Строительные машины и оборудование, справочник






Корпус двигателя


Категория:
   Устройство и работа двигателя


Корпус двигателя

В зависимости от принятой компоновочной схемы, типа и назначения двигателя корпус может состоять из следующих соединенных между собой деталей: отдельных или объединенных в блок цилиндров с вставными втулками (гильзами) или без них, картера (блок-картера), фундаментной рамы или подвесных опор коленчатого вала, поддона, деталей крепления и уплотнения. Часто блок цилиндров и картер выполняют в виде одной детали — блок-картера. К корпусным деталям двигателя относят также головку (крышку) цилиндров.

Картер вместе с цилиндрами, головкой (крышкой), поддоном или фундаментной рамой (при наличии последней), прокладками, сальниками образует закрытую, непроницаемую для газов, смазочного материала и охлаждающей жидкости (в случае двигателя жидкостного охлаждения) полость, где расположен кривошипно-шатунный механизм. На корпусных деталях обычно крепят различные элементы механизма газораспределения, передач, а также различные агрегаты двигателя. Корпусные детали определяют внешний вид двигателя. В современных форсированных двигателях на корпусные детали действуют высокие нагрузки от сил инерции и давления газов в цилиндрах. Кроме того, ряд деталей работает в условиях повышенных температур и значительных температурных напряжений. Детали корпуса являются опорами многих подвижных соединений двигателя, в том числе подшипниковых узлов. Поэтому детали корпуса наряду с прочностью должны обладать высокой жесткостью, последнее относится и к корпусу в целом. Важными требованиями являются удобство монтажа и обслуживания, а также простота, технологичность и возможно меньшая металлоемкость конструкции. На долю корпусных деталей приходится 25…70% всей массы двигателя, что свидетельствует о значительном резерве снижения металлоемкости двигателя именно в результате облегчения этих деталей.

В автомобильных, тракторных, ряде быстроходных судовых и тепловозных двигателей жидкостного охлаждения широко применяют блок-картерную конструкцию. В этом случае блок цилиндров (рубашек), являющийся несущей деталью, отливают вместе с верхней частью картера, благодаря чему образуется общая монолитная деталь — блок-картер. При этом обеспечиваются высокая прочность, жесткость, компактность, снижение массы и ряд других преимуществ.



На рис. 1, а представлен блок-картер V-образного шестицилиндрового тракторного дизеля, выполненный в виде отливки из качественного серого чугуна. В шести расточках левого и правого блоков устанавливают омываемые жидкостью гильзы цилиндров, в верхней центральной расточке — общий для обоих рядов цилиндров распределительный вал, от которого через толкатели и штанги, расположенные в индивидуальных литых колодцах III, осуществляется привод клапанов. В нижней части блок-картера выполнены расточки II под коренные подшипники коленчатого вала; для повышения жесткости коренных опор нижняя плоскость блок-картера опущена относительно оси коленчатого вала.

На рис. 1, б представлен блок-картер V-образного восьмицилиндрового автомобильного дизеля, также отлитый из качественного серого чугуна. Блок-картер выполнен в виде коробчатой детали, повышенная жесткость которой обеспечивается системой подкрепляющих ребер и межцилиндровых перегородок — стоек, по которым передаются усилия от затяжки крепежных деталей, сил давления газов и инерции. В отличие от описанного выше блок-картера с общей на каждый ряд головкой на блок-картер (рис. 1, б) устанавливают индивидуальные головки цилиндров, что несколько снижает общую жесткость корпуса. Поэтому особое внимание уделяется жесткости верхней плиты блока, в которую вставлены гильзы цилиндров, а также опор для подшипников коленчатого вала. Для повышения жесткости опор их крышки закреплены, помимо болтов, болтами в горизонтальном направлении. Такую конструкцию применяют в современных двигателях самых различных типов и назначений.

Рис. 1. Блок-картер V-образного дизеля: а — шестицилиндрового тракторного; б — восьмицилиндрового автомобильного; 1 — блок цилиндров; 2 — верхняя плита блока цилиндров; 3—крышка (подвеска) коренного подшипника; 4 — болт крепления крышки коренного подшипника; 5 — стяжной болт; 5 — головка цилиндров

Дальнейшее повышение жесткости корпуса при сокращении длины двигателя дает применение блок-картера туннельного типа. В этом случае опоры для коренных подшипников (обычно качения) коленчатого вала не имеют разъемов. Коленчатый вал монтируют с торца двигателя.

