m9-IIIk.rar( для 3-его курса СМ9: двигатели, тр. / Двигатель 5ТДФ / Общее устройство двигателя
.pdfОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ 5ТДФ
Оглавление |
|
|
1 |
Принципиальная схема двигателя................................................................................................. |
3 |
2Рабочий цикл двигателя .................................................................................................................. |
4 |
|
3 |
Общее устройство двигателя ......................................................................................................... |
5 |
2
1 Принципиальная схема двигателя
Двигатель 5ТДФ представляет собой двухтактный турбопоршневой дизель жидкостного охлаждения с непосредственным смесеобразованием и прямоточной двухпоршневой продувкой.
Принципиальная схема двигателя показана на рис. 1.
Втурбопоршневом двигателе наряду с поршневой частью имеются два соединенных между собой лопаточных агрегата — нагнетатель и газовая турбина.
Нагнетатель служит для предварительного сжатия воздуха, подаваемого в цилиндры. Сжатие воздуха необходимо для продувки цилиндров и наддува двигателя. При наддуве увеличивается весовое наполнение цилиндров воздухом. Это позволяет увеличить количество подаваемого в цилиндры топлива и тем самым существенно повысить мощностные показатели двигателя.
Газовая турбина преобразует часть тепловой энергии отработавших газов в механическую, которая используется для привода нагнетателя. Использование энергии отработавших газов в турбине повышает экономичность работы двигателя.
Мощность, развиваемая газовой турбиной, меньше мощности, необходимой для привода нагнетателя. Для компенсации недостающей мощности используется часть мощности, развиваемой поршневой частью двигателя. С этой целью нагнетатель через редуктор соединяется с коленчатыми валами двигателя.
Цилиндры двигателя расположены горизонтально. В противоположных сторонах каждого цилиндра имеются окна: с одной стороны— продувочные, с другой — выпускные. Продувочные окна служат для впуска в цилиндр свежего заряда (воздуха). Воздух подается к продувочным окнам от нагнетателя через промежуточный объем, называемый продувочным ресивером. Выпускные окна обеспечивают выпуск из цилиндра отработавших газов. Выходящие из цилиндра отработавшие газы поступают через выпускной коллектор в газовую турбину.
Вкаждом цилиндре расположеныдва противоположно движущихсяпоршня. Междупоршнями при их максимальном сближении образуется камера сгорания. Каждый поршень посредством шатуна связан со своим коленчатым валом. В рассматриваемом двухтактном двигателе поршни помимо своего прямого назначения управляют открытием и закрытием продувочных и выпускных окон, г. е. выполняют функции газораспределительного механизма.
Всвязи с этим поршни, управляющие продувочными окнами, а также связанные с ними детали кривошипного механизма (шатуны и коленчатый вал) называются продувочными, а поршни, управляющие выпускными окнами, и связанные с ними шатуны и коленчатый вал — выпускными.
Коленчатые валы двигателя связаны между собой шестернями главной передачи. Направление вращения валов одинаковое. При этом выпускной коленчатый вал опережает продувочный вал на 10°. При таком смещении коленчатых валов максимальное сближение продувочных и выпускных
поршней получается тогда, когда выпускной вал пройдет свою геометрическую внутреннюю мертвуюточку(ВМТ)* на5°, апродувочныйвалнедойдетдосвоейвнутреннеймертвойточкина5°. Это положение кривошипного механизма двигателя соответствует минимальному объему внутрицилиндрового пространства и условно называется внутренней объемной мертвой точкой (ВОМТ). Геометрическая степень сжатия двигателя равна 21,5. Действительная степень сжатия, определяемая по моменту закрытия продувочных окон, составляет 16,5.
Угловое смещение коленчатых валов в сочетании с несимметричным расположением продувочных и выпускных окон по длине цилиндра обеспечивает получение требуемых фаз газораспределения, прикоторыхдостигаютсядостаточнаяочисткацилиндраототработавшихгазов
ивысокая степень наполнения цилиндра свежим зарядом.
