Дизели рефрижераторного подвижного состава - Постарнак С.Ф., Романов В.А.

Author: Постарнак С.Ф. Романов В.А.

Tags: тепловые двигатели (кроме паровых машин и паровых турбин) санитарное благоустройство города и других населенных мест отбросы сбор и удаление отбросов железнодорожный транспорт

ISBN: 6-277-00395-9

Year: 1989

Similar

Двигатели внутреннего сгорания рефрижераторного подвижного состава

Домашний сантехник

Справочник. Санитарная очистка и уборка населенных мест

Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

Text

Среднее специальное образование
SS УЧЕБНИК
ДИЗЕЛИ
РЕФРИЖЕРАТОРНОГО
ПОДВИЖНОГО
СОСТАВА
С.ФПОСТАРНАК
В. А. РОМАНОВ
ИЗДАТЕЛЬСТВО -ТРАНСПОРТ-
Среднее специальное образование
УЧЕБНИК
С.ФПОСГАРНАК
В.А.РОМАНОВ
ДИЗЕЛИ
РЕФРИЖЕРАТОРНОГО
ПОДВИЖНОГО
СОСТАВА
Утверждено
Управлением
учебных заведений МПС
в качестве учебника
для учащихся техникумов
железнодорожного
транспорта
МОСКВА "ТРАНСПОРТ" 1989
Дебальцевская техническая
бИбЛИО' е КН
Донецкой железной яороги
УДК 621.436:628.463.12(075.32)
Постарнак С. Ф-, Романов В. А. Дизели рефрижераторного подвижного со-
става: Учебник для техникумов. —М.: Транспорт, 1989. — 288 с.
Изложены основные понятия технической термодинамики и характеристики
рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания: регулирование, автоматиза-
ция и режимы работы дизелей, их экономические показатели, а также основы тур-
боиаддува дизелей и работы систем и приборов пуска, топливоподачи, смазочной
и охлаждения. Рассмотрены вопросы, связанные с устройством и спецификой
конструкции дизелей 5- и 12-вагонных рефрижераторных секций и автономных
рефрижераторных вагонов. Приведены сведения о характерных неисправностях
и текущем техническом обслуживании оборудования, диагностике и испытаниях
дизелей. Для учащихся техникумов железнодорожного транспорта, может быть
использован работниками вагонного хозяйства, связанными с эксплуатацией и
текущим содержанием рефрижераторного подвижного состава.
Ил. 155, табл. 22, библногр. 15 иазв.
Книгу написали: С. Ф. Постарнак—введение, главы I—V; В. А. Романов —
главы VI—IX.
Рецензенты: Б. Г. Русак, Р. А. Алибеков
Заведующий реда к ц и ей В. К. Терехов
Редактор М. П. Сазонова
„ 3202030000-396
П —---------------- 196-свод. пл. вып. лит. для сред. спец.
049(01)-89 учеб, заведений па 1989 г.
ISBN 6-277-00395-9
С С. Ф. Постарнак, В. А. Романов, 1989
:НИЕ
к Машины, преобразующие один из видов энергии в механическую
работу, называют двигателями. Тепловые двигатели преобразуют в ра-
риту тепловую энергию, полученную в результате сжигания топлива.
Двигатели, у которых сгорание топлива происходит вне двигателя
(например, в топке парового котла), называют двигателями внешнего
сгорания. К ним относятся паровые турбины и паровые поршневые
долины.
£ Тепловые двигатели, в которых топливо сгорает непосредственно
я двигателе (в рабочем цилиндре или специальной камере сгорания),
Называют двигателями внутреннего сгорания. К ним относятся порш-
Левые двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, комбиниро-
ванные и реактивные двигатели.
Первый поршневой двухтактный двигатель внутреннего сгорания,
работавший на газовом топливе, был построен в 1860 г. французским
Инженером Ленуаром. В 1870 г. немецкий механик Н. Отто создал
жтырехтактный газовый двигатель, который явился прообразом сов-
ременных карбюраторных машин, т. е. двигателей, у которых приго-
товление горючей смеси из топлива с воздухом происходит вне цилинд-
ра — в карбюраторе.
b Первый бензиновый карбюраторный двигатель был разработан в
России инженером И. С. Костовичем в 1879—1884 гг. Несколько поз-
же по этому проекту был изготовлен двигатель для дирижабля. На же-
лезных дорогах России стационарные поршневые тепловые двигате-
ли появились в 1882 г.
«’ В Германии в 1886 г. инженеры Г. Даймлер и К. Бенц создали одно-
цилиндровые двигатели малой мощности (0,8—1,1 л.с.) для самодви-
якущихся двух- и четырехколесных экипажей, названных затем мото-
циклами и автомобилями. Первый автомобиль в России был создан в
J1896 г. В конце прошлого века началось развитие двигателей с само-
)ма пламенением жидкого топлива в цилиндре от сжатия воздуха, т. е.
^дизелей. Немецкий инженер Р. Дизель в 1894 г. теоретически обосно-
вал рабочий процесс такого двигателя и в 1897 г. выполнил в металле
^стационарный компрессорный двигатель. В его цилиндр с помощью сжа-
того воздуха впрыскивался керосин. В Петербурге в 1899 г. был пост-
роен и испытан более экономичный дизель.
В период с 1889 по 1910 г. русским инженером Г. В. Тринклером и
Механиком Я. В. Маминым были созданы на Путиловском заводе дви-
гатели без воздушного компрессора, работавшие иа сырой нефти.
Эти поршневые двигатели, названные бескомпрессорными, явились пер-
выми транспортными двигателями с самовоспламенением топлива от
сжатия воздуха.
3
В 1908 г. Коломенский паровозостроительный завод впервые в мире
изготовил горизонтальный двухтактный реверсивный двигатель с про-
тивоположно движущимися поршнями. В России в 1908—1911 гг.
были построены такие оригинальные двигатели, как судовой реверсив-
ный четырехтактный дизель мощностью 90 кВт и легкий двигатель мощ-
ностью 165 кВт.
Россия одновременно внесла большой вклад в создание теории ра-
бочего процесса двигателей внутреннего сгорания. В начале ХХв.
профессор В. И. Гриневецкий разработал методику теплового расчета
поршневых двигателей и построил первый специальный дизель для теп-
ловоза. Дальнейшее развитие теория тепловых двигателей получила
в трудах профессоров Е. К. Мазинга, Н. Р. Бриллинга, А. Н. Шелеста,
академика Б. С. Стечкина. Вместе с тем ввиду экономической отстало-
сти России двигателестроение развивалось слабо и в парке двигателей
преобладали зарубежные машины. Лишь после Великой Октябрьской
социалистической революции в стране были созданы условия для
бурного роста промышленности. При горячей поддержке В. И. Ленина
начало развиваться тепловозостроение. Первенцем мирового магист-
рального тепловозостроения стал советский дизель-электрический ло-
комотив Щ9л-1 системы Я- М. Гаккеля, построенный в 1924 г. Уже
в 1932 г. выпуск промышленных дизелей в стране превысил дореволю-
ционный уровень в 4 раза. До начала Великой Отечественной войны
были построены семь типов различных дизельных локомотивов, а так-
же создан танковый дизель В-2, способствовавший превосходству оте-
чественных танков Т-34 в боевых условиях.
Война прервала многие мирные начинания, в том числе работы в об-
ласти двигателестроения. И только после Победы начинается серий-
ный выпуск различных типов судовых, промышленных и тепловозных
дизелей. В последние годы резко возросли объемы применения дизе-
лей на автотранспорте и в тракторостроении. Известны отдельные по-
пытки применения дизелей в авиации.
С 1953 г. на железнодорожном транспорте Советского Союза во все
возрастающих масштабах начали эксплуатироваться рефрижератор-
ные вагоны, холодильные установки которых питаются от дизель-
эЛектростанций мощностью 13—250 кВт.
Сложная конструкция энергетического оборудования рефрижера-
торных вагонов определяет необходимость его квалифицированного
обслуживания. В этой связи от работников вагонного хозяйства и ре-
фрижераторных бригад требуется хорошее знание конструкции и ра-
бочего процесса дизелей, применяемых на групповом рефрижератор-
ном подвижном составе и автономных рефрижераторных вагонах, пра-
вил эксплуатации и технического обслуживания дизелей и вспомога-
тельного оборудования, особенностей их ремонта, а также основных
положений по охране труда и технике безопасности.
Н&Нюа I
[фсномы ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
L>'
Ж ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕРМОДИНАМИКИ.
ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ТЕЛА И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ
«.'•Термодинамика — наука об энергии и законах ее превращения воз-
кднкла в начале XIX в. в связи с развитием паровых машин, в которых
Комплота. образовавшаяся при сгорании топлива, преобразовывалась в
ЕрДботу. Отсюда и название: «терме» — теплота (синоним — тепло),
кдоннамис» — сила или работа (в переводе с греческого).
В основе термодинамики лежат два экспериментально уста-
новленных, наиболее общих законов природы. Первый — это закон
гйфдранения и превращения энергии, впервые установленный М. В. Ло-
Ежрносовым в 1748 г. и подтвержденный работами Дж. Джоуля и
Майера в 1843 г. Он является фундаментом первого закона, или пер-
мрго начала термодинамики. Второй закон, или второе начало термо-
ждииамики, является обобщением многочисленных наблюдений и ре-
гшльтатов экспериментов. Он определяет, при каких условиях возмо-
кЩи переход тепла (равнозначно — теплоты) между телами и совер-
&3ф«ние работы (Р. Клаузиус, У. Томсон).
efe/ Совокупность любых материальных тел (твердых, жидких или га-
зообразных), которые могут обмениваться энергией в форме теплоты и
ЙЙботы как между собой, так и с окружающей средой, называют термо-
динамической системой. Из такой совокупности произвольно выделим
^штриховой линией (рис. 1) любую область. Тела 1—3, оказавшиеся
Вящутри этой области, образуют термодинамическую систему, а тела
В*—8, лежащие вне ее пределов, называют окружающей средой. Тела
Оти могут быть разнородными и находиться не в одной плоскости, а
Врыть распределены по объему.
L, Термодинамическая система может обмениваться перемещающими-
ся однородными или разнородными телами с окружающей средой. Та-
ОЕую. систему называют открытой. Примером открытой системы явля-
|<ется поток газа (пара) в турбинах, а также процессы впуска и выпуска
поршневых машинах. Систему, в которой отсутствует обмен между те-
Хлами, называют закрытой. Примером закрытой системы может быть газ,
«Находящийся в цилиндре с поршнем.
Ь Термодинамическую систему, не обменивающуюся теплотой с окру-
ающей средой, называют адиабатной, а не обменивающуюся со сре-
дой ни теплотой, ни телами, ни работой — изолированной. Состоя-
щие системы, при котором значения характеризующих ее физических
^величин во времени не изменяются, называют стационарным. Если же
значения физических величин системы меняются во времени, ее состо-
яние называется нестационарным.
5
Рис. 1. Термодинамическая си-
стема н окружающая среда
Рабочее тело — это вещество, с по-
мощью которого происходит преобра- |
зованне теплоты в работу. В двигателях
внутреннего сгорания рабочим телом
являются воздух, смесь топлива с воз-
духом и газообразные продукты сгора-
ния топлива. Преобразование теплоты
в механическую работу в двигателе воз-
можно только при изменении параметров
состояния рабочего тела. В двигателях
процессы изменения параметров рабо-
чего тела повторяются многократно
или непрерывно (в турбинах). При ис-
следовании процессов, совершаемых ра-
бочим телом в тепловых двигателях, в качестве термодинамической
системы обычно принимают 1 кг рабочего тела. Величины, характе-
ризующие состояние термодинамической системы, называют пара-
метрами. Основными из них являются давление, температура, удель-
ный объем и плотность.
Давление — это сила, действующая на единицу площади поверхно-
сти тела. В двигателях — это давление газов (паров, жидкостей) на
стенки ограждающих поверхностей (труб, цилиндров, сосудов). По-
давляющее большинство приборов для определения давления измеряет
разницу между давлением среды (иногда называемым полным, или аб-
солютным, давлением) р и атмосферным (барометрическим) Роар- Если
измеряемое давление выше атмосферного, такой прибор называют ма-
нометром, а измеряемое давление — избыточным (манометрическим):
Ри»б == Р — Рбар- В этом случае полное (абсолютное) давление, яв- i
ляющееся параметром состояния: р ~ р„вб 4- рбар. !
Когда измеряемое давление ниже атмосферного, такой прибор на- i
зывают вакуумметром, а измеряемое давление — вакуумметрическим 1
(или вакуумом): рвак = рСар — р. (
В данном случае полное (абсолютное) давление р = рбар—рвак-
За основную единицу измерения давления в Международной сис- 3
теме единиц (СИ) принят Па (паскаль): '
i
1 Па = Н/'м* = 1,02-10-5 кгс/см* — 750-10—в мм рт. ст.; (
1 бар = 106 Па = 1,02 кгс/см* = 750 мм рт. ст.; /
1 кгс/см* = 0,981 *10*Па = 0,981 бар = 735,6 мм рт. ст.; 1
1 мм рт. ст. = 133,3 Па = 136-10—* кгс/см*; |
1 мм вод. ст. = 9,81 Па = 10~‘ кгс/см*. |
Для приближенных расчетов принимают, что 0,1 МПа или 1 бар = 1 кгс/см* I
(ошибка не более 2 %). |
Паскаль очень малая единица, поэтому используются кратные, бо- |
лее крупные единицы. Например, 1 МПа = 10* Па== 10 бар. Втер- I
модинамике при расчетах используются |
только абсолютные давления. |
6 I
. Пример. Манометр на баллоне со сжатым воздухом для пуска дизеля на сек'
ции показывает 25 кгс/см*. Определить абсолютное давление в баллоне в едннн"
цах СИ, если барометрическое давление равно 728 мм рт. ст.
Решение. Показание манометра в единицах СИ.
' 25-0,981-10®=24,53 бар —2,453 МПа.
. Барометрическое давление
и 728
—------—=0,97 бар =0,097 МПа.
। 750-Ю-8
' Абсолютное давление
Р — Рбар “ЬРман —0,097 -|- 2,453=2,55 МПа.
Под массой тела понимают меру его инертности, т. е. свойство со-
хранять приобретенное движение или состояние покоя. За единицу
Массы всех веществ и тел принят 1 кг. Все вещества отличаются друг
от друга своими плотностями. Плотность тела определяется как мас-
са единицы объема, т. е. отношением покоящейся массы к ее объему:
р = m/V, где т — масса тела, кг; V — объем вещества, м®.
Удельный объем v (м8/кг) — отношение полного объема вещества
V к его массе т.
v=V/m.
Эти величины взаимно обратные (op = 1).
г.(. Зная удельный объем (или плотность), можно найти объем вещест-
ва по известной массе: V — mv\ V — т/р.
Температура характеризует тепловое состояние тела или системы.
Обычно говорят: «Температура — это степень нагретости тела». Это
деверно. Температура является мерой средней кинетической энергии
хаотически движущихся молекул. Чем больше средняя скорость дви-
жения молекул (средняя кинетическая энергия молекул), тем выше тем-
пература тела, и, наоборот, чем меньше эта скорость, тем ниже тем-
пература.
... Для измерения температуры были созданы температурные шкалы,
позволяющие оценивать температуру определенными числами. Тако-
вы эмпирические шкалы Цельсия, Фаренгейта и др.
, Т. Кельвину, опираясь на второе начало термодинамики, удалось
построить так называемую термодинамическую абсолютную шкалу тем-
Температура измеряется по абсолютной термодинамической шкале
Т в градусах Кельвина (К) или на практической температурной шкале
в градусах t Цельсия (°C). Величина градусов обеих шкал одинакова
(1 К = 1 °C), но нуль абсолютной температуры перенесен на 273,15 °C
ниже точки плавления льда, т. е. нуля 100 градусной шкалы. Со-
отношение между градусами Кельвина и Цельсия по любой из этих
шкал: Т = 273,15, К; t — Т + 273,15, °C. При измерении разности
температур значения, выраженные в К и °C, одинаковы: 7\ — 7\ —
— I*
Отметим, что температура относится к классу интенсивных физи-
ческих величин, которые в отличие от других (экстенсивных) величин
7
(например, объем, масса, энергия) не суммируются. Нельзя, к слову,
путем смешения двух порций воды при одинаковой их температуре по-
лучить воду с более высокой температурой.
Давление, объем и температура газа находятся во взаимной зависи-
мости. В общем случае изменение параметров газа подчиняется урав-
нению F (р, v, Т) = 0. Это значит, что любой из параметров газа мо-
жет быть найден через два других:
Г); V=fs(p, Г); T=f,(p. V).
Пример. Можно лн с помощью обычного жидкостного термометра измерить
температуру капли воды?
Ответ. Нет. Показания термометра заслуживают доверия только тогда, ког-
да введение термометра в среду не изменит теплового состояния среды. В данном
же случае шарик термометра может заметно нагреть нлн охладить каплю воды.
2.'УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Идеальный газ — это совокупность хаотически движущихся моле-
кул, представляющих собой твердые упругие шарики пренебрежимо ма-
лого размера (материальные точки), между которыми отсутствуют силы
взаимодействия. Реальные газы в диапазоне практически используе-
мых давлений и температур по своим свойствам мало отличаются от
идеальных. Это и позволяет применить для изучения реальных газов
все закономерности идеальных газов.
Изменение одного из параметров газа приводит к изменению осталь-
ных из них. Если же одновременно меняются все параметры, то уста-
новить взаимосвязи между ними трудно. Решение практических- за-
дач упрощается, если один из параметров р, v или Т остается неизмен-
ным. Количественные зависимости между двумя параметрами при по-
стоянном значении третьего называют основными газовыми законами.
Закон Бойля — Мариотта. При неизменной температуре газа
(в изотермическом процессе) произведение давления газа на его объ-
ем — величина постоянная (зависящая только от температуры и хи-
мической природы газа) pV = const, или для 1 кг газа ро = const.
Это выражение для двух произвольных состояний газа р^ *=
= или pjpi = vjv1 при Т — const; т — const.
Эго уравнение равнобокой гиперболы (изотермы).
Закон Гей-Люссака. При постоянном давлении (в изобарном про-
цессе) объем газа пропорционален его абсолютной температуре VIT —
— const, или для 1 кг газа vlT = const.
Тем самым для двух произвольных состояний газа относительное
расширение газа
Vi/V1 = T2/T1 при р=const; т=const.
Эго уравнение прямой линии (изобары).
Закон Шарля. При постоянном объеме (в изохорном процессе) дав-
ление данной массы газа пропорционально его абсолютной темпера-
8
rtvpe pT const, или относительное изменение давления газа
►= TtITx при v = const; m = const.
L- Напомним, что законы Бойля — Мариотта, Шарля, Гей-Люссака
объединенный закон справедливы только в том случае, если масса
Кеза не изменяется.
К Закон Авогадро. В равных объемах разных идеальных газов, нахо-
дщнхся при одинаковых температуре и давлении, содержится одина-
ковое число молекул.
Г Важным следствием закона Авогадро является постоянство произ-
ведения удельного объема и на молекулярную массу р для всех идеаль-
ных газов, взятых при одинаковых р и Т, pt’ = const.
Произведение рр называется мольным объемом (объемом моля).
Я1ри нормальных условиях (t — 0 °C, р = 760 мм рт. ст. = 101,3 кПа)
Бт< -т объем v — рр0 = 22,414 м3/кмоль.
Е Киломолем М (или килограмм-молекулой) вещества называется
Какое количество этого вещества, масса которого выражается в кило-
граммах и численно равна его молекулярной массе. Например, для во-
ы М = 18 р = 18 кг/моль, т. е. киломоль воды — это 18 кг воды.
Аналогично для азота /V2 (р = 28) киломоль — это 28 кг азота, для
Воздуха (кажущаяся молекулярная масса р = 29) киломоль — это
А? кг воздуха и т. д.
£ Число Авогадро Na — это число молекул в киломоле (или атомов
килограмм-атоме) любого вещества: твердого, жидкого или газооб-
разного: A\ = 6,02- 10м кмоль"1.
- Из законов идеальных газов следует, что когда р, v и Т не остаются
процессе постоянными, изменение параметров газа в широком диа-
пазоне давлений и температур подчиняется уравнению
V' PV
L — —const, (1)
L. Для выяснений физического смысла постоянной величины рас-
кмотрим случай повышения температуры 1 кг газа от 7\ до Тг при не-
Йзменном давлении. Это возможно лишь при изменении объема газа.
юдставляя величину изменения объема и температуры в уравнение
и!) и обозначив постоянную величину буквой R, получим
f р „
f Л-т, ’ ’
[так как v = V/m, то для m кг газа
P(V.-Vi) „
m (Tt-Tr)
Величина R называется газовой постоянной и представляет абсо-
лютную (удельную) работу 1 кг газа при нагреве газа на 1° при по-
стоянном давлении. Подставив R в уравнение (1), получим для 1 кг га-
за
pv—RT
(2)
9
Уравнение (2) называется термическим уравнением состояния иде-
ального газа (уравнение Клапейрона — Менделеева).
Из определения газовой постоянной вытекает, что ее значение оди-
наково для любого состояния данного газа. Определим это значение
для нормального состояния, параметры р0 и ^о> которого нам извест-
ны, т. е. вычислим у- — R. ( .
Для этого состояния р0 = 101,3 кПа — 101 325 Па; То — 273,15 ЧК,
Величина мольного объема идеальных газов v0 — 22,414 м8/кмоль., ’.
Подставляя, находим для киломоля любого газа ,
- роио 101325-22,414
/? = ——=---------——----=8314 Дж/(кмоль-К),
>0 Z/o.lD -Л< >
где Дж — единица СИ для измерения работы (энергии); Дж = Н-м.
Отсюда заключаем: газовая постоянная, отнесенная к 1 кмоль,
одинакова для всех идеальных газов и численно равна 8314 Дж/
/(кмоль- К). Эту постоянную называют универсальной газовой посто-
янной и обозначают R (р/? — R). По физическому смыслу универсаль-
ная постоянная представляет собой работу, которую совершает
1 кмоль любого идеального газа при увеличении его температуры на
Г в процессе р — const.
Газовая постоянная для 1 кг любого газа, Дж/(кг- К)
/?=Я/ц=8314/р. (3)
Таким образом, зная химическую формулу газа и атомные массы
элементов его образующих, можно подсчитать молекулярную массу
газа ц и по уравнению для R найти газовую постоянную для 1 кг дан-
ного газа.
Уравнение состояния идеального газа применяется при решении
многих задач, связанных с реальными газами, и в зависимости от за-
данных условий записывается: для 1 кг газа pv = RT', для произ;
вольного количества G газа pV = GRT\ для произвольного числа мо^
лей М газа pV — MRT. , : '
Объем газа V, находящийся при любых физических условиях р, Т,
приводится к нормальным условиям по Vo = (VpT0)lp0T.
В табл. 1 приведены характеристики некоторых газов при нормаль-
ных условиях.
Следует помнить, что при пользовании уравнением Клапейрона—
Менделеева все входящие в него величины надо брать в одной системе
единиц.
Пример 1. Объем моля кислорода при 0 °C и 760 мм рт. ст. равен 22,4 м*.
Чему он равен йрн 20 °C и 740 мм рт. ст.?
Решение.. Согласно уравнению состояния
откуда v.=v.-£!^-=22.4-^—=24,68м».
7, 7\ Jia р1То 740-273
>0
Таблица 1
Газ Молекуляр- ная масса, кг Плотность, кг/м* Газовая постоянная, Дж/(кг-К)
К >0ЗДУ* йдаслород Водород /Углекислый газ 28,95 28,02 32,00 2,016 44,00 1,293 1,250 1,429 0,0899 1,977 287,0 296,8 259,8 4124.3 188,9
1,—
Пример 2. В пусковом баллоне дизеля вместимостью 0,06 м8 находится 1,6 кг
..го воздуха при температуре окружающей среды t= 8 °C. Достаточно ли
уха для пуска дизеля, если наименьшее давление для пуска при этой темпера-
равно 1,5 МПа?
Решение. Из уравнения состояния имеем
GRT 1,6-287-281 „ „
р =------= --------------= 2,15МПа.
Р V 0,06
Следовательно, пуск дизеля возможен.
Пример 3. Определить удельный объем кислорода при давлении 20-10* Па н
ературе 550 К.
RT 259,8-550 „ г ,
»=-----= =0,0715 м8/кг.
р 20-10*
ГАЗОВЫЕ СМЕСИ. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ СМЕСИ ГАЗОВ
Рассмотрим схему образования смеси газов, например, в некото-
юм объеме (рис. 2), разделенном двумя вертикальными перегород-
и. В трех образовавшихся отсеках находятся различные газы.
3 первом отсеке объемом V3 находится газ массой тг, во втором объемом
—, , — газ массой тг и в третьем объемом V3 — газ массой т3. Молеку-
Жяярные массы этих газов соответственно равны plt ра и р3. Будем счи-
угать, что давления и температуры всех газов одинаковы и равны рнТ.
ЖЕсли вынуть вертикальные перегородки, произойдет процесс смеше-
Кния, в результате которого образуется смесь газов. Газы, образо-
Рвавшие смесь, называют компонентами смеси.
I В процессе смешения образуется смесь, объем и масса которой
£ V’cm== Tj-J-Vj-f-Va. тсы. — mi+“Ьт»•
В Состав смеси характеризуется объемными долями или массовыми
долями:
rt = V,/VCM;
Гз=Уз/1,СМ; —
gt — ml/mcn< Вз~гпз/тсм-
11
Рис. 2. Схема смешения га-
зов
Из этих выражений следует, что сумма
объемных и массовых долей всех компонен-
тов см^си равна единице:
Г1+г1+г»=1;
₽>+&+&= 1-
Каждый компонент смеси в процессе
смешения свободно расширяется как бы
друг в друге. При этом его объем увеличи-
вается до полного объема смеси Ксм, а дав-
ление уменьшается от р до так называемого
парциального давления (plt рг или р3). Дав-
ление, которое имел бы каждый данный
компонент, если бы ой один занимал объем
смеси, называется парциальным давлением
компонента смеси. Так как рассматрива-
ются смесь идеальных газов, в которой согласно модели идеального
газа отсутствует взаимодействие между молекулами, компоненты сме-
си существуют в ней независимо, не мешая друг другу.
По закону Дальтона общее давление смеси равно сумме парциаль-
ных давлений отдельных газов; р — pt -R рг р3.
Нетрудно найти парциальное давление, если известны объемные
доли отдельных газов, входящих в смесь, = рг3, р2 — рг2\ р3 =
= РГ8....Рп = РГП.
Примером газовой смеси является воздух. Считаем, что сухой воз-
дух, имеющий давление рсы. состоит только из кислорода (21 %.) и азо-
та (79 %). Тогда их парциальные давления:
РО,~РеМ го, = рсм‘0>21;
Рц, — Рем гмг — Рем ‘ 0 • 79.
Сумма парциальных давлений будет равна атмосферному давлению
Ро, + Pn, ~ Рем ( ro, + rN,) = Рем
Все исходные положения действительны и для смеси из произволь-
ного числа газов. При этом уравнение Клапейрона — Менделеева
справедливо для каждого компонента смеси до и после смешения, а
также для всей смеси: RCM = 8314/рсм.
Сложные газовые смеси, т. е. многокомпонентные смеси газов,
описываются характеристическими уравнениями: риск = RCMT;
pVcti — GchRcmTcu. h pVctt — 8314 T, но'для пользования ими необхо-
димо сначала определить газовую постоянную смеси или среднюю
(кажущуюся) молекулярную массу газовой смеси.
Пример. В баллоне находится кислород при абсолютном давлении 4,0 МПа
(40 бар; 40,8 кгс/см’) н температуре 315 К (42 °C). Определить плотность
кислорода в баллоне.
12
Используя уравнение Клапейрона — Менделеева и выражение для плотно-
Мг газа, запишем р= p/RT, здесь р = 4 МПа = 4-10* МПа = 4-10* Н/м*;
Л'*= 32 мУжмоль; = 8314/32 = 260 Дж/(кг»К).
|р Следовательно,
I " 410е
Г р=--------— =48,6 кг/м*.
’ 260-315
J-й; Пример. На весах установлены два одинаковых сосуда: один заполнен сухнм
мдохом при давлении р и температуре Т, другой — влажным прн тех же усло-
Sx. Какой сосуд тяжелее?
я^^Решение. Количество молекул в обоих сосудах одинаково. Так как молеку-
ВВрный вес воды (18) меньше среднего молекулярного веса воздуха (~29), сосуд
кал^жным воздухом легче, чем сосуд с сухим.
Еа>'. . *
5'
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВ. КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛА,
Участвующего в процессе
П '•* ‘
р Для нагревания одного и того же количества различных веществ на
«Маковое число градусов при одинаковых условиях, т. е. при одина-
характере изменения параметров тел, подводится различное ко-
Бчество теплоты. Важно знать количественное соотношение между
Мимпой, переданной в процессе, и изменением температуры рабочего
№. Это соотношение устанавливается теплоемкостью.
ХУдельной теплоемкостью, или (кратко) теплоемкостью, называют
Йдичину, численно равную количеству теплоты, которое необходимо
Нагревания (охлаждения) 1 кг вещества на 1К (или, что то же, на
ГСО. Теплоемкость тела С численно равна количеству теплоты, необ-
Шямому для нагревания (охлаждения) данного тела на Г. Таким об-
Ьюм, эти величины связаны между собой формулой С — ст, где т —
Беса тела. Количество тепла Q, которое надо сообщить (отнять от)
mtr газа для нагрева (охлаждения) на ДТ (где Д — обозначение
вменения параметра в конечном процессе), можно выразить через
Йфдьную теплоемкость и температуру
Д(?=сД7. (4)
ft Если нагревается (охлаждается) 1 кг льда, теплоемкость называ-
массовой, 1 м3 газа — объемной. Один моль содержит р кг
Ка, и мольная теплоемкость равна рст кДж/(моль- К). Для перехода
* Мольной теплоемкости к массовой или объемной ее значение надо
клить соответственно на молекулярную массу газа (р):
i l^m
t ct> =----.
Г И
кли на 22,414 (объем моля при нормальных условиях):
। ср22,414
L С° 22,414 ’ Ст р
Г Теплоемкость газа зависит от его давления и температуры.
13
Однако для идеальных газов зависимость от давления ничтожна,
и с достаточной для технических расчетов точностью можно считать,
что теплоемкость идеальных газов зависит от температуры газа.
В свою очередь, с изменением характера процесса подвода теплоты из-
меняется теплоемкость.
Количество теплоты, необходимое для нагрева (охлаждения) еди-
ницы массы газа на 1°, заключенного в неизменяющийся объем, назы-
вается теплоемкостью при постоянном объеме с„. Количество теплоты,
необходимое для нагрева (охлаждения) единицы массы газа на 1 °C
в условиях, когда неизменным останется давление газа, называется
теплоемкостью при постоянном давлении ср. Термодинамикой уста-
новлено, что ср > cv. Разность между ср и с,. равна работе расшире-
ния 1 кг газа при его нагревании на Г при постоянном давлении, т. е.
удельной (абсолютной) работе при р = const. Численно эта удельная
работа равна газовой достоянной R.
Теплоемкости связаны формулой Майера ср = с„ 4- R. Для моль-
ных теплоемкостей рср — рс„ = 8314.
Теплоемкость увеличивается с повышением температуры газа.
В технических расчетах принимают линейную зависимость теплоем-
кости от температуры и оперируют значениями средней теплоемкости
ст в рассматриваемом температурном интервале и ta. Так как газ на-
гревают от ty °C до ts °C и для нагревания 1 кг затрачивают q кДж
теплоты, то средняя теплоемкость газа в рассматриваемом интервале
температур
I,
циям, называется объемной и обозначается Срт или Cvm кДж/(м3 X
°C), В зависимости от характера процесса.
Количество тепла, сообщаемое рабочему телу (газу) или отнимае-
мое от него в процессе нагревания (охлаждения) от температуры до
выразится при р = const
-’ Л,. Q=cpm(it—ty) m—[icpm (ta—ti)M—Cpm(tt—ti) V; (5)
при V — const
Q—Cvm (ts it) m — iLCvm (t» ii)M=Cvtn(it ^i) (6)
+деm — масса газа, кг; M — число молей газа; V — объем газа, м8.
z Если не учитывать зависимость теплоемкости газов от температуры,
4К> можно пользоваться табл. 3.
й- -
л ... Т а б л н ц а 3
Газ »срт **сот
Ш,: кДж/(кмоль-К) ккал/(кмоль-К)
^Одноатомный (N, Н, др ) 12,56 20,93 3 5
-А Двухатомный (СО и 20,93 29,31 5 7
.ЛгТрех- и многоатомный разных элементов) - 29,31 37,68 7 9
Теплоемкость, соответствующая определенной температуре, назы-
вается истинной теплоемкостью. Истинная теплоемкость равна пре-
делу, к которому стремится средняя теплоемкость при бесконечном
уменьшении интервала температур Формулы нахождения
средних теплоемкостей сРт нсгт при нагревании реальных газов при-
ведены в табл. 2.
Таблица 2
Рабочее тело Массовая теплоемкость срт, кДж/(кг-°С) Объемная теплоемкость Сот, кДж/См’-’С)
Воздух Углекислый газ Продукты сгорания жидкого топлива 0,998+0,0000888 (<Ж,) 0,820+0,00046 (6+М 0,980+0,000126 (Л+М 0,707+0,0000888 (6+G) 0,629+0,00046 (li+M 0,695+0,000126 (/i+G>
При измерении количества газа в объемных единицах средняя
теплоемкость единицы объема газа, приведенного к нормальным усло-
14
^. При определении количества тепла, подводимого к газовой смеси,
предварительно находят ее теплоемкость. На практике пользуются
справочными таблицами со значениями средних теплоемкостей для га-
и газовых смесей (воздух, продукты сгорания). Теплоемкость про-,
^кцольных смесей газов подсчитывается в зависимости от теплоемкостей
компонентов и состава смеси.
Й • Количество тепла, требующееся для нагревания смеси газов на
$ ’С, равно сумме тепла, расходуемого на нагревание каждого из га-
4юв на 1 °-
».»• Часто возникает необходимость нахождения конечной температуры
Ьаза, когда известны его начальная температура и количество тепла,
подведенного к газу или отведенного от него. Для этого используется
^уравнение (5) или (6). К примеру, для 1 кг газа q — с (tt — 4), откуда
При этом надо учитывать зависимость тепло-
Жмкости газа от температуры и характера процесса подвода теплоты.
£ Единицы измерения энергии (работы). Системной единицей измере-
|иия всех видов энергии (и работы), в том числе и тепловой, служит
^Джоуль (Дж). Для измерения большого количества теплоты пользуют-
15
хя десятичными кратными приставками и получают единицы кило-
джоуль, мегаджоуль:
1 кДж = 10® Дж; 1 МДж= 10* Дж; 1 ГДж= 10* Дж.
Таким образом, системными единицами являются.
Для массовой теплоемкости [СРт] = Дж/(кг-К);
« объемной » [С„т]= Дж/(м-К);
« кнломольной » [|хС] — Дж/(кмоль-К).
Основные соотношения между единицами измерения тепловой энер-
гии приведены ниже:
I кал = 4,1868 Дж — 4,187 Дж;
1 кДж = 0,239 ккал = 0,278-10~® кВт-ч = 0,278 Вт-ч;
1 ккал = 4,187 кДж = 1,168-10~® кВт-ч = 1,168 Вт-ч;
1 кВт-ч — 3600 кДж = 860 ккал;
1 Вт = 0,86 ккал/ч.
Пример. Воздух, поступающий в цилиндры дизеля рефрижераторной сек-
ции с температурой /См= 5 °C, состоит нз теплого воздуха с температурой =
= +20 °C, забираемого нз дизельного помещения, и холодного с температурой
tt = —30 °C, забираемого снаружи вагона. Определить весовые доли теплого и
холодного воздуха для получения такой смеси. Давление холодного н теплого
потоков, а также воздуха, получаемого в результате смещения, считаем одинако-
выми.
Решение. Используем уравнение теплового баланса giCpnh + g#pmttt =
=Сртсм *см. где Si н Si — весовые доли теплого и холодного воздуха для получе-
ния смеси.
Очевидно, что ft+ft = 1. Поэтому ft cpmi<1+(l — gd Срт^ = cpmc№tctl.
Массовую илн мольную теплоемкости находим по таблицам: срп^ —
— 29,142 кДж/(моль • °C); сРт2 = 29,130 кДж/(моль • °C); сРтсы =
= 29,141 кДж/(моль-°С).
Тогда доли теплого ft и холодного gt воздуха:
срт ы tcM—cpm, h 29,141 -5—29,130 (—30) „ Л
а ........ ..=? — .1 =0.70:
1 срт1^-срт^ 29,142-20 -29,130 (-30)
в»=1 — gi=0,30.
S. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ.
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И МЕХАНИЧЕСКАЯ РАВОТА ГАЗА
Основные определения; pv-диаграмма. При изучении работы тепло-
вых двигателей прежде всего обращают внимание на те изменения, ко-
торые происходят с рабочим телом. Если газообразное тело соверша-
ет работу (или, наоборот, если внешняя среда совершает работу над
газом), объем тела изменяется; при этом если и2 >- происходит
процесс расширения газа, если же ult— процесс сжатия. Осталь-
ные параметры состояния могут изменяться как угодно в зависимости
от того, подводится или отводится тепло и в каком количестве.
16
^Удобно изображать состояния, через которые проходит газ, графи-
ки. В первую очередь это pv-диаграмма, где по оси ор инат наносят
деление газа, а по оси абсцисс — удельный объем (рис. 3). Для наг-
вдности иногда под диаграммой изображают цилиндр с подвижным
>р1Пнем. В цилиндре заключен газ. В состоянии, обозначенном точ-
/, к штоку поршня приложено давление, равное давлению газа,
аб выбирают таким, чтобы значение удельного объема было
но высоте цилиндра. Точка 1 характеризует состояние газа в ци-
ре под поршнем (р^). Если уменьшить давление, приложенное
ку поршня, на очень малую величину Ар, объем тела газа начнет
кличиваться и поршень сместится. При этом будет преодолеваться
приложенная к поршню. Каждому последующему положению
0шня будет отвечать новое состояние газа, по параметрам которого
о найти соответствующую точку. Закончится процесс изменения
ния газа в точке 2. Проведя плавную кривую через точки, со-
вующие промежуточным состояниям, получим кривую расшире-
1—2 (v2 > Vj). Если процесс изменения состояния другой порции
идет от состояния,-характеризуемого точкой 2' (для краткости от
и 2') до точки причем <С v2, то кривая 2' — /' называется
ивой сжатия.
Пусть в рассмотренном процессе 1—2 каждое из промежуточных со-
яний газа имеет давление, одинаковое по всей массе газа, и удель-
i объем, также одинаковый по всей массе. Каждое из таких состоя-
ll называется равновесным. Описывается оно уравнением Клапейро-
- Менделеева, а весь процесс 1—2, состоящий из громадного числа
овесных состояний, называется равновесным процессом. Равно-
сным процессам присуще свойство обратимости, т. е. они могут быть
«йдены в обратном направлении через все состояния прямого про-
са.
Ж Если к газу в прямом процессе подведено некоторое количество теп-
др и газ совершил какую-то работу, то в обратном процессе это количе-
Ви работы должно быть совершено
ней средой над газом и от газа
жно быть отнято количество тепла,
ное ранее подведенному. Иначе го-
я, обратимый процесс происходит
, что обратное его протекание восста-
вливает все явления, сопутствующие
>ямому процессу. Если же обратный
роцесс не может восстановить все явле-
ния прямого (например, если в обрат-
ом процессе нужно совершить больше
боты, чем газ совершил в прямом
роцессе, или же от газа нужно отвести
Меньше тепла, чем в прямом процессе),
Ги такой прямой процесс называется не-
1ым. Обратимые процессы иша..
1за
Рис. 3. pv-диаграмма нзмене-
"иил сисгиЯША" 1
Дебальцевская те х н > • *< е с. ка я
библиотека
17
нения состояния газа описываются математически и изучаются в
термодинамике. Необратимые явления, происходящие в процессах,
учитываются при необходимости в расчетах опытными коэффициен-
тами.
Виутреиняя энергия газа. Энергия движения молекул и энергия,
обусловленная силами взаимодействия между ними, называется внут-
ренней тепловой энергией. Внутренняя энергия может служить пара-
метром состояния газа. Для идеального газа она зависит только от
температуры, так как в нем силы взаимодействия между молекулами
отсутствуют. Следовательно, внутренняя энергия идеального газа не
зависит от характера процесса, и количество тепла, затрачиваемое
на изменение внутренней энергии, обозначаемое ДС/, в любом процес-
се идеального газа можно подсчитать так, как будто процесс происхо-
дит при постоянном объеме (V = const):
Д(/ — Q—cvm(Ta 7\). (7)
Работа газа. Работа постоянной силы на некотором пути равна
произведению силы на путь, если направления действия силы и пере-
мещения точки приложения силы совпадают. Для газа второе условие
всегда соблюдается, так как давление его всегда направлено по нор-
мали. Однако сила давления в общем случае не постоянна, а изменя-
ется. Поэтому для подсчета работы, совершаемой газом, процесс рас-
ширения газа от точки 1 до точки 2 разделяют на очень малые процес-
сы, как показано на рис. 4. В каждом из таких малых процессов пор-
шень проходит путь AS, а давление р можно считать постоянным. Тог-
да работа AL постоянной силы pf, где f — площадь поршня, на .пути
As составит
&L=pfbS,
где /Д5 — AV — объем, описанный поршнем.
Р
Рис. 4. Вычисление работы
газа
Рис. 5. Графическое измере-
ние работы газа
18
^Работа расширения 1.кг газа
С Д£=рЛУ. (8)
I Это произведение графически измеряется площадью прямоуголь-
на abed. Работа L на всех отрезках, на которые разделен весь путь
действия силы, измеряется площадью под ступенчатой линией 1 —2.
Заметим, что работа изменения объема определяется в координатах
деление — объем (р — о) независимо от свойств рабочего тела. Если
величивать число отрезков, то в пределе ступенчатая линия сольет-
м с кривой процесса 1 — 2, а работа газа на этом пути будет изме-
ртться заштрихованной площадью 1—2—3—4—1 (рис. 5), ограничен-
ной кривой процесса 1—2, осью абсцисс и крайними ординатами 2—3
[ 1—4. Площадь эта может быть измерена прибором, называемым
Планиметром. Зная масштаб диаграммы, по площади вычисляют ра-
клу газа. Работа может быть найдена и аналитическим путем.
Первый закон термодинамики. Этот закон представляет собой ма-
ематическое выражение закона сохранения и превращения энергии.
Энергия системы есть постоянная величина, но один вид энергии в си-
стеме может переходить в другой. Вначале уравнение первого закона
Термодинамики относилось к явлениям преобразования тепловой и
|еханической энергии (которые рассматриваем и мы), а затем было
Ьаспространено и на другие виды энергии. Формулируется он так: ес-
1н в процессе исчезает некоторое количество тепла, возникает эквива-
лентное (равное) ему количество механической энергии (в виде совер-
шенной механической работы) и, наоборот, при совершении механиче-
ской работы (за счет израсходованного количества механической энер-
1ии) возникает эквивалентное этой работе количество тепла.
? Первый закон термодинамики был обоснован в 40-х годах XIX в.
( трудах Ломоносова, Майера, Джоуля. Математически его можно вы-
лазить так: пусть Q — использованное в процессе тепло, L — меха-
ническая работа, совершенная за счет возникшей механической энер-
ии. Следовательно,
<?=£. (9)
\ Здесь Q и L измерены одной и той же единицей энергии (рабо-
ты) — джоулем (Дж).
' В теплотехнике чаще интересуются не исчезнувшим, а подведен-
ным количеством тепла. Обозначим его для 1 кг газа буквой q. Оно
не все тратится на совершение работы. В общем случае часть его рас-
ходуется на изменение внутренней (тепловой) энергии. Если вначале
она составляла Ult а в конце Us, то на изменение затрачено Д(7 =
= U2 — Ux единиц тепла. В таком случае в виде тепла исчезло q —
— MJ единиц, и согласно первому закону термодинамики q— MJ =
— L, где L — совершенная в процессе работа.
Отсюда
? = Д1/+£.
(Ю)
19
Уравнение (10) — первый закон термодинамики: подведенное к газу |
тепло расходуется на изменение внутренней энергии газа и на соверше- >
ние работы. Для идеального газа оно принимает вид (с использованием <
формулы (10) и при cv = const) з
q = Cv(tt-tt) + L. (11) |
Первый закон термодинамики используется для анализа раз- ;
личных тепловых процессов. С его помощью, повторяем, было уста- j
новлено соотношение между теплоемкостью и газовой постоянной *
(формула Майера): «
cP—cB=R. (12) ,
Пример. Определить изменение внутренней энергии 6 кг воздуха при пере-
ходе от начального состояния с температурой 7\ = 289 К в конечное с температу-
рой Тя = 423 К. ’
Решение. В данном случае At/ = Q = cvm (Tt — 7\) tn.
Используй зависимости из табл. 2, находим: cvm = 0,7217 кДж/(кг-К) и
Ли = 0,7217 (423—289) 6= 580 кДж (~ 138 ккал). ,
А ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СОСТОЯНИЯ ГАЗОВ
Последовательность изменений состояния рабочего тела образует
термодинамический процесс. Уравнение первого закона термодинами- i
ки дает возможность исследовать эти сложные явления с помощью уп-
рощений. При этом рассматриваются частные случаи, к которым отно-
сятся: процесс изменения состояния газа при постоянном объеме —
изохорный процесс; то же, но при постоянном давлении — изобарный ’
процесс; то же, но при постоянной температуре — изотермический
процесс; процесс изменения состояния газа без теплообмена между га-
зом и внешней средой — адиабатный процесс.
Все перечисленные процессы в той или иной степени наблюдаются
в дизелях.
Исследование процессов состоит в установлении связи между пара-
метрами рабочего тела, определении работы, изменения внутренней
энергии, количества тепла и теплоемкости процесса. <
Процесс изменения состояния газа при постоянном объеме (v =
— const) в рп-диаграмме изображен вертикальным отрезком на рис. 6.
Процесс 1—2 осуществляется при подводе тепла, т. е при нагревании
газа, что видно по увеличивающемуся давлению газа, а процесс 1—2'— i
при отводе тепла, на что указывает снижение давления охлаждаемого
газа. Для этого процесса характерно, что газ в нем никакой механиче-
ской работы не совершает, так как объем газа не изменяется. В урав-
нении первого закона термодинамики для этого процесса L = 0 (так
как ДУ = 0), и оно принимает вид
<7„ = Д1/.
(13)
20
pvt=^RTa и рс»1 = /?Г1
следовательно,
Рис. 6. Процесс изменения со-
. стояния газа при постоянном
объеме (в ри-диаграмме)
стояния газа при постоиииом
давлении (в ри-диаграмме)
Все внешнее тепло, затрачиваемое на совершение процесса, преоб-
я во внутреннюю кинетическую энергию газа, вызывая соот-
ующее изменение температуры газа:
4v=cvmt t» cvmt
[cDmg, — средние теплоемкости.
з рассмотрения уравнения состояния для начальной и конечной
процесса (Vj — v2) можно установить, что в процессе v = const
кление (абсолютное) изменяется пропорционально абсолютной тем-
уре газа:
Р«/Р1 = 7'2/71. (14)
Линия, изображающая изохорный процесс на термодинамической
рамме, называется изохорой.
(Процесс при постоянном давлении газа (изобарный) р = const
/ю-диаграмме изображается прямой, параллельной оси абсцисс
7), при этом 1 — 2 — процесс с подводом тепла (нагревание га-
что видно по увеличению объема, т. е. расширению газа, а 1—2’—
есс охлаждения газа с отводом тепла и уменьшением объема
. В процессе 1—2 совершает работу расширяющийся газ, а в про-
1—2’ внешняя среда (поршень) совершает работу над газом. По-
ку р — const, то по формуле (8) работа на 1 кг газа составит
(*= р (v2 — t>i). Площадь прямоугольника 1—2—3—4—1, т. е. пло-
, лежащая под линией процесса, измеряет работу.
Используя уравнение Клапейрона — Менделеева можно записать
я идеального газа;