В автомобильных и тракторных двигателях воздушного охлаждения применяют конструкцию с несущими шпильками (рис. 2). Отдельные цилиндры устанавливают в расточках картера и вместе с индивидуальными головками цилиндров закрепляют длинными шпильками со значительным усилием предварительной затяжки. Шпильки, ввернутые в утолщения картера, воспринимают усилия от давления газов в цилиндре и поэтому являются несущими.

В более мощных тепловозных, судовых и других быстроходных форсированных двигателях используют различные варианты силовых схем корпуса (несущего блок-картера или несущих силовых шпилек) . На рис. 3 представлен стальной сварно-литой блок-картер форсированного быстроходного дизеля. Силовые шпильки крепления крышек цилиндров, установленные в плите картера, разгружают от газовых сил блок цилиндров, состоящий из верхней плиты, поперечных стоек и боковых листов. Лоток механизма газораспределения, включающий опорную плиту с подкрепляющими ребрами и боковые листы, замыкает силовую схему сверху, образуя воздушный ресивер.

Нижняя часть блок-картера образована набором сваренных между собой стальных литых секций — стоек. Особое внимание уделено жесткости опор подшипников. Достаточно массивная крышка прикреплена к картеру мощными болтами, а в горизонтальном направлении фиксирована двумя рядами боковых болтов. Нижние болты замыкают силовой контур опоры коренного подшипника, а верхние разгружают плоскость разъема от усилий сдвига.

Аналогичные облегченные конструкции корпуса с подвесным коленчатым валом нашли применение в более крупных форсированных двигателях.

Рис. 2. Картер тракторного дизеля воздушного охлаждения

Рис. 3. Сварно-литой блок-картер тепловозного дизеля с несущими шпильками: 1 — боковые болты; 2 — вертикальная стойка картера; 3 — вставка под втулку цилиндра; 4 — боковой лист; 5 — поперечная стойка блока цилиндров; 6 — плита опор распределительного вала; 7 — лист; 8— силовая шпилька; 9 — плита блока цилиндров; 10 — плита картера; 11 — крышка (подвеска) коренного подшипника; 12 — болты опор

Во всех крупных малооборотных судовых дизелях, а также во многих среднеоборотных дизелях с повышенными (более 400 мм) и даже относительно небольшими (для этого класса двигателей 250…350 мм) диаметрами цилиндра коленчатый вал укладывают на специальную фундаментную раму. Корпус малооборотных судовых дизелей существенно отличается по конструкции от рассмотренных выше корпусов автомобильных, тракторных и тепловозных двигателей. Традиционно он включает фундаментную раму, стойки картера с прикрепленными направляющими крейцкопфов и блок цилиндров. Все перечисленные детали соединены длинными анкерными связями, воспринимающими рабочие нагрузки.

Традиционные конструкции корпуса с А-образными стойками картера иногда заменяют коробчатыми конструкциями, повышающими изгибную жесткость корпуса, упрощающими технологию изготовления, сборки и обслуживание в эксплуатации.

На рис. 4 представлен корпус малооборотного судового дизеля, состоящий из фундаментной рамы, промежуточной стойки и станины. В многоцилиндровых двигателях корпус имеет поперечные разъемы, что упрощает изготовление и транспортировку деталей двигателей с большими диаметрами цилиндров. На станины устанавливают цилиндры (не показаны), соединенные в единый блок болтами.

В быстроходных двигателях, а также среднеоборотных с меньшим диаметром цилиндра применяют блоки цилиндров в виде отлитого из чугуна или легкого сплава блока 1 рубашек, в расточки которого устанавливают охлаждаемые жидкостью гильзы (втулки). Сверху к блоку через уплотнительную прокладку притягивается общая на все цилиндры (или отдельная на каждый цилиндр) головка, закрываемая крышкой.

Фундаментная рама является основным элементом в общей силовой схеме корпуса малооборотного судового дизеля, обеспечивая его необходимую жесткость. Она может быть литой, сварной, а также свар-но-литой конструкции. Последний тип имеет лучшие массогабаритные характеристики и находит все большее применение.

На рис. 5 представлена сварно-литая фундаментная рама малооборотного судового дизеля. Рама состоит из двух продольных балок, связанных поперечными перегородками, расположенными в плоскостях коренных подшипников коленчатого вала. Последние устанавливают в постелях и закрепляют сверху специальными крышками. Снизу раму закрывают стальным маслосборником (иногда съемным), имеющим уклон в сторону кормовой части двигателя. В колодцах размещают анкерные связи, закрепляющие на раме детали корпуса двигателя. Опорными полками рама крепится к фундаменту корпуса судна.