Всвязи с угловым смещением коленчатых валов крутящий момент, снимаемый с них, неодинаков и составляет для продувочного вала 30% и для выпускного вала 70% суммарного крутящего момента двигателя. Крутящий момент, развиваемый на продувочном валу, передается через шестерни главной передачи на выпускной вал. Суммарный крутящий момент снимается с выпускноговалаипередаетсячерездвезубчатыемуфтыполужесткогосоединениянавалыкоробок
* ВМТ — положение кривошипного механизма, при котором поршень наиболее удален от оси коленчатого вала.
3
передач.
2 Рабочий цикл двигателя
Рабочие циклы двухтактного и четырехтактного двигателей складываются из одних и тех же процессов — наполнения цилиндра свежим зарядом, сжатия рабочего тела, сгорания топлива, расширения продуктов сгорания и выпуска отработавших газов.
Вчетырехтактных двигателях, как известно, эти процессы осуществляются за четыре такта — четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. При этом процессы сжатия, сгорания и расширения, необходимые для преобразования тепла в работу, занимают лишь половину времени всего цикла.
Другую половину цикла занимают вспомогательные процессы впуска и выпуска, обеспечивающие смену рабочего тела в цилиндре. Вследствие этого время, отводимое на рабочий цикл, с точки зрения получения работы используется недостаточно полно. В двухтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за два такта — два хода поршня или один оборот коленчатого вала. Поэтому в двухтактном двигателе число циклов, совершаемых в единицу времени, будет в два раза больше, чем в четырехтактном, что определяет при прочих равных условиях повышение мощности двигателя.
Наиболее существенные отличия двухтактного цикла от четырехтактного связаны с организацией процессов газообмена. В четырехтактных двигателях процессы впуска и выпуска осуществляются в результате насосного действия поршня в течение двух тактон. В двухтактных
двигателях время протекания этих процессом ограничено периодами открытого состояния выпускных и продувочных окон при движении поршня вблизи наружной мертвой точки (НМТ)*. Для того чтобы в условиях ограниченного времени и от-сшствия насосного действия поршня обеспечить удовлетворительное протекание процессов газообмена, наполнение и очистка цилиндра двухтактного двигателя осуществляются воздухом, предварительно сжатым до определенного давления специальным агрегатом, который называется нагнетателем или компрессором.
Рабочий цикл двигателя 5ТДФ иллюстрируется индикаторной диаграммой рабочего цикла (рис.2), показывающей изменение давления газа в цилиндре в зависимости от положения поршня, диа граммой фаз газораспределения (рис. 3) и схемой характерных положений кривошипного механизма двигателя (рис. 4).
Рабочий цикл двигателя 5ТДФ протекает в такой последовательности.
Такт расширения. Начало такта расширения (конец такта сжатия) соответствует положению кривошипного механизма двигателя в ВОМТ. Состояние газа в цилиндре в этот момент отмечено точкой С индикаторной диаграммы (рис. 2). Такт расширения характеризуется увеличением объема цилиндра, обусловленного расходящимся движением поршней.
Вначальный период такта расширения в цилиндре идет процесс сгорания топлива, в результате которого химическая энергия топлива превращается в тепловую. Вследствие интенсивного тепловыделения температура и давление газов в цилиндре резко увеличиваются (линия С — Z). Максимальное давление газов достигается в точке Z через несколько градусов после ВОМТ.
Вдальнейшем вследствие постепенного затухания сгорания и быстрого увеличения объема цилиндра давление уменьшается (линия Z— в1).
Входе процесса расширения часть тепловой энергии газов преобразуется в механическую. Через 106° после ВОМТ (111° после внутренней мертвой точки (ВМТ) выпускного вала)
выпускной поршень начинает открывать выпускные окна (точка в1 на рис. 2, 3, 4, а). Под действием избыточного давления начинается выпуск из цилиндра отработавших газов. Отработавшие газы по выпускному коллектору поступают в турбину, в которой происходит дальнейшее расширение газов и преобразование их тепловой энергии в механическую.