(15)
21
Изменение внутренней энергии газа не зависит от характера про- '
цесса. Если разность температур Т2 — 7\ = 1 К, то I = R. Все ко- '
личество внешнего тепла, сообщенного газу в изобарном процессе,
расходуется на увеличение внутренней энергии газа и на работу его '
расширения, j
Яр~иа—l=cv (Т,—T^-j-R (Тг—Т^),
или, упрощая, 1
Яр-i^ + R) (Т1-Г1)=Ср(Т1-7'1).
Из изложенного можно найти ту часть тепла, которая расходуется
на изменение внутренней энергии газа:
*4—и1 Сс (Та—7\) _ ср
Ср (Ts—Л) Ср k
где k — показатель адиабаты.
Принимая для двухатомных газов At = 1,4 найдем = 0,715. *
Следовательно, в изобарическом процессе 71,5 % подведенного
тепла расходуется на изменение внутренней энергии (температуры) |
газа и 28,5 % подведенного тепла преобразуется в работу расширения
газа.
Используя уравнение состояния для идеальных газов •
получим следующую характеристику изменения параметров состояния
в изобарном (рг = р2) процессе:
Vt/v^Tr/Тг. (16) |
Видно, что в процессе р = const удельные объемы газа изменяются
прямо пропорционально абсолютным температурам газа. Линия, изо-
бражающая изобарный процесс на термодинамической диаграмме, на- j
зывается изобарой.
Процесс является изотермическим, если при непрерывном подводе (
(отводе) тепла процесс расширения (сжатия) газа происходит при по-
стоянной температуре (Т = const). Из уравнения состояния при Tt — 1
— 7\ получаем.
Р1/Р» = оа/1'1. <17)
или р№ — p2v2, т. е. pv — const.
Объем газа в этом случае изменяется обратно пропорционально дав-
лению. Это известный закон . Бойля — Мариотта, по которому про-
изведение давления на удельный объем в изотермическом процессе
идеального газа остается постоянной величиной. Если построить урав-
нение pv — const в ри-диаграмме, получим кривую, называемую изо-
термой (рис. 8). Это равносторонняя гипербола, где линия 1—2 изоб- .
ражает процесс изотермического расширения, а линия 1—2' — изо-
термического сжатия. Оба изотермических процесса должны происхо-
дить при теплообмене газа с окружающей средой. При расширении
22
^совершает работу и для того, чтобы его температура не снизилась,
-азу надо подводить тепло. Наоборот, при сжатии, чтобы темпера-
ми газа не повысилась из-за затраты энергии на сжатие, надо от
(^ Отводить тепло. Чем выше температура процесса, тем выше на
|фике линия этого процесса.
Ввиду того что в описанных процессах Т2 — 7\, изменение внут-
ией энергии идеального газа равно нулю. По первому закону тер-
динамики для такого газа Qt = L (qt — I). Следовательно, в изо-
шическом процессе идеального газа все подводимое тепло расхо-
жи на совершение работы расширения.
Площадь под графиком процесса 1—2—3—4—1 определяет абсо-
Тяую работу, совершаемую газом. Найти ее можно графически, оп-
Йлив площадь планиметром, или вычислить аналитически по вы-
йениям:
Н Vo Рл
;.г, / = 2,3J?Tlg- и l=2,3/?7’lg-- (при расширении);
i Ч Ра
t», / = 2,3/?Tlg—— и / = 2,3/??’1g (при сжатии).
^Техническая работа расширения в изотермическом процессе рав-
дбсолютной работе.
Для лучшего понимания характера изменения состояния газа на
р9 показаны графики, изображающие изобарный /, изохорный 2
йотермический 3 процессы в различных координатах: р — Т
9, a), v — Т (рис. 9, б), р — v (рис. 9, в).
23
В адиабатном процессе в противоположность ранее описанным про-
цессам нет теплообмена с окружающей средой. Система не получает
теплоты извне и не отдает ее. Адиабатный процесс можно осуществить,
если поместить газ в полностью теплоизолированный цилиндр с аб- |
солютно теплоизолированным поршнем и медленно перемещать соот-
ветственно нагруженный поршень. В данном случае работа расшире-
ния газа будет совершаться за счет убыли внутренней энергии. При
сжатии, напротив, энергия внешней среды, затрачиваемая на сжатие,
будет расходоваться на повышение внутренней энергии газа.
По первому закону термодинамики для адиабатного процесса, в ко-
тором по определению q = 0, имеем
/=—Ди=—(«j—(18)
где Uj — ug — убыль внутренней энергии газа.
Формула (18) справедлива для вычисления работы любого газа.
Для идеальных газов ее можно преобразовать с использованием фор-
мулы (7) для внутренней энергии газа. При с — const получаем
l cvm(Tt~ 7\). (19)
Если заменить Т по уравнению Клапейрона—Менделеева, то форму-
ла (19) получит вид
1 “ — Pi «) = —~— (Pi ”1 —Pi
R Cp—cv ।
Выражение, стоящее перед скобкой, после знаков равенства, можно
представить так
cv 1 1
Ср С„ Ср -Ср k 1
св
Тогда
Ь (Pi^i—Pi^i) - (ЭД
к— 1
где отношение теплоемкостей cplcv — это показатель адиабаты А.
Поясним дополнительно реализацию адиабатного процесса. Рас-
сматривая уравнение состояния для начальной и конечной точек про-
цесса 1 — 2 (рис. 10) можно записать
Л Pi t»i Pi vt
— —------------, или ---—----
Tt P*vt r T\
PfVt .
—~—= const.
3»
Так как в этом процессе Дд = 0, то Au + p&v = 0, или p\v —
~—Ди — —сЕ\Т. Вновь убеждаемся, что работа, совершаемая га-
зом в адиабатном процессе, равна убыли внутренней энергии. При ади-
абатном расширении работа положительна, а изменение внутренней
кинетической энергии отрицательно. Внутренняя энергия уменьша-
ется и температура газа падает. Напротив, в процессе адиабатного сжа-
тия работа I отрицательна, а Ди положительно, т. е. внутренняя кине-
24
Рис. 10. Диаграмма адиабатного р
процесса:
а — с уменьшением внутренней энер-
гии; б — с увеличением внутренней
энергии
Рис. 11. Относительное расположе-
ние адиабаты и изотермы
:кая энергия увеличивается и температура газа возрастает. Эти
:тва адиабатных процессов и используются в рабочем процессе
целей внутреннего сгорания.
иния, изображающая адиабатный процесс на термодинамической
рамме, называется адиабатой. Адиабатное расширение всегда со-
ождается понижением давления, причем график адиабаты в ко-
натах pv всегда круче, чем график изотермы, проведенной из той
точки (рис. 11).
1з изложенного следует, что при адиабатном изменении состояния
меняются все его основные параметры. Уравнение адиабатного
lecca находится путем совместного решения уравнений состояния
льного газа и первого закона термодинамики. В координатах pv
постоянной теплоемкости (cv — const) оно имеет следующий вид
идеального газа: pv* = const, где k = cp!cv — показатель адиа-
Уравнение адиабаты определяет, что для любых двух точек 1 и 2
абаты pxv* — ptv*, а давление газа в этих точках: рл — GRT/vx
?2 — GRTJv^.
Эти соотношения позволяют получить практические зависимости
начальными и конечными параметрами адиабатного процесса:
при переменных р и v:
при переменных Т и v:

25
при переменных р и Т:
*-1
7'i/7'i = (P»/Pi)
Абсолютная работа для 1 кг газа определится по следующим форму-
лам:
*=-гЦ-(Р1О1—P»vi); (2>)
(22)
k—1 L \ v» / J
(23)
/=-££-[l-pl-p-] (24)
k— i L \ Pi ) J
Для нахождения работы G (кг) газа нужно в формулах (21), (22)
и (24) заменить удельный объеме* полным объемом этого количества га-
за V.
Например,
= £_ । (Pi Ki —Р» У») •
Формула (23) для G, кг, газа примет вид
Каждая из этих формул может быть применена для решения прак-
тических задач в зависимости от поставленных целей и известных пара-
метров газа. Техническая работа адиабатного сжатия равна абсолют-
ной работе сжатия, умноженной на показатель адиабаты сжатия, на-
пример £мхн = — (р^ — р2У2).
7. ЭНТАЛЬПИЯ
В термодинамике для характеристики состояния рабочего тела,
кроме давления, температуры, удельного объема, используют и другие
параметры, свойственные любому состоянию тела. К ним относится
внутренняя кинетическая энергия и, являющаяся для любого газа
функцией температуры.
Допустим, что нам необходимо ввести 1 кг газа, имеющего внутрен-
нюю энергию и и объем о, в замкнутое пространство с давлением р.
Для этого потребуется затратить энергию pv. Следовательно, 1 кг
газа, вводимый в замкнутое пространство, вносит энергию, равную
26
4- pv, т. e. сумме внутренней энергии и потенциальной энергии дав-
ния. ~>то сумма является функцией состояния газа, она называется
тальпией (теплосодержанием) газа и обозначается i.
Для 1 кг газа удельная энтальпия
i — u+pv. (25)
Рассмотрим изменение энтальпии в произвольном конечном про-
ссе. Для начального и конечного состояний 1 и 2 оиа составит:
— Ы1 + Р1Р1> Ч — иг + p2v2, а изменение ее величины в процессе
it—h=u»—“i+PtVt— Pi oi-
Изменение внутренней энергии газа
Au=ua—ul = cvm(Ta—7\).
Следовательно, используя уравнения состояния, получим
&i — i2 ii~cvm (’i’t Ту) + R (T2 7\) — (cBm+R) (T2—7\).
Так как cp = cv + R и cpm = cvm + R, to
^i—i2—ii~cprn(T2—TJ. (26)
Видно, что изменение энтальпии в произвольном процессе опреде-
ется параметрами состояния только в начале и конце процесса и не
>исит от промежуточных состояний, т. е. от характера процесса,
тальпия как величина, свойственная конкретному состоянию рабо-
"о тела, также является одним из термодинамических параметров.
'Уравнение первого закона термодинамики, выраженное через
гальпию, выразится как
iAQ Ai-UVAp. (27)
I идеальных газов:
Al = ср \Т; i ~ Срщ Т •
icthom случае, если в процессе расширения газ не получает и не
тепло в окружающую среду (AQ = 0), изменение теплосодер-
Д/ становится равным УДр. Здесь уменьшение энтальпии га-
т равно технической работе, совершенной газом.
ругом случае, если процесс расширения газа совершается при
1ном давлении (Др — 0), техническая работа будет равна ну-
саническая или абсолютная не равна нулю) и уравнение (27) при-
I bQ = is — ip
им образом, количество тепла, участвующего в процессе р =
t, численно будет равно разности энтальпий конечного и началь-
стояний рабочего тела.
альпия используется в теплотехнических расчетах, где обычно
гея знать изменение энтальпии, а не абсолютное значение. По-
учало отсчета энтальпии (0 К или 0 °C) для конечного результа-
те имеет значения.
чения i, заранее подсчитанные для различных состояний широ-
>льзуемых газов, сводят в таблицы и диаграммы и по ним под-
ают количество тепла в различных тепловых процессах.
27
В. ПОЛИТРОПНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В тепловых двигателях газ в процессе расширения и сжатия частич-
но воспринимает или отдает тепЛо деталям двигателя. Вследствие по-
стоянно существующего теплообмена реальные процессы расширения и
сжатия газа не являются изотермическими или адиабатными АТ #= О
и AQ #= 0.
Для анализа характеристик таких процессов пользуются понятием
политропного процесса, т. е. процесса, протекающего при постоянной
теплоемкости и подчиняющегося уравнению pVn = const, где п —
показатель политропного процесса (показатель политропы). Иногда
этот процесс называют и политропным.
Адиабатный и изотермический процессы являются частными слу-
чаями политропного процесса, так как теплоемкость в этих процессах
сиа = ±оо ис,д = 0 — постоянная величина.
Практически может быть осуществлено огромное количество и
других процессов изменения состояния газа, подчиняющихся уравне-
нию pVn — const, с самыми разнообразными значениями показателя
политропы п, лежащими между +оо и —оо. Каждый из таких процес-
сов может быть отражен на pv-диаграмме. Например, процесс расши-
рения газа по уравнению pv1-2 = const, у которого k > п > 1, буду-
чи построен по точкам, расположится между изотермой и адиабатой,
как это показано на рис. 11.
Показатель п для каждого политропного процесса может считаться
постоянной величиной в зависимости от количества тепла, участвую-
щего в процессе. Так, для изохорного процесса п = ± для изо-
барного п — 0; для изотермического п — 1; и для адиабатного п =k.
Графики политропных процессов в плоскости координат pv пока-
заны на рис. 12. Видно, что при изменении характера расширения га-
за (от изобарного процесса до изохорного) показатель политропы ме-
няется от нуля до плюс бесконечность ( + «>).
Для двигателей важными явля-
Рис. 12. Политропические процессы
изменения состояния газа:
I — расширение; // — сжатие
ются процессы сжатия и расшире-
ния газов, имеющие показателе
политропы от 1,1 до 2,0, т. е. близ-
кие к показателю адиабаты k. Чи-
сленное значение показателя поли-
тропы зависит от физических осо-
бенностей процесса.
Среднюю величину показателя
политропы у работающих двига-
телей или компрессоров определя-
ют путем измерения давления и
объема в начале и конце процесса
расширения или сжатия:
lgP1~"lgP2
lg»s—Ig^ 1 — vt/vt
28
ри измерении давления и температуры на работающих машинах
затель политропы найдется по следующему уравнению:
_ lgP«/Pi
" IgPt/Pi-igTVT, ’
еплоемкость политропного процесса
n—k
Сп= св .
п—1
изменением показателя политропы изменяются и величины внут-
ей энергии газа, теплоты и механической работы. Чем ближе про-
расширения газов в тепловом двигателе к адиабатному, тем более
сичен этот двигатель.
исимости между начальными и конечными параметрами полит-
о процесса идентичны зависимостям для адиабатного процес-
меной показателя k величиной п. Аналогично могут быть приме-
и все предыдущие формулы для определения работы газа в адиа-
м процессе (с заменой показателя k на и).
Миер. 1. Давление воздуха в пусковом баллоне дизеля составляло 2,86
19 кгс/см*) при /х = 14 °C. В рейсе температура воздуха в дизельном поме-
• повысилась до tt = 50 °C. Какое стало давление в баллоне? Изменением
баллона можно пренебрегать.
иние. Для изохорического процесса
Т Т 273 I 50
= тогда p,=pi -^=2,86 ^73_1_14 3,2МПа (32,6кгс/см*).
•мер 2. В процессе при постоянном давлении 0,8 МПа температура возду*
•астает с 290 до 410 К. Определить количество подведенного тепла, абсо-
। работу и конечный объем воздуха, если его начальный объем равен
fcpm « 1 кДж/(кг- К)].
мние:
71 41Л
К.= h“— =0,15 —— = 0,212 м»;
1 1 7, 290
ph 0,8-0,15 , <4
m RTi 287 290 ’ КГ’
Q=Cpm(7t—7ц)т=1 (410—290) 1,44= 172,8кДж;
потная работа
L = p (V,—VJ =0,8 (0,212—0,150) =0,50-10» кДж,
i- Используя значение газовой постоянной,
L=R (7,—71)m=287-120-1,44 = 0,50-10» кДж.
Пример 3. В компрессоре изотермически сжимаются 3 кг воздуха от давле-
Ю» до 8-10» Па. Чему равен объем воздуха в конце сжатия, какое количест-
ва отводится от воздуха и при какой температуре происходит сжатие? Ha-
ndl объем воздуха 1,2 м*.
29
Решение:
V, = — = 1,2 =0,15 м’;
Pt 8-10*
g = Z = 2,3p1 VJg «£*= = 2,3-10»-1,2 lg8=-263,3 кДж;
Pi
„ PiVt 10»-1,2-28,95
T=-^-i =--------’„—-—139 К или — 134°C.
Rm 8314-3
Пример 4. Как относятся между собой значения работы изотермического сжа-
тия для равных весовых количеств различных газов при прочих одинаковых усло-
виях?
Решение. Работа изотермического сжатия для 1 кг разных газов при одинако-
вых условиях:
Zi^^Tln—; lt = RtTln —;
Pi Pi
/- = /?~7’ln-^- и т. д.
Pi
Следовательно,
' I»: ig' — Ri ' Rt ' Rs,
т. e. абсолютная работа изотермического сжатия различных газов пропорцио
нальна их газовой постоянной.
Пример 5. В процессе адиабатного сжатия в дизеле объем воздуха умень-
шился в 14 раз, а температура превысила температуру воспламенения нефти.
Определить температуру и давление в конце сжатия, если Р1 = 10» Па и 7\ =
== 373 К (Л — 1,4).
Решение:
/ V,
Tt = Tl —М = 373-14®.* = 1067 К или 794°С;
\ »» /
k 1,4
/ Ts \k-i I 1067 \ 0,4
Р« = Р1(-ТГ- = 10» I —— =10»-1,86’.» = 4 МПа.
\ TJ J \ 373 J
Пример 6. В процессе адиабатного расширения 10 кг воздуха его температу-
ра снизилась от 473 до 300 К- Найти абсолютную и техническую работу, совер-
шенную газом.
Решение:
mR 10-0,287
ia6c = “ (Л-Л) = — (473 -300) = 1242 кДж;
7-техн —• 7-абс — 1242* 1,4 —1739 кДж.
». ОБРАТИМЫЕ И НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ.
ЦИКЛ КАРНО
Процессы, в результате совершения которых в прямом и обратном
направлениях (по одним и тем же промежуточным состояниям) тер-
модинамическая система возвращается в исходное состояние и при этом
в окружающей среде не происходит никаких изменений, называют обра-
тимыми. Все остальные процессы необратимые.
30
«обратимость всегда при-
нт к уменьшению работы, .
Ёршаемой термодинамичес-
1-. системой. При необра-
1оы процессе система не
пгт быть возвращена в ис-
Нк*с состояние без допол-
М'льного внешнего воз-
К№ия, т. е. без компен-
энергии, потерянной
п двигателях внутреннего
вавляют (рис. 13) источник
теплового дви-
Рис. 13. Структурная схема
гателя
в прямом и обратном процессах,
сгорания термодинамическую систему
тепла, рабочее тело и источник холода
идитель). Все процессы в тепловых двигателях совершаются в ре-
йых условиях и являются в той или иной степени необратимыми,
меняется это тем, что процессы в двигателях протекают с конечны-
скоростями и осуществляются при разности температур источника
п (холода) и газа. Например, при быстром движении поршня вслед-
fe. различного давления в отдельных точках массы расширяющего-
пва возникают завихрения, сопровождающиеся межмолекуляр-
гтрением. Энергия, затрачиваемая на трение, обращается в тепло,
« Которого передается в окружающую среду. Затрата тепла на тре-
Ьуществует при любом направлении процесса или движения газа,
кже движения деталей двигателя. Теплообмен между газели и ис-
Киками тепла или холода также является причиной возникновения
прений газа и потерь энергии.
ркратимым является процесс сгорания топлива, так как образу-
йся продукты сгорания не могут быть обращены в первоначальную
р> топлива и воздуха.
Процесс называют замкнутым, или круговым циклом, если система,
Кодя через ряд последовательных состояний, возвращается к ис-
Мниу или начальному состоянию.
|имкнутый обратимый процесс, реализуемый с идеальным газом,
юпют идеальным, или теоретическим циклом.
прямыми называют циклы, в которых тепло превращается в работу,
тих циклах линия расширения газа на диаграмме pv расположена
к* линии сжатия, а цикл развивается по часовой стрелке. Прямые
йм совершают все тепловые двигатели.
Обратными называют циклы, на осуществление которых расходу-
| внешняя энергия. В них линия расширения лежит ниже линии сжа-
, а цикл развивается (на диаграмме цикла) против часовой стрелки.
*атные циклы реализуются в холодильных машинах и тепловых на-
IX.
В прямом цикле, состоящем условно из двух процессов (рис. 14, а)
(участке 1—2 к газу подводится тепло q2 от внешнего источника теп-
фысшей температуры (нагреватель 7\); на участке 2—1 от газа ст-
оится тепло q2 к источнику низких температур (холодильник Та).
ктают, что температура самих источников тепла при этом не меня-
31
ется. Холодильником, или теплопрнемником, является обычно окру-
жающая среда (атмосфера), т. е. Т2 < 7\.
Механическая работа, -получаемая в цикле, по закону сохранения
энергии равна разности абсолютных количеств тепла, подведенного и
отведенного, т. е. Z = — q2. Площадь, ограниченная контурами цик-
ла, графически определяет эту цикловую работу.
Отношение количества тепла, превращенного в работу, к затрачен-
ному количеству тепла, т. е. теплу qA, подведенному к газу, называется
термическим коэффициентом полезного действия (КПД):
Так как величины и q2 положительны и отличны от нуля, то в
тепловом двигателе теплота не может полностью превратиться в ра-
боту. Одна ее часть q2—q2 превращается в работу, а другая q2 отдает-
ся окружающей среде:
<71--
В этом заключается особенность тепловых процессов. Механиче-
скую, электрическую или другую работу можно полностью превратить
в теплоту. Обратный процесс полного превращения теплоты в работу
в тепловой машине осуществлен быть не может.
Термический КПД численно показывает долю тепла, преобразован-
ного в механическую работу в идеальных условиях. Термический КПД
всегда меньше единицы, так как при реализации любого цикла нельзя
создать условий, чтобы q2 = 0 или qY = оо.
Цикл Карно — это простейший круговой процесс идеального теп-
лового двигателя, осуществляемый между двумя источниками тёпла
с постоянными температурами: наибольшей у нагревателя 7\ и на-
именьшей у охладителя Т2: 7\ = Tmax; Т2 = ТпЛп.
Цикл характеризуется следующей последовательностью процессов
(рис. 15): начальное расширение газа с подводом тепла Qj при постоян-
ной температуре 7\ (изотерма 1—2), последующее адиабатное расши-
рение (адиабата 2—3) с уменьшением температуры газа от 7\ до Т2,
затем начальное сжатие газа с отводом тепла Q2 при постоянной тем- .
Рис. 15. Цикл Карно в коор
дииатах pv
Рис. 14. Графики прямого (а) и обратно-
го (б) циклов
32
«туре (изотерма 3—4) и, наконец, заключительное адиабатное сжа-
с возвратом газа в исходное состояние, т. е. с повышением темпе-
уры газа от Т2 до ТА (адиабата 4—/). Как видим, термодинамический
м Карно состоит из двух изотерм рабочего тела (Tlt Tt) и двух ади-
Ь (Д<? = 0).
Рабочее тело в цикле при расширении по изотерме 1—2 получило
ио а при сжатии по изотерме 3—4 отдало тепло Q2. В результа-
иругового процесса превращено в работу тепло (^ — Q2)- Величи-
ной работы незначительна даже при большом объеме рабочего
Гермический КПД для любого цикла представляет собой отноше-
полезно использованного тепла ко всему затраченному:
Qi—Qi . Qi
nt=—“-----=1 ——
<2. ‘ <21 ’
•пределив количество тепла, отданного нагревателем и получен-
охладителем и соответственно преобразовав выражение, получим
П Л-7,
Е . nt—1 _ —
J Л
£ 1 довательно, термический КПД цикла Карно зависит только от
Ьолютных температур нагревателя и охладителя, увеличиваясь при
Врастании температуры нагревателя и при уменьшении температуры
Бндителя. КПД цикла Карно не зависит от свойств применяемого
Ьчего тела и конструкции двигателя.
ЕИз формулы также следует, что при 7\ = Т2 термический КПД
₽= 0. В этом случае тепло не может превращаться в работу, так
все тела системы имеют одинаковую температуру, т. е. находятся
Йу ловом равновесии. Для повышения КПД тепловых двигателей на-
Еувеличивать температуру нагревателя и уменьшать температуру
Водителя. Одгако повышение температур ограничивается характе-
Егиками коне-рукционных материалов, используемых в реальных
лосиловых установках. С другой стороны, температура охладите-
к- это температура окружающей среды, которая выше абсолютно-
Еиуля почти на 300 °C. Поэтому сколько бы высоко мы не поднима-
|температуру 7\, невозможно получить КПД идеального теплового
Ьгателя, равным 100 %. Для этого необходимо поддерживать ох-
ютель при темп ратуре абсолютного нуля, что, конечно, невыпол-
pit". Кроме того, изотермические процессы подвода и отвода тепла
йбуют бесконечно медленного их протекания, что неприемлемо для
вльного двигателя.
^Цикл Карно — это только теоретический цикл. Однако он уста-
(рливает условия наибольшего превращения тепла в работу и имеет
|>бо." :.ший термический КПД в заданном интервале температур,
тому цикл Карно используют в качестве эталона для оценки дру-
X циклов, реализуемых при переменных температурах в процессе
•диода и отвода тепла. По степени приближения термического КПД
Зак. 1971
33
произвольных циклов к величине термического КПД цикла Карно оце-
нивают полноту преобразования в них тепла в механическую работу.
Пример. КПД реального дизеля равен 40%. Температура продуктов сгора-
ния в начале расширения 2350 К, прн выпуске 1050 К. Найти КПД цикла Кар-
но при этих граничных условиях.
Решение:
7\ — Т, 2350—1050
T)t= ~Ъ—-= ---------Х777----=0,553, т. е. 55,3»/-.
Тг 2350 /0
10. ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ.
ЭНТРОПИЯ. КООРДИНАТЫ TS
Большинство тепловых процессов, происходящих в природе, име-
ют необратимый характер. Таковы, к примеру, процессы прямого теп-
лообмена между телами,' процессы прямого и полного превращения
работы в тепло (теплоту) путем трения или электрического нагрева.
Второй закон термодинамики и обобщает повседневно наблюдаемые
тепловые процессы. Поэтому он является опытным и справедливым
только в пределах наших наблюдений, хотя до сих пор неизвестно ни
одно явление, противоречащее ему. Следует, однако, добавить, что
второй закон термодинамики неприменим для очень маленьких (из
нескольких молекул) и очень больших (звездные галактики) систем.
Мы знаем, что для осуществления теплового двигателя необходимы
два источника тепла: горячий и холодный (окружающая среда). Этот
факт отмечается в одной из формулировок второго закона термодина-
мики: вечный двигатель второго рода невозможен (формулировка Ост-
вальда). Вечным двигателем второго рода называют тепловой двига-
тель, работающий лишь при одном тепловом источнике (под которым
обычно понимают окружающую среду).
Второй закон термодинамики утверждает, что работа L теплового
двигателя всегда меньше подведенного тепла (L < — на вели-
чину Qt — отведенное тепло, т. е. L = — Q2. Можно фантазировать,
что вечный двигатель второго рода удастся осуществить, если тепло
Qt передать без каких-либо усилий от холодного источника горячему и
затем рабочему телу теплового двигателя, который преобразовывал
бы ее в работу. Но для этого тепло должно самопроизвольно перейти
от холодного тела к горячему. Эго невозможно. И второй формулиров-
кой второго закона термодинамики является: тепло не может самопро-
извольно переходить от более холодного тела к более нагретому (фор-
мулировка Клаузиуса).
Естественным направлением теплового потока является только
самопроизвольный переход тепла от тел более нагретых к телам менее
нагретым. Тем самым утверждается односторонность действительных
тепловых процессов, делающая их необратимыми. Обратный переход
тепла от холодного тела к горячему возможен только при неизбежной
затрате механической работы.
34
торой
закон термодинамики
утверждает,
что из системы тел,
на-
дихся в температурном тепловом равновесии, работы получить
1Я. Для того чтобы непрерывно производить работу, надо иметь
ньшей мере два источника тепла разной температуры и рабочее
Отсюда и третья формулировка второго закона термодинамики:
где есть разница температур, возможно совершение работы (фор-
ровка Карно).
се эти формулировки взаимосвязаны, так как из одной можно
чить другую.
торой закон термодинамики не только определяет направление,
юром протекают все реальные тепловые процессы, но и устанавли-
пределы возможных превращений тепла в работу. Действительно,
зя все тепло, подводимое к газу при реализации прямого цикла,
остью преобразовать в работу, поскольку часть тепла должна быть
на охладителю (источнику холода). Количество тепла Q2, передан-
„охладителю, является потерянным теплом, но без этого невозмож-
:уществление рабочего цикла. Одной из основных задач термоди-
ки и является определение путей уменьшения потерь тепла Qs.
одного из направлений увеличения термического КПД цикла.
нтропия. Как показано ранее, работа расширения газа определя-
изменением удельного объема v (Ы — pbv). Оказывается,
:ствует еще и другая функция состояния, которая так же, как из-
ние удельного объема До, характеризует тепло. Она называется
эпией (от греческого «тропос», что значит «превращение») и обо-
ается буквой S.
ама энтропия физического смысла не имеет; его имеет изменение
опии AS.
нтропия, точнее говоря ее изменение, характеризует направление
екания процесса между системой и внешней средой, а также на-
ление протекания самопроизвольных процессов в замкнутой сис-
епло бесконечно малого обратимого процесса выразится с исполь-
нием энтропии
AQ TAS, (28)
AQ — бесконечно малое количество тепла, полученное системой
источника тепла; AS — бесконечно малое приращение энтропии
ремы как функции состояния системы; Т — абсолютная темпера-
е источника тепла.
Из уравнения (28) следует, что если энтропия в каком-либо обрати-
процессе возрастает, тепло к телу подводится, а если уменьшается,
епло отводится. Если же энтропия не изменяется, тепло не подводит-
; телу и не отводится от него. Энтропия S является функцией состоя-
(также как внутренняя энергия U и энтальпия <) и ее значения опре-
яют по таблицам. Измеряют ее как и теплоемкость, в Дж/(кг- К)
чаще в кДж/(кг- К). Аналитическое выражение второго закона тер-
инамики для бесконечно малого обратимого процесса с учетом пер-
35
вого закона термодинамики примет вид TAS = А(/ + рАУ. Исполь-
зование энтропии значительно упрощает решение различных задач
теплотехники. Энтропия не зависит от характера процесса, а является
функцией состояния системы. Значит, энтропия зависит от любой па-
ры основных параметров, определяющих состояние газа:
s=A(p, V): s==Mp. П: Sfs(T, v).
В расчетах приходится иметь дело не с абсолютным значением энт-
ропии, а с ее изменением, поэтому отсчет значений энтропии можно ве-
сти от любого состояния. Для газов принято считать значение энтро-
пии равным нулю при нормальных физических условиях. В практике
возможна реализация процессов как с положительным, так и с отрица-
тельным значением энтропии. Изменение энтропии связано с измене-
нием работоспособности газа.
Все сказанное относится к обратимым процессам, тепло которых
может быть выражено через изменение энтропии AQ = TAS. На-
личие необратимости нарушает это равенство. Так, для бесконечно ма-
лых необратимых процессов
д<2 < T\S. (29)
Объединив формулы (28) и (29), получим аналитическое выражение
второго закона термодинамики
AQCTAS, (30)
где знак равенства относится к обратимым процессам, а знак неравен-
ства — к необратимым.
Если рассматривать изолированную систему, которая не обмени-
вается с окружающей средой ни теплом, ни работой, то с учетом Q = 0
формула упростится: AS >0; S2 > SP
Это означает, что энтропия изолированной системы возрастает,
если в этой системе происходят необратимые процессы. Работоспособ-
ность системы снижается. Когда все эти необратимые процессы за-
кончатся и система станет равновесной, энтропия ее достигнет своего
наибольшего значения и далее меняться не будет. Этот факт формули-
руют так: энтропия изолированной системы стремится к максимуму.
Координаты TS. Рассмотрим произвольный обратимый процесс
1—2ьТ$ -диаграмме (рис. 16). Выделим в нем бесконечно малый учас-
ток, в котором температура практически не меняется. Изменение энт-
ропии в этом процессе обозначим AS = Sb — Sa. Тогда, как следует
из уравнения (38), тепло этого процесса будет равно заштрихованной
площади на рис. 16. Тепло всего процесса 1—2 можно получить, про-
суммировав все подобные узкие площадки. Она будет равна площади
1—2 — d — с— 1. Следовательно, тёпло обратимого процесса равно
площади под. кривой процесса в TS-диаграмме. Именно поэтому диаг-
рамму TS называют тепловой.
Уравнения кривых различных термодинамических процессов в си-
стеме координат TS (рис. 17) имеют следующий Вид (при постоянной
теплоемкости):
36
авнение изохоры (рис. 17, а)
Si—S^c^ In-—
11
авнение изобары
S,—Sj = ср 1п .
изохорном и изобарном процессах нагрева газа происходит под-
гпла и, как следствие, возрастание энтропии. (Процессы 1—2 —
*ание; 2—1 — охлаждение с отводом тепла.)
афик изохорного процесса проходит круче графика изобары,
к сг > с„, что при одинаковой разности температур в обоих про-
; приводит к большему изменению энтропии в изобарном про-
авнение изотермы (рис. 17, б) Т = const.
и этом изменение энтропии в изотермическом процессе (/—2 —
рение, 2—1 — сжатие)
V, pi
st—St = /?ln -3- = R In-*2-.
«1 Рг
личество тепла, участвующего в изотермическом процессе, Q —
Ха — Si), т. е. как площадь под прямой (Т = const).
скольку абсолютная температура всегда положительна, то
внешнего тепла Q соответствует знаку ДХ, т. е. во всех процессах,
увождающихся увеличением энтропии X, тепло положительно
равнение адиабаты (рис. 17, в) X = const.
37
Обратимый адиабатный процесс (т. е. процесс без трения) изобра-
жается в системе координат TS вертикальной прямой (расширение
1—2, сжатие 2—/). Площади под прямой нет, т. е. AQ = 0, но Т =/= 0.
Следовательно, AS = = 0. Этот процесс происходит при постоян- '
ном значении энтропии.
Изменение энтропии в политропном процессе
S2—Si = сп In ,
я — k
где теплоемкость сп = с „---?.
п — 1
Цикл Карно, состоящий из двух изотерм Ттлх и TmJn и двух адиа-
бат, в координатах TS изображается прямоугольником, площадь
внутри которого представляет тепло, преобразованное в полезную ра-
боту (рис. 17, г). Любой другой цикл, реализуемый при переменных
температурах подвода и отвода тепла (но в пределах Ттах и Тт1п),
будет вписанным в график обратимого цикла Карно и всегда менее
экономичным, чем цикл Карно. Второй причиной, уменьшающей КПД
тепловых машин, является необратимость тепловых процессов.
Все реальные процессы являются необратимыми и при их осуществ-
лении энтропия системы неизменно возрастает.
II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕЙ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
За основу работы двигателей внутреннего сгорания принимаются
идеальные круговые (замкнутые) процессы преобразования тепла в
механическую работу, т. е. теоретические или идеальные циклы. Счи- j
тается, что в этих циклах все процессы обратимы, а рабочим телом яв-
ляется идеальный газ, теплоемкость которого не зависит от температу-
ры. В циклах отсутствуют какие-либо потери тепла и газа, за исклю-
чением неизбежной отдачи тепла охладителю. Количество газа в лю- '
бой момент цикла постоянно и на отдельных участках цикла газ толь- 1
ко нагревается или только охлаждается. Для поршневых двигателей
практическое значение имеют три идеальных цикла: с подводом тепла
при v = const, при р — const и смешанный.
Цикл с подводом тепла при постоянном объеме изображен на
рис. 18, а. Состоит он из двух адиабат и двух изохор. Газ от точки 1 до
точки 2 сжимается адиабатно; по изохоре 2 — 3 подводится тепло qlt
в результате чего повышается температура и давление газа. От точки
3 до точки 4 происходит адиабатное расширение газа и в процессе 4—1
отдается тепло q2 в охладитель. Характеристиками цикла являются:
степень сжатия е, т. е. отношение объема в начале сжатия к объему
в конце сжатия vt (v2 — vc — объем камеры сжатия), и степень повы-
38
с. 18. Графики теоретических
1ей внутреннего сгорания
с. 19. Изменение термического КПД цикла
юдводом тепла при v=const в зависимости
степени сжатия
циклов двига-
1ия давления X в процессе подвода тепла к газу: е = К =
0з//рг.
Количество подведенного тепла — с D (Т3 — Г2).
Количество отведенного тепла qt = с„ (Т4 — Тг).
Работа цикла
(о = ?1 —'Чг- (31)
сжа-
,Термический КПД цикла rjt = 1—
• Термический КПД рассматриваемого цикла зависит от степени
I (при исключении влияния показателя адиабаты) и растет с увели-
1ием степени сжатия. Одновременно увеличивается полезная работа
ела и уменьшаются потери тепла с отработанными газами. Однако
т КПД заметен при повышении в до 7—8, затем темп роста т)( сни-
ется (рис. 19).
Цикл с подводом тепла при v — const является теоретическим цик-
м карбюраторных и газовых двигателей, т. е. двигателей с внешним
«^образованием. У этих двигателей в цилиндре сжимается смесь
духа и легко воспламеняющихся паров топлива. Чтобы предотвра-
ъ воспламенение смеси при повышении температуры в процессе
атия, степень сжатия устанавливают не выше 8—9,5. Поэтому та-
i двигатели иногда называют двигателями низкого сжатия.
Цикл с подводом тепла при постоянном давлении состоит из двух
абат, одной изобары и одной изохоры (рис. 18, б).
Газ от точки 1 до точки 2 сжимается адиабатно с повышением дав-
ия и температуры, по изобаре 2—3 подводится тепло с дальней-
39
шим повышением температуры газа. Далее, на участке 3—4 происходит ’
адиабатное расширение и ро линии 4—1—отвод тепла q3 в охладитель.
Характеристиками цикла являются степень сжатия и степень предва-
рительного (изобарного) расширения р = и8/оа.
Количество подведенного тепла qt = ср (Т3 — Т2).
Количество отведенного тепла (абсолютное значение) q2 = cD>
Х (^4 !*>).
Работа цикла определяется аналогично формуле (31).
Термический КПД цикла ть = -U-s т ~ 1 п-
ек—1 к (р — 1}
Термический КПД рассматриваемого идеального цикла зависит от
степени сжатия е и степени предварительного расширения р. Увели-
чение степени сжатия в этом случае также приводит к лучшему терми-
ческому использованию тепла и к увеличению развиваемой циклом ра-
боты. Увеличение степени предварительного расширения позволяет
подвести к газу больше тепла и увеличить работу цикла, однако при
этом уменьшается термический КПД (вследствие сокращения процес-
са адиабатного расширения).
— Если сопоставить выражения для термического КПД циклов v =
= const и р = const, то они отличаются друг от друга множителем
р* — 1/k (р — 1) > 1. Следовательно, при одинаковых степенях сжа-
тия термический КПД цикла v ~ const выше, чем КПД цикла р
= const. Поэтому рабочий процесс двигателей с самовоспламенением
(дизелей) будет экономичнее, чем в двигателях с принудительным за-
жиганием (карбюраторных), только при более высоких степенях сжа-
тия. Такие двигатели называют двигателями высокого сжатия. На
практике у дизелей степень сжатия всегда выше 12—14, что позволяет
создать необходимые температурные условия для быстрого протека-
ния процесса сгорания топлива.
Цикл с комбинированным или смешанным подводом тепла состоит
из двух адиабат, двух изохор и одной изобары (рис. 18, в).
Этот цикл был разработан для повышения экономичности двига-
телей с самовоспламенением. Газ (воздух) сжимается адиабатно с по-
вышением давления и температуры (процесс от точки 1 до точки 2).
В процессе 2—3 подводится тепло q\ при постоянном объеме и последо-
вательно в процессе 3—4 — тепло q”\ при постоянном давлении. Далее
происходит адиабатное расширение (процесс 4—5) и отвод тепла q% в
охладитель (процесс 5—1).
Характеристиками цикла являются соотношения объемов и давле-
ния газов в характерных точках цикла:
e=V!/v2; Х=р,/р2; p=v4/»2.
Количество подведенного тепла qr = cv (Т 3 — Т2) + ср(Т4 — Т3).
Количество отведенного тепла q2 = с„ (Т3 — Тг).
Термический КПД цикла
1 Р**-1
t|t e*-i X—1+лХ(р— 1) ' ,
40 . ]
комический КПД-смешанного цикла зависит от степени сжатия
Ьепени увеличения давления Л и степени предварительного рас-
&йя р. Термический КПД возрастает с увеличением степени сжа-
jc повышением степени увеличения давления и с уменьшением сте-
предварительного расширения.
рачения термического КПД различных теоретических циклов в
Jhmocth от степени сжатия приведены в табл. 4. Количество теп-
Ьдведенного к газу, во всех циклах одинаково.
Таблица 4
Зроцесс Ьда тепла Степень сжатия в
б 10 1Б 20 25
jponst 0,477 0,610 0,681 0,700 0,715
sconst И 0.400 0,561 0,638 0,692 0,700
k const
const 0.338 0,510 0,584 0,646 0,684
Идеальный смешанный цикл лежит в основе работы всех современ-
[ дизелей (с большей или меньшей степенью повышения давления
[ различной величиной степени предварительного расширения р).
Пример. Для цикла с подводом тепла при р — const (см. рис. 18, б) опреде-
Е параметры газа в характерных точках, полезную работу, термический КПД,
Ьество подведенного и отведеииого тепла, если дано:
Pi = 10s Па; = 72°С=345К;
в =12; fe=l,4; р=1,70.
^Рабочее тело — воздух. Теплоемкость принять постоянной.
Решение. Точка /. р1 -= 10* Па, 7\ — 345 К; удельный объем
Я'Л 287-345 „ „„
, Oi =------------—-----=0,99 м8/кг.
10»
Pi
h
.Точка 2. По степени сжатия находим удельный объем
, р2=о1/в = 0,99/12 =0,083 м’/кг.
^.Температура в конце адиабатного сжатия
(О1/о,)*-> =345- 12е * = 900К (627°С).
’ Давление в конце адиабатного сжатия
RT, 287 900 „,.МПя
р.=-----= --------=3,11 МПа.
О2 0,083
Точка 3. Из соотношения параметров в изобарном процессе
Т9/ Tt=v,/ v2=р == 1,70.
41
откуда
us = usp=0,083-l,7=0,141 м’/кг;
7а = Т&=900 -1,7 = 1530 К (1257°С);
p,=pt = 3,ll МПа.
Точда 4. Удельный объем vt — = 0,99 м8/кг.
Давление в конце адиабатного расширения:
p>/p4=<4/v,)*=(vi/v»)*= (0,99/0,141)‘-« = 13,12;
р< = р8/13,12 = 3,11/13,12=0.237МПа.
Температура в конце адиабатного расширения (из соотношения параметров
на изохоре 4—/)
74= 1\ p,/pi =345-0,237/0,1 = 817 К (544°С).
Количество подведенного тепла [р.ср » 30 кДж/(моль-К)1
91-<7г-з=рср (7,— 72) =30/28,95 (1530—900) =653 кДж/кг.
Количество отведенного тепла, абсолютное значение [ис„ = 21 кДж/ (моль>
ХК)|
91=?4_1 = щ?в (74—7>) =21/28,95 (817 — 345) =342 кДж/кг.
Термический КПД цикла щ = 0,476.
Qy 653
Полезная работа цикла /0 — qr — q^~ 653—342= 311 кДж/кг.
12. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Способы переноса теплоты. Термодинамика и теплопередача состав-
ляют теоретические основы теплотехники. Ежедневно мы наблюда-
ем, как тепло самопроизвольно переносится от любого горячего тела к
холодному или от горячей части тела к холодной. В зависимости от
физического механизма переноса различают три элементарных способа
передачи тепла: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.
Теплопроводность — это процесс переноса тепла, осуществляемый
микрочастицами тела (молекулами, атомами, электронами), имеющи-
ми различную энергию и обменивающимися ею при своем движений и
взаимодействии.
Конвекция — это перенос тепла движущейся массой жидкости или
газа из области с одной температурой в область с другой температурой.
Тепловое излучение — это процесс передачи внутренней энергии
тела в виде энергии излучения.
Когда происходит перенос тепла конвекцией, внутри движущегося
объема жидкости (или газа) имеется движение микрочастиц вещества,
т. е. конвекция всегда сопровождается теплопроводностью. Единст-
во этих двух процессов называют конвективным теплообменом.
В реальных условиях передача тепла часто происходит двумя или
даже тремя способами одновременно, т. е. происходит сложный тепло-
обмен. В твердых телах перенос тепла реализуется только за счет теп-
лопроводности. В жидкости или газе перенос тепла теплопроводностью
осуществляется, когда они неподвижны. Температура тела изменяет-
42
дюй его точки к.другой. Совокупность значений температуры
точках рассматриваемого тела в данный момент времени назы-
ипературным полем. Если температура любой точки любого
тела неизменна во времени, поле называют стационарным,
изменяется,— нестационарным. Мы будем рассматривать только
арные поля.
•дача тепла теплопроводностью. Перенос тепла в твердом по-
ктеризуется тепловым потоком Q. Под тепловым потоком по-
количество тепла, передаваемого поверхностью F, м2, в еди-
емени, 1 с. Размерность теплового потока Дж/с или Вт. Плот-
плового потока, Вт/м2,
q=Q/F. (32)
ю переносится в теле лишь при наличии разности температур
ду различными его точками, т. е. при наличии градиента тем-
ры по направлению переноса тепла. При этом поверхности внут-
1 или на его границах, имеющие одинаковую температуру, на-
изотермическими. Вдоль них нет переноса тепла. Тепло пере-
по кратчайшему пути между двумя соседними изотермически-
рхностями в направлении наиболее резкого изменения темпе-
акону Фурье плотность теплового потока, Вт/м2,
М
q ——Xgrad t или q=\—— , (33)
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м- К); А/ — падение тем-
*ы по направлению переноса тепла, °C; I — длина по направ-
лереноса тепла, м.
Шчески коэффициент теплопроводности — это количество теп-
тдаваемого на площади 1 м2 при разности температур Г на 1 м
явлению теплового потока [Вт/(м2« К/м)], или [Вт/(м- К)1.
рфициент теплопроводности А зависит от свойств материала и
туры (табл. 5).
Таблица 5
к‘‘. Материалы Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м-К) Материалы Коэффициент теплопровод- ности. Вт/(м-К)
200—230 Теплоизоляционные и др. Асбест Пенополеуретан 0,11—0,21 0,040
Ь, чугун 45—60 350—370
Сажа 0,058 0,116
0,8—1,4 Масло Воздух 0,116 0,02
Йчная кладка 0,7—0,75
43
Передача теплоты через плоскую стенку. На рис. 20 толщин;
стенки 6, температура однрй поверхности стенки другой t2. Количе
ство тепла, переданного через стенку Q, прямо пропорционально по.
верхности S, разности температур (<х — t2), времени т и обратно про
порционально толщине стенки 6:
С=Х/6(/1-/2) St. (34)
Разделив обе части уравнения на St, получим выражение для плот
ности теплового потока, Вт/м2,
<7=1/6 (<>-/,). _ , (35)
Уравнение (35) можно записать в виде q = где знамена
тель 6/1, Вт/(м2-К), называют термическим сопротивлением стенкн.
Для определения температуры в произвольном сечении с координа
той х в формулу (35) подставляют вместо толщины стенки 6 перемен
ную величину х и находят температуру tx:
tx—ti—х.
Передача теплоты через стенку трубы. На рис. 21 изображены
цилиндрическая стенка трубы и ее характеристики.
Для стационарного процесса передачи тепла через стенку приме-
нение закона Фурье позволяет получить выражение для плотности
теплового потока на 1 м длины трубы, Вт/м,
----------
2лХ lndi/dl
(361
Здесь также в числителе температурный напор, а в знаменателе
термическое сопротивление стенки трубы.
Рис. 20. График изменения темпе-
ратуры в однослойной плоской
стенке
Рис. 21. График изменения темпе-
ратуры в однослойной стенке
трубы
44
(37)
и теплового потока q а
!1 труб небольшой толщины в приближенных расчетах ислоль-
орМулы для однослойной плоской стенки, для таких же труб с
ней — формулы для многослойной стенки.
йь_14хХ>мен конвекцией- Он осуществляется между поверхностью
Цу'либо тела и потоком теплоносителя (или охладителя), дви-
рося относительно этой поверхности. По существу это процесс
вса тепловой энергии в результате перемещения частиц в дви-
потоке. Рассмотрим теплообмен между плоской стенкой и
М жидкостй (рис. 22), температура которой (ж ниже температу-
SHKH 4т*
'закону Ньютона количество тепла Q, передаваемое конвекцией
к и к жидкости, прямо пропорционально поверхности этой стен-
^фазности температур стенки и жидкости:
Q—а (<ст—(ж) St,
i—коэффициент теплообмена конвекцией, Вт/(м2- К); (ст — тем-
фа поверхности стенки, °C; /ж—температура жидкости, °C;
ерхность стенки, м2; т — время, с.
елив это соотношение на St, получим выражение для
4т — или q = ~ У
/ 1/а
знаменатель также выражает термическое сопротивление тепло-
'> конвекцией между стенкой и жидкостью. В свою очередь, зная
тво переданного от стенки тепла q, можно определить саму тем-
у стенки.
ициент теплообмена конвекцией а меняется в широких пре-
;в зависимости от физических свойств и скорости потока жидко-
Гак, при движении воды вдоль стенки коэффициент а может до-
гЬ 5000 Вт/(м2- К); при свободном движении воздуха а = 54-
Вт/(м2- К) в скоростных потоках воздуха а до 120 Вт/ (м2- К) и
В практике используют справочные таблицы значений а.
она теплоты излучением. Все тела непрерывно испускают
ранство лучистую энергию, которая способна при поглощении
и телами превращаться в тепло. Излучение энергии происходит
ой точки нагретой поверхности тела по прямым линиям, назы-
<м лучами (рис. 23). Природа распространения, отражения и пре-
ия лучей тепловой и световой энергий одинакова.
Лучистая энергия, падающая на абсолютно белую (зеркальную)
рхность, практически полностью отражается. Она также по суще-
-без потерь проходит через вакуум и сухой чистый воздух. Напро-
если падающая лучистая энергия полностью поглощается по-
ностью (например, черный бархат, сажа), то данная поверхность об-
ет свойствами абсолютно черного тела.
Ьютность потока лучистой энергии, Вт/м2, испускаемого абсолют-
ерным телом с единицы поверхности 1 м2, пропорциональна абсо-
45
Рис. 22. Режимы свободного движения ,1
жидкости: ’
/ — ламинарный; 2 — локонообразный; 3 — анх
реяой }
♦----------------------------------------;
Рис. 23. Схема распространения лучистой
энергии
лютной температуре в четвертой степени и находится с помощью зако-
на Стефана — Больцмана:
£® = со (Тот/100) *,
где Ео — энергия, излучаемая абсолютно черным телом, Вт/м2; с0— i
= 5,7 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2- К4);
7*СТ - ter + 273 К — абсолютная температура поверхности.
Все тела в природе отличаются по своим свойствам от абсолютного
черного тела. Они называются серыми и при всех температурах излу-
чают меньше энергии, чем черные.
Плотность потока лучистой энергии, Вт/м2, испускаемой серым те-
лом при температуре Тот.
£=с (Тст/100)«,
где с — коэффициент излучения серого тела, Вт/(м2- К4) (для различ-
ных тел меняется от 0 до 5,7 Вт/(м2- К4).
Энергию излучения различных тел при одинаковой температуре оце
нивают с помощью степени черноты излучения тела е, которая явля-
ется отношением коэффициента излучения данного тела к коэффици-
енту излучения абсолютно черного, т. е. е = с/с0.
Степень черноты излучения различных тел изменяется в широких
пределах (табл. 6). <
В зависимости от физических свойств все тела способны отражать, ’
поглощать или испускать падающую на них лучистую энергию.
Способность тел поглощать лучистую энергию определяется их тем-
пературой и степенью черноты. При этом коэффициент поглощения А
тела численно равен степени черноты излучения тела, т. е. Л = е. Теп-
лообмен излучением между двумя телами с разными температурами
складывается из собственного излучения каждого тела и отраженного
излучения от противоположного. Излучение газообразных сред сильно
отличается от излучения твердых тел тем, что входящие в состав трех-
атомные газы (например, СО2) излучают и поглощают лучистую энер-
. i Таблица 6
Материал Температура. *С Степень черноты е
4 " ПИНИЙ полированный 225-275 0,04—9,06
it полированная 770—1000 0,52—0,56
окисленная 500 0,80
0-100 0,95—0,96
мч шамотный 1100 0,75
Г? \ 95-270 0,95
ирояектрах определенной длины волны. Степень черноты излуче
| ^Коэффициент поглощения продуктов сгорания топлива зависят
шцины разового слоя продуктов сгорания, парциального давле-
Ili.хатомных газов и абсолютной температуры смеси газов.
Ш^впередача. Теплопередачей называют процесс передачи тепла
кто (горячего) теплоносителя к другому (холодному) через раз-
Ьую их твердую стенку или в процессе смешения теплоносителей.
Крложности этот процесс рассматривают как совокупный из про-
ш видов теплообмена (рис. 24).
Кпо от горячей (греющей) воды отдается стенке с температурой 1ёт
г“ конвективного теплообмена с интенсивностью, зависящей от
Ьщиента теплообмена аР
ВНчество тепла, Дж, переданного стенке за время т
р; Q = a1(l1 —^t)St.
ведача тепла через металлическую стенку осуществляется теп-
видностью Q = к/6 (t^ — /ст) -St.
рличество тепла, отданного от правой поверхности стенки с тем-
Мюй /ст к нагреваемой среде (во:
Й*— коэффициент теплообмена от
Цности металлической стенки к
флемой среде, Вт/(м2- К).
I этих трех уравнений получаем
Йюе выражение для определения
Ьества тепла, передаваемого от го-
I среды к нагреваемой, Q = k (tt—
’St. Тепловой поток Q = k (/,—
S, где k — коэффициент теплопе-
м, Вт/(м2- К),
. i/aj + 6/X+l/ag ‘
^Коэффициент теплопередачи выража-
|Каличество тепла в джоулях, кото-
цпередается от горячего теплоноси-
, Q — а2 (/ст — /2)
24. Схема передачи тепла
47
теля к холодному сквозь стенку поверхностью 1 мг в течение 1 с
при разности температур горячего и холодного теплоносителей в
один градус.
Величину, обратную коэффициенту теплопередачи k, т. е. \'k, На-
зывают термическим сопротивлением теплопередачи. Оно равно сум-
ме отдельных термических сопротивлений: теплообмена от горячего
теплоносителя к стенке i/alt теплопроводности стенки 6/Х, теплообме-
на между стенкой и холодной (нагреваемой) жидкостью 1 /а2.
Пример. Лед на поверхности реки имеет толщину 400 мм, а температуру на
ннжией и верхней поверхностях = 0 °C н /2 = — 15 °C. Определить тепловой
поток через 1 м2 поверхности льда (коэффициент теплопроводности льда Хл -
= 2,25 Вт/(м- °C). Как изменится тепловой поток после снегопада, покрывшего
лед слоем снега толщиной 250 мм (коэффициент теплопроводности снега кс —
= 0,465 Вт/(м- СС), прн одновременном снижении температуры воздуха до
tic= -20 °C.
Решение. Удельный тепловой поток через слой льда
- 84.4 Вт/м2.
Удельный тепловой.поток через слой льда, покрытый снегом,
^/Хд + бл/Хс “ 0.40/2.25 +0,25/0.465
Видно, что слой снега уменьшил практически в 3 раза поступление
холода к воде.
ВО И РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ
:ГО СГОРАНИЯ
ИФИКАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ И ИХ ТИПЫ
□пневом двигателе внутреннего сгорания газообразные продук-
„ния, образовавшиеся непосредственно внутри рабочего ци-
двигателя при сжигании топлива и имеющие высокое давление
ратуру, давят на поршень, перемещающийся внутри цилиндра,
жжении поршня совершается полезная работа. Чтобы снова п<>-
определенное количество работы, нужно возвратить поршень в
te положение, т. е. его движение должно быть возвратно-по-
льным. Возвратно-поступательное движение поршня преобра-
во вращательное движение коленчатого вала с помощью особого
шно-шатунного механизма двигателя. Возникающий на ко-
< валу вращающий момент совершает полезную работу, прео-
сопротивление внешней нагрузки, например, ротора электро-
да. Таким образом, энергия расширения продуктов сгорания
передается поршню и далее с помощью кривошипно-шатун-
анизма коленчатому валу двигателя.
зременное наполнение цилиндра горючей смесью или свежим
воздуха и удаление отработавших газов осуществляется ле-
жим открытием и закрытием впускных и выпускных органов
длительного механизма двигателя. Подача топлива в цилиндр
я в необходимом количестве в зависимости отего нагрузки обе-
зтся системой топливоподачи. Последовательность процессов,
..чески повторяющихся в каждом цилиндре и обусловливающих
двигателя, составляет в совокупности рабочий цикл двигателя
ннего сгорания.
гатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим
1кам.
способу осуществления рабочего цикла—четырех- и двухтактные,
актом понимают ход поршня от одного крайнего положения
того, во время которого происходит один или несколько процес-
бочего цикла. В четырехтактных двигателях все процессы рабо-
_,нкла осуществляются за четыре хода поршня, соответствующих
-оборотам коленчатого вала, в двухтактных — за два хода порш-
Iи один оборот коленчатого вала.
о термодинамическому циклу, положенному в основу работы дви-
<Я. По виду применяемого топлива: легкого жидкого (бензин,
•снн); тяжелого жидкого (дизельное, моторное); газообразного
ы — генераторный, природный, сжатый, сжиженный); газожидко-
№ (основное топливо — газ, запальным топливом служит бензин,
49
соляр); многотопливные (работающие на легких и тяжелых топлива
и на их смесях).
По способу смесеобразования — с внутренним и внешним смесеоб-
разованием. Под смесеобразованием понимают процесс приготовления
горючей смеси с целью подготовки топлива к сжиганию его в двигате-
ле. Горючей смесью называется смесь паров или мелких капелек жид-
кого топлива с воздухом, а рабочей—смесь паров или капелек жидкого
топлива и воздуха с газами, оставшимися в цилиндре после завершения
рабочего цикла.
В двигателях с внутренним смесеобразованием рабочая смесь об-
разуется внутри рабочего цилиндра, причем топливо и воздух пода-
ются в цилиндр раздельно. Эти двигатели делятся на две группы: с ме-
ханическим распиливанием жидкого топлива — путем впрыска в его
цилиндр через распиливающий клапан (форсунку) под давлением от
топливного насоса и. с пневматическим распыливанием жидкого топ-
лива, т. е. впрыском его форсункой с помощью воздуха, сжатого до
высокого давления компрессором. К первой группе относят бескомпрес-
сорные дизели и калоризаторные двигатели, ко второй — компрессор-
ные дизели.
В двигателях с внешним смесеобразованием горючая смесь обра-
зуется вне рабочего цилиндра, а зажигание ее осуществляется от по-
стороннего источника — электрической искры. К двигателям этого
рода относят карбюраторные и газовые. В карбюраторных двигателях
газовая смесь образуется в карбюраторе путем испарения жидкого
топлива (например, бензина) в струе воздуха, в газовых топливо под-
водится к органам смесеобразования в газообразном состоянии.
По способу воспламенения рабочей смеси: с самовоспламенением от
сжатия (дизели), с принудительным зажиганием (карбюраторные и
газовые двигатели), со смешанным воспламенением (калоризаторные
двигатели), с комбинированным воспламенением (газодизели).
По степени сжатия: низкого, если е •- 44-10, и высокого, когда
е = 124-20.
По конструктивному выполнению: тронковые, в которых боковое
усилие шатуна воспринимается самим поршнем (наиболее распрост-
раненные) (рис. 25), с вертикальным расположением цилиндров
(рис. 25, а, б), с горизонтальным расположением цилиндров
(рис. 25, в), с расположением цилиндров в один ряд (однорядные) (см.
рис. 25, а, б, в), с параллельным расположением рядов или расположе-
нием рядов под определенным углом (U-образные, двухрядные)
(рис. 25, г), звездообразные, с противоположно движущимися поршня-
ми, причем с одним или несколькими коленчатыми валами (рис. 25, д).
Кроме того, двигатели классифицируются:
по степени быстроходности: тихоходные (средняя скорость поршня
6,5—10 м/с) и быстроходные (средняя скорость 10—16 м/с). «
Под средней скоростью поршня vCp подразумевают путь, проходимый
поршнем в 1 с. Поршень за один оборот вала проходит путь, равный
50
t)
Рис. 25. Схемы кривошипно-шатунных ме-
ханизмов
тому ходу. Так как частота вращения коленчатого вала в 1 с
п/60, то средняя скорость поршня, м/с,
S2n Sn
Vcp== 60 = 30 ’
— ход поршня, м; п — частота вращения коленчатого вала,
.направлению вращения коленчатого вала: правого и левого вра-
I, реверсивные (т. е. изменяющие при необходимости направле-
ащения вала) и нереверсивные;
способу заполнения цилиндра двигателя горючей смесью или
;ом — с наддувом, когда наполнение цилиндра происходит под
1йем выше атмосферного (от специального нагнетателя), и без
ш, когда наполнение цилиндра происходит под влиянием ат-
»ного давления;
способу охлаждения двигателя — с жидкостным или воздуш-
хлаждением.
я дизелей установлены условные обозначения: Ч — четырехтакт-
1 — двухтактный, Р — реверсивный, С — судовой, П — с ре-
ки, Н — с наддувом. Например, дизель 6ЧН12/14 — шести-
рдровый, четырехтактный нереверсивный, с наддувом, одноряд-
Диаметр цилиндра 12 см, ход поршня 14 см.
№ УЗЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ДИЗЕЛЕЙ
переменный дизель — это сложный агрегат, состоящий из ряда
ных механизмов, систем и устройств. Среди них можно выделить
ie.
<вошипно-шатунный механизм состоит из движущихся деталей,
нимающих давление рабочих газов и преобразующих поступа-
в движение поршней во вращательное. Эти детали передают ра-
В1
бочие усилия коленчатому валу, связанному с муфтой или другим уст-
ройством, передающим мощность. В кривошипно-шатунный механизм
входят поршневые комплекты, шатуны, коленчатый вал и маховик.
К неподвижным деталям этого основного рабочего механизма поршнево-
го двигателя (рис. 26, а) относятся: цилиндр 5, его головка 7 и картер
4, которые образуют остов двигателя. К картеру прикреплен поддон
1, служащий емкостью для масла. Подвижные детали: поршень 6, со-
единенный пальцем 12 с верхней головкой шатуна 13, коленчатый вал 3
и маховик 16. Поршень в цилиндре уплотнен кольцами 11. Нижняя
головка шатуна 13 соединена с шатунной шейкой 14 коленчатого вала.
Последний имеет коренные шейки 17, опорами которых служат под-
шипники 2, расположенные в картере. Шатунная Шейка вала соедине-
на с коренными шейками щеками 15. В головке 7 размещаются клапа-
ны 8 и 10, служащие для Впуска воздуха и выпуска отработавших га-
зов. Через форсунку 9 в цилиндр впрыскивается топливо.
Рабочей полостью дизеля является пространство над поршнем в
цилиндре 5, закрытом головкой (крышкой) 7.
Сгорание рабочей смеси в цилиндре сопровождается повышением
температуры и давления газов. Давление газов, воспринимаемое пере-
мещающимся вниз поршнем, можно представить в виде сосредоточен-
ной силы К (рис. 26, б). Разложим эту силу на две составляющие, од-
на из которых Q действует вдоль шатуна, а другая N прижимает пор-
шень к стенке Цилиндра. Сила N вызывает износ цилиндра и боковой
поверхности поршня. Для равномерного распределения бокового дав-
ления между противолежащими стенками цилиндра в некоторых дви-
Рис. 26. Схема поршневого одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания
52
; ось коленчатого вала смещают относительно оси по направле-
Дствия силы W. Составляющая Q, приложенная к шатунной
раскладывается также на две силы: Т и С. Сила С воспринима-
^рами вала, а сила Т, приложенная на радиусе /?, создает вра-
i момент двигателя.
ер кривошипа коленчатого вала определяется радиусом R,
расстоянию между осями шатунной и коренной шеек. Ход
S равен удвоенному радиусу кривошипа: S — 2R. Ход порш-
детр цилиндра/) являются важными параметрами, определяю-
|3меры дизеля. Отношение S/D изменяется в пределах от 0,7
ш S/D < 1,0, то двигатель называют короткоходным.
и, освобождаемый поршнем при его перемещении от верхней
точки (в. м. т.) до нижней (н.м.т.) называют рабочим объемом
а и обозначают Vh. Сумма рабочих объемов всех цилиндров
гея рабочим объемом двигателя. Рабочий объем двигателя,
1ный в литрах (л) называют литражом двигателя. Объем, об-
1Йся над поршнем при его нахождении в в. м. т., называется
камеры сгорания или объемом камеры сжатия и обозначается
щ полный объем цилиндра
Va^Vh + Vc.
ошение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия на-
степенью сжатия е = VB/VC. Степень сжатия показывает, во
j раз уменьшается объем воздуха (или рабочей смеси) при пере-
|и поршня из н. м.т. в в. м.т. Поясним, что мертвые точки
ось шатуна лежит в плоскости кривошипа, т. е. <р =0 и =
*) кривошипно-шатунный механизм проходит за счет сил инер-
гащающихся масс коленчатого вала и маховика. Повышение сте-
сжатия позволяет увеличить мощность двигателя и улучшить его
иичность; ограничивается она главным образом свойствами топ-
щгрузкой на детали кривошипно-шатунного механизма и токсич-
0 отработавших газов. Бензиновые карбюраторные двигатели име-
реднем степени сжатия 6—10, а дизели — 12—22.
.юшневая группа состоит из поршня, поршневых колец, поршне-
оальца, деталей для удержания пальца от осевого перемещения
епежных деталей.
'“ршень выполняет следующие функции: обеспечивает требуемую
' камеры сгорания и герметичность рабочей полости цилиндра;
>ет силу давления газов на шатун; передает на стенку цилиндра
действующую на боковую поверхность поршня; управляет от-
ем и закрытием окон в двухтактных дизелях с щелевым распре-
гем; отводит (через кольца или дополнительные охлаждающие
1ства) часть тепла, образующегося при сгорании топлива.
i-за высоких тепловых нагрузок и неблагоприятных условий ох-
ения поршня температура его стенок при работе сильно повы-
:я.
53
На наружной поверхности в верхней цилиндрической части порш-
ня выполняются канавки для поршневых колец. Поршни имеют также
бобышки для установки поршневого пальца. Для изготовления порш-
ней применяют чугун и алюмйниевые сплавы, реже — сталь. Чугун-
ные поршни прочны, износостойки, но тяжелы и применяются в дизе-
лях низкой быстроходности. Алюминиевые поршни менее прочны, но
легкие, меньше нагреваются и лучше скользят в цилиндре.
Поршневые кольца по назначению делятся на компрессионные
(уплотнительные) и маслосъемные (маслосбрасывающие). Компресси-
онные кольца препятствуют прорыву газов в картер и отводят теплоту
от поршня. Они работают в тяжелых условиях, при высоких темпера-
туре и нагрузках. Кольцо должно плотно прижиматься к внутрен-
ней поверхности цилиндра, поэтому его делают разрезным, с диамет-
ром, несколько большим диаметра цилиндра. Когда кольцо сжато, а
поршень вставлен в цилиндр, кольцо принимает цилиндрическую фор-
му и давит на стенки с усилием 0,5—3,5 кг/см2. Во время работы дав-
ление кольца увеличивается из-за действия газов, что способствует из-
носу колец и стенок цилиндра. Поршни дизелей имеют три—шесть
компрессионных колец. С увеличением числа колец улучшается запуск
холодного двигателя и отвод тепла от поршня у работающего. Кольца
изготавливают из серого чугуна с присадками фосфора, хрома и нике-
ля. Для повышения износостойкости колец применяют покрытия из
олова или пористое хромирование. Кольца обычно имеют прямоуголь-
ное сечение. Разрез кольца, так называемый замок, может быть пря-
мым, косым или ступенчатым (рис. 27). У колец, надетых на поршень,
замки должны быть смещены один относительно другого на 90—120е.
Маслосъемные кольца служат для удаления излишка масла с рабо-
чей поверхности цилиндра и сокращения выноса масла в камеру сгора-
ния, поскольку оно образует там нежелательные отложения (нагар).
Масло поднимается в камеру сгорания из-за насосного действия комп-
рессионных колец. Во время движения поршня вниз (рис. 27, в) коль-
ца прижимаются к верхним торцам поршневых канавок, и масло со
стенок цилиндра поступает в нижние торцовые зазоры. При обратном
движении поршня кольца перемещаются в канавках и выдавливают
масло через радиальный зазор в верхний торцовый зазор и далее в про-
странство над кольцами. Поэтому на поршне устанавливают одно—три
маслосъемных колрца (рис. 28) ниже компрессионных колец.
Поршневой палец служит для подвижного соединения поршня с
шатуном дизеля. Пальцы могут быть сплошными или полыми с пря-
мыми цилиндрическими или коническими внутренними поверхностя-
ми. Концами палец устанавливается в бобышках поршня; среднюю
часть пальца охватывает подшипник верхней головки шатуна. Сейчас
широко применяют «плавающие! пальцы, которые могут поворачивать-
ся как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня.
Шатун связывает поршень с коленом вала. При работе шатун со-
вершает сложные движения и подвергается резко переменным нагруз-:
кам от сил давления газов и инерции. Поэтому шатун должен быть проч-
54
'//л
S5N
W,\
'Компрессионные кольца:
ройство; б — уплотняющее действие; в — насосное действие
•и жестким при малой массе. Шатуны изготовляют из сталей или
иевых сплавов. Обычная конструкция шатуна показана на
29. Верхняя (поршневая) головка 5 имеет втулку 6, которая охва-
поршневой палец, нижняя (кривошипная) головка 2 связывает
ГИ с шатунной шейкой коленчатого вала. Обе головки соединены
ем 4. Нижняя головка имеет крышку 1 и болты крепления 3.
tpe она удерживает вкладыши (подшипники) нижней головки 8,

ЙЙЙ
N*
ййй
SKS
Маслосъемные кольца:
йство; б — схема работы

55
которые фиксируются от проворачивания усиками 7. Масло для смаз- :
ки подшипника (втулки) верхней головки шатуна подводится от шатун-
ной шейки по внутреннему каналу в стержне шатуна или забрасывает-
ся на верхнюю головку коленом вала при его вращении. Нижняя
(кривошипная) головка шатуна по условиям монтажа делается разъ-
емной. Шатунные подшипники имеют вкладыши с баббитовой или свин-
цово-бронзовой заливкой. Применяются и сталеалюминиевые вклады-
ши. Ответственными и высокопрочными деталями шатунов являются >
шатунные болты. Обрыв шатунного болта обычно вызывает боль-
шие разрушения работающего двигателя.
Коленчатый вал относится к числу наиболее ответственных, напря-
женных и дорогостоящих деталей дизеля. Коленчатый вал подвер-
жен воздействию переменных сил инерции и давления газов. При ра-
боте двигателя вал испытывает значительные скручивающие и изгиба- ,
ющие напряжения. Шейки вала подвергаются переменным нагрузкам,
создающим значительную работу трения и износ шеек подшипников.
Поэтому коленчатый вал двигателя должен обладать высокой прочно-
стью и жесткостью, высокой износостойкостью трущихся поверхностей.
Основными элементами коленчатого ва-
ла (см. рис. 62) являются: коренные шей-
ки (которыми вал опирается на коренные
подшипники), шатунные шейки (сочленяю-
щиеся с кривошипными головками шату-
нов), щеки (связывающие шейки вала и
образующие его кривошипы) и концы вала, j
Остов (корпус) двигателя составляют j
неподвижные детали, поддерживающие дви-, I
жущиеся детали кривошипно-шатунного; 1
механизма: фундаментная рама или пбд-; j
дон, картер, цилиндры, крышка (головка);
цилиндров “
Механизм газораспределения служит.'
для осуществления процесса газообмена,
т. е. очистки цилиндра от продуктов сго-
рания и заполнения его воздухом у двига-
телей с внутренним смесеобразованием
(дизелей) и горючей смесью у двигателей
с внешним смесеобразованием (карбюра-
торных). Состоит этот механизм из
впускных и выпускных органов и деталей,
передающих к ним движение от коленча-
того вала.
Система питания (топливная система)
обеспечивает образование смеси топлив^
с воздухом в заданном соотношении. Состо-
ит система из узлов и механизмов, обеспе-
чивающих подготовку и распиливание топ--
Рис. 29. Шатун