Рис. 4. Корпус малооборотного судового дизеля: 1 — фундаментная рама; 2—промежуточная стойка; 3 — станина; 4 — крышка подшипника

Коренные подшипники современных двигателей выполняют, как правило, в виде подшипников скольжения, хотя в ряде быстроходных форсированных дизелей с успехом применяют подшипники качения, обеспечивающие снижение габаритов двигателя по длине. Кроме того, предусмотренный в этом случае туннельный картер повышает жесткость корпуса двигателя.

К преимуществам подшипников скольжения относятся малые радиальные размеры и масса, простота монтажа многоколенных валов, демпфирующая способность и высокая долговечность. Однако требуются высокая точность обработки и стабильность геометрических характеристик подшипникового узла, обеспечивающих жидкостное трение на всех режимах работы подшипника (кроме пуска).

Рис. 5. Блок цилиндров

Рис. 6. Сварно-литая фундаментная рама

Как в шатунных, так и в коренных подшипниках скольжения применяют разрезные тонкостенные стальные вкладыши (рис. 7, а), заливаемые по поверхности, обращенной к шейке коленчатого вала, слоем антифрикционного материала (бронзы, алюминиевые сплавы). Кроме того, наносится тонкий приработочный, защитный и другие слои, улучшающие условия работы подшипников. К тонкостенным относятся вкладыши толщиной 2,9 + 0,023 £)„, где D„ — диаметр постели под подшипник, мм.

При работе в подшипнике выделяется значительное количество теплоты, отводимой со смазочным материалом, а также в корпус подшипника. Для отвода теплоты в корпус необходимо плотное прилегание вкладыша к постели, достигаемое тщательной обработкой поверхностей, необходимым натягом и высокой жесткостью крышки подшипника.

В малооборотных судовых двигателях коренные (рамовые) подшипники устанавливают в постелях фундаментной рамы. Подшипники состоят из двух толстостенных полувкладышей, фиксированных от осевого и кругового перемещений штифтами. Их изготовляют из чугуна или стали и заливают слоем баббита или другим антифрикционным материалом.

Рис. 7. Вкладыш коренного подшипника: а — тонкостенный; б — толстостенный

На рис. 7, б представлен толстостенный вкладыш. В некоторых случаях между стыками полувкладышей устанавливают одну или несколько прокладок. Сверху вкладыши прижимают крышкой, прикрепляют к фундаментной раме болтами, шпильками или домкратами, упирающимися в выступы стенки картера.

Рис. 4. Крепление крышки коренного (рамового) подшипника домкратами: 1 — вкладыш; 2 — крышка; 3 — домкрат

Рис. 6. Роликовый коренной подшипник коленчатого вала: 1 — опора (щека) вала; 2 — ролик; 3 — наружное кольцо; 4 — картер

В качестве подшипников качения в мотоциклетных, лодочных и других двигателях малой мощности применяют стандартные шариковые подшипники. В более мощных форсированных двигателях автотракторного типа и специального назначения используют радиальные роликовые подшипники без внутреннего кольца, непосредственно устанавливаемые на коренной опоре коленчатого вала, которой в этом случае является круглая щека.

Втулки цилиндров

Поверхность блока цилиндров используется в качестве рабочей лишь в некоторых двигателях, как правило, с небольшим диаметром цилиндра. В большинстве двигателей жидкостного охлаждения применяют специальную деталь, вставляемую в расточку блока (цилиндра) —втулку (гильзу) цилиндра. Тщательно обработанная внутренняя цилиндрическая поверхность втулки (зеркало цилиндра) является рабочей поверхностью, по которой перемещается поршень. Втулка относится к теплонапряженным особо ответственным деталям двигателя. Помимо прочности в условиях высоких механических (монтажные усилия, давление газов) и тепловых нагрузок, она должна обладать стабильностью геометрической формы, отчего существенно зависят удельные расходы топлива и смазочного материала. Внутренняя поверхность втулки (особенно верхней ее части) омывается горячими газами, воспринимает теплоту от поршня контактным способом (особенно через кольца) и в результате трения. Вместе с этим по условиям смазывания температура поверхности втулки не должна быть очень высокой, в связи с чем втулка должна эффективно охлаждаться.

В автомобильных, тракторных и форсированных двигателях специального назначения применяют «мокрые» втулки, отливаемые из специального чугуна, а иногда стальные точеные конструкции с верхним опорным фланцем, опирающимся на расточку в верхней плите блок-картера.