Вследствие начавшегося выпуска давление газов в цилиндре резко уменьшается (линия в1 — П1 на рис. 2).
* НМТ — положение кривошипного механизма, при котором расстояние от поршня до оси коленчатого вала минимально.
4
Через17° послеоткрытиявыпускныхокон(123° послеВОМТ, 128° послеВМТвыпускноговала) продувочный поршень начинает открывать продувочные окна цилиндра (точка П1 на рис. 2, 3, 4, б). Через постепенно открывающиеся продувочные окна из продувочного ресивера в цилиндр устремляется сжатый воздух, вытесняя из цилиндра отработавшие газы.
Наполнение цилиндра свежим зарядом при одновременном вытеснении отработавших газов называется продувкой цилиндра.
Для улучшения продувки, а также последующего смесеобразования входящему в цилиндр воздуху сообщается вращательное движение, что обеспечивается соответствующим расположением продувочных окон.
По достижении поршнями наружной объемной мертвой точки (НОМТ) * такт расширения заканчивается (точка а, рис. 2). Выпускные и продувочные окна цилиндра полностью открыты
(рис.4, в).
Таким образом, вданном такте наосновной процесс расширения (линия С— Z — в1 — П1 — ана рис. 2) накладываются в начальный период сгорание топлива, а в конечный — процесс выпуска отработавших газов и процесс наполнения цилиндра свежим зарядом.
Такт сжатия. Такт сжатия характеризуется уменьшением объема цилиндра и осуществляется при сходящемся движении поршней от НОМТ к ВОМТ. В начале такта при одновременно открытых продувочных и выпускных окнах продолжается продувка цилиндра (линия а — в2, рис. 2). Затем выпускныеокназакрываются(точкав2, рис. 2, 3, 4, г), что соответствуетокончаниювыпускагазови продувки цилиндра.
После закрытия выпускных окон продувочные окна остаются открытыми в течение 3° поворота коленчатого вала. В этот период (линия в2 — П2, рис. 2), который носит название фазы наддува, продолжается наполнение цилиндра свежим зарядом. С момента закрытия продувочных окон (точка П2, рис. 2, 3, 4, д) начинается сжатие свежего заряда, в ходе которого давление и температура его в цилиндре увеличиваются (линия П2 —С, рис. 2).
В конце такта сжатия за 22° до ВОМТ (или 17° до ВМТ выпускного вала) топливный насос начинает подачу топлива (точка т, рис. 2, 3). Впрыск топлива в цилиндр начинается несколько позже. Под действием высокой температуры сжатого в цилиндре воздуха распыленное топливо нагревается, испаряется и вскоре воспламеняется. Горение топлива, начавшееся в конце сжатия, продолжается в начальный период такта расширения.
Из диаграммы фаз газораспределения (рис. 3) следует, что продолжительность открытия выпускных окон (выпуск) составляет 138° поворота коленчатого вала, а продувочных (впуск) — 124°. Одновременное открытие продувочных и выпускных окон, соответствующее периоду продувки, равно 121°.
Процесс газообмена рассматриваемого двигателя можно разделить на три характерных периода
(рис. 2, 3):
свободный выпуск (выпуск до продувки) — линия в1 — П1;
впуск и выпуск (продувка) — линия П1 — в2;
впуск после продувки (фаза наддува) — линия в2 — П2.
3 Общее устройство двигателя
Двигатель 5ТДФ состоит из кривошипного механизма, механизма передачи, нагнетателя, турбины, системы питания топливом, системы охлаждения, системы смазки, системы запуска, системы злектрофакельного подогрева воздуха.
К кривошипному механизму двигателя относятся блок-картер с плитой главной передачи и плитой турбины, гильзы цилиндров, коленчатые валы, шатуны и поршни.
Блок-картер 34 (рис. 5) образует силовой остов двигателя.