а также регулирование количества и качества заряда, подавае-
в цилиндр двигателя.
•ёма смазывания объединяет устройства н механизмы, обес-
лцие подачу смазочного масла к движущимся частям для
ения сил трения и износа деталей, а также для отвода тепла и
гов износа.
ема охлаждения обеспечивает охлаждение деталей, соприкаса-
I с горячими газами. Охлаждение может производиться водой,
м, а также маслом и топливом.
емы контроля, автоматического регулирования и защиты дви-
обеспечивают надежную работу двигателя, позволяют контроли-
г параметры двигателя (температуру и давление охлаждающей
(температуру и давление смазочного масла, частоту вращения ко-
го вала, температуру выпускных газов и др.), а также обеспе-
Возможность автоматического регулирования основных пара-
подачу предупредительных и аварийных сигналов и защиту
>ку) двигателя. В зависимости от назначения двигателя и объема
изации в эти системы входят различные термометры, маномет-
ометры, терморегуляторы, визуальные и дистанционные прн-
также встроенные устройства диагностики.
ОТЕЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕЙ
:ГО СГОРАНИЯ
очие процессы, реализуемые в течение одного хода поршня
г рабочего цикла), называют тактом. При дальнейшем рассмот-
рабочих процессов в двигателях большое значение имеет индика-
I диаграмма, показывающая изменение давления газов в цилинд-
Коду поршня за один рабочий цикл. Получают такие диаграммы
щью специальных приборов-индикаторов (пружинных, механи-
, электрических и пневмоэлектрических).
индикаторных диаграммах (рис. 30 и 31) ординаты показывают
яу давления р газов в цилиндре, а абсциссы ход поршня и соот-
^ющий ходу поршня объем цилиндра V. Горизонтальная линия на
мме соответствует давлению рк во впускном трубопроводе. Вер-
бные линии соответствуют крайним положениям поршня (в.м.т.
т.), т.е. объемам Vc и Уа.
Аствительный цикл работы любого двигателя состоит из необра-
х процессов (вследствие тепловых и гидродинамических потерь),
^шается рабочий цикл каждый раз новой порцией реального ра-
« тела, поступающей в цилиндр извне и удаляемой из цилиндра
.) расширения, т. е. цикл является разомкнутым. Весь рабочий цикл
Лггеля может быть условно разбит на пять действительных процес-
впуск, сжатие, сгорание, расширение, выпуск или выталкивание
уктов сгорания. Полезная работа совершается в процессах сгора-
Й расширения.
57
*
д.н.гп. H.H.mv в.м.т nnm.tr 6 М.т. nn.rn.tr Ь.м.т. и.рл.и
Рис. 30. Схема работы четырехтактного двигателя н индикаторная диаграмма
Рнс. 31. Схема устройства (о) и индикаторная диаграмма (б) двухтактного дви
гателя
58
абочии цикл четырехтактного двигателя осуществляется за два
га вала (четыре такта) следующим образом (см. рис. 30).
рвый такт — впуск. В начале первого такта поршень находится
имении в.м.т. Камера сгорания заполнена продуктами сгорания
ыдущего процесса, давление которых несколько больше атмос-
I. На индикаторной диаграмме начальному положению поршня
гтвует точка г. При вращении коленчатого вала (в направлении
) шатун перемещает поршень в н. м. т., а распределительный
iM открывает впускной клапан и сообщает надпоршневое рабо-
транство цилиндра двигателя с впускным трубопроводом. С уве-
м скорости поршня давление в цилиндре становится на 0,1—
см2 меньше давления во впускном трубопроводе р„ вследствие
ания скорости смеси (или воздуха) в клапанах и наличия сопро-
<й на впуске. Под влиянием разности давлений цилиндр запол-
свежим зарядом (воздухом или горючей смесью). На индикатор-
.аграмме такту впуска соответствует (рис. 30, а) линия га. Дав-
во впускном трубопроводе может быть равным атмосферному
тателях без наддува) или выше него (в двигателях с наддувом),
льтате наддува повышается плотность воздуха и, следовательно,
явается масса свежего заряда, заполняющего цилиндр при такте
рой такт — сжатие. При движении поршня к.в.м. т. (рис. 30, б)
одит сжатие поступившего в цилиндр заряда. Давление и тем-
ра сжимаемого заряда при этом повышаются, и при некотором
щении поршня от н.м.т. давление в цилиндре становится оди-
IM с давлением впуска рк (точка т на индикаторной диаграмме).
) для улучшения наполнения цилиндра свежим зарядом впуск-
апан продолжает оставаться открытым некоторое время в нача-
та (до точки т). Запаздывание закрытия впускного клапана поз-
г использовать для дозарядки разрежение в цилиндре, а также
нческую энергию столба воздуха, движущегося по впускному ка-
После закрытия клапана и при дальнейшем перемещении поршня
Ние и температура в цилиндре продолжают повышаться. Давле-
конце сжатия (рс в точке с) будет зависеть от степени сжатия, гер-
аости рабочей полости цилиндра, теплоотдачи в стенки, а так-
величины начального давления сжатия ря.
i воспламенение и процесс сгорания топлива как при внешнем, так
внутреннем смесеобразовании требуется некоторое время, хотя
1ь незначительное. Для наилучшего использования теплоты, вы-
щейся при сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива начи-
ь и заканчивалось при положении поршня, возможно близком к
. Поэтому воспламенение рабочей смеси от электрической ис-
В двигателях с внешним смесеобразованием или впрыск топли-
Цилиндр двигателей с внутренним смесеобразованием обычно про-
чится до прихода поршня в в.м.т.
аким образом, при втором такте в цилиндре в основном произво-
i сжатие заряда. В начале такта продолжается зарядка цилиндра,
59
а в конце начинается сгорание топлива. На индикаторной диаграмме
второму такту соответствует линия ас.
Третий такт — сгорание и расширение. Третий такт происходит
при ходе поршня от в.м.т. к н.м.т. (рис. 30, в). В начале такта интенсив-
но сгорает топливо, поступившее в цилиндр и подготовленное к этому
в конце второго такта. Вследствие выделения большого количества теп-
ла температура и давление в цилиндре резко повышаются, несмотря
на некоторое увеличение внутрицилиндрового объема (участок zc на
индикаторной диаграмме). Под действием давления происходит даль-
нейшее перемещение поршня и расширение газов. Так как газы со-
вершают при этом работу, третий такт называют рабочим ходом.. На
индикаторной диаграмме третьему такту соответствует линия zcb.
Четвертый такт — выпуск. Во время четвертого такта происходит
очистка цилиндра от выпускных газов (рис. 30, г). Поршень, переме-
щаясь от н.м.т. к в.м.т., вытесняет газы из цилиндра через откры-
тый выпускной клапан. Так как давление газов в цилиндре в конце так-
та расширения бывает еще достаточно высоким, выпускной клапан на
чинает открываться в тот момент, когда поршень не доходит до н.м.т.
на 40—60° угла поворота коленчатого вала. Вследствие этого умень-
шается сопротивление движению поршня во время такта выпуска и
улучшается очистка цилиндра. На индикаторной диаграмме четверто-
му такту соответствует линия Ьг. Четвертым тактом заканчивается ра-
бочий цикл и в дальнейшем последовательно повторяются все процессы
цикла.
В этих двигателях только такт сгорания и расширения является
рабочим, а остальные три такта в данном цилиндре осуществляются за;
счет кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с махови-
ком и работы других цилиндров.
Рабочих ходов у четырехтактного двигателя в 2 раза меньше часто-
ты вращения вала. Это соотношение называют коэффициентом такт-
ности. \ j
Чем полнее будет очищен цилиндр от выпускных газов и чем боль- {
ше поступит в него свежего заряда, тем больше можно будет получить i
полезной работы за цикл. Для повышения степени наполнения ци-
линдра выпускной клапан закрывается не в конце такта выпуска 5
(в в.м.т.), а несколько позднее (при повороте коленчатого вала на;
5—30° после в.м.т., т. е. в начале первого такта). По этой же причи-
не и впускной клапан открывается с некоторым опережением (за 10—40° ч
до в. м. т., в конце четвертого такта). Таким образом, в конце четвер-|
того такта и в начале первого в течение некоторого периода могут быть!
открыты оба клапана. Такое положение называется перекрытием кла-
панов.
Действительный процесс работы двухтактного двигателя. Четырех-
тактный двигатель только половину времени, затраченного на цикл,
работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Ос-
тальное время (такты впуска и выпуска) двигатель работает как воз-
душный насос. Время, отведенное на рабочий цикл, более полно ис-
60
уется в двухтактных двигателях, где рабочий цикл совершается
такта, т. е. за один оборот коленчатого вала. В двухтактных дви-
: очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение
ра свежим зарядом происходят при движении поршня вблизи
Отработавшие газы вытесняются частично поршнем, но в ос-
предварительно сжатым до определенного давления воздухом
ночей смесью). Сжимается этот воздух в отдельном агрегате, на-
>м нагнетателем, или продувочным насосом.
<а устройства двухтактного двигателя с воспламенением от сжа-
>еля) дана на рис. 31, а. Цилиндр имеет продувочные (впускные)
-для заполнения его свежим воздухом и выпускные окна 4 для
ия отработавших продуктов сгорания. "Высота впускных окон
10—15 % хода поршня; выпускные окна более высокие.
тие воздуха в цилиндре начинается с момента прохода поршнем,
имея вверх, верхней кромки выпускных окон 4. На индикатор-
грамме (рис. 31, б) этому соответствует точка d. В точке е
др впрыскивается топливо, подаваемое насосом 2 в форсунку
ультате сгорания топлива температура и давление в цилиндре
пот (участок е — г диаграммы) и поршень движется вниз (z —
эшая рабочий ход.
чке а, когда днище поршня проходит кромку выпускных окон 4,
тся свободный выпуск продуктов сгорания в выпускной кол-
На участке расширения а — Ь ввиду выпуска газов давление в
•е снижается и к моменту открытия поршнем продувочных окон
Ь) оно становится практически равным давлению заряда на
, т. е. давлению воздуха, поступающего из нагнетателя. Начи-
продувка или принудительный выпуск (участок b—с). Свежий
вытесняет отработавшие газы и заполняет цилиндр. Следующий
(новь начинается в точке d.
иная схема очистки объема цилиндра от продуктов сгорания назы-
поперечно-петлевой продувкой. Такая схема газообмена с парал-
jm расположением впускных 1 и выпускных 2 окон (рис. 32, а)
дет конструкцию двигателя, но не обеспечивает высокие каче-
родувки при одновременной потере части заряда. Поэтому ее
шют в двигателях малой мощности (например, мотоциклов),
алогичная схема с эксцентричным расположением окон 1 и 2
2, б) уменьшает утечки при заряде и способствует получению вра-
нного движения смеси в цилиндре; применяется в автодвига-
более мощных дизелях применяют прямоточную клапанно-
ую схему газообмена (рис. 32, в), когда впускные окна / откры-
закрывает движущийся поршень 3, а выпускной клапан 4, раз-
ный в крышке цилиндра, открывается один раз за один оборот
чатого вала специальным приводом от распределительного вала,
эточная схема газообмена с противоположно движущимися порш-
(рис. 32, г), где один поршень управляет впускными окнами /,
61
Рис. 32. Схемы газообмена в двухтактных двигателях
а другой — выпускными 2, обеспечивает высокое качество газообме-
на (тепловозные дизели).
На индикаторной диаграмме цикла двухтактного двигателя
(см. рис. 31, б) видно, что на части хода поршня Sn, где происходит
газообмен, полезная работа не совершается. Объем Vn, соответствую-
щий этой части хода поршня, называют потерянным. Рабочий объем
цилиндра, описываемый поршнем при движении от точки d, определяю-
щей момент начала сжатия, до в.м. т. Vh = Vh' — Vn.
Действительная степень сжатия в двухтактном двигателе
, V'h + V'c
р. _
Геометрическая степень сжатия выражается той же формулой, что
и для четырехтактных двигателей:
8 =
Vc •
Отношение потерянного объема Vn к объему Vh представляет долю i
потерянного объема на процесс газообмена ф = Vn/V'h- Обычно ф =
— 104-40 %. Степень наполнения цилиндра любого двигателя све-
жим зарядом оценивают коэффициентом наполнения который пока-',
зывает отношение действительной массы заряда G3, поступившего в ци-‘
линдр, к теину количеству, которое могло бы заполнить рабочий объем;
цилиндра Vh при температуре tK и давлении рк заряда во впускном
трубопроводе, т. е. л с где р — плотность заряда при параметра*
Р'Л
Рк И /«•
Сравнение рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей по-
казывает, что при одинаковых размерах цилиндра и при том же числе»
оборотов двухтактный двигатель должен развивать вдвое большую
мощность (за счет увеличения числа рабочих циклов). Однако в дей-:
ствительности мощность двухтактного двигателя увеличивается лишь;
«2 1
75 % ввиду потери части рабочего объема и ухудшения очистки
Волнения цилиндра за то короткое время, которое приходится на
хс газообмена.
^ухтактные двигатели имеют более равномерный вращающий мо-
так как рабочий цикл реализуется при каждом обороте коленча-
вала. Существенным недостатком двухтактного процесса при
кем смесеобразовании является выброс части горючей смеси через
кные окна при продувке и наполнении цилиндра.
ЛЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ.
(ОК РАБОТЫ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
уск воздуха в цилиндр двигателя и выпуск из него отработав-
газов производится впускными и выпускными органами, состав-
ими механизм газораспределения.
я обозначения продолжительности открытого состояния впуск-
выпускных органов (например, клапанов), выражаемой в граду-
шорота коленчатого вала, а также моментов открытия и закры-
их органов применяют понятие фаз газораспределения. Послед-
казаны в виде отрезков спирали на круговой диаграмме фазорас-
ения (рис. 33).
ействительном цикле двигателя границы отдельных рабочих про-
не совпадают с моментами перехода поршня через мертвые точ-
. рис. 30). Быстротечность во времени процессов впуска и выпуск
'раниченность размеров и проходных сечений клапанов, относи-
। медленное открытие и закрытие клапанов вызывают необходи-
открывать и закрывать клапаны с некоторым опережением или
ыванием по отношению к граничным мертвым точкам. Так, вы-
ой клапан открывается в точке b до прихода поршня в н. м.т.
ол поворота коленчатого вала с момента открытия выпускного
на до н.м.т. называется. углом опережения открытия выпуск-
хлапана р, (см. рис. 33).
Щелях лучшего удаления газов из цилиндра выпускной клапан
вается в точке d, после прохода поршнем в.м.т., т. е. уже в на-
акта впуска (см. рис. 30, г). Угол поворота коленчатого вала
до момента закрытия выпускного клапана называется углом за-
>аиия закрытия выпускного клапана. Этот угол р2 в круговой
1мме работы клапанов или диаграмме газораспределения. В це-
лее полного наполнения цилиндра зарядом впускной клапан от-
гтся в точке г до прихода поршня в в.м.т. (т. е. фактически на по-
;й стадии выпуска). Предварение открытия клапана, выражен-
градусах угла поворота коленчатого вала с момента открытия
на до в.м.т., называется углом опережения открытия впускного
на а, (см. рис. 33).
гол поворота вала, равный сумме углов а, и 02, когда открыты оба
Вна, называют углом перекрытия. Перекрытие клапанов улучшает
63
очистку цилиндра и способствует охлаждению выпускного клапана!
двигателя. Схема продувки цилиндра при этом показана на рис. 347
Лучшему наполнению цилиндра отвечает и закрытие впускного.!
клапана в точке т (см. рис. 30, б) после перехода поршнем h.m.t.J
— (т. е. фактически в начале процесса сжатия). Угол поворота коленчатой
го вала от н.м.т. до момента закрытия впускного клапана называется*
углом запаздывания закрытия впускного клапана a. 1
В действительном процессе работы двигателя сгорание топлива тре-
бует определенного времени и происходит не мгновенно, когда пор !
шень находится в в.м.т., а протекает при движении поршня, т. е.
при переменном объеме камеры сгорания двигателя. Для улучшения
смесеобразования и подготовки топлива к сгоранию у дизелей устанав-
ливается угол предварения подачи топлива в цилиндр — до прихода (
поршня в верхнюю точку. У карбюраторных двигателей аналогично:
задается угол опережения зажигания смеси.
Оптимальные значения всех перечисленных углов зависят рт кон
струкции, мощности двигателя, вида используемого топлива и другие
факторов. Определяются эти углы в основном экспериментально — в
процессе доводки опытных образцов — и приводятся в техническом
паспорте двигателя.
На диаграмме газораспределения видно, что продолжительности
фактических процессов в четырехтактном двигателе не соответствует
180° поворота коленчатого вала. Так, длительность процесса впуска,
измеряемая в градусах поворота вала, равна ад + 180° + а2 (прак<
тически до 210—270°), а длительность процесса выпуска газов-
соответственно Рд + 180° + р2 (т. е. 220—270°).
У двухтактных двигателей на впуск и выпуск отводится лишь к<Н
нец рабочего такта (70—85° до н.м.т.), т. е. всего 110—135° поворот^
Открытие
Впускного
клапана
Начало д МТ
подачи топлива
Закрытие
выпускною
клапана
Открытие
выпускного
клапана
Закрытие
впускного
клапана^
Н.М.Т.
СЗ наполнение; Е83 горение топлива и расшире-
ние газов;
сжатие: □ выпуск
Рис. 34. Схема продувки ци- *
линдра в период перекрытия ь
клапанов й
Рис. 33. Диаграмма газораспределе-
ния четырехтактного двигателя
«4
чатого вала. У четырех-
ных двигателей для срав-
на эти процессы газо-
а отводится около 500°
рота вала, т. е. почти в
больше. Поэтому ци-
четырехтактного дви-
я лучше очищается от
уктов сгорания, а детали
ателя имеют меньшую
ую напряженность.
гоцилиндровые дви-
обеспечивают полу-
: значительной мощно-
при достаточно равномерном ходе двигателя. Под равномер-
; ходом понимают работу двигателя на постоянном режиме,
котором коленчатый вал двигателя вращается с постоянной часто-
Однако при этом все равно возникают ударные нагрузки (от
в рабочего хода). Равномерность хода двигателя улучшается при
ювке-маховика на коленчатом валу двигателя и при увеличении
цилиндров. Чем больше цилиндров в двигателе, тем меньше уг-
интервалы между рабочими тактами в разных цилиндрах и, сле-
ельно, более равномерно вращение вала. Кроме того, применение
цьких цилиндров малого диаметра вместо одного большого позво-
снизить массу кривошипно-шатунного механизма и увеличить
вращения и мощность двигателя. Современные двигатели име-
24 цилиндров и более. Для обеспечения равномерной нагрузки
чатого вала и подшипников многоцилиндрового двигателя необ-
и, чтобы рабочие и другие одноименные такты в его цилиндрах
ялись в определенной последовательности, называемой поряд-
ты цилиндров.
ядок работы цилиндров однорядного двигателя зависит от газо-
деления и угла между кривошипами (коленами) коленчатого ва-
угол зависит в свою очередь от тактности двигателя и числа ци-
рв. Полный цикл у четырехтактного двигателя осуществляется за
ота вала, т. е. за 720°, у двухтактного — за один оборот т. е.
. Следовательно, для получения равномерной работы двигате-
ислом цилиндров более двух угол между коленами (кривошипа-
йтлрехтактного двигателя должен быть <р =7207?, где г — число
рдров, а у двухтактного <р = 360%.
•Усмотрим порядок работы цилиндров однорядного четырехтакт-
квигателя с четырьмя цилиндрами. В этом случае ф = 72074=
Г. Кривошипы коленчатого вала расположены в одной плоскости,
ирным смещением на 180° (рис. 35). В этом случае поршни 1 и 4
•ещаются в направлении, противоположном движению поршней
. Допустим, что в первом цилиндре первый такт является рабочим
( и поршень движется вниз. Тогда поршни второго и третьего ци-
1971
65
линдров перемещаются вверх. В этих цилиндрах, следовательно, воз-
можна реализация процессов сжатия и выпуска. Примем, что во вто-
ром цилиндре происходит выпуск продуктов сгорания. Тогда поршень
третьего цилиндра должен осуществлять сжатие. В четвертом цилиндре,
как и в первом, поршень движется вниз. Первый цилиндр совершает
рабочий ход, значит, в четвертом цилиндре в это время может быть
только впуск. В дальнейшем чередование процессов в последующих так-
тах всех четырех цилиндров будет определяться цикловой последова-
тельностью рабочих процессов (табл. 7).
Таблица 7
Поворот коленчатого вала, град
к 0 180 360 540 720
X S ч X 1 такт II такт III такт IV такт
я
/ Рабочий ход Выпуск Впуск Сжатие
2 Выпуск Впуск Сжатие Рабочий ход
3 Сжатие Рабочий ход Выпуск Впуск
4 Впуск Сжатие Рабочий ход Выпуск
Процессы расширения газов будут проходить в цилиндрах в следую-
щем порядке: 1—3—4—2.
Порядок работы четырехцилиндрового двигателя может быть иным,
т. е. 1—2—4—3, если в рассмотренном случае во втором цилиндре
в первом такте вместо процесса выпуска принять процесс сжатия. Ну-
мерация цилиндров дизель-генераторных установок принимается в на-
правлении к генератору.
В шестицилиндровом четырехтактном двигателе угол между коле-
нами (кривошипами) вала <р = 720°/6 = 120° и возможны различные
варианты порядка работы цилиндров. К примеру, у дизелей 6ЧН12/14,
установленных на рефрижераторных секциях БМЗ, выбран наивыгод-
нейший порядок работы цилиндров 1—5—3—6—2—4, когда в сосед-
них цилиндрах не может быть двух последовательных вспышек. Такой
порядок чередования рабочих ходов (как и 1—4—2—6—3—5) спо-
собствует более равномерному распределению нагрузки на коренные
подшипники коленчатого вала и препятствует попаданию через выпуск-
ной трубопровод отработавших газов из цилиндра, где начинается вы-
пуск, в цилиндр, где выпуск газов заканчивается. Порядку работы ци-
линдров соответствует и порядок работы насосных секций топливного
насоса дизеля, подающего топливо к форсункам двигателя.
66
СРЕДНЕЕ ИНДИКАТОРНОЕ И ЭФФЕКТИВНОЕ ДАВЛЕНИЕ.
ТОЩИЙ МОМЕНТ
За один рабочий цикл газ в цилиндре двигателя совершает индика-
(ую работу Lt, представляемую на индикаторной диаграмме (рис. 36)
падью F, ограниченной линиями процессов сжатия, сгорания и
шрения. Для конкретных двигателей величина этой работы будет
ичной в зависимости от примененного цикла, объема цилиндра,
ени сжатия, качества сгорания и коэффициента избытка воздуха,
этом чем больше выполненная работа Lt, тем больше степень ве-
рования данного рабочего объема цилиндра. Однако судить о ве-
<не работы газов в цилиндре двигателя по индикаторной диаграм-
на которой давление газов непрерывно меняется, трудно. Поэтому
(рактике работоспособность двигателя за цикл оценивают по сред-
/ индикаторному давлению.
(ля определения индикаторной работы за цикл переменное давле-
расширяющихся газов заменяют условно постоянным средним дав-
,ем, значение которого находят делением площади диаграммы на
л ину /, равную отрезку абсциссы между мертвыми точками. Это
нее давление, вычисленное с учетом масштабов осей координат
раммы, и называют средним индикаторным: р, = LtlVh.
еометрически в координатах pV, среднее индикаторное давление
ставляет собой высоту (ординату) прямоугольника h, равновели-
по площади F индикаторной диаграмме и построенного на том же
iaHHH Vh (равном длине диаграммы Z); А = pt = FU. Тем самым
словное постоянное давление, которое действует на поршень в те-
» хода расширения и создает работу, равную индикаторной. Чем
де давление р,-, тем больше работа Lt и лучше используется объ-
।л индра. Среднее индикаторное давление современных дизелей при
те на номинальном режиме находится ' *
5 кгс/см2).
вершенную в цикле индикаторную
гу нельзя полностью использовать
дополнения полезной работы, так
часть индикаторной работы расхо-
я непосредственно внутри цилиндра
тателя на преодоление сил трения
равлических сопротивлений. Мож-
едставить индикаторную работу
умму работы, затраченной на тре-
.г, и полезной или эффективной
н Le, т. е. Lt — Le “|- Lr.
ответственно этому соотношению
о написать pt = ре+рг, где Pi —
ее индикаторное давление; ре —
ее эффективное давление; рг —
ее давление трения.
в пределах 0,6—2,4 МПа
Рис. 36. Индикаторная диаг-
рамма работы двигателя и гра-
фическое изображение среднего
индикаторного давления pt,
среднего эффективного давле-
ния ре и среднего давления
трения рт
67
По аналогии с pt среднее эффективное давление представляет собой
некоторое условное постоянное давление, которое действует на пор.
тень в течение хода расширения и совершает работу, равную эффек-
тивной работе на валу двигателя. У современных дизелей ре состав-
ляет 0,5—1,7 МПа (5— 18 кгс/см2).
Среднее давление трения также можно представить в виде некото-
рого постоянного давления на поршень, действие которого в теченис-
хода расширения создает работу, равную работе трения.
Вращающий момент Ме, развиваемый на валу двигателя, характе-
ризует способность двигателя преодолевать сопротивление, создавае-
мое нагрузкой (потребителем). Зависит вращающий момент от мощно-
сти двигателя и частоты вращения его вала (см. п. 18). Во время каж-
дого полного рабочего цикла двигателя давление газов, силы инерции
деталей кривошипно-шатунного механизма изменяются и по величине
и по направлению. В связи с этим вращающий момент, передаваемый
через коленчатый вал потребителю, непрерывно изменяется по вели-
чине и обусловливает неравномерное вращение вала.
Нестабильность частоты вращения вала оценивается степенью не-
равномерности, равной отношению наибольшей разности угловых
скоростей коленчатого вала за цикл к среднему значению угловой
скорости:
' g мшах Mmln
®ср
В зависимости от назначения двигатели имеют степень неравномер-
ности от 1/20 до 1/300. Чем больше цилиндров и массивнее маховик,
тем стабильнее частота вращения вала. При сбросе-набросе на/
грузки 100 % номинальной мощности переходное отклонение час-
тоты у днзель-генераторов не должно превышать ± 8 %, со временем
восстановления частоты не более 5 с.
18. ИНДИКАТОРНАЯ И ЭФФЕКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ.
НАДДУВ ДВИГАТЕЛЯ
Мощность, развиваемая газами внутри цилиндра и передаваема»
поршню, называется индикаторной мощностью Ni- Индикаторной
мощностью будет являться мощность, соответствующая по величин^
индикаторной работе газов Lt, реализованной в цикле (в единицу врс?
мени) и отраженной на диаграмме цикла.
Для четырехтактного двигателя с частотой вращения п, об/мин
число циклов в минуту составляет п/2. Тогда индикаторная мощност
одного цилиндра, т. е. работа за 1 с (кВт), при выражении объема ци
линдра Vh, л, а среднего индикаторного давления plt Па, определи»
ся уравнением
68
т — коэффициент тактности двигателя (у четырехтактных
'2, у двухтактных т = 1); п — частота вращения, об/мин.
я многоцилиндрового двигателя с числом цилиндров г индика-
I МОЩНОСТЬ, кВт,
Pi Vh"
1 60-10» г
! этом полагают, что среднее индикаторное давление одинаково
цилиндрах.
^ухтактном двигателе полный цикл совершается за один оборот
зтого вала и индикаторная мощность, кВт,
. Pi Уъп _
1' 30-10»
ученные уравнения индикаторной мощности обычно использу-
определения мощности существующих двигателей, когда из-
pt, Vh и п. Для расчета более удобны уравнения индикаторной
ти в развернутом виде, т. е. уравнения, которые связывают
юредственно с основными конструктивными параметрами двига-
г.
мощность одного цилиндра, кВт, Nt =
т, где D — диаметр цилиндра двигателя, м; S —
п — частота вращения вала двигателя, об/мин;
икаторная
D3 Spt п
60-16* ’
>ршня, м;
«|>фициент тактности.
>чий объем цилиндра, м8,
«D*
VA=—S=0,785DsS.
1 четырехтактного двигателя цилиндровая мощность, кВт,
, , 0,785D» Spt п
N,~——
двухтактного двигателя
0,785D» Spin
Nt=------------•
штатная мощность многоцилиндрового двигателя равна цилинд-
мощности, умноженной на число цилиндров. Произведение
дставляет собой рабочий объем двигателя, т. е. сумму рабочих
) всех цилиндров в литрах (л).
якаторная мощность двигателя зависит от размеров цилиндра,
э индикаторного давления pt и частоты вращения. С увеличе-
и п возрастают индикаторная мощность и степень использова-
ичего объема цилиндра. Давлениеpt можно повысить, увеличив
!ние цилиндра с помощью наддува. Увеличение частоты враще-
.а ограничивается возрастанием теплогидравлических потерь и
деталей. Поэтому и величину наддува и частоту вращения вы-
исходя из назначения двигателя.
69
Масса воздуха, проходящего через двигатель, кг/с, Мв =
= П2Рвт, где Vh — рабочий объем цилиндра, м8; т]с — коэффи-
циент наполнения цилиндров; п— частота вращения коленчатого ва-
ла в 1 с; z — число цилиндров; рв — плотность воздуха, кг/м8; т —
коэффициент тактности двигателя.
Основным способом увеличения массового заряда служит подача
свежего заряда в цилиндр двигателя под давлением. Мощность, разви-
ваемая газами в цилиндре двигателя, через шатунно-кривошипный ме-
ханизм передается на коленчатый вал двигателя и далее к потребите-
лю. При этом часть мощности расходуется внутри двигателя на прео-
доление сил трения, привод вспомогательных механизмов и на совер-
шение вспомогательных ходов. Мощность, соответствующую всем этим
потерям, называют мощностью механических потерь Nm.
Полезную мощность, которую можно получить на валу двигателя,
называют эффективной мощностью Ne двигателя. Эффективная мощ-
ность меньше индикаторной на величину мощности механических по-
терь: Ne = — Nm.
Отношение эффективной мощности к индикаторной называют меха-
ническим КПД двигателя: т]Мех = Ме/Мр
Механический КПД показывает долю индикаторной работы, кото-
рая используется для совершения полезной работы. Чем меньше меха-
нические потери, тем больше механический КПД двигателя и больше
его эффективная мощность:
... . 0,758Р* Spt 1}мех
И»е — Ni t)Mex— 12-10*
п.
У современных дизелей механический КПД составляет 0,82—0,90.
Зная механический КПД, можно найти среднее эффективное давление,
Па: ре — Р(Т]мех-
Тогда эффективная мощность, кВт, четырехтактного двигателя с
числом цилиндров z
0,7850* Spenz
е = 12-10*
Среднее эффективное давление ре соответствует эффективной работе,
отнесенной к единице рабочего объема двигателя, и поэтому является*
основной характеристикой двигателя. Величина ре зависит как от ве-|
личины pi и качества рабочего процесса, так и от конструкции двига-Г
теля. Показателем энергетического использования двигателя явля-г
ется также литровая мощность, реализуемая с 1 л рабочего объемаt
двигателя, кВт/л, I
N„=NefVh. I
Для четырех- и двухтактных двигателей эту мощность, кВт, со-?
ответственно можно определить из выражений:
Л/ _ Ne __ Ре» N . Ne _ РсП
л zVh 12-10’ ’ л zVh 6 10’ ’ !
Мощность двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ва-
ла двигателя и среднего эффективного давления. Это повышает требо-j
70
к качеству топлива и качеству его распыливания в цилиндре,
iK с повышением частоты вращения все рабочие процессы в дви-
»должны совершаться за более короткое время.
фективную мощность определяют и опытным путем, замерив на
альной тормозной установке вращающий момент Л4К при но-
гьиой частоте вращения вала двигателя. Для подсчета использу-
рмулу из механики. Мощность, кВт,
Мкп
свою очередь, зная эффективную мощность двигателя, можно
ть его вращающий момент
Л1К=9555
716,2 —— кгс/м\
л ]
iH снижении частоты вращения возрастает вращающий момент
геля.
ироко распространенным способом увеличения мощности двига-
является повышение среднего индикаторного давления с по-
о наддува. Процесс принудительного наполнения цилиндров
хом избыточного давления с целью увеличения плотности возду-
массового заряда цилиндра называют наддувом. Увеличение ко-
тва воздуха (кислорода) в цилиндре позволяет сжечь больше топ-
за один цикл и повысить тем самым среднее индикаторное давление
юность двигателя. Причем все это достигается без существенного
ения габаритных размеров дизеля, его ресурса и надежности,
наддуве также не повышается тепловая напряженность дизеля.
>и давлении наддувочного воздуха 0,14—0,16 МПа (1,4—1,6
«’) мощность двигателя при неизменных рабочем объеме цилинд-
частоте вращения коленчатого вала возрастает в 1,4—1,5 раза,
хжно и дальнейшее повышение мощности двигателя за счет боль-
давления воздуха и его охлаждения перед подачей в цилиндры,
'х подается в цилиндры нагнетателем (воздуходувкой), который
г иметь механический привод от вала двигателя (механический
в) или вращаться специальной газовой турбиной, использующей
энергии отработавших газов двигателя (газотурбинный наддув),
щороторный агрегат (рис. 37), состоящий из центробежного ком-
эра 3 и газовой турбины 2, закрепленных на одном валу, назы-
j турбокомпрессором. Выпускные газы с температурой от 370
0 °C, имеющие давление выше атмосферного, из цилиндра 1 дви-
я поступают на лопасти газовой турбины и отводятся наружу,
земый турбиной центробежный нагретатель засасывает воздух из
(*ры и подает его под давлением в цилиндр двигателя. Газотур-
й наддув является саморегулирующимся, так как с увеличени-
ощности дизеля возрастают давление и температура вы-
ых газов, а значит, и частота вращения турбокомпрессора.
71
Рис. 37. Схема газотурбинного наддува
зеля
При этом пропорционально
нагрузке дизеля возрастает
производительность нагнета-
теля воздуха. При газотур.
бинном наддуве повышается
и механический КПД двига-
теля на 3 — 7 %, поскольку
нет механического привода
нагнетателя. Однако газотур.
бинный наддув имеет и недо-
статок, обусловленный низ-
кой приемистостью свобод-
ных, т. е. не связанных с
дизелем какой-либо жесткой
передачей, турбокомпрессо-
ров ввиду большой инерци-
онности их роторов. Это сдер-
живает его применение в ди-
зелях, работающих при резко
изменяющихся нагрузках.
При таком способе наддува
не всегда достигается и эко-
номичная работа дизеля на
частичных нагрузках.
Применение газотурбинного наддува затруднено и в двухтактных
двигателях, у которых при пуске отработавшие газы имеют низкую тем-,'
пературу и не обладают достаточной тепловой энергией для получения
мощности турбины, требующейся для работы воздуходувки. Поэтому^
в двухтактных двигателях осуществляется наддув с приводом от ко-j
ленчатого вала двигателя или комбинировонный наддув с применением
агрегатов обоих типов.
Наддув различают по уровням давления подаваемого в двигатель
воздуха и соответствующим им степеням повышения мощности
(табл. 8).
Таблица 8 Л
Наддув Тип двигателя Давление наддува. МПа (кгс/см5) Степень по- вышения ин- дикаторной мощности Степень по- вышенкя э< фективной мощности -
Низкий Средний Высокий г f Карбюраторный Дизель » » До 0,15(1,5) » 0J5(l,6) 0,15—0,20 (1,6—2.2) 0,20(2,2) н выше 1,40 1,45 1,45—1,80 2,0 и более 1,35 1,40 1,40—1,75 2,0 и более
72
й^шииство отечественных дизелей имеют абсолютное давление
да от 0,1 до 0,4 МПа (от 1,3 — до 4 кгс/см2). Верхний предел
£о эффективного давления при этом повышается до 1,7—2,2
(18—22 кгс/см2) у четырехтактных и до 0,8—1,1 МПа (9—11
) у двухтактных дизелей. Дизели, применяемые на рефрижера-
b подвижном составе, имеют среднее эффективное давление от
£>,9 МПа (от 6 до 10 кгс/см2).
Ыо«ОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ
Г тепловым балансом двигателя понимается распределение ко-
Еа затрачиваемого тепла на полезную работу и на отдельные со-
рщие соответственно потерям, которые имеются в двигателе.
Кьном двигателе тепловой баланс описывается простой схемой—
В Полученного при сжигании топлива тепла QT часть идет на совер-
Кдвигателе полезной работы, а остальная часть отдается в охлади-
В второму закону термодинамики). В реальном двигателе картина
веления тепла сложнее. В механическую работу преобразуется
Выделившегося при сгорании топлива тепла, остальное тепло от-
от двигателя в виде потерь. Отдельные потери определяют рас-
вли опытами. Из потерь наибольшую величину имеют потери
J охлаждающую среду (воду или воздух, охлаждающие двига-
ГПотери тепла с отработавшими газами. Часть тепловой энергии
|я вследствие химической неполноты сгорания топлива. Имеют-
Ьютери в виде отвода тепла со смазочным маслом, радиации в ок-
Ьую среду, утечек топлива и неучтенные потери вследствие
I измерения и других причин.
•некие теплового баланса в общем виде в абсолютных величи-
Qe Н- Сохл “Ь Сгаз “Ь Снен Ч" См Сост» ГДе Ст ТвПЛОСОЖ-
№ топлива, т. е. располагаемое тепло.
п нагляден тепловой баланс в относительных величинах, когда
Г составляющая выражается в % к располагаемому количеству
4е + ?охл + 9газ\+?неп + ?м+9ост“ 100.
^полезно используемое тепло (эквивалентное эффективной ра-
жгателя); дохл—потери тепла в охлаждающую среду; qns—
‘ тепла с отработавшими газами; ^неп — потери тепла из-за
£Кой неполноты сгорания (образование сажи, окиси углерода),
ргери тепла в масло; qOct — остаточный член баланса, учиты-
I все другие потери тепла, не вошедшие в вышеназванные.
^слагаемое тепло QT, кДж, может быть найдено по часовому
f топлива GT, кг, с низшей теплотворной способностью
Ст — Gt С£- Тепло, эквивалентное полезной эффективной
73
работе Ne, кВт, за 1 ч, кДж: Qe=3600 Ne. В относительных величи-
нах
Qe
qe=-^- 100.
Чт
Тепло, потерянное с охлаждением, складывается из тепла, передан-
ного газами охлаждающей среде через стенки цилиндра и в выпускном
патрубке, а также из тепла трения поршня, перешедшего в охлажда-
ющую среду. Потери тепла с охлаждением являются неизбежными.
При водяном охлаждении количество тепла, теряемого с охлаждением,
определяется замером расхода воды через двигатель в единицу времени
и измерением повышения ее температуры. При воздушном охлаждении
замеряют расход охлаждающего воздуха и повышение его темпера-
туры.
В общем случае потери тепла с охлаждением, кДж, QOxn
— ОохлСохл (Л—Л), где бохл —расход охлаждающей среды» кг/ч;
Сохл—теплоемкость охлаждающей среды, кДж/(кг-К); Л и Тг—тем-
пература охладителя соответственно на входе в систему охлаждения
и на выходе, К.
Относительная величина потерь, %,
9охл —
^-100.
Qr
Тепло, уносимое отработавшими газами, может быть определено по
теплосодержанию выпускных газов, уменьшенному на теплосодержа-;
ние свежего заряда. Объясняется это тем, что при заполнении цилинд-
ра свежий заряд воздуха имеет некоторую температуру То и, следова-
тельно, обладает теплосодержанием, которое не вошло в левую часть
уравнения баланса.
Таким образом, Qra., = ОгСртгТг— GBcPniBT0, где Gr—количество
продуктов сгорания, кг/ч; GB — часовой расход воздуха двигателем,
кг/ч; сРтг и сРтв — средние теплоемкости отработавших газов и воз-
духа при постоянном давлении кРтг« 1,04 кДж/(кг-К); сРтв аг
«1,01 кДж/(кг-К)1; Тт и То— температура отработавших газов и
окружающей среды, К.
Относительная величина этих потерь, %,
Сг8а=-^-100.
Vt Sj
Потери от неполноты сгорания топлива могут быть определены по|
анализу отходящих газов. Остальные составляющие теплового ба-
ланса находят по формулам или экспериментально, но чаще как оста-
точный член теплового баланса двигателя: QOct = Qt — (Qe + Сохл+
4*Сгаз4“Снеп 4“ Qm)-
Распределение тепла между отдельными составляющими теплового
баланса различно для разных двигателей: оно зависит от ряда кон-
структивных и эксплуатационных факторов. Составление теплового
74
Рис. 38. Тепловой баланс дви-
гателя в зависимости от разви-
ваемой мощности
пса имеет значение при исследова-
теплового процесса двигателя. По
м теплового баланса можно про-
расчет утилизационной установ-
шользующей теплоту отработав-
*азов, определить размеры охлаж-
<х поверхностей и т.д. Средние зна-
составляющих теплового баланса
ювременных двигателей показаны
1. 9.
иведенные данные относятся к но-
ьной мощности двигателя При из-
ии мощности, развиваемой двига-
меняются и все составляющие теп-
балаиса. Изменение составляю-
(плового баланса двигателя в зави-
и от развиваемой им эффективной мощности показано на
3. Потери тепла вследствие трения отводятся в основном
цающей средой. На основании данных табл. 9 и рис. 38
сказать, что реальные двигатели имеют большие тепловые по-
50—75 %), причем главную роль играют потери в охлаждаю-
сидкость и с уходящими газами. Тепловая энергия отработав-
1зов частично используется при газотурбинном наддуве. У мош-
игателей тепловая энергия отработавших газов может быть ис-
вана в котлах-утилизаторах.
Таблица 9
^двигателя Составляющие теплового баланса, %
«е 9охл 9газ 9неп ’м %ст
4 Мораторный 22—28 28—44 14—28 16-34 30—50 24—40 0—5 0—4 4—6 2—6 2—5
ЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
КОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ
я оценки работы силовой установки, состоящей из двигателя
яиего сгорания и электрогенератора, различают следующие наз-
мощности в зависимости от места ее измерения (рис. 39): элект-
ая мощность N.,, полученная на зажимах электрогенератора; эф-
1Ная мощность Ne, развиваемая на валу двигателя; внутренняя
аторная) мощность Nt, выполняемая продуктами сгорания внут-
индров и передаваемая поршням двигателя; тепловая мощность
75
Рис. 39. Места измерения мощности
в установке с двигателем внутренне-
го сгорания
N.r, выделившаяся при сгорании топлива. Перечисленные мощности
связаны между собой коэффициентами, учитывающими потери на от-
дельных этапах выработки энергии. При непосредственном соедине-
нии вала двигателя и вала электрогенератора отношение NjNe =
= т]г характеризует потери энергии в электрогенераторе и называет-
ся КПД генератора. Если двигатель и генератор соединены через пере-
дачу, вводится КПД передачи Na/Ne — ПгПпер-
Потери в двигателе оцениваются механическим КПД, под которым
понимают отношение Ne/Ni = чмех- Эти потери условно называют
потерями на трение: сюда входят как потери на трение в соприкасаю-
щихся частях двигателя, так и потери на выталкивание и заполнение
рабочим телом цилиндра двигателя, а также на привод вспомогатель-
ных механизмов (топливный насос и др.).
Перечисленные коэффициенты измеряют потери на отдельных
этапах и имеют относительный характер, так как представляют собой
отношение одной полезной мощности к другой полезной мощности
Кроме этих КПД, пользуются и абсолютными КПД, которые представ-
ляют собой отношение Той или иной полезной мощности к тепловой
мощности, выделившейся при сгорании топлива.
Индикаторный (внутренний) КПД оценивает экономичность рабо-
чего цикла, т. е. степень использования тепла в действительном цикле
(с учетом всех тепловых потерь). Он выражается отношением количе-
ства тепла Qt, преобразованного в индикаторную работу двигателя, к
количеству всего тепла Q, введенного в двигатель при сжигании топ-
лива (т. е. затраченному теплу):
Qt__ ЗбООЛ^ 3600
П<~ ~ GtQ₽ “ bjQP
где Qt = 3600 Nt — полезно использованное тепло при работе двига-
теля в течение 1 ч, кДж/ч; GT — часовой расход теплива, кг/ч; Q? —
низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг; 3600 — тепловой
эквивалент (1 кВт-ч=3600 кДж).
Для теплотехнической оценки двигателя основным экономическим
показателем является расход топлива на единицу выработанной
энергии, т. е. удельный расход. По
удельному расходу топлива опреде-
ляется КПД двигателя.
Отношение G^INt называется
удельным индикаторным расходом
топлива bt и показывает, какое ко-
личество топлива расходуется в
двигателе на каждый индикатор-
ный киловатт в течение 1 ч. Инди-
каторный расход топлива зависит
от условий наполнения цилиндра
воздухом, скорости и полноты сго-