В двигателях с принудительным воспламенением, где нагрузка на гильзу цилиндра значительно меньше, опорный фланец часто смещают от верхнего торца.

Для повышения герметичности газового стыка между головкой и втулкой цилиндра на фланце последней иногда выполняют кольцевой буртик, незначительно выступающий над плоскостью блока цилиндров.

В случае применения индивидуальных головок цилиндров для уплотнения газового стыка во фланце предусматривают специальную канавку, в которую помещают уплотнительное металлическое кольцо (стальное, медное).

Уплотняют полости охлаждения специальными резиновыми кольцами, установленными в проточенные по наружной поверхности втулки (гильзы) канавки или в расточки блока цилиндров у нижнего опорного пояса; в этом случае наружная поверхность втулки гладкая.

В менее форсированных двигателях вместо «мокрых» втулок (гильз), наружная поверхность которых подвержена кавитации, применяют «сухие» гильзы толщиной 2…4 мм, запрессованные или установленные с малым зазором в расточку блока цилиндров. Малая толщина «сухой» гильзы обусловливает экономию качественного материала, однако теплоотвод от рабочей поверхности цилиндра в этом случае ухудшается ввиду дополнительного термического сопротивления по наружной поверхности гильзы.

Смазывание рабочей поверхности (зеркала цилиндра) в быстроходных двигателях осуществляется в результате разбрызгивания масла при работе кривошипно-шатунного механизма. При кривошипно-камерной схеме газообмена в двигателях с внешним смесеобразованием смазочный материал подается в смеси с топливом.

В тепловозных и среднеоборотных судовых двигателях применяют «мокрые» втулки из чугуна. При этом наряду с конструкциями, у которых охлаждающая полость образована внутренними поверхностями блока, широко используют конструкции цилиндров с индивидуальными охлаждающими рубашками. В этом случае блок не подвергается коррозии, что повышает его прочность и срок службы.

Рис. 7. Втулка (гильза) цилиндра: а — «мокрая» автомобильного дизеля; б — «мокрая» автомобильного двигателя со смещенным опорным поясом; в — «сухая»; 1 — канавка под уплотнительное кольцо

На рис. 8 представлена втулка подвесного типа с рубашкой охлаждения четырехтактного судового дизеля. Втулка короткими шпильками присоединена к крышке цилиндра, образуя с ней единый узел, скрепленный с блок-картером основными силовыми шпильками. Значительные усилия затяжки в этом случае не деформируют втулку.

Рис. 8. Втулка подвесного типа с рубашкой охлаждения: 1 — втулка; 2 — блок; 3 — крышка; 4 — рубашка охлаждения

Рис. 9. Цилиндропоршневая группа форсированного малооборотного дизеля: 1 — поршень; 2— втулка цилиндра; 3 — крышка цилиндра; 4 — форсунка; 5 — шпилька крепления крышки

Втулки цилиндров форсированных судовых двухтактных малооборотных дизелей отличаются высоким уровнем тепловых и механических нагрузок, особенно на верхний пояс. Для уменьшения тепловой напряженности во втулках и других деталях цилиндропоршневой группы этих двигателей применяют специальные каналы, высверленные во фланце втулки под углом к оси цилиндра. Они не снижают заметно прочности втулки, но обеспечивают подвод охлаждающей жидкости непосредственно к нагреваемой поверхности.

На рис. 9 показана цилиндропоршне-вая группа форсированного малооборотного дизеля. Во втулке, крышке цилиндра и поршне просверлены каналы для подвода охлаждающей жидкости. Смазывание цилиндров осуществляется с помощью специальных лубрикаторов, обеспечивающих подачу масла в нескольких точках, равномерно расположенных по периметру втулки.

Цилиндры двигателей воздушного охлаждения устанавливают на картер раздельно. Лишь в двигателях с малым диаметром цилиндра встречается объединение двух цилиндров в общую отливку.

На рис. 10, а показан цилиндр тракторного дизеля, выполненный из чугуна. Благодаря оребрению наружной поверхности увеличивается площадь охлаждаемой поверхности. При этом высоту ребер делают переменной по длине цилиндра, увеличивая к верхней, более нагретой части. Кроме монометаллических чугунных цилиндров (реже стальных), а также выполненных из алюминиевого сплава и покрытых по внутренней поверхности слоем хрома, применяют составные цилиндры.

На рис. 10, б показана литая конструкция, у которой чугунная втулка соединена с оребренным цилиндром, выполненным из легкого сплава. Известны составные конструкции цилиндров, в которых на чугунной или стальной втулке закреплены.