В блок-.картере установлены гильзы 35 цилиндров и коленчатые валы — продувочный 5 и
* НОМТ — положение кривошипного механизма, при котором объем ииутри-цилиндрового пространства достигает максимального значения.
5
выпускной 29. В каждом цилиндре установлено два поршня — продувочный 15 и выпускной 26. Поршни посредством шатунов 38 связаны с коленчатыми валами.
Двигатель имеет пять цилиндров. Диаметр цилиндра и ход поршня одинаковы и равны 120 мм. Сторона двигателя, на которой расположена турбина, считается передней стороной двигателя. С этойстороныведется счет цилиндров. Направление вращения коленчатых валов— походу часовой
стрелки при наблюдении спереди.
Порядок работы цилиндров 1 — 4 — 2 — 5 — 3.
Коленчатые валы установлены в блок-картере в разъемных коренных подшипниках. Крышки 6 (рис. 6) коренных подшипников коленчатых валов стянуты с блок-картером 33 двенадцатью силовыми болтами 7. Газовые силы, действующие на продувочный и выпускной поршни, передаются через соответствующие шатуны, коленчатые валыикрышки на силовые болты ина них замыкаются. Вследствие этого блок-картер от сил давления газов разгружен.
Кблок-картеру шпильками крепятся боковые картеры 4 и 32 (рис. 5). Боковые картеры закрывают внутреннюю полость кривошипного механизма и, кроме того, используются для установки ряда агрегатов двигателя.
В блок-картере имеются полости для прохода охлаждающей жидкости, а также масляные и топливныеканалы. Маслоиздвигателясливаетсячерезклапан1, аохлаждающаяжидкость— через клапан 37.
В продольных каналах нижней части блок-картера устанавливаются откачивающие масляные насосы 2 и 33.
В цилиндрической расточке верхней части блок-картера на подшипниках скольжения установлен кулачковый вал 11 топливных насосов высокого давления.
В центральном поясе гильз устанавливаются форсунки и клапан 18 системы запуска двигателя сжатым воздухом.
Продувочные окна б гильз цилиндров посредством отверстий блок-картера соединяются с двумя продувочными ресиверами а, выполненными в виде продольных каналов в отливке блок-картера. Продувочные -ресиверы связаны с выходными патрубками 20 (рис. 8) нагнетателя 19.
Выпускные окна в (рис. 5) гильз цилиндров соединяются с патрубками выпускных коллекторов
23.Выпускныеколлекторыпосредством переходныхпатрубковсвязанысвходнымипатрубками13 (рис. 7) турбины 11.
На переднем торце блок-картера 3 крепится плита 14 турбины. Плита турбины используется для установки турбины 11 и водяного насоса 12 с редуктором.
Кзаднему торцу блок-картера крепится плита 6 (рис. 8) главной передачи с крышкой 5. В плите главной передачи монтируются шестерни главной передачи и приводов к агрегатам. Снаружи на плитеикрышкеглавнойпередачиустанавливаютсянагнетатель19, нагнетающиймасляныйнасос/, топливоподкачивающий насос 2, регулятор 4 числа оборотов, сапун 9, масляный насос 17 сапуна, датчик тахометра 13, компрессор 14 и воздухораспределитель 11 системы запуска сжатым воздухом.
В верхней части двигателя установлены стартер-генератор 7, топливный фильтр 10 тонкой очистки, топливные насосы 8 высокого давления, масляный центробежный фильтр 12, водяной коллектор 4 (рис. 7) и агрегаты системы запуска сжатым воздухом — влагомаслоотделитель 7, автомат давления, воздушный фильтр и автомат выброса конденсата.
Двигатель соединен с трансмиссией с помощью двух зубчатых муфт 1, установленных на концах выпускного вала.
Для крепления двигателя используются два опорных бугеля 2, закрепленные на блок-картере и боковых картерах в местах выхода концов выпускного вала, и шарнирная опора 3 (рис. 8), установленная на нижней части бокового картера продувочной стороны.
6
7
8
9
10