76
топлива, интенсивности ох-
1ия двигателя. Степень при-
ми перечисленных факторов
зальным значениям и оцени-
дикаторный КПД тц. У сов-
ых двигателей rjt = 0,30 4-
. При изменении мощности,
земой двигателем, этот КПД
меняется.
: было сказано, тепло Qe
t) эквивалентно эффективной
», a Q (или q) представляет
ество тепла, введенного с
юм в двигатель. Следова-
ние. 40. Графики изменения КПД дви-
гателя с изменением нагрузки
,, общую оценку экономичности работы двигателя в целом
дать эффективный коэффициент полезного действия т]е как от-
ие полезно используемого тепла ко всему затраченному теплу:
Qe ЗбООЛ'е 3600
Q ~ GTQP ~ 6eQP '
ильный эффективный расход топлива Ье показывает, какое коли
топлива расходуется в двигателе на каждый эффективный
з течение 1 ч.
активный КПД учитывает все тепловые и механические потери
ьном двигателе. При оптимальной нагрузке т)е = 0,35-4-0,38;
зих конструкций Т]е = 0,424-0,46.
ошение эффективного КПД к термическому КПД идеального
Пе/тц = т1ое называется относительным эффективным КПД дви-
Приведенных формул следует:
3600 3600 j,
Ь| =----—. *е =------—; —— .-=
П< <?£ Пе *е П<
[у рассмотренные КПД связаны зависимостью
bi Ле
Лмех — . — НЛН 1]e — tji Л мех •
be Ш
снижении нагрузки двигателя механический КПД резко умень-
I, поскольку затраты мощности на трение и привод вспомога-
х механизмов остаются практически неизменными, а эффектив-
щность снижается. Возрастает при этом и доля потерь тепла в
1ающую среду. В целом это приводит к падению эффективного
-И заметному изменению экономичности двигателя в рабочем
июне нагрузок — от холостого хода до номинальной мощности
40). Эффективность двигателя максимальна при оптимальной на-
е, равной (для разных дизелей) примерно 75—90 % номиналь-
77
ной мощности. Энергетические и экономические показатели поршневых
двигателей внутреннего сгорания приведены в табл. 10.
Таблица 10
Параметры Карбюраторные двигатели Дизели
Среднее индикаторное давление, МПа (кгс/см1) Среднее эффективное давление, МПа (кгс/см1) Литровая мощность, кВт/дм* Удельный индикаторный расход топлива, г/(кВт-ч) Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт-ч) Индикаторный КПД Эффективный КПД Механический КПД 0,7-1,4(8-16) 0,6-1,2(7—14) 15-36 220—330 280—38Q 0,38—0,25 0,32—0,20 0,75—0,90 0,5—2,4(6—25) 0,5-1,7(6-18) 10—18 160—240 , 190—280 г 0,52-0,35 0,45—0,30 0,75—0,88
При снижении нагрузки на двигатель и развиваемой им эффек-
тивной мощности расход топлива соответственно снижается до неко-
торого наименьшего значения, соответствующего полностью снятой
нагрузке (холостой ход). Отношение часового расхода топлива Gxx на
холостом ходу к часовому расходу топлива GT на номинальной мощно-
сти (при той же частоте вращения) называют коэффициентом холостого
хода х. У дизелей х = 0,12-?-0,20.
На холостом ходу двигателя вся индикаторная мощность расходу-
ется на преодоление внутренних потерь. Поэтому значения расхода
топлива на холостом ходу и при номинальной нагрузке позволяют оце-
нить механический КПД двигателя по уравнению
—Gxx Gxx
1)мех=~р—~ = 1 —7Г5- = 1 ~х-
(jtg (jf
Частота вращения двигателя на обоих режимах при такой оценке
должна быть одинаковой.
Коэффициент холостого хода является важным экономическим по-
казателем транспортных двигателей, которые по роду службы значи-
тельную долю времени работают на холостом ходу.
лава III
ГОПЛИВО И СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ
. ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Топливо состоит из горючей массы и балласта (негорючих прнме-
й). В горючую массу входят углерод С, водород Н, кислород О и сера
Соотношение этих элементов и наличие в топливе балласта (влаги
' и минеральных примесей) определяет характеристики любого топ-
«ва. Элементарный состав жидкого топлива, выраженный процент-
ам содержанием его элементов по массе, определяется уравнением
+ H+ O + S-|-W = 100. Элементарный состав топлива обыч-
» выражают содержанием углерода, водорода и кислорода. Так,
^счетный состав дизельного топлива обычно принимается: С=86 %,
; = 13 %, О = 1 %, а для бензина: С = 85 %, Н - 15 %.
При сгорании горючих элементов происходит быстрое протекание
ракций окисления (соединения с воздухом), сопровождающихся нн-
МСивныМ выделением тепла и светового излучения. При сгорании топ-
рва в двигателях внутреннего сгорания повышается внутренняя
1ергия сжатого рабочего тела, преобразующаяся в работу расшире-
|Я. Для возникновения и развития процесса горения необходимо под-
ати к топливу определенное количество воздуха. При достаточном ко-
рчестве воздуха происходит полное сгорание, при недостаточном —
рюлное. Теоретически необходимое количество воздуха в кг для
^орания 1 кг топлива определяется реакциями окисления и выража-
гя формулой
L , 2.667С+8Н— O-j-S
£о= Гз ’
| В этом выражении знаменатель показывает процентное содержание
Ьслорода в атмосфере. Для сгорания 1 кг дизельного бессернистого
Ьплива потребуется Lo — 14,5 кг; для сгорания 1 кг бензина —
в кг воздуха. Теоретически необходимый объем атмосферного воз-
|гха для сгорания 1 кг топлива Vo = 2--6679+^~~°+s , где
k=23> 1,293—произведение содержания кислорода и плотности ат-
Ьоверного воздуха.
Г Для дизельного топлива расчетного состава Vo ss 11,1 м3/кг. Тео-
рически необходимое количество воздуха достаточно для сгорания
плива в идеальных условиях, когда происходит полное перемешива-
|ю топлива с воздухом. К таким условиям приближается процесс сме-
юбразования только в карбюраторных и газовых двигателях. В дизе-
ле, когда время смесеобразования очень небольшое (от 0,03
79
до 0,008 с), в цилиндре не может быть обеспечено идеальное перемеши-
вание и распределение топлива по объему камеры сгорания. Поэтому
в цилиндр дизеля воздуха подается больше; чем это теоретически не-
обходимо. Отношение количества воздуха, фактически поступающего в
цилиндр двигателя £д, к теоретически необходимому Lo называется ко-
эффициентом избытка воздуха а.
У дизелей на номинальном режиме коэффициент избытка воздуха
составляет от 1,4 до 1,8 в зависимости от способа смесеобразования.
При снижении нагрузки коэффициент избытка воздуха растет. У кар-
бюраторных двигателей а = 0,854-1,15. Коэффициент избытка возду-
ха у работающего двигателя определяется с помощью анализа уходя-
щих газов (газоанализаторы различного типа) или по расходу топлива
и воздуха.
Энергетическая ценность топлива, используемого в двигателе, оп-
ределяется его теплотой сгорания (теплотворной способностью).
Теплота сгорания показывает количество тепла, выделяющегося при
полном сгорании весовой или объемной единицы топлива. Выражается
теплота сгорания в (кДж/кг) и (кДж/м8) соответственно для жидкого и
газообразного топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгора-
ния топлива. Высшей теплотой сгорания является полное количество
тепла, выделившегося при сгорании. Однако при сгорании водорода,
содержащегося в топливе, образуются водяные пары, удерживающие в
себе часть выделяющегося тепла. Поэтому практически может быть ис-
пользована теплота сгорания за вычетом теплоты, израсходованной на
испарение воды. Эта теплота и называется низшей теплотой сгорания.
Теплоту сгорания можно найти по формуле Менделеева Q? — 339 С +
+ 1030 Н — 109 (От — S).
Для дизельного бессернистого топлива расчетного состава Qp —
= 339-86+1030-13—109-1 — 42 350 кДж/кг. Обычно принимают Qp=
— 42 500 кДж/кг или 10 150 ккал/кг. В теплотехнике используют и
понятие условного топлива, имеющего теплоту сгорания Qp = 29 330
кДж/кг или 7000 ккал/кг.
Дизели рефрижераторного подвижного состава работают при по-
стоянной частоте вращения коленчатого вала. При понижении мощно-
сти, передаваемой электрогенератору, регулятор дизеля уменьшает
количество топлива, поступающего в цилиндры. Однако количество
воздуха, засасываемого в цилиндр, при любой мощности практически
остается постоянным. Именно поэтому увеличивается коэффициент
избытка воздуха при уменьшении мощности, развиваемой дизелем.
Рабочая смесь при а — 1 состоит из Lo кг воздуха и 1 кг топлива.
Объемом жидкого топлива ввиду его малости по сравнению с объемом
воздуха можно пренебречь. Тогда теплота сгорания рабочей смеси
QCM при а 1 и теплоте сгорания топлива, кДж/кг, QCM = Q₽/Lo,
при а =/= 1 QCM — Qp/Z-д = Qp/<xL0. Для разных сортов дизельного
топлива значения Qp и Lo изменяются незначительно, поэтому Qcw
80
э принять зависящей только от коэффициента избытка воздуха,
юсть двигателя зависит от теплоты сгорания рабочей смеси, а не
ива. Из последней формулы следует, что с увеличением а теплота
ания топливовоздушной смеси уменьшается.
ТОПЛИВО ДЛЯ ДИЗЕЛЕЙ
I Большинство современных дизелей работают на жидком топливе,
рыскивается оно в цилиндр двигателя в капельно-жидком состоянии
идеальными устройствами — форсунками. Качество дизельного
деива оценивают рядом физико-химических характеристик
бл. 11), отвечающих госстандартам.
Таблица 11
i л Показатели Значение показателей для марок топлива
ДЛ ДЗ ДА дс Высшая категория ДС л 3 ЗС А
Цетановое чле- не менее 45 45 45 50 52 45 45 45 45
вязкость кине- 3,5 3,5 1,5 4,5 4,5 3—6 1,8 1,8 1,5
шческая при Ч?» сСт (см2/с) —6,0 —6,0 —4,0 —8,0 —8,0 —3,2 —3,2
Температура за- дания, °C, не —10 —45 —60 —15 —15 —10 -35 -45 —55
!0мпература по- Ч|ения, °C, не -5 —35 — —10 —10 —5 —25 —35 —
Ьмпература ышки, °C, не 65 50 35 • 90 90 40 35 35 30
^5щее содержа- l серы, %, не 0,2 0,2 0,2 0.2 0,15 0,21 —0,5 0,21 —0,5 0,21 —0,5 0,21 —0,5
Содержание И, мг на 100 мл Ьпва, не более 50 30 30 50 50 40 30 30 30
рнмечанне. Во всех дизельных топливах должны отсутствовать сероводород,
кстворнмые кислоты н щелочи.
зкость топлива. Эго свойство, определяющее внутреннее трение
I жидкости, возникающее при их взаимном перемещении. Вяз-
характеризует качество распыливания топлива. От нее зависит
та сгорания топлива, скорость протекания топлива в трубопро-
, работа топливных насосов и фильтров. Слишком низкая вяз-
топлива приводит к утечкам через соединения трубопроводов и
81
насосов. Слишком высокая вязкость топлива ухудшает качество рас-
пиливания, приводит к неполному сгоранию и дымному выпуску. Из-
меряется вязкость в сантистоксах (сСт).
Топливо с плотностью от 0,80 до 0,93 кг/дм3 при t — 20 °C при от-
сутствии других отрицательных показателей считается годным. Стан-
дартная плотность топлива равна 0,823 кг/дм3 при t = 25 °C.
Воспламеняемость. Это склонность топлива к самовоспламенению
при повышении температуры. Быстрое воспламенение улучшает процесс
сгорания топлива, замедленное ухудшает. Для оценки самовоспламе-
няемости топлива принято цетановое число, т. е. процентное (по объ-
ему)содержание весьма горючего цетана в такой его смеси с нейтраль-
ным альфа-метилнафталином, догорая по характеру самовоспламене-
ния эквивалентна дизельному топливу, испытываемому в стандартных
условиях. Если, например, топливо обладает таким же характером сго-
рания, как и смесь 45 % цетана и 55 % альфа-метилнафталина, то
считают, что цетановое число этого топлива равно 45. Цетановое число
указывает на характер сгорания топлива и нарастания давления в
цилиндрах двигателя. С повышением цетанового числа запуск холод-
ного двигателя облегчается. Процесс сгорания протекает более плав-
но, и двигатель работает экономичнее. Если цетановое число дизельно-
го топлива меньше 40, пусковые качества топлива резко ухудшаются,
а двигатель работает жестко, со стуком.
Температура самовоспламенения^ Температура, при которой топ-
ливо воспламеняется без воздействия постороннего источника тепла,
называется температурой воспламенения.
Температура вспышки. Наинизшая температура, при которой па-
ры топлива вспыхивают в присутствии открытого пламени, называет-
ся температурой вспышки. Она характеризует огнеопасность дизель-
ных топлив.
Прокачиваемость дизельного топлива зависит от его свойств при
низких температурах и от наличия посторонних примесей. При сниже-
нии температуры из топлива начинает выделяться лед и парафин.
Температура помутнения топлива — это температура, при которой
в топливе появляются первые кристаллы твердого парафина. Помут-
нение топлива вызывается и его обводнением. Содержание воды в неф-
тепродуктах определяется специальным прибором.
Температура застывания —это температура, при которой топливо
теряет подвижность и становятся невозможными прокачка топлива в
топливной системе, запуск и работа дизеля. Интервал между темпера-
турами помутнения и застывания должен быть минимальным.
Чистота дизельного топлива сказывается на его прокачиваемости.
Особенно опасно присутствие механических примесей в виде пыли, пес-
ка, окалины, ржавчины. Все они оседают в топливе относительно мед-
ленно и, находясь во взвешенном состоянии, способствуют образованию
частиц парафина. Крупные частицы механических примесей засоряют
фильтры, а мельчайшие проходят их и вызывают быстрый износ топ-
ливной аппаратуры. Вода в дизельном топливе также недопустима. Оиа
82
ушает фильтровальные материалы, а при замерзании рвет их или
вает кристаллами 'льда. Сера нежелательна в дизельном топливе,
как продукты ее сгорания в виде окислов образуют с влагой воз-
а серную кислоту, которая разрушающе действует на детали систе-
выпуска и на подшипники дизелей из свинцовистой бронзы. В дн-
ях рефрижераторных вагонов применяют дизельное топливо с со-
жанием серы до 0,2 %. Временно допускается использование топ-
ia с наличием серы до 0,5 %. При этом в смазочные масла добавля-
специальные присадки, нейтрализующие вредное действие серы топ-
ia на детали.
Нормальная работа дизеля зависит от качества распыливания топ-
ia, его испаряемости и быстроты распространения в сжатом возду-
над поршнем двигателя. Испаряемость дизельного топлива зави-
от его фракционного состава. При горючем облегченного состава
зрастает жесткость работы дизеля из-за большого количества горю-
1 смеси, подготовленной к самовоспламенению, а также повышается
<еопасность собственно топлива. Более тяжелый фракционный со-
1В затрудняет запуск двигателя, повышает расход горючего и усили-
!Т нагарообразование. При этом одновременно усиливаются износ
алей и дымность выпуска. Зольность топлива не должна превышать
II %.
Дизельное топливо имеет окраску от светло-желтой до светло-ко-
чневой. Увеличение интенсивности окраски говорит об увеличении
.ержания в топливе смол. Арктическое (ДА) и зимнее (ДЗ) дизель-
> топливо, как правило, имеет более светлую окраску, чем летнее
ливо (ДЛ). При минусовых температурах по прозрачности можно
нее дизельное топливо отличить от зимнего. Зимние сорта топлива
ют также более типичный (керосина) запах.
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЯХ.
1Ы КАМЕР СГОРАНИЯ
Смесеобразованием называют процесс приготовления рабочей топ-
ювоздушной смеси в цилиндре двигателя с целью подготовки топли-
к сгоранию. На смесеобразование в дизелях отводится незначитель-
я часть времени рабочего цикла, соответствующая всего 15—40е по-
рота коленчатого вала. Практически за несколько тысячных долей
кунды топливо в виде мелких капель должно равномерно распрост-
иться по объему камеры сгорания, прогреться, частично испарить-
и хорошо перемешаться с воздушным зарядом. От совершенства
пливной аппаратуры и качества образования горючей топливовоз-
тпной смеси зависят своевременность и полнота сгорания смеси и,
едовательно, эффективные и экономические показатели дизеля.
Различают следующие основные способы смесеобразования: объ-
:ное, пленочное и объемно-пленочное. Под объемным смесеобраэова-
\ем понимают получение горючей смеси при испарении капель топ-
83
лива, подаваемого в воздушный заряд камеры сгорания. Топливо
впрыскивается форсункой за 10—30° до прихода поршня в в.м.т. под
давлением 10—200 МПа (100—2000 кгс/м2).
Распиливанием называют процесс дробления струи топлива на
мельчайшие капли при впрыске. Если топливо подается форсункой не-
посредственно в камеру сгорания, а распиливание происходит за счет
потенциальной энергии, запасенной при предварительном сжатии топ-
лива, то такой способ распыливания называют непосредственным, или
струйным.
Качество распыливания топлива определяется тонкостью, однород-
ностью, дальнобойностью и углом конуса струи.
Чем выше давление впрыска, меньше диаметр сопловых отверстий и
больше противодавление сжатого воздуха в цилиндре, тем меньше раз-
меры капель и лучше равномерность распыливания и процесс сгора-
ния топлива. Тонкость распыливания оценивается средним диаметром
капель. Длина топливного факела возрастает с повышением давления
впрыска и уменьшением противодавления в цилиндре, а также с увели-
чением размеров сопловых отверстий (если давление впрыска остается
неизменным). Распределение топлива в объеме камеры сгорания обес-
печивается взаимным согласованием формы и размеров факела топлива
и камеры сгорания, а также организацией принудительного движения
воздушного заряда внутри цилиндра (в том числе за счет наддува).
При пленочном смесеобразовании основная доля топлива впрыс-
кивается на горячие (200—400 °C) стенки камеры сгорания, образуя
на них тонкую пленку. Испарение топлива происходит с поверхности
пленки, омываемой воздушным зарядом. Меньшая часть топлива, рас-
пиливаемая в объеме камеры сгорания, воспламеняется в первую оче-
редь и зажигает горячую смесь над пленкой. Давление впрыска состав-
ляет 15—20 МПа (150—200 кгс/см2).
Объемно-пленочное смесеобразование представляет сочетание обоих
способов и практически реализуется во всех дизелях.
Быстротечность процесса смесеобразования и сравнительно низкая
испаряемость дизельного топлива приводят к тому, что при всех спо-
собах смесеобразования частицы топлива распределяются в объеме
камеры сгорания неравномерно. Разная концентрация топлива, т. е.
различный состав смеси в отдельных зонах камеры сгорания, обуслов-
ливает необходимость подачи в цилиндр дизеля воздуха в большем ко-
личестве, чем это теоретически необходимо для полного сгорания вве-
денного топлива, поэтому дизели работают со значительным избытком
воздуха (а = 1,34-1,8 и более). Для уменьшения коэффициента из-
бытка воздуха, т. е. для лучшего использования воздушного заряда в
рабочем объеме цилиндра, необходимо повышать качество смесеобра-
зования.
В зависимости от конструкции и способа смесеобразования камеры
сгорания дизелей могут быть неразделенные и разделенные.
Неразделенные камеры выполняют в виде единого объема. Эти
камеры компактны, имеют малые потери тепла, что обеспечивает хоро-
84
Л 430
Рис. 41. Неразделенные камеры
сгорания:
а —типа Гессельмана; б — полусфери-
ческая; в — центрального научно-иссле-
довательского дизельного института
(ЦНИДИ)
(fie пусковые и экономические показатели дизелей. Конструкция не-
мделеиных камер разнообразна (рис. 41). Обычно их выполняют в
Ьаце поршня, иногда одновременно и в днище поршня и в головке
Цока, еще реже — в головке блока цилиндров. В этих камерах ис-
Ьтьзуют форсунки с многодырчатыми распылителями (5—7 и более
Ьерстий диаметром 0,15—0,55 мм) и высокое давление впрыска.
(Неразделенных камерах сгорания при диаметрах цилиндра до 160—
Ю мм применяют как объемное, так и пленочное смесеобразование,
[увеличением диаметра предпочтение отдается объемному смесеобра-
юанию. Для его осуществления камере придают форму, соответствую-
[чо форме и размерам факела впрыскиваемого топлива. Недостатками
разделенных камер сгорания являются высокий Коэффициент избыт-
fвоздуха (а = 1,64-2,0), необходимый для получения бездымного сго-
1кия, большая скорость нарастания давления по углу поворота ко-
чатого вала, высокие требование к качеству топлива и регулиров-
гтопливной аппаратуры. Как следствие, смесеобразование в них ухуд-
Ь^»ся при работе дизеля на переменных режимах и при износе со-
мженных деталей топливной аппаратуры.
[Разделенные камеры сгорания состоят из двух сообщающихся объ-
ве. Воздушный заряд при этом размещается в надпоршиевом про-
анстве и полости, расположенной обычно в головке (крышке) ци-
|Едра, соединенной с надпоршневым пространством каналом отиоси-
Ььио малого диаметра. Различают два типа дизелей с разделенными
играми сгорания: вихрекамерные и предкамерные. Смесеобразова-
Г в них хорошее и обеспечивается перетеканием заряда и рабочей
си из одной полости в другую при сжатии и расширении в цилиндре.
1йому можно снизить требования к мелкости и равномерности
Кпыливаиия топлива, применить пониженное давление впрыска
85
10—17МПа (100—170 кгс/см2) и удешевить форсунки. Дросселирующее
действие каналов между полостями снижает жесткость работы двига-
теля и связанные с нею перегрузки деталей кривошипно-шатунного ме-
ханизма. Преимуществами разделенных камер являются полное сгора-
ние топлива при сравнительно малых коэффициентах избытка возду-
ха (а = 1 ,2-4-1,4) и более высокие среднее эффективное давление и лит-
ровая мощность, чем в дизелях с неразделенными камерами и без над-
дува. Дизели с разделенными камерами сгорания менее чувствительны
к изменению скоростного режима, нарушениям процесса впрыска и ка-
честву топлива. Однако из-за увеличения поверхности теплоотдачи в
этих камерах теряется больше тепла, чем в неразделенных. Поэтому ди-
зели с разделенными камерами сгорания трудно пускаются и менее эко-
номичны. Для облегчения пуска применяют повышенные степени сжа-
тия и подогрев воздуха во впускном трубопроводе или в камере сго-
рания.
Вихревые камеры (рис. 42, а, б, в) имеют форму сферы и соединены
с цилиндром одним или несколькими каналами. Объем вихревой ка-
Рис. 42. Конструкции разделенных камер сгорания:
/ — форсунка; 2 — свеча подогрева; 3 — вихревая камера; 4 — выемка в поршне; 5 — акку-
муляторная вставка; 6 — предкамера
86
меры составляет 40—60 % суммарного объема камеры сгорания. В про-
цессе сжатия воздушный заряд перетекает из надпоршневого про-
странства в вихревую камеру 3. Для облегчения запуска дизеля ис-
пользуется свеча подогрева 2 воздуха. Топливо впрыскивается во вра-
нцающийся воздушный заряд форсункой 1 в конце такта сжатия. Топ-
ливо частично испаряется в объеме камеры, частично — на ее стенках.
[После воспламенения паров в вихревой камере давление резко повыша-
ется, продукты сгорания и пары топлива интенсивно выносятся в над-
fa оршневое пространство. Хорошее перемешивание этих продуктов с
воздухом при перетекании обеспечивает полное и бездымное последу-
Ьчцее сгорание при малом коэффициенте избытка воздуха. В поршне
обычно делают выемки 4 для улучшения смесеобразования и сниже-
вия местного нагрева поршня.
Е Предкамеры 6 (рис. 42, г, д), так же как и вихревые камеры, пред-
ставляют собой полость в головке цилиндра, соединенную с надпоршне-
ым пространством осевым каналом. Объем предкамеры 25—50 %
Суммарного объема камеры сгорания. Соединительный канал имеет не-
большое сечение и поэтому перепад давлений при перетекании газа в
т их камерах высок (до 0,4 МПа при сжатии, до 1,5 МПа при сгора-
нии). Топливо впрыскивается в предкамеру 6 узким факелом навстре-
чу потоку воздуха, что обеспечивает хорошее смесеобразование.
Иногда Используют и аккумулирующие тепло вставки 5. Как следст-
вие, предкамерные дизели могут работать на тяжелых трудновоспла-
Кеняющихся топливах. Наибольшее распространение имеют предка-
ерный и вихрекамерный способы разделенного смесеобразования, раз-
ичающиеся конструкцией той части объема камеры, куда форсунка
одает топливо.
В Сгорание рабочей смесн в дизелях практически совмещено с про-
весом смесеобразования. Капли впрыскиваемого топлива попадают в
Крячий воздух, нагреваются, частично испаряются и претерпевают
Кмические изменения. Затем развивается процесс сгорания, начина-
ть в одной или нескольких точках камеры сгорания. Продолжитель-
ность запаздывания начала сгорания, выраженная в долях секунды
Кив градусах поворота коленчатого вала (от начала подачи топлива),
Кзывается периодом индукции, или периодом задержки воспламене-
Кя топлива. Процесс сгорания начинается до прихода поршня в
Им.т., когда имеется кислород в избытке, а давление и температура
Цкти растут. Запаздывание воспламенения приводит к некоторому на-
Кплению топлива в цилиндре. Поэтому начальный период сгорания
Ki лива сопровождается интенсивным тепловыделением и быстрым
сличением давления. Заканчивается сгорание после прохождения
Кршнем в.м.т.; при этом капли топлива догорают в среде, насыщен-
А продуктами сгорания начальной стадии процесса.
К Весь процесс сгорания топлива может быть разделен на четыре фа-
К (/ — IV), показанные на рис. 43.
И Первая фаза (/) — период задержки воспламенения — охватыва-
К время от начала подачи топлива в цилиндр (точка а, подъем иглы
87
форсунки) до момента начала воспламенения топлива и повышения дав-
ления. Момент начала воспламенения определяется по точке b отрыва
графика линии сгорания от линии сжатия, снятой индикатором без по-
дачи топлива в цилиндр (штриховая линия). Начиная с точки Ь, дав-
ление в цилиндре резко возрастает. В течение первой фазы (участок
а — Ь) происходят процессы подогрева, испарения, смешения топлива
с воздухом и образования очагов воспламенения.
Вторая фаза (//)—период быстрого сгорания—начинается с точ-
ки Ь. В процесс сгорания вступает все топливо, поступившее в камеру
сгорания в течение первой фазы и продолжающее поступать во второй
фазе. Интенсивно растут давление и температура. От скорости нараста-
ния давления во время второй фазы зависит жесткость работы двигате-
ля (появление в нем стуков). Отношение приращения давления в ци-
линдре от начала сгорания (точка Ь) до в.м.т. к углу поворота колен-
чатого вала за это же время и называют жесткостью двигателя.
Характеристика жесткости работы дизеля (отношение Apl&q)
зависит главным образом от длительности периода задержки самовос-
пламенения. Чем продолжительнее задержка воспламенения топлива,
тем больше топлива, подаваемого форсункой, накапливается в ци-
линдре и тем самым больше топлива сгорает во второй фазе процесса.
Это приводит к резкому возрастанию давления в цилиндре, увеличению
напряжений в деталях и узлах, снижению механического КПД двига-
теля.
Значения жесткости Др/Д<р для дизелей находятся в пределах до
0,1 МПа на Г поворота коленчатого вала (10 кгс/см2 на 1° п.к.в.).
Продолжительность второй фазы (до точки с), как и характер нараста-
ния давления, при заданном режиме работы дизеля и данном регулиро-
вании обусловливается продолжительностью периода задержки само-
воспламенения и не поддается непосредственному регулированию.
Третья фаза (Ill) — горение топлива (начало, точка с). В течение
этой фазы топливо, последовательно поступающее в цилиндр, подготов-
ляется к сгоранию и сгорает. Воспламеняется оно не мгновенно, а че-
рез некоторый малый промежуток времени для каждой последующей
порции топлива. Но это не
Угол поборота коленчатого Вала ф,°
Рис. 43. Фазы сгорания топлива
сказывается на динамике про-
цесса сгорания. Характер
изменения давления в этой
фазе зависит от закона и
продолжительности подачи
топлива, а также от интен-
сивности завихрений газа в
цилиндре. Окончанием треть-
ей фазы условно считается .
момент прекращения подачи
топлива в цилиндр (точка d)-
Четвертая фаза (IV) —до-
горание топлива. Окончание
88
подачи топлива не совпадает с концом сгорания (точка е) всего впрыс-
киваемого в цилиндр топлива. В этот период (d — е) происходит дого-
рание топлива, поступившего в конце впрыска. Эффективность дого-
рания топлива по ходу расширения мала. Затягивание догорания
приводит к повышению температуры выпускных газов, увеличению
тепловых потерь и расхода топлива. Чем быстроходнее дизель, тем
Заметнее это явление.
Решающее значение на процесс сгорания топлива имеет угол опе-
режения подачи топлива. Чем меньше угол опережения, тем при боль-
Ёиих значениях давления и интенсивности завихрения воздуха начи-
нается поступление топлива в цилиндр, а следовательно, тем благопри-
ятнее условия подготовки топлива к самовоспламенению и тем мень-
|ие период задержки возгорания. Такая закономерность сохраняется
о определенного предела, которому соответствует минимальный пе-
риод задержки воспламенения. Минимальный период задержки вос-
пламенения находится на грани неэкономичных взрывного сгорания
оплива или догорания его в процессе расширения газов в цилиндре.
Г
Ll системы топливоподачи.
Ы1ЛИВНАЯ АППАРАТУРА ДИЗЕЛЕЙ
н Топливная система предназначена для хранения запаса топлива,
чистки его от посторонних примесей и воды, бесперебойной подачи
Ирплива к топливным насосам и точно дозированной своевременной по-
Кчи его в цилиндры дизеля.
Из баков топливо поступает самотеком или перекачивается специ-
ЕпьнымИ топливоподкачивающими насосами. В цилиндры топливо на-
бавляется топливоподающей аппаратурой, к которой относятся топ-
Ко ные насосы высокого давления (ТНВД), форсунки и трубопроводы
усокого и низкого давлений. Топливо в аппаратуру подается от-
кльтрованным.
К" В топливную систему обычно входят фильтр грубой очистки (сет-
Ктый, пластннчато-щелевой) для задержки частиц примесей диамет-
Кы 0,06—0,08 мм и более и фильтр тонкой очистки, обеспечивающий
Ир нчательную очистку топлива. К этому фильтру топливо подают под
Всыточным давлением 0,04—0,25 МПа (0,4—2,5 кгс/см®). Перепад
Явления в самом фильтре составляет 0,02—0,15 МПа (0,2—
К кгс/см2). В ряде установок производится многократная циркуля-
Яя топлива через фильтр тонкой очистки. Его фильтрующие элементы
»отовляют из бумаги или войлока (фетра). Очищенное топливо по-
купает в топливный насос. Обычно это плунжерный насос поршневого
Kia.
КСхема системы подвода топлива показана на рис. 44. Топливо из
^а 6 засасывается топливоподкачивающим насосом 9 через фильтр
й очистки 7 и трубопровод 8 и подается через фильтр тонкой очист-
Н/0 к насосу / высокого давления. Затем топливо под высоким давле-
нием нагнетается по топливопроводу 2, к форсунке 3 и через нее впры-
скивается в камеру сгорания одного из цилиндров. Количество топли-
ва в соответствии с режимом работы дизеля дозируется насосом /,
а цикловая подача топлива устанавливается регулятором 5 в зави-
симости от натяжения его пружины и внешней нагрузки двигателя.
Лишнее топливо сливается по топливопроводу 4 в топливный бак 6 или
в один из фильтров.
Топливные насосы и форсунки являются наиболее сложными
элементами топливной системы. Для точной дозировки небольших пор-
ций топлива (30—250 мг/цикл) и подачи его под высоким давлением в
цилиндры за несколько миллисекунд необходимо изготовлять детали
топливного насоса и форсунки с высокой точностью. Конструкция на-
соса должна обеспечить подачу требуемого количества топлива с не-
обходимой скоростью и строго фиксированными моментами начала и
конца впрыска. Наиболее распространены насосы с механическим ку-
лачковым приводом плунжера и золотниковым или клапанным дозиро-
ванием цикловой подачи топлива. Каждый цилиндр дизеля может
иметь отдельный (односекционный) топливный насос. Иногда насос кон-
структивно объединяют с обслуживаемой форсункой (насос-форсунка).
При небольшом числе цилиндров и мощности двигателя насосы всех
цилиндров объединяются в одном корпусе (блочный насос). Насос
должен обеспечивать равномерную подачу топлива во все цилиндры,
одинаковую длительность впрыска и одинаковый для всех цилиндров
угол опережения подачи топлива. Неравномерность распределения
топлива по цилиндрам не должна превышать 3—6 % на номинальном
режиме и 30—40 % на режиме холостого хода. Различают насосы с
переменным и постоянным ходами плунжера. В первых количество
Рис. 44. Схема системы топливопитания дизеля
90
одеваемого топлива регулируют,
зменяя ход плунжера. Напротив,
ри постоянном ходе плунжера
оличество подаваемого топлива
сгулируют с помощью поворота
лунжера, отсечного клапана или
росселирующей иглы.
Топливный насос четырехци-
индрового
оказан на
транспортного дизеля
рис. 45. Топливо посту-
ет во всасывающий канал 7 через
уцер 6. Кулачковый валик 8 слу-
1т для периодического перемеще-
я плунжеров 3 насоса из нижне-
положения в верхнее. При дви-
Рис. 45. Топливный насос четырехци-
:нии плунжера вниз топливо заса- линдрового дизеля
вается из канала 7 в надплунжер-
е пространство 4. При движении плунжера 3 вверх топливо отжима-
нагнетательный клапан 5 и устремляется по топливопроводу к фор-
нке. Плунжер насоса опирается на толкатель /, ролик которого ка-
тся по поверхности кулачка 9, установленного на валике 8 насоса.
)и подъеме плунжера кулачком сжимается пружина 2, прижимающая
унжер к толкателю 1. Валик топливного насоса вращается от вала
зораспределительного механизма, т. е. через передачу от коленчато-
вала дизеля. Кулачки топливных насосов должны совершать пол-
|й оборот за цикл работы двигателя. В четырехтактных двигателях
вращаются в 2 раза медленнее коленчатого вала, а в двухтактных—
такой же, как у вала, частотой вращения. К одному из торцов корпу-
’ насоса крепится регулятор частоты вращения, т. е. регулятор мощ-
сти дизеля. При изменении частоты вращения коленчатого вала от
данной регулятор воздействует на регулирующий орган топливного
coca, соответственно увеличивая или уменьшая подачу топлива.
Количество топлива, подаваемого в форсунку, изменяется поворотом
,унжера (рис. 46), т. е. в данном случае он является золотником, ре-
лнрующим подачу топлива соответственно нагрузке дизеля. В верх-
части плунжера 7 имеется вертикальный паз (канавка) а со спи-
,ьной отсечной кромкой б, служащей для регулирования подачи
лива. Паз и кромка соединяют надплунжерное пространство с коль-
ой выточкой на плунжере. Нижняя часть плунжера имеет выступ 1,
дящийввырез во втулке 2, свободно вращающейся вокруг непод-
сно закрепленной втулки 3. Верхняя часть втулки 2 снабжена зуб-
ым венцом 9, находящимся в зацеплении с зубчатой рейкой 8. Ре-
ятор частоты вращения двигателя может перемещать рейку 8, осу-
твляя тем самым поворот втулки 2 и плунжера насоса. Рейка по-
ачивает одновременно все плунжеры насоса.
При движении вниз плунжер открывает отверстие 4, через кото-
топливо всасывается в надплунжерное пространство 5. Подача топ-
91
Рис. 46. Секция топливного насоса
лива в форсунку начинается,
когда плунжер, поднимаясь, пе-
рекроет отверстия 4 и 6, а за-
канчивается при открытии от-
сечной кромкой б отверстия 6,
через которое топливо будет вы-
талкиваться плунжером в топ-
ливоотводящий канал.
Положение плунжера отно-
сительно сливного отверстия 6 и
определяет массу топлива, нагне-
таемого в форсунку. Так, при
уменьшении нагрузки на дизель
(т. е. при увеличении частоты
вращения) регулятор частоты
вращения перемещает зубчатую
рейку 8 и поворачивает плунжер
против часовой стрелки. В ре-
зультате отсечная кромка рань-
ше откроет сливное отверстие,
и количество топлива, посту-
пающего через форсунку в ци-
линдр, уменьшится. При повы-
шении нагрузки на дизель
(при снижении частоты вращения коленчатого вала) регулятор
перемещает рейку, которая поворачивает плунжер вправо. В резуль-
тате этого порция топлива, подаваемого в цилиндр, увеличится. Коли-
чество топлива, поступающего в форсунку, при таком регулировании
меняется в зависимости от момента открытия перепускного (сливного)
отверстия, т. е. от момента отсечки подачи, а начало подачи остается
неизменным. Изменяя конструкцию верхней части плунжера (на-
пример, делая винтовой его верхнюю кромку), получают возможность
регулирования начала подачи или одновременно начала и конца пода-
чи топлива в зависимости от изменения частоты вращения и нагрузки
дизеля. Основным недостатком всех топливных насосов с кулачковым
приводом плунжеров является зависимость давления впрыска от час-
тоты вращения вала двигателя.
{^Форсунка предназначена для распыливания и распределения топ-
лива по объему камеры сгорания. Общее требование к качеству рас-
пыливания таково: распыленное тоцливо, выходящее из форсунки,
должно быть туманообразным, без заметных на глаз отдельных капель,
сплошных струек и легкоразличимых местных сгущений. .В каждой
единице объема сжатого воздуха должно содержаться по возможности
одинаковое количество как можно более мелких частиц впрыскиваемого
топлива.
Форсунки дизелей делятся на открытые и закрытые. Простую кон-
струкцию имеют открытые форсунки, у которых нет запорной иглы или
92
Гидравлическое
топлива).
8
7
в
5
3
S
to
11
2
закрытого
Рис. 47. Форсунка
типа
[клапана, поэтому внутренняя полость форсунки постоянно сообщена
с камерой сгорания. Выходное сечение такой форсунки выполняет-
ся дросселирующим, т. е. в виде распылителя с одним или нескольки-
ми калиброванными сопловыми отверстиями. Существенными недостат-
ками форсунок открытого типа являются изменение давления впрыска
[при изменении частоты вращения двигателя и подтекание топлива,
[приводящее к нагарообразованию.
Г У форсунок закрытого типа внутренняя полость в период между
Ьп рыскам и топлива разобщается с камерой сгорания специальной за-
Ь орной иглой (игольчатым клапаном), нагруженной сильной пружиной.
К тла поднимается механическим путем (специальный привод) или гид-
Ьавлически (под влиянием давления
в правление иглой наиболее распростра-
нено.
I Нормальная закрытая форсунка
крис. 47) имеет два дросселирующих от-
верстия: переменное под запорным ко-
нусом иглы и постоянное в сопловых
Отверстиях многодырчатого распылите-
ля. Иногда распылитель выполняют од-
одырчатым, например, для дизелей с
наделенными камерами сгорания. Такие
Ь-спылители меньше засоряются.
К Игла / и корпус 2 распылителя фор-
унки являются прецизионными (при-
Кртыми) деталями из легированных
Калей с зазором 2—3 мкм в направляю-
щей части иглы. Заменять детали рас-
тлителя другими не допускается. За-
Щфный конус иглы опирается на седло
корпусе распылителя и перекрывает
нал, заканчивающийся сопловым от-
Врстием. Корпус распылителя крепит-
М к корпусу 4 форсунки с помощью
Вйки 3 распылителя и штифта 11. В
Врхнюю часть корпуса 4 форсунки ввер-
Вт внутренний колпак (стакан) 7 с ре-
Мпировочиым винтом 9 и контргайкой
Мм изменения затяжки пружины 6.
Милне пружины через промежуточный
Мржень 5 передается на иглу распы-
Мгеля и прижимает ее~к седлу. На
Врхнюю часть стакана 7 навернут (с
Кжладкой 10) защитный колпак 8 с
Ваалом для отвода топлива, которое
Вкачивается через зазор между иглой
Ворпусом распылителя.
93
Форсунка работает следующим образом. Топливо под давлением
поступает от топливного насоса по каналу в корпусе форсунки и рас-
пылителя в камеру под запорным конурой иглы. Силе давления топ-
лива иа конусную поверхность иглы противодействует сила упруго-
сти пружины. Когда сила давления топлива превысит усилие пружины,
игла поднимется и откроет проход топливу к сопловому отверстию.
Давление, при котором происходит подъем иглы от седла и начинается
впрыск топлива, называют давлением затяжки иглы (пружины) фор-
сунки. Для большинства закрытых форсунок давление равно 12—25
МПа (120—250 кгс/см2). В процессе впрыска давление может Достичь
50—80 МПа (500—800 кгс/см2) и более. Высота подъема иглы в фор-
сунке обычно 0,3—0,6 мм. Скорость струи топлива при выходе из фор-
сунки достигает 400 м/с и более, что обеспечивает, разрушение струй
топлива на мелкие капельки диаметром от 30 до 2—3 мкм.
Сопловая часть распылителя форсунок закрытого типа может иметь
различную конструкцию для улучшения распиливания и экран (или
охладитель) для предотвращения перегрева при работе. Иногда в тру-
бопроводе высокого давления перед форсункой или в самом корпусе
форсунки устанавливают предохранительные фильтры из многослой-
ной прессованной латунной сетки или из спекаемых мельчайших ла-