Рис. 10. Цилиндр воздушного охлаждения: а — монометаллический тракторного дизеля; б — биметаллический; 1 — чугунная втулка; 2 — оребренный цилиндр из легкого сплава

Рис. 11. Моноблок двигателя воздушного охлаждения

(например, с помощью закатки) охлаждающие ребра из высокотеплопроводного материала. Применяют и блочные конструкции, когда цилиндр и головка отлиты как одно целое.

Крышки (головки) цилиндра

Крышка, соединенная с цилиндром (блоком цилиндров), замыкает силовую схему сверху, образуя вместе с днищем поршня и стенками цилиндра камеру сгорания двигателя. На крышку (головку) действуют высокие тепловые и механические нагрузки (монтажные усилия от затяжки силовых шпилек, силы давления газов). Крышки (головки) цилиндров — сложные отливки, внутри которых расположены газовоздушные каналы, колодцы под силовые шпильки, форсунку, привод клапанов, отверстия под направляющие клапанов, полости для охлаждающей жидкости. Головки изготовляют из качественного чугуна, легких алюминиевых сплавов, а иногда и из легированной стали (крышки форсированных малооборотных судовых дизелей).

В автомобильных и тракторных двигателях часто применяют общие на несколько цилиндров блочные головки. Конструкция головок двигателей с принудительным воспламенением во многом определяется формой камеры сгорания и схемой расположения клапанов. В четырехтактных двигателях при двух клапанах на цилиндр характерно наклонное расположение клапанов в плоскости, параллельной оси распределительного вала. При этом достигается увеличение диаметра впускного клапана и упрощается привод клапанов. Дальнейшее форсирование бензиновых двигателей по частоте вращения связано в ряде случаев с переходом на четырехклапанные головки с целью улучшения наполнения. Головки автомобильных и тракторных дизелей более массивны вследствие более высокого давления в цилиндре при сгорании. Конструкция головки также зависит от типа камеры сгорания. Применяются как блочные головки, так и индивидуальные на каждый цилиндр. В случае расположения камеры сгорания в поршне головка имеет сравнительно простую форму с плоским днищем.

При двух клапанах на цилиндр в четырехтактных дизелях форсунку обычно смещают относительно линии клапанов и располагают наклонно.

Рис. 12. Головка цилиндров автомобильного двигателя с принудительным воспламенением

При четырех клапанах форсунку удается разместить в центре, что предпочтительно с точки зрения повышения прочности днища головки.

Более сложны по конструкции головки с разделенными камерами сгорания, когда в полости головки дополнительно располагают камеру в форме усеченной сферы, конуса или цилиндра.

Крышки цилиндров четырехтактных и двухтактных с клапанно-щелевой продувкой тепловозных и среднеоборотных судовых дизелей весьма сложны по конструкции. Они имеют обычно четыре клапана и центрально-расположенную форсунку. На рис. 13, а представлена крышка цилиндра мощного среднеоборотного дизеля. Помимо выпускного клапана, на разрезе показан пусковой клапан. Тарельчатые пружины прижимают корпуса клапанов к крышке цилиндра.

Крышки цилиндров форсированных судовых двухтактных малооборотных дизелей различаются по устройству в зависимости от применяемой схемы газообмена. В случае петлевой схемы газообмена отсутствуют выпускные клапаны и конструкция крышки оказывается простой. При клапанно-щелевой схеме газообмена (рис. 13, б) конструкция усложняется наличием выпускного клапана, устанавливаемого в специальном корпусе.

При центральном расположении клапана требуется несколько форсунок для впрыскивания топлива.

Головки цилиндров двигателей воздушного охлаждения сильно оребрены. Ребра занимают 60…75% оребренной поверхности охлаждения. Поверхность охлаждения должна обеспечивать отвод необходимого количества теплоты при высоких аэродинамических характеристиках охлаждающих ребер. Омываемые воздухом поверхности имеют обтекаемую форму; их располагают в соответствии с направлением теплового и воздушного потоков. В первую очередь охлаждающий воздух подается на распылитель форсунки (свечу зажигания), а также выпускной патрубок и межклапанную перемычку.

Рис. 13. Крышка цилиндра форсированного дизеля: а — среднеоборотного; б — двухтактного малооборотного; I и 9—выпускные клапаны; 2 — форсунка; 3 — корпус выпускного клапана; 4 — пусковой клапан; 5 — втулка; 6 — блок; 7 — крышка; 8 — шпилька


Читать далее:

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины