах работы двигателя, даже при изношенных деталях. Давле­ ние масла в системе смазки при нормальном температурном режиме дол­ жна быть не менее 0,2't5 мн/м^(2,5 кГ/см^) при 1000 об/мин (двига­ тели типа ЗЛЛ-375).

Для увеличения долговечности работы двигателя и срока смены масла на современных двигателях предусматривается вентиляция кар­ тера, которая обеспечивает принудительное удаление из картера паров

топлива и всех вредных продуктов сгорания (паров воды, сернистого газа л др.). Вентиляция картера может быть открытого (ЙМЗ-236) или закрытого (ЗИЛ-375) типа. ~~

- 87 -

Система смазки двигателя ЗИЛ-375 смешанного типа. Масло под давлением подается к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, опорам промежуточного валика привода распределителя зажи­ гания и валика масляного насоса и толкателям. К втулкам коромы­ сел предусмотрена пульсирующая подача масла. К остальным тру­ щимся деталям двигателя масло подается самотеком и разбрызгива­ нием.

Из масляного картера масло через неподвижный маслоприемник за­ сасывается в масляный насос. Через канал в задней перегородке бло­ ка насос под давлением подает масло в корпус масляных фильтров, где все масло проходит через пластинчатый фильтр грубой очистки. Из фильтра грубой очистки часть масла идет в центробежный фильтр тонкой очистки и после этого сливается в картер двигателя. Основ­ ной поток масла из фильтра грубой очистки попадает в распреде­ лительную камеру, расположенную в задней перегородке блока.

Из распределительной камеры масло попадает в два продольных магистральных канала, из которых подается к коренным подшипникам коленчатого вала, а от них - к подшипникам распределительного вала. По каналам в коленчатом валу масло поступает к шатунным подшипникам. В теле шатуна предусмотрено специальное отверстие, в момент совпадения которого с каналом в шейке коленчатого вала масло выбрасывается на стенку цилиндра. Со стенок цилиндра масло снимается маслосъемным кольцом и через отверстия в канавке коль­ ца отводится внутрь поршня, где смазывает поршневой палец в бо­ бышках поршня и в верхней головке шатуна.

Для смазки компрессора масло поступает из правого магистраль­ ного канала.

В средней шейке распределительного вала предусмотрены отвер­ стия, при совпадении которых с отверстиями в блоке (один раз при каждом обороте распределительного вала) масло подается в каналы, выполненые в каждой головке блока. Из этого канала через паз на опорной поверхности стойки оси коромысел и зазор между стенками отверстия в стсйсе и болтом, проходящим через стойку, масло посту­ пает внутрь полой оси коромысел и дальше через отверстия в стенке оси поступает к втулкам коромысел.

Из зазора между осью коромысла и отверстием в нем масло через канал, находящийся в коротком плече коромысла, подается для смаз­ ки сферических опор штанг, а также клапанов и механизмов враще­ ния их.

- 88 -

Кроме очистки масла в фильтрах грубой и тонкой очистки, в дви­ гателе предусмотрена центробежная очистка масла в ловушках (грязесборниках), выполненных в шатунных шейках коленчатого вала, очистка масла в грязесборниках особенно эффективна в период при­ работки трущихся поверхностей. Грязесборники очищаются при ремон­ те двигателей.

Масляный насос двухсекционный, шестеренчатого типа. Верхняя секция насоса подает масло в систему смазки и в фильтр тонкой очистки, а нижняя - только в масляный радиатор, который включа­ ется при работе двигателя при температуре воздуха более 20°С и при работе автомобиля в особо тяжелых условиях (с большой на­ грузкой и малыми скоростями движения).

Центробежный фильтр тонкой очистки с реактивным приводом рас­ положен в общем корпусе с фильтром грубой очистки. Ротор фильтра вращается за счет реактивной силы двух струй масла, вытекающих через жиклеры. При давлении масла в системе 0,29 мн/м2 (3 кГ/см2) ротор вместе с находящимся в нем маслом вращается со скоростью 5-6 тыс.об/мин. Под действием центробежных сил твердые частицы, находящиеся в масле, отбрасываются на стенку корпуса и образуют плотный осадок, который удаляется при техническом обслуживании двигателя.

В дизельных двигателях типа ЯЫЗ-236 масляная система емкостью 24 л в основном почти аналогична системе ранее рассмотренного кар­ бюраторного двигателя типа ЗИЛ-375, за исключением того, что под давлением масло подается еще к втулкам верхней головки шатуна, коромыслам клапанов, толкателям и сферическим опорам штанг.

От распределительного вала масло пульсирующим потоком подается к оси толкателей и дальше по сверлениям в них, наконечниках штанг и коромыслах ко всем трущимся поверхностям клапанного механизма и к компрессору.

При давлении в системе и,49 ын/м2 (5 кГ/см2) через центробеж­ ный фильтр црохсдит 10 л/мин масла.

Механизмы и агрегаты системы смазки

Для нагнетания масла в систему смазки двигателя применяются масляные ласосы шестеренчатого типа, которые бывают трехсекцион-

нне (,iUM-IOu), двухсекционные ("1рал"-375, БИЛ-131, ГАЗ-53А,

- 89 -

ГАЗ-66, ЗИЛ-157К) и односекционные (ГАЗ-51, ЯНЗ). У трехсекцион­ ных насосов две секции подам масло из задней и передней частей картера в масляный бак, а третья нагнетает наело из этого бака в магистраль. Трехсекционные насосы применяются при наличии "сухо­ го" картера двигателя. Двухсекционные насосы представляют собой два односекционных насоса, причем одна секция подает масло в ма­ гистраль к трущимся поверхностям, а другая - прокачивает масло через масляный радиатор для охлаждения (ЗИЛ-375) или подает масло

вфильтр центробежной очистки (3M3-53).

Водносекционных насосах имеется всего одна пара шестерен, обе­ спечивающих подачу масла из поддона картера двигателя в магист­ раль к трущимся поверхностям.

Вавтомобильных двигателях масляный насос приводится от шесте­ ренки распределительного вала, причем насос может располагаться или внутри двигателя (ЯМЗ, ЗИЛ-157К) или снаружи (ГАЗ-51,ЗИЛ-131).

Втракторных двигателях он приводится от распределительной шестерни коленчатого вала; такой привод осуществляется и на авто­ мобильных двигателях Ярославского моторного завода.

Впроцессе работы двигателя масло постепенно загрязняется твердыми частицами вследствие износа движущихся поверхностей де­ талей двигателя. Работа двигателя на загрязненном масле значитель­ но повышает износ трущихся поверхностей деталей, а иногда может привести к их заеданию, поэтому в процессе работы двигателя про­ изводится непрерывная очистка масла, т.е. его фильтрация.

Для фильтрации масла от твердых примесей применяются масляные фильтры грубой и тонкой очистки.

Основной деталью любого фильтра является фильтрующий элемент. Фильтр грубой очистки предназначен для предварительной очистки

масла, т.е. задержания частиц размером более 0,025-0,12 мм' (25-120 микрон). Этот фильтр обладает сравнительно малым сопро­ тивлением и включается в систему последовательно, т.е. через него проходит все масло, подаваемое насосом, В этих фильтрах при­

ценяются металлические фильтрующие элементы ленточно-щелевого или пластинчато-щелевого типа. Ленточно-щелевой элемент представляет собой гофрированный стакан, на который навивается латунная лента, имеющая по всей длине выступы, высота которых в зависимости от