тунных шариков, которые задерживают механические примеси, не осев-
шие в основных топливных фильтрах.
Топливоподкачивающие насосы служат для подачи топлива под из-
быточным давлением, достаточным для преодоления сопротивлений
фильтров и создания одинаковых условий наполнения насосных сек-
ций. На дизелях применяют поршневые, коловратные, диафрагменные и
шестеренчатые топливоподкачивающие насосы, которые могут приво-
диться в движение от распределительного и коленчатого валов или от
кулачкового вала топливного насоса высокого давления. Подача топ-
ливоподкачивающего насоса должна не менее чем в 2—3,5 раза превы-
шать максимальную подачу насоса высокого давления для обеспече-
ния устойчивой работы топливной системы при увеличении сопротивле-
ния фильтров при их загрязнении. Излишнее топливо, подаваемое
топливоподкачивающим насосом, перепускается из впускной полости
насоса высокого давления обратно в топливный бак через специаль-
ный клапан, отрегулированный на требуемое давление. При этом одно-
временно удаляются пузырьки воздуха и пары топлива.
Применяемые в дизелях топливные фильтры в основном нормализо-
ваны. При проектировании топливной системы пропускную способ-
ность фильтра выбирают равной примерно удвоенному количеству топ-
лива, протекающего через фильтр:
Элементы топливной системы соединены-между собой трубопрово-
дами высокого и низкого давлений. Трубопроводы высокого давле-
ния должны иметь небольшое гидравлическое сопротивление, сохра-
нять герметичность при давлениях до 150 МПа (1500 кгс/см2) и не раз-
рушаться от вибраций и ударных нагрузок. Обычно это стальные бес-
шовные трубки с внутренним диаметром 2 мм и более. Объем и длина их
94
элжны быть по возможности минимальными. Места присоединения труб-
опроводов делаются разъемными и одновременно надежными по плот-
ости. При наружных диаметрах до 10 мм чаще применяют соедине-
1НЯ с высаженным конусом. Элементы топливной системы до насоса вы-
окого давления соединяют трубками из красной меди или стали.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ
В эксплуатации мощность двигателя меняется от мощности холосто-
> хода до номинальной. Для получения мощности меньше номиналь-
эй снижают частоту вращения (не изменяя подачу топлива) или умень-
ают количество сжигаемого топлива, не изменяя частоты вращения-
лзможно и одновременное снижение частоты вращения и подачи топ.
tea. При этом меняются все показатели работы двигателя. При ра-
истве мощности двигателя и потребителя параметры работы двига-
ли остаются постоянными и такой режим работы называется уста-
вившимся. При изменении мощности потребителя и мощности двига-
ли параметры работы меняются. Переходным режимом называют
реход двигателя на другое значение мощности. После окончания этих
менений наступает новый установившийся режим работы дизеля,
гулировать мощность двигателя на заданном скоростном режиме
жно вручную или регулятором частоты вращения. При отклонении
:тоты вращения коленчатого вала от заданной регулятор передви-
!Т регулирующий орган топливного насоса и соответственно увели-
вает или уменьшает подачу топлива. Изменение частоты вращения
:принимается чувствительным элементом, илн измерителем скоро-
и. По принципу действия чувствительного элемента различают меха-
ческие, гидравлические, пневматические и электрические регуляторы.
Закономерности, определяющие изменение мощности и вращающе-
момента дизеля в зависимости от частоты вращения вала или от поло-
зия рейки топливного насоса, являющейся регулирующим органом,
ывают характеристиками двигателя. Характеристикой дизеля обыч-
называют также графическую зависимость основных параметров
ел я от одного из параметров, принятого за независимый. Характе-
тики представляют в виде кривых в соответствующих координат-
i осях и подразделяют их на скоростные и нагрузочные. Характе-
тика называется скоростной, если в качестве независимой перемен-
! Принята частота вращения вала дизеля. Если независимой пере-
ной служит А'е. Ре или вращающий момент на валу дизеля, то ха-
теристика называется нагрузочной. К числу скоростных характе-
тик относятся внешние и винтовые.
Под внешней характеристикой предельной мощности (кривая 1
эис. 48) понимают зависимость максимально достижимых мощно-
[ двигателя и соответствующих им расходов топлива от частоты вра-
ия. Для построения этой характеристики нагрузку на двигатель и
юту вращения изменяют на стенде с тормозным устройством. При
95
этом рейка топливного насоса высокого давления (ТНВД) снята с упо-
ра и дизель работает с перегрузкой, сопровождающейся дымным выхло-
пом из-за нечйдного сгорания топлива. Ухудшение рабочего процесса
при работе дизелей тто этой характеристике вызывает повышенный рас-
ход топлива, перегрев поршней, клапанов и усиленное нагарообразова-
ние. Чтобы не работать по такой характеристике, подачу топлива у
дизелей в эксплуатации ограничивают путем фиксации упора рейки
ТНВД при выпуске машины с завода. Передвигать упор рейки с места,
установленного заводом, нельзя, так как это может привести к пе-
регрузке и аварии дизеля.
Мощности, которые дизель способен развивать при переменных час-
тотах вращения и переменной нагрузке в случае положения рейки
ТНВД на упоре, соответствуют внешней характеристике, называемой
внешней характеристикой максимальной мощности (кривая 2). Работа
по этой характеристике менее опасна, чем работа по предельной внеш-
ней характеристике. Однако она тоже нежелательна, особенно в зоне
сниженных частот вращения.
Эксплуатационные нагрузки двигателя, должны находиться в поле
допустимых нагрузок, заключенном между верхней 2 и нижней 4 ог-
раничительными характеристиками. Последняя — это характеристика
минимальных мощностей, допустимых при длительной работе дизеля.
Все внешние характеристики, которые расположатся между кривыми
2 и 4, называют частичными. Любая внешняя характеристика как бы
указывает, что вне ее работа дизеля на данном скоростном режиме не-
возможна; при этом возможен только переход на другую характеристи-
ку. Любой выбранный режим работы дизеля должен укладываться в
в поле нагрузок, заключенное между верхней и нижней ограничитель-
ными характеристиками. Эго явится гарантией сохранения ресурса и
надежности дизеля.
Для уточнения внешних характеристик применяют регуляторные
характеристики (кривая <?), которые представляют собой зависимости
Рис. 48. Поле допустимых на-
грузок дизеля
мощности дизеля от частоты его вра-
щения при различной настройке ре-
гулятора частоты вращения. Линия 5
показывает при этом минимально ус-
тойчивую частоту вращения вала ди-
зеля.
Если у дизеля требуется ограничить
только максимально допустимую частоту
вращения, то устанавливают одноре-
ясимный регулятор. Двухрежимные ре-
гуляторы-обеспечивают устойчивую ра-
боту дизеля на двух крайних скорост-
ных режимах, соответствующих nmin и
пшах. Всережимные регуляторы служат
для автоматического поддержания раз-
личных заданных (стабильных) частот
Рис. 49
»с. 49. Внешние и
тором
регуляторные характеристики дизеля с двухрежимиым регу-
:. 50. Нагрузочная характеристика двигателя
ащения во всем диапазоне рабочей частоты вращения вала (напри-
p. у тепловозов).
На рис. 49 показаны характеристики двухрежимного регулятора:
ешняя 1 (максимальной мощности), частичные 2—4 и регулятор-
ie 5—8 для максимальных и 9—11 для минимальных частот враще-
я. J
Нагрузочная характеристика двигателя (рис. 50) устанавливает
висимость показателей его работы от нагрузки при п = const, что
рактерно для дизель-генераторов рефрижераторного парка. При ра-
те дизеля по этой характеристике эффективная мощность Ne из-
няется только за счет изменения давления в цилиндре (ре и р{).
ичем изменение этих параметров пропорционально изменению не-
узки. При отсутствии нагрузки We = 0, ре = 0, т. е. двигатель ра-
тает на холостом ходу. Угол наклона этой прямой определяется зна-
нием ре Данного дизеля и показывает степень совершенства исполь-
вания рабочего объема его цилиндров. Прямая, отражающая изме-
няя pt, параллельна прямой ре и расположена от нее на расстоя-
1и, пропорциональном отрезку, соответствующему давлению меха-
[ческих потерь рмех- Нагрузочная характеристика в пределах всего
ля допустимых нагрузок позволяет оценить и характер изменения
ких показателей, как коэффициент избытка воздуха а, индикаторный
эффективный т]е и механический т)мек коэффициенты полезного дей-
>ия дизеля.
Нагрузочные характеристики могут быть получены и для дизелей,
ботающих с переменной частотой вращения (п =/= const).
Нагрузочные характеристики, полученные для различных скорост-
X режимов-, позволяют выявить наивыгоднейший эксплуатацион-
Зак. 1971
97
ный режим работы дизеля. Для этого при стендовых испытаниях дизе-
ля для каждого скоростного режима определяют зависимость ge —
— f (Afe). По этим данным находят минимальный удельный расход
топлива ge на любом режиме.
Двигатели малой мощности, работающие с постоянной частотой вра-
щения вала, зачастую оснащают однорежимным регулятором (рис. 51),
изменяющим подачу топлива в цилиндры. Валик 1 механического ре-
гулятора соединен передачей с коленчатым валом дизеля. Вместе с ва-
ликом вращаются корпус 3 регулятора и грузы 5, подвешенные на осях
2. Положение грузов фиксируется пружиной 9, нажимающей на муф-
ту 7 и противодействующей центробежной силе. При увеличении внеш-
ней нагрузки уменьшается частота вращения вала и центробежная си-
ла грузов оказывается недостаточной для преодоления усилия пружи-
ны и положение сближающихся грузов фиксируется упорами 6. При
этом тяга 8, связанная с рейкой топливных насосов, находится в по-
ложении, обеспечивающем наибольший рабочий ход плунжеров топ-
ливных насосов, т. е. наибольшую подачу топлива. При уменыпейии
нагрузки возникает избыточная мощность двигателя, способствующая
повышению частоты вращения валика. Расходящиеся под действием
центробежной силы грузы 5 поднимают муфту 7, вследствие чего тяга 8
будет передвигаться в сторону уменьшения рабочего хода плунжеров
топливных насосов. Подача топлива в цилиндры уменьшается, соот-
ветственно снижается мощность двигателя и частота вращения становит-
ся номинальной. Если грузы достигнут упоров 4 и 11, тяга 8 займет по-
ложение, соответствующее нулевому рабочему ходу плунжера, т. е. по-
дача топлива прекратится. Каждой частоте вращения соответствует
определенное промежуточное положение грузов и соответствующая
величина хода плунжера. Винт (синх-
ронизатор) 10 регулирует силу нажа-
тия пружины, т. е. позволяет изменять
задаваемую частоту вращения вала ди-
зеля.
Частота вращения /г2 при работе на
холостом ходу наибольшая, при работе
на номинальной мощности наимень-
шая — nlt средняя — пСр. Величина
6 = (п2 — П1)/пср называется степенью
неравномерности регулирования, кото-
рая у простых регуляторов составляет
0,06—0,10. В рассмотренной схеме, ко-
гда чувствительный элемент регулятора
непосредственно соединен системой тяг
и рычагов с органом управления пода-
чей топлива (с рейкой топливного насоса
и т.п.), регулятор называется регулято-
ром прямого действия. В этом случае
работа, необходимая для перестановки
Рис. 51. Схема однорежимного
механического регулятора
98
рганов управления, совершается за счет изменения энергии чувстви-
ельного элемента. Однорежимные регуляторы частоты вращения
станавливают у дизелей мощностью до 50 кВт. Многорежимные
егуляторы обеспечивают работу двигателей с несколькими строго
жксированными частотами вращения, например, у тепловозов.
Регуляторы непрямого действия делятся на регуляторы с жесткой
братной связью и изодромные, т. е. с гибкой обратной связью (обес-
ечивающей постоянную частоту вращения на всех нагрузках). У ди-
елей также предусматривают установку регуляторов безопасности
ли предельных выключателей, прекращающих подачу топлива в ци-
индры при увеличении частоты вращения на 10—25 % более номи-
альной.
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ.
1СТЕМЫ ПУСКА ДИЗЕЛЕЙ
. Механизм газораспределения обеспечивает периодически повторяю-
щиеся наполнение цилиндров свежей порцией воздуха (или горючей
иеси) и удаление из них продуктов сгорания. Основными частями ме-
анизма являются впускные и выпускные органы и детали привода,
аботающие в соответствии с вращением коленчатого вала дизеля,
лементами газораспределительного механизма четырехтактных двига-
wiefi являются впускные и выпускные клапаны, клапанные рычаги
соромысла) и толкатели, передающие движение от распределительно-
з вала клапанам, пружины и детали привода вала (рис. 52). У двух-
актных дизелей в состав механизма газораспределения в большинст-
е случаев входят впускные (продувочные) и выпускные окна в ци-
индре, периодическое открытие и закрытие которых производится
оршнем. У некоторых дизелей выпускные окна заменены выпускны-
и клапанами, расположенными в крышке цилиндра. В этом случае
вигатель снабжают соответствующим клапанным приводом.
Качество очистки и наполнения цилиндра зависит главным обра-
>м от продолжительности открытия клапанов и величины их проход-
ого сечения. Однако время открытия газораспределительных органов
язано с частотой вращения вала и составляет в быстроходных двигате-
IX сотые и даже тысячные доли секунды. Увеличение проходных се-
ний ограничено размерами цилиндра. Поэтому детали механизма
зораспределения работают в резко переменных режимах, а ряд де-
лей подвергается воздействию горячих газов. Все это предъявляет
юокие требования к материалам и конструкциям деталей, их смаз-
и охлаждению.
В двигателях внутреннего сгорания применяют газораспределение
едующих типов: клапанное, золотниковое и комбинированное.
Клапанное газораспределение наиболее распространено ввиду от-
юительной простоты и достаточной надежности. Впускные и выпуск-
ie клапаны применяют в четырехтактных двигателях, а в некоторых
99
двухтактных двигателях — только выпускные. Как правило, каждый
рабочий цилиндр имеет один впускной и один выпускной клапаны.
Некоторые двигатели снабжают тремя или четырьмя клапанами.
В этом случае два из иих управляют впуском. Число клапанов зависит
от цилиндровой мощности двигателя, диаметра цилиндра и средней
скорости поршня. ,
В зависимости от места установки клапанов различают верхние
(подвесные), нижиие и комбинированные (смешанные) клапаны.
Верхние клапаны (см. рис. 52) размещают в головке цилиндра, они как
бы подвешены над цилиндрами. Это позволяет создать компактную сфе-
рическую или цилиндрическую камеру сгорания, обеспечивающую
хорошее смесеобразование при малых тепловых потерях через стенки
камеры. Привод верхних клапанов осуществляется от верхнего
(рис. 52, а, б, в, г) или нижнего (рис. 52,5) распределительного вала
через промежуточные детали в виде коромысел /, рычагов 2, траверс
<?, штанг 4 и толкателей 5.
Клапаны, находящиеся в блоке цилиндров, называют нижними
(рис. 52, е). Они располагаются с одной или двух сторон цилиндра.
При таких клапанах снижается высота двигателя, увеличивается жест-
кость конструкции, упрощается механизм газораспределения и снижа-
ется шум работы. Однако камеры сгорания при нижнем расположении
клапанов менее компактны и имеют значительные теплопотери, что
снижает экономичность дизеля.
Рис. 52. Схемы установки клапанов и их привода:
/ — коромысло; 2 — рычаг; 3 — траверса; 4 — штанга; 5 — толкатель
100
У двигателей с комбинированным расположением клапанов в голов-
е цилиндров размещают впускные клапаны, а в блоке цилиндров
ыпускные.
Золотниковое (бесклапанное) газораспределение применяется край-
е редко. Комбинированное газораспределение иногда используют в
вухтактных дизелях.
Большинство современных дизелей имеет верхнеклапаниое рас-
ределение, способствующее получению большей мощности при вы-
шкой быстроходности. При таких клапанах снижается гидравличе-
кое сопротивление на впуске и улучшается наполнение цилиндров.
г двухтактных двигателей распределительный вал связан с коленчатым
влом зубчатыми колесами или роликовой цепью с передаточным чис-
ом 1:1. У четырехтактных двигателей частота вращения распредели-
вльного вала в 2 раза меньше частоты вращения коленчатого вала,
кулачки впускных и выпускных клапанов размещены на распредели-
ельном валу соответственно числу цилиндров двигателя. Выполнены
кулачки обычно за одно целое с валом и расположены относительно
>уг друга в соответствии с порядком работы цилиндров. Поверхность
'лачков тщательно обрабатывается. Профиль кулачка определяется
1ительностью фаз газораспределения, а также условиями безудар-
но движения ролика толкателя по кулачку. Кулачок обычно имеет
мметричный профиль.
Впускной и выпускной клапаны выполняют из жаропрочной ста-
и, так как их температура во время работы достигает соответственно
*10—750 и 800—1100 К (250—450 и 700—900 °C). Выпускной
1апан обычно имеет меньший диаметр тарелки, чем впуск-
)й. Клапанные пружины навивают из специальной пружинной прово-
юй и устанавливают обычно по две пружины разного диаметра на
ин клапан.
Во время эксплуатации возникают различные неисправности в ме-
гизме газораспределения. Изнашиваются рабочие поверхности кулач-
распределительиого вала и тарелки пружины толкателя, а также
ерические наконечники штанг. Теряют правильную геометрическую
рму тарелки клапана и его седло. Клапанные пружины теряют уп-
гость. Увеличивается осевое перемещение распределительного вала.
> этим причинам в механизме газораспределения нарушаются уста-
вленные зазоры, что ведет к нарушению в целом работы двигателя.
и увеличении зазора выше допустимого клапан открывается не
костью, что значительно ухудшает наполнение цилиндров свежим
рядом и очистку
его от отработавших газов.
Если тепловой
зазор в
хаиизме газораспределения уменьшится или появятся отложения на-
ра на посадочной поверхности тарелки клапана и седла, клапан са-
тся в седло неплотно. Происходит утечка раскаленных газов и об-
рание посадочных поверхностей клапана и седла, в результате чего
дают компрессия в цилиндре и мощность двигателя. Потеря упруго-
и пружин снижает усилия прижатия клапанов к седлам.
ЮГ
Обслуживание механизма газораспределения состоит в проверке и
регулировке теплового зазора между клапанами и бойками коромысел,
проверке и восстановлении герметичности клапанов и проверке и ре-
гулировке осевого перемещения распределительного вала.
Системы пуска дизелей. Двигатели внутреннего сгорания при пус-
ке нуждаются в раскручивании коленчатого вала. Коленчатый вал
дизеля следует привести во вращение от постороннего источника энер-
гии и заставить вращаться с частотой, обеспечивающей необходимые
условия для нормального наполнения цилиндра, сжатия, смесеобра-
зования и воспламенения горючей смеси. Эта пусковая частота враще-
ния зависит от типа и конструкции двигателя, способа смесеобразова-
ния, температуры поступающего воздуха и самого двигателя. У ди-
зелей это обычно 150—300 об/мии. Лучшими пусковыми свойствами
обладают дизели с меньшей поверхностью камеры сжатия и высокой
степенью сжатия. Хорошо запускаются дизели с непосредственным
впрыском, несколько хуже — с вихревым смесеобразованием и труд-
но предкамерные. Существенное влияние на условия пуска оказы-
вает топливоподача. Чем выше давление впрыска в момент достижения
дизелем пусковой частоты вращения, тем лучше распиливается топли-
во и легче пуск. В этом отношении удобны форсунки закрытого типа.
При запуске двигателя надо преодолеть сопротивления, вызван-
ные трением и работой всех механизмов, систем двигателя и ужимае-
мого воздуха в цилиндре. Причем у холодного двигателя требуется
большее усилие для проворачивания коленчатого вала, чем у прогре-
того. При недостаточно быстром вращении коленчатого вала ухудшает-
ся смесеобразование, а также уменьшаются давление и температура
сжимаемого воздуха. Снижение пусковой частоты вращения дизеля до
100—150 об/мин возможно лишь при использовании дизельных топ-
лив с высокими цетановыми числами и низкими температурами само-
воспламенения. В зависимости от постороннего источника энергии,
используемого при пуске, различают следующие способы пуска:
ручной пуск — проворачиванием вала пусковой рукояткой (при-
меняется у дизелей мощностью не более 15 кВт);
электрический — электродвигателем (стартером) постоянного то-
ка, питающимся от аккумуляторной батареи; иногда присоединенный
электрогенератор превращают в пусковой электродвигатель;
воздушный — вспомогательным воздушным пусковым двигателем
(пневмостартером) или, что чаще, подачей сжатого воздуха непосред-
ственно в цилиндры дизеля во время хода расширения;
вспомогательный одно-двухцилиндровым карбюраторным двигате-
лем, пускаемым в свою очередь стартером или вручную. Иногда для
повышения надежности пуска применяют два различных пусковых
устройства на одном дизеле. Наиболее широко применяется электриче-
ский и воздушный пуск двигателей.
ава IV
1СТЕМЫ ДИЗЕЛЕЙ: ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ,
ХЛАЖДЕНИЯ И СМАЗОЧНАЯ
. СИСТЕМЫ ВПУСКА ВОЗДУХА
ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
Экономичность и надежность двигателей в значительной степени
ависят от систем питания, воздухоснабжения, охлаждения, смазоч-
ой, регулирования и других систем.
Системы впуска и выпуска служат для подвода свежего заряда
воздуха или горючей смеси) к цилиндрам двигателя и отвода из них
отработавших газов. В систему впуска входят воздухоочиститель,
глушитель шума впуска, нагнетатель для продувки и наддува, охла-
1йтель наддувочного воздуха, впускные трубопроводы или ресивер.
Отвод отработавших газов осуществляется выпускной системой, в
которую входят выпускной трубопровод, газовая турбина и глушите-
ли шума выпуска. Общим требованием к этим системам является по
возможности малое сопротивление для прохода воздуха (газов), что
необходимо для снижения насосных потерь и увеличения наполнения
цилиндров, а также для более полного использования энергии вы-
пускных газов в турбине воздухонагнетателя. Для этого все каналы
делаются плавными, а впускные трубопроводы — симметричными (по
цилиндрам). Для очистки воздуха от пыли на двигателях устанавли-
вают воздушные фильтры-воздухоочистители, применение которых при
работе в условиях сильной запыленности снижает износ деталей в
1,5—2 раза.
Воздушные фильтры делят на инерционные, фильтрующие и ком-
бинированные. Любой фильтр при высокой эффективности очистки дол-
жен иметь малое гидравлическое сопротивление, достаточные пылеем-
кость, надежность и удобства в обслуживании. Инерционные и фильт-
рующие воздушные фильтры называют сухими, если их поверхности
не смачиваются маслом, и мокрыми (масляными), если они смачивают-
ся маслом. Комбинированные фильтры имеют различные сочетания су-
хой или мокрой инерционной и фильтрующей очисток. Первым по ходу
воздуха ставится инерционный фильтр.
Качество работы воздушного фильтра оценивают коэффициентом
очистки /Со, численно равным отношению массы пыли Gs, задержанной
очистителем, к массе всей пыли Glt поступившей в него:
К С*1—
Ot 02 -|-Оя 01
•де Gs масса пыли, содержащейся в воздухе после фильтра.
У современных комбинированных воздушных фильтров этот коэф-
фициент достигает 0,97—0,99. Наименьший коэффициент очистки у
103
Рнс. 53. Схемы роторно-зуб-
чатого (а) и пластинчато-
го (б) нагнетателей: !
I — корпус; 3—ротор; 3 — пла-
стина
одноступенчатых сухих инерционных фильтров, которые не задержи-
вают мелких частиц пыли. В последние годы распространение получа-
ют сухие воздушные фильтры с бумажными фильтрующими элемента-
ми из специальной гофрированной бумаги или фильтр-картона. Со-
противление воздушного фильтра при работе двигателя на полной Мощ-
ности колеблется в пределах 250—600 мм вод. ст. и увеличивается по
мере эксплуатации из-за загрязнения.
Нагнетатели для продувки и наддува. Увеличение заряда воздуха,
поступающего в цилиндр, достигается путем дозарядки и наддува.
При дозарядке массу воздуха увеличивают, не используя воздух вы-
сокого давления. Например, при продувке камеры сгорания в четырех-
тактных двигателях дозарядка цилиндра происходит вследствие под-
сасывающего действия уходящих отработавших газов при одновремен-
ном открытии впускных и выпускных клапанов. Нагнетатели по кон-
струкции делятся на объемные и лопаточные. Среди объемных нагнета-
телей наиболее распространены ротационные, которые подразделяются
на пластинчатые и роторно-зубчатые (рис. 53).
Лопаточные нагнетатели бывают центробежные и осевые. Наибо-
лее. широко распространены центробежные нагнетатели благодаря их
простоте, малым габаритам, массе и высокому КПД. Во многих дизе-
лях нагнетатели приводятся в движение от газовых турбин, использу-
ющих энергию отработавших газов. Для снижения температуры воз-
духа применяют охладители наддувочного воздуха, которые охлажда-
ют воздух перед поступлением его в цилиндры. Охладители наддувоч-
ного воздуха бывают двух типов: водовоздушные и воздухо-воздушные.
Водовоздушные охладители изготовляют с охлаждающими элемента-
ми из труб, оребренных накаткой, проволочной спиралью, пластина-
ми или лентой, а также с охлаждающими элементами из профильных
листов. В этих охладителях наддувочный воздух охлаждается водой
из системы охлаждения двигателя. Они компактны и удобно располага-
ются на двигателе между турбокомпрессором и впускным трубопрово-
дом. Однако в водовоздушных бхладителях не удается значительно
снизить температуру наддувочного воздуха; так как вода в системе ох-
лаждения имеет высокую температуру. В большей степени снизить
температуру наддувочного воздуха удается в воздухо-воздушном ох-
ладителе, который, однако, более громоздкий.
Впускные и выпускные трубопроводы и глушители. У дизелей по
впускному трубопроводу поступает в цилиндр воздух, а по выпускно-
104
у отводятся из цилиндра отработавшие газы. Обычно эти трубопро-
воды изготовляют в виде общих (одной или нескольких отливок) кол-
екторов, которые присоединяют шпильками и гайками к головке ци-
индров. Выпускной коллектор дизеля отливают из чугуна или делают
з сварных труб. Иногда его выполняют с двойными стенками, которые
бразуют рубашку водяного охлаждения коллектора. Глушители шу-
а служат для снижения общего уровня аэродинамического шума, из-
учаемого системами впуска и выпуска двигателей. В зависимости от
истемы впуска дизеля глушители шума впуска могут выполняться в
иде расширительной камеры или в форме сопла (рупора). Применя-
йся также резонансные глушители в виде камеры, через которую про-
одит труба с отверстиями, и комбинированные с заполнением части
амеры влаго-и маслостойким звукопоглотительным материалом. Глу-
[ители шума выпуска могут быть поглощающие, лабиринтные, с ох-
аждением отработавших газов водой и с переменным сечением. По-
(едние наиболее распространены и представляют собой камеры, По-
,едовательно соединенные несимметричными патрубками.
U СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ
При сгорайии топлива или горючей смеси в цилиндре двигателя
мпература газов повышается до 2273—2773 К (2000—2500 °C) и со-
ветственио возрастает температура соприкасающихся с ними дета-
?й: поршня, цилиндра, головки клапанов. Если не охлаждать эти де-
ли, то температура их повысится настолько, что они окажутся не-
аботоспособными и выйдут из строя. Надо охлаждать также масло,
щревающееся в процессе работы, и наддувочный воздух у форсиро-
1нных двигателей. Система охлаждения служит для отвода тепла от
талей, нагревающихся от контакта с горячими газами или вследствие
ения, и поддержания в деталях допустимой температуры. В систему
лаждения в зависимости от быстроходности и мощности двигателя
'водится 15—30 % тепла, образующегося при сгорании топлива,
емпературный режим системы охлаждения оказывает значительное
тияние на работу, экономичность и износ деталей двигателя.
Для поршневых двигателей внутреннего сгорания применяют си-
гемы жидкостного и воздушного охлаждения.
В качестве теплоносителя в системе охлаждения используют воду,
ущественным недостатком воды как охлаждающего вещества явля-
ся высокая температура замерзания и низкая температура кипения,
мерзание воды сопровождается увеличением объема на 10 % и может
ивести к образованию трещин в стенках водяной рубашки и выходу
игателя из строя. Поэтому для работы при низких температурах во-
заменяют жидкостями, замерзающими при низкой температуре
гтифризами). Низкая температура кипения воды препятствует при-
щнию высокотемпературного охлаждения, которое позволяет зна-
гельно сократить размеры теплообменников.
105
Система охлаждения должна обеспечивать постоянный температур-
ный режим независимо от нагрузки двигателя. Перегрев или переох-
лаждение, нарушают нормальную рабрту. Наибольшая экономич-
ность двигателя и наименьший износ деталей наблюдаются при тем-
пературе воды, выходящей из двигателя, 350—365 К (75—90°С). При
более низких температурах ухудшается индикаторный процесс, сни-
жается механический КПД, а на внутренних поверхностях цилинд-
ров. конденсируются кислоты, агрессивные к металлам. Для дизелей
запрещена длительная работа при температуре охлаждающей воды
ниже 330 К (60° С).
\ , Для уменьшения потерь тепла в охлаждающую воду применяют вы-
сокотемпературное охлаждение, когда температура воды в системе
поддерживается выше температуры ее кипения при параметрах окру-
жающей среды. Достигается это увеличением давления до 0,2—0,3 МПа
(2—3 кгс/см®) внутри закрытого контура охлаждения. Жидкостное ох-
лаждение как более интенсивное, чем воздушное, лучше обеспечивает
бездетонационное сгорание топлива в карбюраторных двигателях и
обусловливает меньшую тепловую напряженность деталей камер сго-
рания дизелей. Воздушную систему охлаждения применяют в мотоцик-
летных, автотракторных и стационарных двигателях. На наружной
поверхности цилиндров и крышек двигателей выполняют ребра для
лучшей теплоотдачи, которые обдуваются воздухом от осевых или цент-
робежных вентиляторов. Двигатели с воздушны^ охлаждением имеют
ряд преимуществ: они проще и надежнее в эксплуатации, расходуют
меньше топлива и запасных частей; имеют меньшие габариты и не раз-
мораживаются. Недостатками воздушного охлаждения являются высо-
кий расход смазки и повышенная шумность двигателей» трудности за-
пуска при низких температурах воздуха и неравномерное охлаждение
цилиндров в многоцилиндровых двигателях. Кроме того, температура
основных деталей у двигателей воздушного охлаждения выше, чем у
двигателей водяного охлаждения. Вследствие большой теплонапряжен-
ности двигателя и подогрева засасываемого воздуха у двигателей с
воздушным охлаждением среднее эффективное давление и литровая
мощность несколько меньше, чем у двигателей с водяным охлаждением.
Циркуляционная схема жидкостного охлаждения двигателя внут-
реннего сгорания. Основными элементами системы охлаждения
являются (рис. 54) зарубашечное пространство цилиндров и головок
цилиндров 9 двигателя, заполненное водой, радиатор 12, центробеж-
ный водяной насос 10, вентилятор 3 и система трубопроводов, в том
числе подвода 6 и отвода 4 воды к корпусу подшипников турбонагнета-
теля 5. В этой системе количество боды, подаваемой для охлаждения
двигателя, зависит только от производительности насоса. Насос, при-
водимый в движение от вала двигателя, подает охлажденную в радиа-
торе воду в рубашку блока цилиндров по трубке 8 с отверстиями. Во-
да отбирает тепло от втулки цилиндра, затем от головки и отводится в
радиатор. Последний охлаждается потоком воздуха, создаваемым
вентилятором. Для контроля температуры воды в верхней части ра-
ме
iTopa установлен штуцер для датчика термометра 2. Водой система
олняется через горловину 1 радиатора. Спуск воды из радиатора
ез кран 11, а из системы — через кран 7, находящийся в самой ниж-
точке двигателя на водяном насосе.
В замкнутой открытой системе охлаждения, когда верхняя часть
еиатора непосредственно сообщается с атмосферой, температура ох-
ждающей умягченной воды должна быть не выше 85—90 °C.
У многих двигателей с целью уменьшения расхода охлаждающей
ды на испарение и повышения температуры закипания воды система
лаждения не сообщается с атмосферой. Такую систему охлаждения
зывают закрытой. В автоматизированной системе охлаждения обыч-
имеется бачок уровня воды с датчиком и реле аварийного уровня
ды, срабатывающее при снижении уровня воды в системе ниже допу-
имого, и дизель останавливается. Многие из двигателей с замкнутой
стемой охлаждения имеют автоматические регуляторы температуры,
еспечивающие поддержание температуры воды в заданных пределах.
Количество воды, прокачиваемой через систему охлаждения, зави-
т от конструкции агрегата и кратности циркуляции. При циркуля-
юнном способе охлаждения свежей воды (на пополнение утечек, ис-
рение) расходуется немного, в результате чего уменьшается образо-
ние накипи. Кроме того, принудительная циркуляция воды с доста-
чно высокой скоростью позволяет уменьшить габаритные размеры
ех элементов системы охлаждения и обеспечить более равномерное
пловое состояние двигателя, так как разность температур воды на
ходе и выходе из двигателя может быть снижена до 5—10 °C.
К качеству охлаждающей воды предъявляют высокие требования.
Охлаждающая вода не должна быть жесткой. В ней не допускаются
'ис. 54. Схема замкнутой системы охлаждения дизеля
107
механические примеси и органические вещества. Для предохранения
поверхностей охлаждаемых деталей от действия примесей в воду до-
бавляют химические препараты или антикоррозионные масла. Препа-
раты образуют прочные защитные пленки на охлаждаемых поверхно-
стях и переводят накипеобразователи в шлам. Антикоррозионные мас-
ла образуют стойкую эмульсию и тонкую пленку на поверхностях, пре-
дотвращающую коррозию и отложение накипи. Из присадок исполь-
зуют калиевый хромпик (0,3—0,5 %), кальцинированную соду (0,1 %),
едкий натр (0,03 %), бихромат натрия (0,1 %), присадку ВНИИ НП-117
(0,5 %). Цифра в скобках указывает процентное содержание каждой,
отдельно используемой присадки в воде, залитой в систему охлажде-
ния. Антикоррозионное масло (1 %) вводят при первоначальном за-
полнении системы. Простым методом умягчения воды является ее ки-
пячение, с последующим фильтрованием через плотную ткань. Заправ-
лять систему можно и дистиллированной водой, например чистым кон-
денсатом отработавшего пара электростанций или котельных.
Для охлаждения ряда двигателей применяют жидкости, не замер-
зающие при низкой температуре. Так, смесь, состоящая из 30 % спир-
та (денатурата) и 70 % воды, замерзает при температуре— 10° С,
а смесь из 55 % этиленгликоля и 45 % воды — при температуре
— 40° С. Самая низкай температура застывания (—75 °C) будет, если
в смеси имеется 66,7 % этиленгликоля и 33,3 % воды.
В Советском Союзе выпускают четыре марки антифриза, представ-
ляющие смесь этиленгликоля, воды и (обязательно) антикоррозион-
ной присадки: низкозамерзающие жидкости марок 40 и 65, «Тосол
А-40» и «Тосол А-65». Цифры соответствуют минусовым температурам
застывания. При использовании антифриза никаких изменений в сис-
теме охлаждения не требуется. Смешивать антифриз и тосол нельзя.
Основным недостатком антифризов является их ядовитость.
29. СМАЗОЧНЫЕ СИСТЕМЫ И МАСЛА ДЛЯ ДИЗЕЛЕЙ
Основные движущиеся детали двигателя внутреннего сгорания при
работе испытывают большую напряженность, поэтому узлы трения не-
обходимо смазывать, а также отводить от них тепло. Смазка предназ-
начена для устранения непосредственного соприкосновения трущихся
поверхностей сопряженных деталей двигателя. Смазывание деталей
уменьшает потери мощности на трение, износ и нагрев их, охлаждает
поверхности и смывает с них продукты износа и нагара. Кроме того,
смазка способствует уплотнению поршневыми кольцами внутрици-
линдрового пространства и защищает детали от коррозии. Необходимо
создать слой смазки такой толщины, чтобы обеспечить жидкостное тре-
ние. При этом трущиеся поверхности разделены слоем смазочного мас-
ла и при движении деталей друг относительно друга трение твердых
поверхностей заменяется трением слоев масла. При малых скоростях
движения и высоких температурах трудно создать жидкостное трение.
108
Рис. 55. Схема смазочной системы двигателя с «мокрым» картером
В таких случаях возникает граничное трение, и трущиеся поверхности
разделяются лишь прилипшей к ним тонкой пленкой масла. Гранич-
ное трение неустойчиво: пленка может разорваться и возникнет сухое
прение, приводящее к выходу деталей из строя.
Основными смазываемыми узлами дизеля являются поверхности
трения цилиндро-поршневой группы, подшипники коленчатого вала,
турбонагнетатель, механизм газораспределения и регулятор частоты
вращения. Комплекс устройств, обеспечивающих непрерывное поступ-
ление масла под давлением к смазываемым узлам и очистку масла, со-
ставляет смазочную систему двигателя. Большинство двигателей име-
>т принудительную смазочную систему, обеспечивающую регулируе-
ый подвод масла к трущимся узлам и необходимую интенсивность
иркуляции при высокой надежности системы. В циркуляционную сма-
□чную систему входят: насосы, обеспечивающие циркуляцию масла;
едукционные устройства (клапаны) для регулирования давления мас-
а и дроссельные шайбы для получения различных давлений в отдель-
ых участках системы; устройства для очистки; теплообменники (ра-
иаторы) для охлаждения; вспомогательные устройства и контроль-
о-измерительные приборы; автоматический регулятор температуры
мазочного масла.
К коренным и шатунным подшипникам масло подается из главной
агистрали отдельно к каждому коренному подшипнику и от него к ша-
унным подшипникам (по отверстиям в щеках и шейках вала) или же
* внутреннюю полость вала, а затем по радиальным каналам в шей-
IX к каждому коренному и шатунному подшипнику.
Различают смазочные системы с «сухим» и «мокрым» картером,
смазочной системе с «мокрым» картером поддон двигателя служит ре-
рвуаром для масла (рис. 55). Масло из поддона засасывается насо-
109
сом 10 через трубку 11 и маслозаборник с фильтром 12. Насос под дав-
лением подает масло в фильтр 6 тонкой очистки и масляный холодиль-
ник 4, а затем в главную магистраль 2. Из этой магистрали масло под-
водится к трущимся поверхностям, после чего стекает обратно в под-
дон. Давление в масляной магистрали ограничивается редукционным
клапаном 1, срабатывающим при повышении давления сверх установ-
ленного и перепускающим часть масла из магистрали в поддон. Дав-
ление масла в системе регулируется изменением затягивания пружины
в редукционном клапане. Давление смазки в системе измеряет мано-
метр 3. Для прокачивания масла через двигатель перед пуском слу-
жат дополнительные устройства: магистраль 13, ручной насос 8 и
вентиль 7. Автоматические предохранительные перепускные клапа-
ны 5 и 9 служат для перепуска масла, когда оно еще не прогрелось или
когда возросло давление в масляном радиаторе и перед фильтром. В си-
стему может быть включен специальный прибор, извещающий о недо-
пустимом снижении давления масла.
В смазочной системе с «сухим» картером масло, стекающее в картер,
сразу удаляется из него самотеком или (чаще) откачивающим насосом
и подается в отдельный бак-маслосборник. Эту систему в основном при-
меняют в авиационных и судовых двигателях.
Поскольку масло обладает достаточно высокой вязкостью, а масло-
проводы сильно разветвлены и оказывают большое сопротивление,
для прокачивания требуемого количества масла насосы должны созда-
вать избыточное давление до 0,5—1,0 МПа (6—10 кгс/см*) и более.
Объем масла в системе должен быть небольшим, но достаточным для
заполнения системы и создания определенного запаса, компенсирую-
щего расход масла «на угар> между заправками. Этот расход масла для
различных двигателей разной степени изношенности колеблется от 0,3
до 3 % расхода топлива.
В качестве нагнетающих и откачивающих используют объемные
шестеренчатые и винтовые насосы, отличающиеся надежностью, про-
стотой и способностью создания высоких давлений. Во вращение насо-
сы приводятся от распределительного или коленчатого валов двигате-
ля. Во время работы двигателя масло загрязняется. Для очистки мас-
ла в системе устанавливают специальные фильтры. Фильтры грубой
очистки (полнопоточные) задерживают сравнительно большие части-
цы. Фильтры тонкой очистки обеспечивают тщательную очистку мас-
ла от механических примесей и смол. По принципу действия фильтры
делятся на механические, поглощающие (химические), гидродинами-
ческие и магнитные. Механические фильтры бывают щелевые и сетча-
тые. Щелевые фильтры можно очищать при работе двигателя. Щели
для прокачки масла шириной 0,03—0,15 мм образуются между пласти-
нами или витками проволоки. Сетчатые фильтры выполняют из метал-
лической сетки в виде барабанов или набора перфорированных плас-
тин. Степень очистки зависит от размера ячеек и числа слоев сетки на
пути масла. Предохранительные и пеногасящие сетки имеют до 100 от-
верстий на 1 сма, а фильтрующие сетки — от 200 до 20 000 отверстий
ПО
на 1 см2. Эти фильтры задерживают частицы размером до 0,02 мм. За*
серенные элементы очищают промывкой. К механическим относятся
и фильтры с элементами из войлока, фетра, пряжи, тканых материа-
лов и бумаги. Их применяют для грубой и тонкой очисток. Поглощаю-
щие фильтры задерживают механические примеси и поглощают кисло-
ты, щелочи и воду.
В гидродинамических фильтрах-центрифугах используют центро-
бежные силы. Во вращающемся потоке 3000—40 000 об/мин от масла
отделяются более плотные примеси. Ротор приводится во вращение от
вала дизеля, специального электромотора или реактивным действием
струй очищаемого масла, выбрасываемого под давлением из ротора че-
рез сопла. Центрифуги имеют малое сопротивление и обеспечивают
хорошую очистку масла. Магнитные фильтры в виде постоянных маг-
нитов (пробок и специальных элементов) используют при обкатке дви-
гателей и постоянной эксцлуатации. Эти фильтры надежно задержива-
ют частицы металлов вместе с обволакивающими их смолами.
Принудительно охлаждается масло в трубчатых или пластинчатых
масловодяных холодильниках или масловоздушных радиаторах. На-
иболее распространены масляные холодильники: они компактны и обе-
спечивают стабильность температуры масла. Преимуществом масляных
воздушных радиаторов является исключение опасности попадания во-
ды в масло при неплотности охладителя. Перепад давления масла в
холодильнике не должен превышать 0,1 МПа (1 кгс/см2).
Показателями технического состояния смазочной системы дизеля
служат давление масла магистрали и его температура. Причинами сни-
жения давления масла являются загрязнение фильтров, большой износ
сопряжений кривошипно-шатунного механизма, низкая производи-
тельность маслонасоса, износ или разрегулировка сливного и предо-
хранительного клапанов. При этом ухудшается фильтрация масла в
центрифуге.
Расход масла дизелем является одним из критериев его теплотех-
нического состояния. Данные о расходе масла, отнесенные к расходу
топлива, служат дополнительным диагностическим признаком для
прогнозирования остаточного моторесурса дизеля, т. е. срока эксплуа-
тации до ремонта с выемкой шатунно-поршневой группы. На расход
масла влияют техническое состояние двигателя и условия его эксплу-
атации. На новом обкатанном дизеле расход масла минимальный. По
мере износа двигателя и прежде всего поршневых колец и поршневых
канавок, подшипников и шеек коленчатого вала расход масла увели-
чивается. Сокращается срок службы масла и при несвоевременной про-
мывке или замене фильтрующих элементов в масляном фильтре.
К перерасходу и ухудшению качества масла приводят также наруше-
ние нормального теплового режима двигателя или ненормальные уров-
ни масла в картере.
Физико-химические свойства смазочных масел. Основными физи-
ко-химическими свйствами масел являются вязкость, температура вспы-
шки и застывания, стабильность против окисления. На качество ма-
( ш
сел влияют также содержащиеся в них сера, вода и механические при-
меси.
Масла характеризуются следующими показателями.
Вязкость (внутреннее трение) — это свойство жидких тел сопро-
тивляться перемещению под действием внешних сил. За единицу дина-
мической вязкости принимается Па-с (Н-с/м2), допускается также еди-
ница пуаз, 1 Пз = 0,1 Н-с/м2 (г/см-с). Отношение динамической вяз-
кости жидкости к ее плотности при температуре определения называют
кинематической вязкостью. Единица кинематической вязкости м2/с,
допустима также единица стокс (Ст); сотая часть — сантистокс
(сСт): 1 Ст — 10-4 м2/с. Вязкость масла характеризует его способность
образовывать масляный слой между металлическими поверхностями
трущихся деталей и обеспечивать жидкостное трение. С повышением
температуры вязкость падает, а масло разжижается. Степень измене-
ния вязкости масла при изменении температуры выражается индексом
вязкости. Чем он выше, тем лучшим считается масло.
Температура вспышки — наименьшая температура, при которой
пары нагретого в тигле масла образуют с окружающим воздухом
смесь, вспыхивающую при поднесении к ней открытого пламени. Тем-
пература воспламенения — температура, при которой нагреваемое
масло загорается от поднесенного пламени и горит не менее 5 с. Низкая
температура вспышки характеризует огнеопасность масла или указы-
вает на попадание в него топлива.
. Температура застывания — температура, при которой масло теря-
ет подвижность.
Стабильность масла — это неизменность его свойств при хранении и
использовании. Одной из главных причин изменения свойств масла
является его неустойчивость к кислороду воздуха, особенно при повы-
шенных температурах. Стабильность масла обычно характеризуется
коксовым числом.
Моющие свойства — это способность масла сохранять в мелкодис-
персном взвешенном состоянии образующиеся в нем при работе двига-
теля углеродистые частицы, не допуская отложения частиц на деталях
цилиндропоршневой групп I.
Зольность характеризует содержание в масле солей кислот и дру-
гих веществ, остающихся в небольшом количестве в масле после его
очистки.
Антикоррозионные свойства масла зависят от наличия в свежем
масле органических кислот и образования в нем неорганических кис-
лот при работе двигателя, а также от содержания в нем противокор-
розионных присадок. Показателем коррозионных свойств масел явля-
ется кислотное число, выражающееся в миллиграммах едкого кали,
(мг, КОН) требующегося для нейтрализации 1 г масла. Содержание
кислот и щелочей в масле строго ограничено. Вода, попадая в масло,
ухудшает его смазывающие свойства и может вызвать коррозию метал-
лов. Механические примеси в свежем масле ие допускаются, в эксплу-
112
атацни ограничиваются, так как они вызывают повышенный износ и
нагрев трущихся деталей.
К маслам предъявляют следующие требования: оптимальная вяз-
кость при хорошей смазывающей способности и незначительное изме-
нение вязкости с изменением температуры; возможно низкая темпера-
тура застывания, обеспечивающая легкий пуск двигателя при низких
температурах; высокая стабильность в рабочих условиях.
В двигателях внутреннего сгорания применяют жидкую смазку
(масло) и консистентную (густую). Последнюю используют для ряда
вспомогательных агрегатов двигателя. Жидкими смазочными маслами
являются нефтяные масла. Для улучшения свойств в масла вводят
различные присадки, повышающие их вязкость, стабилизирующие ка-
чество в процессе работы, снижающие температуру застывания, кор-
розионное действие и т. д. Присадки добавляют к маслам в небольших
количествах; ряд присадок являются несовместимыми и применяются
только порознь.
Смазочные масла, применяемые в двигателях внутреннего сгора-
ния, называют моторными. По действующей в СССР классификации
их подразделяют на группы в зависимости от типа двигателя и степени
его форсирования (табл. 12).
Таблица 12
Группа масел по эсплуата- ционным свойствам Область применения
А Нефорсированные карбюраторные двигатели и ди- зели
Б Б! Б2 Малофорсированные карбюраторные двигатели Малофорсированные дизели
В «а « Средиефорсированные карбюраторные двигатели Среднефорснрованные дизели
Г г, г2 Высокофорсированиые карбюраторные двигатели Высокофорсированные дизелн
д Высокофорсированные дизели, работающие в тя- желых условиях
ИЗ
Масла разных марок в пределах каждой группы должны быть сов-
местимы без ухудшения эксплуатационных свойств. Маркируются мо-
торные масла в зависимости' от их вязкости и эксплуатационных
свойств. Так, например, в обозначении М10Ва буква М указывает на
то, что масло моторное, цифра 10 означает уровень вязкости в сСт при
100° С, а буква В с индексом 2 показывает, что масло данной группы
предназначено для среднефорсированных дизелей. Если масло приме-
няется в карбюраторных двигателях и в дизелях, то буква, обозначаю-
щая область его применения, цифрового индекса не имеет (М10В).
Качество моторных смазочных масел оценивается рядом показате-
лей (табл. 13)
Таблица 13
Параметры Марка масла
М-11Б2 М-12Б2 М-14Б2
Вязкость кинематическая при 373 К (100°C), сСт Индекс вязкости, не менее Температура вспышки, К (°C), не ни- же Температура застывания, К (°C), не выше Кислотное число, мг КОН иа 1 г (без присадки) Коксуемость (без присадки), % Зольность масла (без прнсадкн), %, не более 10=Ы 473(200) 255 (—18) 0,15 0,4 0,005 12±0,5 85 473(200) 258С—15) 0,05 0,3 0,005 14±1 85 473(200) 258(—15) 0,05 0,4 0,005
Выбор марки смазочного масла также связан с качествами приме-
няемого дизельного топлива. Температура вспышки масла не должна
быть ниже 473 К (200° С), понижение ее до 433—448 К (160—175° С) по-
казывает необходимость смены масла. К браковочным признакам от-
носят также наличие механических примесей до 1,0—1,5 % или уве-
личение кислотного числа до 2 мг/г КОН (для дизелей с баббитовыми
вкладышами подшипников).
Для дизелей рефрижераторного подвижного состава применяют
масла вязкостью (124-22) 10-8 м2/с (12—22 сСт) с различными присад-
ками. Так, для дизелей 6ЧН 12/14 рекомендуются моторные масла
М-14Га и М-14 Ва.
Г лава V
ПУТИ РАЗВИТИЯ И ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
ВЙУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
30. ГАЗОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Газовые двигатели работают на газообразном топливе. Используют
их в основном в силовых установках, обслуживающих газовую и неф-
тяную промышленности, а также на автотранспорте и морских судах,
перевозящих природные газы. Известны двигатели с подачей газа в
цилиндры в конце хода сжатия, когда газ смешивается со сжатым вы-
соконагретым воздухом й самовоспламеняется. Однако они не полу-
чили распространения вследствие больших габаритных размеров кон-
струкции, рассчитанной на возникающие при таком сгорании высокие
механические напряжения.
При переводе на газообразное топливо двигателей низкого сжатия
с внешним смесеобразованием, если степень сжатия остается неизмен-
ной, мощность двигателя снижается на 15—30 % вследствие мень-
ших теплорыделения и скорости сгорания газовоздушной смеси. Мощ-
ность карбюраторного двигателя не падает только при использовании
высококалорийных сжатых до 20 МПа (200 кгс/см2) или сжиженных га-
зов (пропан, бутан) под давлением до 1,6 МПа (16 кгс/см2) и повыше-
нии степени сжатия до 10—12. Это возможно ввиду высокой детона-
ционной стойкости газообразного топлива.
В двухтактные двигатели в этом случае газообразное топливо пода-
ется в начале хода сжатия. При этом возможна раздельная подача га-
за и воздуха или, что чаще, подача готовой газовоздушной смеси, об-
разующейся в специальных устройствах — смесителях. Для многоци-
линдровых двигателей обычно применяют один смеситель с пересека-
ющимися или параллельными потоками воздуха и газа, обеспечиваю-
щий хорошее смесеобразование вследствие высоких скоростей пото-
ков. У двигателей средней мощности применяют индивидуальные сме-
сители для каждого цилиндра, что выравнивает нагрузку последних
и снижает взрывоопасность.
Качество горючей смеси регулируют воздушной дроссельной заслон-
кой, количество — газовоздушной, размещенными в патрубках смеси-
теля. Наиболее распространенным способом перевода четырехтактного
дизеля на питание газовым топливом является переоборудование его
в газовый двигатель с искровым зажиганием. Для этого топливный на-
сос и форсунки дизеля заменяют комплектом электрического оборудо-
вания для зажигания рабочей смеси от искры. Степень сжатия двига-
теля снижают до 8,0—9,0 установкой новых поршней или реконструк-
цией головок цилиндров. Преимуществом подобного метода являются:
возможность полного отказа от применения жидкого топлива, повыше-
на
ние удельной мощности вследствие резкого уменьшения коэффициен-
та избытка воздуха, более полное сгорание и уменьшение содержания
вредных примесей в отработавших газах. Недостаток—необходимость
существенной реконструкции двигателя.
При другом методе использования газообразных топлив дизели
работают по так называемому газодизельному циклу, т. е. на газовом
топливе с присадкой жидкого топлива. В процессе впуска двигатель
засасывает вместо воздуха готовую газовоздушную смесь. Темпера-
тура конца сжатия (500—600° С) недостаточна для самовоспламене-
ния газовоздушной смеси и воспламенение ее достигается впрыском не-
большой порции жидкого топлива с помощью стандартных топливного
насоса и форсунок дизелей. Порция жидкого топлива составляет
10—20 % его нормального расхода при работе по обычному дизельно-
му циклу. Интенсивность воспламенения газовоздушной смеси факелом
жидкого топлива значительно больше, чем при зажигании от искры.
Процесс сгорания основной массы горючей смеси протекает примерно
при постоянном объеме. В случае смешанного процесса сохраняются
высокая степень сжатия дизеля и воспламенение от впрыскиваемого
жидкого топлива. При такой работе дизель снабжается баллоном с га-
зом, регулятором давления газа и газосмесительным устройстве»!.
Газодизельный процесс не вызывает значительных переделок дви-
гателя и сохраняет его стандартную топливную аппаратуру, т. е. воз-
можность работы на жидком топливе. К недостаткам такого процесса
относят необходимость иметь две системы питания двигателя и некото-
рую сложность системы качественного регулирования двигателя во
всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. Широкого при-
менения перевод транспортных дизелей на питание газовым топливом
пока не получил, но интерес к этому постоянно растет.
Э1. МНОГОТОПЛИВНЫЕ ДИЗЕЛИ И ДВИГАТЕЛИ НОВЫХ ТИПОВ
Многотопливные дизели — это двигатели, которые могут работать
на различных нефтяных топливах — от высокооктановых бензинов до
тяжелых сортов дизельного топлива и сырой нефти, что очень важно
для армейских машин. По характеру рабочего процесса дизели могут
работать иа большинстве нефтяных топлив. Однако при использовании
легких топлив работа дизелей становится жесткой, снижается мощ-
ность, усиливается шум, при повышенных нагрузках возникают пере-
бои в работе, затрудняется холодный пуск двигателя и возрастает из-
нос деталей топливной аппаратуры. Объясняется это изменениями в
рабочем процессе и в условиях работы систем и механизмов дизеля из-
за различия физических свойств легких и дизельных топлив.
Топливная аппаратура дизелей работает при температуре 50—90 °C,
поэтому надо препятствовать образованию паровых пробок (ох-
лаждение топлива, повышение давления в системе перед топливным на-
сосом высокого давления, отвод паров топлива, образующихся в сис-
116
теме). Работу мноеотопливных дизелей улучшает циркуляция топлива
в контуре низкого давления, которая способствует охлаждению насоса
высокого давления и непрерывному отводу паров топлива в топлив-
ный бак.
Вследствие малой вязкости легких топлив увеличиваются утечки
через зазоры прецизионных пар насосов (форсунок) и ухудшается смаз-
ка плунжерных пар. Для исключения этого в легкие топлива добавля-
ют вязкие дизельные топлива, загущают их присадками или подводят
смазку к элементам топливной системы высокого давления. При рабо-
те двигателя на легких топливах из-за меньшей их плотности и увели-
чения утечек снижается массовая подача насоса высокого давления,
что приводит к уменьшению мощности. Для поддержания. заданной
мощности двигателя при переходе на легкие топлива применяют много-
позиционные упоры рейки топливного насоса, позволяющие для любого
топлива устанавливать предел максимального перемещения рейки и
компенсировать уменьшение подачи увеличением активного хода
плунжера. Изменение воспламеняемости топлив, применяемых в много-
топливных дизелях, требует дополнительного регулирования угла опе-
режения подачи топлива.
Возможность длительной работы на различных топливах в целом
достигается специальной отработкой топливной аппаратуры и созда-
нием компактных камер сгорания (и предкамер), подогревом воздуха
на всасывании, применением турбонаддува, поддержанием оптималь-
ного теплового режима двигателя и обеспечением соответствия угла
опережения впрыска сорту топлива и режиму работы. Иногда исполь-
зуют конструкции поршней и головок, автоматически регулирующих
степень сжатия.
Относительная конструктивная сложность поршневых двигателей
внутреннего сгорания, связанная с механизмом преобразования нерав-
номерного поступательного движения поршня во вращательное движе-
ние коленчатого вала и наличием механизма газораспределения, обус-
ловила многочисленные попытки
Рис. 56. Роторно-поршневой
двигатель
1,7 J
ния более простых двигателей, у кото-
рых поршень не совершал бы возвратно-
поступательного движения и сам заме-
нял газораспределительный механизм.
Среди таких конструкций наиболее
рациональным оказался роторно-порш-
невоЙ (проще роторный) двигатель, раз-
работанный инженером Ф. Ванкелем.
Этот двигатель работает пока по циклу
карбюраторных двигателей, но кон-
структивно выполнен совершенно иначе
(рис. 56). Корпус 4 роторно-поршневого
двигателя, аналогичный цилиндру обыч-
ного поршневого двигателя, неподви-
жен, и внутренние стенки его охлаж-
даются какой-либо жидкостью, заполняющей рубашку 5 охлаж-
дения. Внутренние стенки 6 корпуса 4 выполняют по специальной кри-
вой. В торцовых стенках корпуса установлено по одному подшипнику,
в которых может вращаться эксцентриковый рабочий вал 3. На этот вал
свободно насажен треугольный роторный поршень 9, каждая из трех
плоскостей которого находится под давлением газов.
У роторно-поршневого двигателя нет клапанного газораспредели-
тельного механизма. Чтобы впустить горючую смесь и выпустить про-
дукты сгорания, на корпусе имеются отверстия впускные 2 и вы-
пускные /, открываемые и закрываемые в нужные моменты
времени гранями вращающегося роторного поршня примерно так же,
как и в двухтактных двигателях поршень открывает и закрывает про-
дувочные и выпускные окна. Роторный поршень 9 жестко связан с ше-
стерней 8 внутреннего зацепления, которая при работе двигателя об-
катывается по центрально расположенной шестерне 7 меньшего диамет-
ра. Таким образом, этот поршень совершает сложное движение вра-
щаясь вокруг своей оси, которая в свою очередь перемещается при
обкатывании шестерни большой 8 по малой 7. За три оборота эксцент-
рикового (нагрузочного) вала роторный поршень с большой шестерней
8 сделает только один оборот. При вращательном движении поршня
между его стенками и стенками неподвижного корпуса образуются
три объема, полностью изолированных друг от друга. Каждый из этих
объемов, нли секций, выполняет все функции отдельного цилиндра
обычного поршневого двигателя и в них осуществляются три рабочих
цикла, смещенных от первого на 120 и 240е.
Величина каждого из этих трех объемов, нли секций, по мере пере-
мещения ротора изменяется от минимального до максимального,
что соответствует перемещению обычного поршня от в.м.т. до н.м.т.
и далее от максимального объема до минимального, что соответствует
перемещению обычного поршня от н.м.т. до в. м. т., после чего каждый
из объемов опять увеличивается и опять уменьшается. Прн этом объемы
секций изменяются почти также, как объемы надпоршневого прост-
ранства в четырехтактных двигателях за два оборота вала, но в ротор-
но-поршневых двигателях за один оборот ротора происходит четыре
изменения объема секции. Перемещение трех вершин роторного порш-
ня происходит по сложной кривой — эпитрохоиде, по которой обра-
ботана внутренняя поверхность неподвижного корпуса.
Во избежание протекания газов из одной полости в другую введе-
ны уплотняющие пластины, напоминающие по принципу действия
поршневые кольца. Три радиальные пластины располагают в пазах,
находящихся в вершинах углов А, В и С поршня; при его вращении они
перемещаются по внутренней поверхности корпуса. Торцовые пластины,
также необходимые для уплотнения, устанавливают в пазах, находя-
щихся в торцовых поверхностях поршня.
Газообмен в роторном двигателе происходит лучше, чем в обыч-
ных поршневых двигателях, несмотря на сильную разницу темпера-
тур стенок цилиндра поршневого и стенок корпуса роторного двигате-
118
схема двигателя
Рис. 57. Принципиальная
Стирлинга
среднее эффективное
экономичность — до
лей. Технические характери-
стики роторных двигателей
близки к параметрам обыч-
ных двухтактных двигателей,
но удельная масса и габа-
риты роторных двигателей
значительно меньше, чем г
поршневых. Это позволяет
считать роторные двигатели
перспективными.
В последние годы разра-
батываются также двигатели
внешнего сгорания, работаю-
щие по циклу Стирлинга.
В опытных образцах таких
двигателей (в том числе и ’
роторных) максимальное дав-
ление в цилиндрах доходит
до 22 МПа (220 кгс/см2),
2,7 МПа (27 кгс/см2), а
[150 г/(л. с. ч)[. . ,
Рассмотрим зарубежный образец U-образного стерлинга с обычным
кривошнпно-шатунным механизмом (рис. 57). Он имеет рабочий ци-
линдр 1 с рабочим поршнем 2 и компрессионный цилиндр 7 с поршнем-
вытеснителем. Между цилиндрами установлен подогреватель 3, реге-
нератор 4 и охладитель 6. Цилиндры расположены под углом 90 ,
смещение фаз движения поршней (угол сдвига фаз) тоже 90°. Скорость
одного поршня будет максимальной, когда скорость другого будет ну-
левой (в верхней и нижней мертвых точках).
Рабочий цикл в двигателе реализуется следующим образом.
В рабочем цилиндре 1 газ (гелий или водород) нагрет, в другом,
компрессионном 7 этот газ холодный. При движении поршня в ци-
линдре 7 вверх газ сжимается — такт сжатия. В это же время двига-
ется вниз поршень 2 в цилиндре/. Газ из холодного цилиндра 7 перете-
кает в горячий /, проходя последовательно охладитель 6, регенератор 4
и подогреватель 3—такт нагревания. Горячий газ поступает в цилиндр
1 и расширяется, совершая работу, — такт расширения. При обрат-
ном движении поршня 2 в цилиндре / вверх газ перекачивается через
регенератор 4 и охладитель 6 в цилиндр 7—такт охлаждения. Такая
схема удобна для реверсирования двигателя, для чего в объединенном
корпусе подогревателя, регенератора и охладителя делаются заслонки,
позволяющие менять роль цилиндров и направление вращения
вала.
Жаростойкие стальные трубки нагревателя, по которым проходит
горячий газ, обогреваются пламенем горелки, рассчитанной на ис-
пользование различных жидких топлив, сжигаемых вне двигателя.
Тепло от нагретого газа запасается в быстродействующем аккумулято-
давление — до
200 г/(кВт-ч)
119
ре тепла — регенераторе, состоящем из нескольких дисковых элемен-
тов из проволочной путанки (диаметр проволоки 0,2 мм). Процесс теп-
лообмена осуществляется практически ?а 0,001 с; КПД регенератора
98 %. Передаче тепла от регенератора смежным агрегатам препятствуют
теплоизолирующие шайбы 5. Охладитель 6 выполнен в виде водяной
рубашки на трубопроводе.
Мощность двигателя регулируется изменением давления га-
за в цилиндрах, за счет использования дополнительного небольшого
компрессора и баллона с газом, однако регулирование сложное. Сте-
пень сжатия в двигателе невелика (от 1,3, до 1,5), — давление в ци-
линдре нарастает плавно, шумность работы ничтожна. За счет исполь-
зования высоких температур «горячего» объема и низких «холодного»
объема термический КПД установки достигает 50 %, что выше КПД
любых других тепловых двигателей. Выпускные газы малотоксичиы.
К недостаткам двигателя Стирлинга относят невысокую быстро-
ходность (до 3600 об/мин), конструктивную сложность создания эф-
фективных уплотнений поршней на высокие давления, значительный
вес установки и необходимость отвода с охлаждающей водой больших
количеств тепла (вдвое больше, чем у карбюраторных). Двигатель так-
же недостаточно быстро набирает обороты и нагрузку.
В последние годы широко внедряются в опытные конструкции теп-
ловых двигателей детали из керамики, композитов й полимеров. Серь-
езный интерес вызвали опытные образцы адиабатных поршневых дви-
гателей. Идея создания такого двигателя внешне проста. В нем долж-
на максимально использоваться, разумеется в согласии с законами
термодинамики, вся тепловая энергия горючего как в основном двига-
теле, так и за пределами его камеры сгорания. Дело в том, что у суще-
ствующих дизельных и карбюраторных двигателей 50—65 % тепло-
вой энергии отнимают система охлаждения и горячие выпускные га-
зы. Задача состоит в том, как снизить эти потери.
Адиабатный двигатель — прямой наследник дизеля. Рассмотрим
схему утилизации энергии в нем. Первая ступень — введение турбо-
наддува, в том числе повышенного давления. Турбокомпрессор, при-
водимый в движение энергией выпускных газов, подает в цилиндры
дополнительное количество воздуха, что позволяет увеличить массу
сжигаемого топлива. Вторая ступень — введение промежуточного
охлаждения воздуха после турбокомпрессора — позволяет еще боль-
ше повысить плотность подаваемого в цилиндры воздушного заряда.
•Следующая ступень — силовая турбина за турбокомпрессором, кото-
рая использует оставшуюся энергию выпускных газов. Чтобы сущест-
венно поднять КПД всей установкй, предельно теплоизолируется ка-
мера сгорания и, таким образом, становится ненужной система охлаж-
дения двигателя. Таковы основные мероприятия, которые реализуются
в адиабатном двигателе.
Отдельным зарубежным фирмам удалось воплотить в металле и ке-
рамике такие опытные установки с рекордными показателями: эффек-
тивный КПД 48,0 %, удельный расход топлива 170 г/(кВт-ч). Выяви-
ло
лось и еще одно преимущество «адиабатника» — он практически «все-
яден> и может работать на тяжелых жидких топливах с цетановым чис-
лом 4—5 единиц, т. е. в 10 раз меньше, чем у обычного дизельного го-
рючего.
32. ИСПЫТАНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ДВИГАТЕЛЕЙ внутреннего сгорания
Испытания завершают технологические процессы производства
или ремонта двигателей внутреннего сгорания.
Приемо-сдаточные испытания проводят на заводе-изготовителе с
целью контроля качества изготовления, сборки и регулировки дизе-
лей, находящихся в производстве. При этом определяют мощность и
расход топлива при номинальной частоте вращения и положении орга-
нов управления регулятором частоты вращения, соответствующем
полной подаче топлива, а также максимальные частоту холостого хо-
да и давление масла.
На зводах также выполняют периодические кратковременные и дли-
тельные испытания с Целью проверки соответствия основных парамет-
ров дизелей стандартам и техническим условиям на дизель. Снимают
регуляторную характеристику дизеля и определяют минимальную ус-
тойчивую частоту вращения холостого хода и расход масла на угар.
Дизель считается не выдержавшим испытания, если полученные при
испытаниях параметры — мощность и удельный расход Топлива при
номинальной частоте вращения, коэффициент запаса вращающего мо-
мента, степень неравномерности регулятора частоты вращения, мини-
мальная устойчивая частота вращения холостого хода и относитель-
ный расход масла на угол — или хотя бы одни из этих параметров не
соответствуют установленным стандартами и техническими условиями
на дизель.
При длительных испытаниях (повторяющиеся 50 циклов по 4 ч
работы каждый) контролируют также стабильность параметров, износ
деталей и безотказность дизеля в стендовых условиях. Дизель считает-
ся не выдержавшим испытания при отказах, связанных с разборкой
дизеля или заменой одного из его агрегатов, а также при снижении
мощности или увеличении удельного расхода топлива более чем на
5 % по сравнению с измеренными перед началом испытаний.
Испытания служат также для проверки новых или усовершенство-
ванных конструкций двигателей и их узлов. Проводят их на стендах
и в рабочих условиях. Методы и режимы испытаний установлены со-
ответствующими стандартами.
Эксплуатационные испытания ведут научно-исследовательские ор-
ганизации или лаборатории заводов-изготовителей с целью оценки на-
дежности двигателей, уточнения регулировок, технического обслужи-
вания и норм расхода горюче-смазочных материалов, ремонтопригод-
121
ности, определения шумности, токсичности и дымности, а также ана-
лиза вибрационных характеристик.
При стендовых испытаниях основным .является метод торможения
работающего дизеля специальным нагрузочным устройством, напри-
мер гидротормозом или электрогенератором. Метод прокручивания
коленчатого вала неработающего дизеля применяют для определения
условных механических потерь, мощности, потребляемой вентилято-
ром, и характеристики прокручивания коленчатого вала. Для оценки
пусковых характеристик дизеля, продолжительности пуска и мини-
мальной температуры пуска используют метод пробных пусков.
Измерения при снятии каждой характеристики (кроме индициро-
вания, определения равномерности работы цилиндров и пусковых ка-
честв) производят не менее чем на восьми режимах. На каждом режи-
ме измерение производят ие менее двух раз, при этом результаты измере-
ний вращающего момента и расхода топлива не должны отличаться
более чем на 2 %.
Мощность дизеля и другие параметры определяют при положении
органов управления регулятора частоты вращения, соответствующем
полной подаче, и при частоте вращения, не отличающейся от заданной
более чем на 10 об/мин. При полной подаче топлива снимают и регуля-
торную и скоростную характеристики. При работе дизеля без нагрузки
определяют характеристику холостого хода от максимальной частоты
вращения холостого хода до минимальной устойчивой.
Нагрузочную характеристику снимают при постоянной частоте
вращения путем последовательного увеличения подачи топлива в пре-
делах изменения нагрузки от нуля до соответствующей полной пода-
чи. Характеристику устойчивости определяют при работе дизеля в те-
чение 2 ч без изменения положения органов управления регулятором
частоты вращения. Температура масла и охлаждающей жидкости при
этом не должна отличаться от установленной в начале испытаний бо-
лее чем на 5° С.
Применяемая при испытаниях измерительная аппаратура должна
иметь паспорта проверок и требуемую точность. Используют следую-
щую аппаратуру: динамометрические устройства для измерения вра-
щающего момента; тахометры (тахоскопы и суммирующие счетчики)
для определения частоты вращения коленчатого вала; ротационные
счетчики газа для измерения расхода воздуха: приборы для измерения
массы масла, заливаемого в дизель и сливаемого из него; манометры и
мановакуумметры U-образные жидкостные и показывающие (пружин-
ные), для измерения давления в системах впускной, выпускной, смаз-
ки, охлаждения и питания топливом; термометры ртутные, манометри-
ческие и сопротивления в комплекте, с логометрами для определения
температуры воздуха, охлаждающей воды, топлива и масла; термо-
пары и потенциометры для измерения температуры деталей дизеля и
отработавших газов; электропневматические индикаторы стробоскопи-
ческого типа для иидицирования дизеля и максиметры для определе-
ния давления сжатия по цилиндрам и наибольшего давления цикла;
122
вибро-и шумоизмерительную аппаратуру; барометры и психрометры
для измерения давления и влажности атмосферного воздуха; газоана-
литические приборы для определения концентрации окиси углерода,
углеводородов и окислов азота в отработавших газах.
Часовой и удельный расходы топлива измеряют по массе или объ-
емным методам (по тарированным сосудам с точностью замера I %).
Расход топлива приводится к стандартной теплотворной способности
по формуле
42 500
G,
где G — часовой или удельный расход топлива, кг, ч или г/(кВт-ч),
полученный во время испытаний при низшей теплоте сгорания исполь-
зуемого топлива. Расход масла на смазку определяют по массе или объ-
ему при испытании двигателя на полной нагрузке не менее 50 ч. Дизе-
ли подвергают и дополнительным испытаниям — на- безотказность,
долговечность. Зачастую их совмещают с испытаниями на ремонтопри-
годность.
Перспективы развития двигателей. Направления развития двига-
телей внутреннего сгорания соответствуют общим тенденциям разви-
тия машиностроения: сокращению расхода материалов, снижению тру-
доемкости и затрат, повышению сроков службы, применению более
дешевых сортов топлив и масел и уменьшению их удельного расхода,
автоматизации управления.
Один из путей решения этих задач — увеличение быстроходности
двигателей. Успехи современной металлургии в области создания бо-
лее прочных материалов, улучшение технологии производства и совер-
шенствование методов исследования происходящих в двигателях про-
цессов позволили значительно повысить быстроходность двигателей
внутреннего сгорания и обеспечить при этом их высокую долговеч-
ность.
Другой путь повышения мощности и снижения удельной массы
двигателей внутреннего сгорания — применение наддува. Имеются
конструкции дизелей с высоким газотурбинным наддувом с удельным
расходом топлива 185—190 г/(кВт-ч) [(135—140 г/(лс- ч)1.
Рост агрегатной мощности обеспечивается за счет увеличения числа
цилиндров и повышения цилиндровых мощностей. Увеличение ци-
линдровой мощности Достигается повышением н регулированием дав-
ления наддува дизелей, охлаждением наддувочного воздуха, увеличе-
нием частоты вращения вала и средней скорости поршня (до
10—15 м/с).
К тенденциям развития двигателей внутреннего сгорания относит-
ся широкое внедрение унификации, а также специализация производ-
ства. Для этого разрабатывают типоразмерные ряды двигателей и вспо-
могательных агрегатов. В, перспективе будут созданы унифицирован-
ные общие конструкции дизелей и карбюраторных двигателей.
123
Дизели широкого назначения будут в основном четырехтактными.
Они более надежны, чем двухтактные, и на 5—10 % экономичнее по-
следних, особенно на переменных режимах, характерных для тран-
спортных двигателей. Расширится применение дизелей на грузовых
автомобилях всех классов и некоторых легковых автомобилях.
В карбюраторных бензиновых двигателях степень сжатия будет
доведена до 11—12, что позволит еще выше поднять мощность и эконо-
мичность двигателей. Бензиновые двигатели сохранят свои позиции на
легковых автомобилях и грузовых машинах малой грузоподъемности.
Напомним, что совершенный карбюраторный двигатель имеет преиму-
щества перед дизелем в начальной стоимости, простоте обслуживания,
в затратах на масло и, что особенно важно в наших условиях, по пуско-
вым свойствам. Правда, дизельные двигатели имеют значительно Мень-
шие расходы топлива и более надежны.
Экономичность и особенно надежность двигателей будут повышены
за счет жесткого соблюдения технологической дисциплины производст-
ва и ремонта, внедрения коленчатых валов из высокопрочных сталей,
новых конструкций подшипников вала, масляного охлаждения днища
поршней, специальной износозащитной обработки поршней, поршне-
вых капец, втулок цилиндров, применения зимних сортов моторного
масла.
Наряду с жидкостным охлаждением увеличится парк дизелей с
воздушным охлаждением. Для повышения экономичности дизелей с
воздушным охлаждением на частичных нагрузках будут применяться
устройства, изменяющие интенсивность охлаждения в зависимости от
теплового состояния двигателя. В целях снижения эксплуатационных
расходов шире будет использоваться жидкое топливо тяжелых сортов
со специальными присадками. Расширится использованиедвухтактных
дизелей на тракторах и в судовых установках, особенно большой мощ-
ности (до 30 000 кВт). Возрастет применение наддува двухтактных ди-
зелей. Будут усилены работы по созданию адиабатного двигателя и
внедрению электронных систем управления дизелями. Микропроцес-
соры смогут одновременно регулировать подачу топлива, наддув, теп-
ловой режим двигателя и т. п., т. е. поддерживать работу всей силовой
установки в оптимальном, наиболее экономичном режиме. В ближай-
шей перспективе начнется выпуск двигателей с переменной степенью
сжатия в цилиндре и двигателей, использующих спирты и водородное
топливо. Будут совершенствоваться конструкции роторно-поршне-
вых двигателей, дизелей со «сверхвысокой» степенью наддува и сило-
вой газовой турбиной, а также двигателей Стирлинга.
г Глава VI
ДИЗЕЛИ ПОСТРОЙКИ СССР И ГДР
зз. ДИЗЕЛЬ К-461М1
Общие сведения. Дизели К-461М1 отечественного производства
(рис. 58) устанавливают на 5- и 3-вагонных рефрижераторных секциях
отечественной постройки. Это шестицилиндровые четырехтактные ди-
зели с турбинным наддувом, однорядным вертикальным расположе-
нием цилиндров, с объемно-пленочным смесеобразованием. Используют
их в качестве привода генераторов переменного тока мощностью 75 кВт
(допускается установка дизелей К-771М1 с генераторами 100 кВт) для
питания холодильно-отопительных установок рефрижераторных ваго-
нов.
Основные технические данные дизелей
Номинальная мощность, кВт........................ 85
Номинальная частота вращения коленчатого ва-
ла, об/мин..................................... 1500
Степень сжатия................................... 14
Диаметр цилиндра, мм............................ 120
Ход поршня, мм.................................. 140
Порядок работы цилиндров....................1—5—3—6—2—4
Нумерация цилиндров...................... . к маховику
Угол опережения подачи топлива, град, поворота
коленчатого вала (ПКВ)........................ 21
Давление впрыска топлива, МПа................. 14,7—15,2
Удельный расход, г/(кВт-ч):
топлива...................................... 238
масла......................................... 2,2
Остовом дизеля является отливка из чугуна, объединяющая кар-
тер и блок цилиндров. Такая конструкция называется блок-картером.
Блок-картер дизеля К-461М1 (К-461) показан на рис. 59. Все меха-
низмы, системы и отдельные детали двигателя помещают и крепят
внутри и снаружи блок-картера 4. В верхней половине блок-картера
находятся шесть втулок 3 цилиндров, которые уплотняются по месту
посадки в верхней части притиркой фланца втулки к блоку, а в ниж-
ней части — двумя уплотнительными резиновыми кольцами 2. По-
лость вокруг втулок цилиндров образует водяную рубашку системы
охлаждения. Кроме того, на верхней полке блок-картера имеются от-
верстия 10 для размещения толкателей 11 со штангами 8, отверстия,
соединяющие водяную рубашку блок-картера с водяной рубашкой го-
ловок цилиндров и шпильки 5 крепления головок цилиндров. Задняя и
передняя торцовые стенки и пять внутренних вертикальных перегоро-
док 1 являются опорами для семи коренных подшипников коленчато-
125

ховика; 2—устройство для поворота вала: — щит контрольных приборов: 4 ~ воз-
клапанная крышка; 7 — масляная центрифуга: 8 — топливный насос высокого
лнва; 10— бачок уровня воды; 11— фильтр тонкой очистки масла; 12— водяной на-
масляный насос; 15— коробка шестерен; 16 — поддон; 17 — маслоуказатель:
127
б — вид со стороны нагнетательного коллектора; 18 — коленчатый вал; 19 — шатун;
механизма газораспределения; 22 — направляющая втулка; 23 — клапан; 24 —
26 — турбонагнетатель; 21 — электростартер
128
20 — распределительный вал: 21 — детали
поршень; 25 — нагнетательный коллектор;
5 Зак. 1971
129
го вала. Снизу блок-картер закрыт стальным поддоном, в который за-
ливают масло для смазки двигателя. Уровень масла в поддоне прове-
ряют мерным щупом 17. На боковой поверхности блок-картера имеют-
ся лючки для доступа к деталям кривошипно-шатуиного механизма,
закрываемые крышками 6. Одна из крышек лючка выполнена за одно
целое с корпусом масляной центрифуги и горловиной для заливки мас-
ла в поддон дцзеля. Кронштейн 7 предназначен для крепления топлив-
ного насоса высокого давления. В ребрах поперечных перегородок
блок-картера имеются каналы для подвода смазки к подшипникам ко-
ленчатого вала.
Головки цилиндров (рис. 60) отлиты из чугуна в виде блока на два
цилиндра. Нижняя плоскость головки 12 буртов не имеет. Стык голов-
ки с блок-картером уплотняется прокладкой. Для правильной установ-
ки головки цилиндров предусмотрены установочные штифты. Внутрен-
нее пространство вокруг каналов и огневых днищ образует водяную
рубашку 15 головки, сообщающуюся через отверстия с рубашкой ох-
лаждения блок-картера. Отверстия на наклонной плоскости головки
служат для установки форсунок 16. Сверху на головке цилиндров кре-
пится клапанная коробка 5, в которой на оси 2 кронштейна размеща-
ется четыре коромысла 18 клапанов. Клапанная коробка закрывается
крышкой с помощью четырех гаек. В местах соединений клапанной ко-
робки с головкой цилиндра и крышкой установлены паронитовые про-
кладки, предотвращающие подтекание масла. Против каждого цилинд-
ра на огневом днище головки имеются два отверстия с фасками под уг-
лом 45°, служащие седлами для впускных и выпускных клапанов.
Для лучшего наполнения цилиндров воздухом впускные отверстия
имеют больший диаметр, чем выпускные.
Втулки 3 цилиндров дизелей К-461М1 (см. рис. 59) (К-461) отлиты
из специального чугуна с повышенной твердостью рабочих поверхно-
стей. Наружные поверхности втулок, омываемые водой, хромирова-
ны.
Поршни дизелей (рис. 61) изготовляют из алюминиевого сплава с
камерой сгорания в днище поршня. На дизелях внедрен объемно-пле-
ночный способ смесеобразования, так называемый М-процесс. Сначала
самовоспламеняется распыленное топливо, а затем по мере испарения
сгорает и топливная пленка, покрывающая стенки камеры.
В пяти канавках поршня устанавливают три компрессионных коль-
ца 10 и четыре маслосъемных 9 (по Два кольца в одной канавке). Одна
маслосъемная каиавка расположена на юбке поршня. Поршневые
кольца изготовляют из специального чугуна. Сечение компрессионных
колец прямоугольное, маслосъемных — скребкового типа (вырезом
вниз). На головке поршня над верхним кольцом имеется тепловой барь-
ер И (канавка), предназначенный для уменьшения нагрева и, как след-
ствие, для уменьшения износа компрессионных колец.
Поршневой палец 7 «плавающего» типа, соединяя поршень с шату-
ном, удерживается от осевого перемещения стопорными кольцами 6,
вложенными в кольцевые канавки в бобышках поршня. Поршневой
130
Рис. 59. Блок-картер дизеля
5*
131
палец представляет собой стальную втулку, наружную поверхность
которой для повышения износоустойчивости цементируют, закалива-
ют, шлифуют и полируют. При работе к поршневому пальцу поступает
смазка следующим образом: в бобышки поршня — по дренажным от-
верстиям от канавки верхнего маслосъемного кольца, во втулку 8 шату-
на — под давлением от шатунной шейки коленчатого вала по каналу в
шатуне.
Шатун дизеля двутаврового сечения изготовляют из легированной
стали штамповкой. Основными элементами шатуна являются верхняя
и нижняя головки, соединенные общим стержнем. В верхнюю головку
шатуна запрессована бронзовая втулка 8. Для смазки поршневого
пальца стержень 5 шатуна имеет осевое сверление 4. Вкладыши ниж-
ней головки шатуна 2 и 3 взаимозаменяемые, биметаллические, фикси-
руются выштампованным усом, входящим в пазы в шатуне н крышке
шатуна /. Шатунные болты 13 нижней головки шатуна изготовлены из
высоколегированной стали. Корончатые гайки 12 шатунных болтов
после затягивания шплинтуют.
Коленчатый вал (рис. 62) изготовляют из стали цельным. Рабочие
поверхности шеек закаливают токами высокой частоты, шлифуют и
полируют. Он имеет шесть колен (/ — 6), расположенных под углом
120е друг к другу. Основными элементами коленчатого вала являются:
коренные шейки (1 — 7), которыми коленчатый вал опирается на ко-
ренные подшипники, находящиеся в блок-картере; шатунные шейки,
сочленяющиеся с кривошипными головками шатунов; щеки, связыва-
ющие коренные и шатунные шейки и образующие вместе с ними криво-
шипы (колена) вала; передний конец (хвостовик) вала, на который уста-
новлены шестерни привода механизма передач; задний конец вала
(носок вала)с фланцем для крепления маховика. Седьмая коренная
шейка коленчатого вала является опорно-упорной. От осевых переме-
щений вал удерживается бронзовыми упорными полукольцами 8
(рис. 63), устанавливаемыми попарно: верхние в проточки постели седь-
мого коренного подшипника, нижние на штифтах 11 крышки подшип-
ника. Опорные вкладыши 9 и 10 подшипника выполнены из свинцови-
стой бронзы и по типоразмеру одинаковы со всеми опорными вкладыша-
ми подшипников коленчатого вала. Для предупреждения утечки масла
из двигателя наружу в месте выхода коленчатого вала (крышка 6) на
его фланце имеется маслосгониая резьба 12 и маслоотражатель 7.
Отбор мощности от дизеля осуществляется со стороны маховика 5
с помощью муфты с резиновыми амортизаторами. Шестнадцать резино-
вых шашек 1 муфты свободно лежат между выступами полумуфт 3
генератора и полумуфт 4 дизеля и закрыты от выпадания полукольца-
ми 2.
Валоповоротное устройство (рис. 64) предназначено для ручного
проворачивания коленчатого вала дизеля при подготовке к пуску, ре-
гулировке зазоров в клапанах, проверке угла опережения подачи топ-
лива и других операциях, выполняемых в процессе эксплуатации ди-
зеля. Это устройство состоит из корпуса /, двух конических шестерен
132
‘Рис. 62. Коленчатый вал и его схема
>33
134
Рис. 63. Муфта отбора мощности,,
уплотнение выходного фланца н
опорио-упорныб подшипник ко-
ленчатого вала
2 и 3, пружины 6 и подвиж-
ного валика 7, несущего на
себе цилиндрическую шестер-
ню 5. Для проворачивания
коленчатого вала необходимо
оттянуть валик 7 за кнопку 8
и, преодолевая усилие пру-
жины 6, ввести шестерню 5 в
зацепление с зубчатым вен-
цом маховика 9, одновремен-
но в корпус привода вставить
рукоятку поворота 4. Враще-
’ нием рукоятки против часо-
вой стрелки коленчатый вал
проворачивается по ходу ра-
бочего вращения. Необходи-
мо сделать 7,5 оборота руко-
яткой, чтобы коленчатый вал
совершил один полный обо-
рот. При снятии рукоятки
шестерня 5 выйдет из зацеп-
ления с маховиком.
Механизм газораспределе-
ния дизеля обеспечивает на-
полнение цилиндров воздухом
и удаление из них продуктов
сгорания. Он выполнен по
схеме с нижним расположе-
нием распределительного ва-
ла (см. рис. 59).
Механизм состоит из рас-
пределительного вала 16,
толкателей 11, штанг 8, ре-
гулировочных винтов 17 (см.
рис. 60), коромысел 18, кла-
панных пружин 8 и 9, кла-
панов 10, деталей крепле-
ния 6 и 7, а также при-
Рис. 64. Валоповоротиое устрой-
ство
вода механизма дизеля (рис. 65), обеспечивающего передачу вра-
щательного движения от шестерен 6 и 7 коленчатого вала к шестерням
распределительного вала 4, топливного насоса 3 и зарядного генерато-
ра 8. Кроме этого, вращение получают шестерни 1 и 9 масляного и
водяного насосов. Все шестерни привода с косыми зубьями. Промежу-
точные шестерни 2 и 9 устанавливаются на осях и шарикоподшипни-
ках. Механизм газораспределения работает следующим образом: ше-
стерня 7 коленчатого вала через промежуточную шестерню 2 передает
вращение шестерне 5 распределительного вала. Распределительный
вал 16 (см. рис. 59) при вращении своими кулачками поднимает вверх
толкатели 11 и штанги 8, которые через коромысла 18 (см. рис. 60)
открывают впускные и выпускные клапаны 10. При дальнейшем вра-
щении распределительного вала кулачок сходит с толкателя и под воз-
действием пружин 8 и 9 клапан закрывается, а коромысло, штанга и
толкатель возвращаются в исходное положение. Затем цикл вновь по-
вторяется в соответствии с диаграммой фаз газораспределения
(рис. 66).
Распределительный вал 16 (см. рис. 59) управляет работой клапанов.
Изготовлен из углеродистой стали 45, имеет семь опорных шеек и 12
кулачков. На конце распределительного вала насажены две шестерни
(ведомая 14 и ведущая 15 топливного насоса). Вал устанавливается иа
дизеле в сборе с шестернями и подшипниками. Болты крепления
13 упорного подшипника завинчиваются через отверстия в дисках ше-
стерен. Для повышения износостойкости шейки и кулачки имеют по-
верхностную закалку токами высокой частоты. Внутри вала имеется
канал для подвода смазки к подшипникам. Первый опорный подшип-
ник 12 распределительного вала является также и упорным. Опорные
подшипники 9 алюминиевые, фиксируются от проворачивания в пере-
городках винтами 18.
Толкатели 11, штанги 8 и пята 10 стальные, рабочие поверхности це-
ментируют и закаливают токами высокой частоты.
Коромысла 18 (см. рис. 60) стальные, штампованные. На одном
плече коромысло имеет винт 17 для регулировки теплового зазора меж-
ду торцом стержня клапана и бойком коромысла, на другом боек ко-
ромысла. Рабочая поверхность бойка закалена и прошлифована.
Смазка к подшипникам коромысел подается под давлением. Через ко-
ромысла проходит канал подвода масла для смазки сферической по-
верхности наконечника штаиги и регулировочного винта, толкателя,
бойка коромысла, стержня клапана и направляющей втулки. Между
двумя соседними коромыслами на оси 2 устанавливают распорные пру-
жины 1, что позволяет производить центровку бойка на оси клапана
постановкой регулировочных шайб. Газовыпускной коллектор кре-
пится с помощью шпилек 4.
Впускной и выпускной клапаны изготовлены из конструкционной
жаропрочной стали. Диаметр тарелки впускного клапана больше,
чем выпускного. В верхней части стержень клапана имеет каленый
торец и кольцевую выточку для замка 7, сухарики которого установле-
135
Рис. 65. Схема привода меха-
низма газораспределения и
вспомогательных систем
н.м.т.
Рис. 66. Диаграмма фаз газо-
распределения
пы в тарелки 6 пружины. На стержне 13 клапана ставят пружинное
предохранительное кольцо 14, которое не допускает провала клапана
в цилиндр в случае обрыва стержня клапана или выпадания суха-
риков замка. Клапаны перемещаются в чугунных направляющих
втулках 11, запрессованных в головку цилиндров и прижимаются к
седлам двумя пружинами 8 и 9. Две пружины устанавливают с целью
уменьшения их размеров и предохранения пружин от изломов при резо-
нансных явлениях. Для вентиляции полости картера имеется штуцер 3.
Топливная система. Топливная система дизеля предназначена для
подачи топлива в цилиндры в строго определенное время и в необходи-
мом количестве. Принципиальная схема топливной системы приведена
на рис. 67. Основной запас топлива хранится в двух запасных баках
136
г
<ицей вместимостью 6700 л, расположенных под рамой служебного
1агона. Из запасных баков топливо перекачивается в два расходных
>ака по 350 л, смонтированных под крышей вагона машинного отделе-
на и снабженных указателями уровня 6 топлива и системой запорных
вентилей 3, 8 — 11, 17, 19.
На дизель-электростанции секции установлены два топливных на-
оса: ручной 4 и с электроприводом 2. При переполнении расходного
1ака топливо по сливной трубе 7 перетекает в бак основного его запа-
137
са. Из расходного бака топливо подкачивающим насосом 22 подается
к топливному насосу высокого давления (ТНВД) 16. Топливоподка-
чивающий насос обеспечивает постоянное давление топлива перед
ТНДВ независимо от его расхода. Так как подача подкачивающего на-
соса обычно в 10—20 раз превышает потребности дизеля, избыток топ-
лива через перепускной клапан 12 на топливном фильтре 13 сбрасывает-
ся в расходный бак. Непрерывная очистка топлива от механических
примесей осуществляется в фильтре 18 грубой очистки перед подкачи-
вающим насосом и фильтром 13 тонкой очистки перед ТНВД. В зави-
симости от внешней нагрузки, приложенной к коленчатому валу ди-
зеля, ТНВД в определенные моменты цикла подает в цилиндры необ-
ходимые порции (дозы) топлива под давлением, обеспечивающим его
распыливание форсунками. Таким образом, основными элементами
топливной системы дизеля являются топливоподкачивающий насос
ТНВД, форсунки и фильтры для очистки топлива. Рассмотрим прин-
цип работы системы и устройство основных его элементов.
Топливо из расходного бака по трубопроводу через запорный вен-
тиль 8 поступает под статическим напором к фильтру 18. Далее под-
качивающий насос 22 подает топливо под давлением 0,15 МПа к
сдвоенному фильтру 13 тонкой очистки. Очищенное топливо поступа-
ет в ТНВД 16, который дозирует соответствующие порции и под дав-
лением от 15,5 МПа через трубки 5 подает его к форсункам. Про-
сочившееся топливо через зазоры распылителей форсунок и зазо-
ры плунжерных пар ТНВД отводится в сливной бачок 20 по обрат-
ному топливопроводу 15 и дренажной трубке 21. Топливо, отсекаемое
плунжерами ТНВД в конце подач, отводится из отсечного канала на-
соса по трубопроводу 14, соединяясь с избыточным топливом из фильт-
ра в штуцере перепускного клапана 12, далее направляется в расход-
ный бак. Для подвода топлива к клапану промывки турбонагнетателя
./ от подкачивающего насоса предусмотрен трубопровод 23.
Топливоподкачивающий насос (рис. 68) поршневого типа, установ-
лен на корпусе ТНВД и приводится в действие от эксцентрика кулачко-
вого валика. В цилиндрическую расточку силуминового корпуса 1
насоса вставлен стальной поршень 20, отжимаемый внутрь корпуса
пружиной 22, установленной между донышком поршня и пробкой 21.
Полость между пробкой и поршнем соединяется каналами (на ри-
сунке не показаны) со всасывающим 16 и нагнетательным 6 трубопро-
водами Топливо поступает в насос через штуцерный болт 17, в ко-
тором просверлены каналы для прохода топлива, а отводится по шту-
церному болту 7 в трубопровод 6. Рабочая полость насоса отделяется
от трубопроводов 6 и 16 клапанами 3 и 14, изготовленными из капро-
лактама или текстолита. К стальным седлам 2, завальцованным в кор-
пусе насоса, клапаны прижимаются слабыми пружинами 4 и 13. В от-
верстия, через которые устанавливают клапаны, ввернуты переходный
штуцер 5 и корпус 12 насоса ручной подкачки.
Поршень 20 получает движение от толкателя 18, скользящего во
втулке 19, запрессованной в корпусе насоса. Возвратное движение
138
Рис. 68. Топливоподкачивающий иасос
поршня происходит под действием пружины 22. Эксцентрик кулачко-
вого валика ТНВД набегает на толкатель, и толкатель, преодолевая
сопротивление пружины, перемещает поршень. Вследствие этого топ-
ливо, находящееся между поршнем 20 и пробкой 21, через нагнетатель-
ный клапан 3 будет вытеснено по трубопроводу 6 к топливному фильт-
ру, а остальное топливо по перепускному каналу поступает снова в
цилиндр, но с другой стороны поршня.
При сбегании эксцентрика с толкателя пружина 22 возвращает
поршень в исходное положение. При этом нагнетательный клапан 3
закрывается и основная масса топлива через перепускной клапан вы-
тесняется через штуцерный болт 7 в нагнетательный трубопровод 6.
В >езультате образующегося разряжения по другую сторону поршня
всасывающий клапан 14 открывается и рабочий цилиндр насоса запол-
няется топливом через штуцерный болт 17 с гайкой 15 трубопровода
J6 расходного бака. Топливоподкачивающий насос подает значитель-
Ио большее количество топлива, чем требуется по расходу ТНВД. По-
этому при достижении силы давления топлива на поршень, равной
силе упругости пружины 22, поршень 20 «зависает». Вследствие этого
Полезный ход поршня насоса уменьшается, а следовательно, умень-
шается и количество подаваемого насосом топлива. На топливоподка-
Яивающем насосе установлен насос ручной подачи топлива для запол-
Кнения системы топливом и удаления из нее воздуха. Он состоит из
корпуса 12, поршенька И, соединяющегося с кнопкой 8 штоком 10,
Кн накидной гайки 9.
Топливный насос высокого давления (рис. 69) состоит из следующих
ИЬсновных деталей: корпуса 19 блочного типа, кулачкового валика 23,
139
140
шести толкателей 16,. шести секций насоса, состоящих из плунжера
//, втулки 13 и зубчатой рейки 42.
Корпус ТНВД отлит из алюминиевого сплава. Слева к корпусу на-
соса крепится регулятор. Снаружи корпус насоса имеет лючок для
доступа к деталям секций и толкателям. Лючок закрывается крышкой
47. На передней стенке корпуса ТНВД устанавливают топливоподка-
чивающий насос 22. Кулачковый валик 23 служит для периодического
перемещения плунжеров насоса из нижнего положения в верхнее. Ва-
лик устанавливается на шарикоподшипниках 25. На обоих концах ку-
лачковый валик имеет хвостовики с конической поверхностью и резь-
бой. На хвостовике, расположенном со стороны привода, шпонкой за-
крепляется кулачковая полумуфта 17, посредством которой валик на-
соса соединяется с валиком привода топливного насоса. На противо-
положном хвостовике валика крепится шестерня 26, передающая вра-
щение регулятору.
Толкатель 16 служит для передачи движения от кулачкового вали-
ка плунжеру 11. Передача движения плунжеру через толкатель раз-
гружает плунжер от боковых давлений, что уменьшает его износ и спо-
собствует сохранению плотности между втулкой 13 и плунжером 11.
Сверху в толкатель ввернут болт 15 для регулировки равенства угло-
вых интервалов между моментами начала подачи топлива плунжерами
в порядке их работы. Положение этого болта фиксируется контргай-
кой 20. Регулировка начала подачи топлива отдельными плунжерами
производится на заводе-изготовителе и на специальных участках по
ремонту топливной аппаратуры дизелей в рефрижераторном депо или
на заводе. Толкатели в насосе фиксируются винтами 40.
Основными деталями каждой секции насоса являются прецизион-
ная плунжерная пара, поворотная втулка 41 с зубчатым венцом 7, пру-
жина плунжера 8 с тарелками, нагнетательный клапан 10 в корпусе,
пружина 9 нагнетательного клапана, нажимной штуцер 43. Для луч-
шего наполнения топливного надплунжерного пространства (подвод
и отвод отсекаемого в конце подачи) топливом корпус насоса имеет
два раздельных канала. Втулка плунжера представляет собой цилиндр,
в верхней утолщенной части которой имеются отверстия, соединяю-
щие внутреннюю полость втулки с двумя каналами в корпусе насоса:
топливоподводящим каналом В и отсечным каналом Б. Втулка уста-
навливается в корпусе насоса в определенном положении и фиксирует-
ся от проворачивания установочным штифтом 45.
Плунжер предназначен для подачи топлива в форсунку и одновре-
менно является золотником для регулирования количества подавае-
мого топлива соответственно нагрузке дизеля. На дизелях с наддувом
установлены плунжеры диаметром 10 мм, без наддува — 8,5 мм. Ход
плунжера в обоих случаях составляет 8 мм. В верхней части плунжер
имеет вертикальный паз или центральное отверстие, соединяющее про-
странство над плунжером с кольцевой выточкой на плунжере. От вер-
тикального паза берет начало спиральная отсечная кромка, служащая
для регулирования количества топлива, подаваемого плунжером.
141
В нижней части плунжер имеет два выступа, которые входят в вырезы
поворотной втулки 41, и заканчивается головкой, на которой устанав-
ливается нижняя тарелка пружины. При установке плунжерной пары
в корпус насоса метка на выступе должна быть обращена в сторону
лючка. Пружина 8 плунжера возвращает плунжер в крайнее нижнее
положение. Поворотная втулка 41 устанавливается на втулку 13 плун-
жера. В верхней части на поворотной втулке 41 закрепляется разрез-
ной зубчатый венец 7, входящий в зацепление с зубчатой рейкой 42.
Поворотом втулки, а следовательно, и плунжера в ту или другую
сторону относительно зубчатого венца достигается количественная ре-
гулировка подачи топлива каждой секцией насоса. После окончания
регулировки зубчатый венец 7 закрепляется на поворотной втулке
стяжным винтом, причем на венце и втулке ставится общая метка, фик-
сирующая их взаимное расположение при отрегулированном топлив-
ном насосе. Зубчатая рейка 42 устанавливается в корпусе насоса во
втулках. Рейка может перемещаться через систему рычагов от рукоят-
ки выключения и от действия центробежного регулятора. В средней
части рейка имеет зубья, входящие в зацепление с зубчатыми венцами
секции. Одним концом рейка через шарнирное звено и тягу соединяет-
ся с рычагом 38 регулятора, а другим концом входит во втулку ог-
раничителя хода рейки, в которой установлен упор, ограничиваю-
щий наибольшую подачу топлива насосом.
Нагнетательный клапан 10 выполняет функции обратного клапана,
т. е. периодически разобщает внутреннюю полость трубопровода высо-
кого давления и надплунжерное пространство, и с помощью цилиндри-
ческого пояска обеспечивает после отсечки надение давления в топлив-
ном трубопроводе до величины, близкой к атмосферному (разгружает
трубопровод). Корпус нагнетательного клапана 10 установлен на то-
рец втулки 13 плунжера, прижимается к втулке с помощью нажимного
штуцера 43, ввертываемого в корпус насоса; между корпусом клапана
и нажимным штуцером ставится уплотнительная прокладка. На на-
ружной поверхности корпуса клапана нарезана резьба для извлече-
ния его из корпуса насоса специальным съемником. Корпус клапана и
нагнетательный, клапан также являются прецизионной парой. После
окончательной регулировки топливного насоса все установочные вин-
ты, упоры, крышку лючка пломбируют. Снятие пломб категорически
запрещено.
Регулятор. Регулятором частоты вращения называют агрегат, ав-
томатически управляющий подачей топлива в цилиндры дизеля на за-
данной частоте вращения вала. На дизель-генератор рефрижератор-
ных секций БМЗ устанавливают Центробежные, однорежимные, пря-
модействующие регуляторы. Регулятор топливного насоса дизеля
служит для поддержания с требуемой точностью заданной частоты вра-
щения коленчатого вала во всем диапазоне нагрузок и при их внезап-
ном изменении, для ограничения максимальной и поддержания мини-
мально устойчивой частоты вращения коленчатого вала. Регулятор
крепится к топливному насосу и состоит из следующих основных час-
142
тей: привода к сердечнику регулятора, исполнительного механизма и
устройств для изменения степени неравномерности, для изменения час-
тоты вращения, для катаракта и остановки дизеля. Привод к сердеч-
нику регулятора состоит из шестерни 26, установленной на хвостовике
кулачкового валика 23 топливного насоса. Сердечник состоит из
вращающейся крестовины 4 с двумя закрепленными осями 28,
на которых качаются грузики 2. Центробежные силы грузиков дейст-
вуют через стальные ролики 27 на тарелку муфты 29. Хвостовик
муфты входит в отверстие неподвижного пальца, наружная поверх-
ность которого служит опорой крестовине. Прилагаемое к муфте уси-
лие от грузиков уравновешивается главной пружиной 33 регулятора.
Исполнительный механизм служит для передачи движения муфты
регулятора зубчатой рейке 42 топливного насоса. Основными элемен-
тами механизма являются стакан 31 главной пружины, рычаг 38. и
шток 5 сцепления с рейкой. В дно стакана ввернут регулировочный
винт 36, который сферическим наконечником упирается в выемку та-
релки муфты. Его закрепляют внутри стакана шплинтом. Тяга рейки
одним концом соединена шарнирно с рейкой топливного насоса, дру-
гим концом — односторонней упругой связью с рычагом 38. Движе-
ние рычага при уменьшении подачи топлива передается тяге через ре-
гулируемый упор, а движение при увеличении подачи — через пру-
жину, что дает возможность выключить подачу топлива при неподвиж-
ном рычаге.
Устройство для изменения степени неравномерности вращения ва-
ла основано на изменении приведенной жесткости дополнительной
пружины, т. е. регулировании ее углового положения сектором 2
(рис. 70, а), вынесенным на лицевую сторону корпуса регулятора. При
повороте сектора влево степень неравномерности увеличивается от
I до 5 %, при повороте вправо уменьшается от 5 до 1 %.
Изменение частоты вращения коленчатого вала дизеля достигается
изменением силы сжатия главной пружины 33 (см. рис. 69) с помощью
рукоятки / (см. рис. 70, а). В крайнем, наиболее сжатом положении
главной пружины опорная тарелка упирается в головку виита 36
(см. рис. 69), чем ограничивается наибольшая частота вращения. Пу-
тем ограничения наименьшей затяжки главной пружины устанавлива-
ется минимальная частота вращения дизеля.
Для остановки дизеля на лицевой стенке регулятора имеется руко-
ятка 3.
Кинематическая схема регулятора приведена на рис. 70, 6. Работа
регулятора характеризуется степенью его неравномерности в 2 %,
т. е. разность частоты вращения холостого хода и частоты вращения
при номинальной нагрузке лежит в пределах (30±5) об/мии. Нерав-
номерность (колебание) частоты вращения иа рабочем режиме находит-
ся в пределах ± 8 об/мин.
Рассмотрим работу регулятора по схеме. Когда момент сопротив-
ления на коленчатом валу дизеля равен вращающему моменту, разви-
ваемому двигателем, в регуляторе устанавливается равновесие между
143
Рис. 70. Однорежнмный центробежный регулятор частоты вращения прямого
действия:
ч noci управления: б — кинематическая схема
центробежной силой грузиков крестовины 13 и натяжением главной
пружины 3 регулятора, соответствующее 1500 об/мин.
При уменьшении нагрузки частота вращения коленчатого вала в
первый момент возрастает, возрастает частота вращения кулачкового
вала ТНВД и шестерни 1, вращающей крестовину 13. Центробежная
сила грузиков при этом увеличивается, и они, перемещая муфту 2
и сжимая главную пружину 3, сдвинут рычаг 6 и зубчатую рейку 11
влево, вследствие чего подача топлива уменьшится. При увеличении
нагрузки частота вращения понижается и происходит обратное явле-
ние. Усилие главной пружины превосходит снижающуюся центро-
бежную силу грузиков, поворачивает вправо рычаг 6 вокруг неподвиж-
ной оси, перемещая рейку 11 вправо в сторону увеличения подачи топ-
лива. Если при данной нагрузке требуется повысить частоту враще-
ния, для этого увеличивается затяжка главной пружины 3 регулято-
ра винтом управления 5, рукоятка 4 которого выведена на торцовую
стенку регулятора. Для синхронизации параллельно работающих ди-
зель-генераторов требуется регулируемая степень неравномерности.
Это нужно для того, чтобы можно было при работе изменить ее, при-
близив степень неравномерности подключаемого генератора к работа-
ющему. Изменение степени неравномерности достигается перемещени-
ем одной из точек крепления пружины 7 регулятора. Точка крепления
пружины перемещается с помощью сектора, вынесенного на лицевую
сторону корпуса регулятора. Движение рычага 6 в сторону уменьше-
ния подачи топлива передается рейке насоса жестко, а движение в сто-
рону увеличения подачи передается через пружину 10 рейки 11. Это
делает возможным выключение подачи топлива смещением рейки влево
144
►сквозь отверстие в рычаге рукояткой 12, расположенной на посту
’управления.
Для дизелей, предназначенных для привода электрических гене-
раторов, требуются регуляторы повышенной чувствительности,
так как при любых изменениях нагрузки напряжение и частота пере-
сменного тока должны быть постоянными. Колебания частоты враще-
ния вала дизеля вызывают колебания рейки топливного насоса. Для
создания более устойчивого процесса регуляторы имеют пневматиче-
ский амортизатор — катаракт 8. Рычаг 6 регулятора связан с одной
стороны рейкой насоса, а с другой — поводком с катарактом. Упругая
воздушная подушка со стороны донышка поршенька замедляет движе-
ние рейки при резком изменении нагрузки дизеля. Это замедление мож-
но регулировать иглой 9 катаракта, увеличивая или уменьшая отвер-
стие для входа и выхода воздуха из поршневой полости.
Форсунки. Форсунки (рис. 71) устанавливают в наклонных колод-
цах головки цилиндров против камеры в поршне, крепят к головке гай-
ками, которые навертывают на две шпильки, проходящие через отвер-
стия во фланце корпуса форсунки.
Форсунка состоит из корпуса //, штока 12, пружины 10, корпуса
распылителя 15, иглы распылителя 14, накидной гайки 13 распылите-
ля. Внутри стального корпуса форсунки имеется сверление 1 (канал)
для подвода топлива из нагнетательной трубки в полость распылите-
ля (через каналы в корпусе распылителя).
Подача топлива А от насоса к форсунке осуществляется по толсто-
стенной трубке 3 высокого давления, наружным диаметром 7 мм, внут-
ренним — 2 мм. Трубка заканчивается конусами, которые затягивают-
ся у топливного насоса накидной гайкой, а у форсунки — трубчатым
нажимным штуцером 2. Уплотнительное резиновое кольцо 4 предупреж-
дает вытекание масла из полости клапанной коробки. С целью предотв-
ращения поломок трубок от вибраций при работе дизеля их соединя-
ют планками по две-три трубки вместе. Сверху на корпус форсунки на-
вернуты две колпачковые гайки 6 и 9 и трубка 5 отвода Б просочивше-
гося топлива через зазор в распылителе. Пружина 10 одним концом
упирается в тарелку штока 12, другим — в тарелку установочного
винта 7, предназначенного для регулировки натяжения пружины, а
следовательно, для установки давления впрыска топлива. После ре-
гулировки винт 7 фиксируется контргайкой 8. Снизу корпус форсунки
имеет резьбу, на которую навертывается накидная гайка 13, соединяю-
щая корпус 15 распылителя с корпусом форсунки.
Распылители дизелей выполнены с плоской насадкой иглы 14,
а корпус 15 распылителя может изготовляться с отъемным и неотъем-
ным донышком. Сопловое отверстие в донышке имеет диаметр 0,7 мм.
Нижний торец корпуса форсунки и верхний торец корпуса распыли-
теля обрабатываются особо тщательно, благодаря чему места их сты-
ков надежно уплотнены. Под торец накидной гайки 13 устанавливается
кольцо 16 из отожженной красной меди.
145
Топливные фильтры. Фильтрация топлива является важным сред-
ством обеспечения нормальной работы дизеля. Для очистки топлива в
системе устанавливают два топливных фильтра грубой и тонкой очи-
стки. Фильтр грубой очистки топлива (рис. 72, а) установлен между
расходным баком и топливоподкачивающим насосом. Имеет стакан 2,
корпус 4, который изготовлен из стальной трубки с приваренной ниж-
ней крышкой, куда ввернут подводящий штуцер 5. В верхней части кор-
пуса имеется отводящий штуцер 1. Фильтрующим элементом является
латунная сетка 3, изготовленная из проволоки диаметром 0,03 мм с раз-
мером ячейки 0,04 мм.
В фильтрах тонкой очистки топлива применяется фетр, войлок и бу-
мага. На рис. 72, б показан фильтр с войлочным фильтрующим эле-
ментом. Между каркасом 4 и фильтрующим пакетом 6 помещен матер-
146
чатый чехол, который препятствует попаданию в ТНВД отставших
ворсинок войлока. Фильтрующий пакет надет на стяжную трубу 5
и прижимается к корпусу фильтра пружиной 12. Стык между фильтру-
ющим пакетом, корпусом фильтра и стяжной трубой уплотняется вой-
лочными кольцами 3 и 13. Крышка 11 притягивается к корпусу 2 гай-
кой 10. Пробка 8 служит для слива отстоя топлива.
Топливо поступает из топливоподкачивающего насоса по трубопро-
воду через штуцерный болт 7 и, пройдя фильтрующий пакет, направля-
ется через отверстия стяжной трубы й штуцерный болт 1 по трубопро-
воду к ТНВД. Избыточное количество топлива, подаваемое подкачи-
вающим насосом, через перепускной клапан 9 сливается в расходный
бак.
Смазочная система. Смазочная система дизеля служит для непре-
рывной подачи моторного масла ко всем трущимся поверхностям со-
пряженных пар деталей в необходимом количестве как для уменьше-
ния трения, так и для отвода образующегося в результате трения теп-
ла. Система (рис. 73) циркуляционная, комбинированная. Под давле-
нием смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого
вала, подшипники верхних головок шатунов (поршневые пальцы),
подшипники распределительного вала, клапанный механизм, турбо-
компрессор, привод топливного насоса, шестерни распределительного
механизма. Разбрызгиванием, т. е. маслом, вытекающим из коренных
и шатунных подшипников, смазываются втулки цилиндров, поршни,
поршневые кольца; стекающее масло из-под клапанных коробок сма-
зывает толкатели, кулачки распределительного вала.
Главными элементами смазочной системы являются: масляный на-
сос 12 , масляный фильтр 10, радиатор 9, центрифуга 17, маслопроводы
и каналы, маслосборник или поддон 1, контрольные приборы (мано-
метр 3 и термометр 4) и маслозакачивающий насос 13, служащий для
прокачки масла перед пуском дизеля.
Циркуляция масла в дизеле осуществляется с помощью масляного
насоса 12. Масло из поддона /, где установлены приемный сетчатый 15
и магнитный 16 фильтры, подается насосом 12 к масляному радиатору
9 и далее к фильтру 10 и частично к центрифуге 17. Очищенное в цент-
рифуге масло сливается в поддон дизеля. Из масляного фильтра 10 мас-
ло по маслопроводу 11 главной магистрали подводится к отверстиям в
блок-картере и далее по каналам ко всем коренным подшипникам ко-
ленчатого вала 2. От коренных подшипников коленчатого вала масло
по косым отверстиям, соединяющим коренные шейки с шатунными, по-
ступает в шатунные подшипники коленчатого вала и через сверления в
стержнях шатунов подается к подшипникам верхних головок шатунов,
откуда через два отверстия струей стекает на днище поршня для его
охлаждения.
От масляного канала в блок-картере первого коренного подшипника
коленчатого вала отходит канал, подводящий масло к первой опоре
(опорно-упорному подшипнику) распределительного вала. Из первой
опоры масло поступает во внутренний продольный канал распредели-
147
148
тельного вала 6, откуда выходит через отверстие к остальным опорам
вала.
От главной магистрали масло по маслопроводу 7 подается к штуцер-
ным болтам клапанных коробок 8. По отверстиям в клапанных короб-
ках и осях коромысел масло поступает к подшипникам коромысел, по
сверлениям в коромыслах — на сферические шарниры штанг толкате-
лей и стержни клапанов. Из клапанной коробки масло, стекая в под-
дон, смазывает трущиеся поверхности толкателей и кулачков распреде-
лительного вала. От главной магистрали масло подается на подшипни-
ки привода топливного насоса, на шестерни распределительной короб-
ки. Давление и температуру масла контролируют манометром 3 и тер-
мометром 4, установленными на щитке контрольных приборов. Под-
шипники скольжения турбонагнетателя 5 смазываются под давлением
от масляной магистрали дизеля. Из турбонагнетателя масло сливается
самотеком по трубопроводу в поддон дизеля. Для проверки уровня
масла в поддоне имеется щуп 14 с двумя предельными рисками для
ориентировки. Для заливки масла в дизель на крышке лючка, выпол-
ненной за одно целое с корпусом масляной центрифуги 17, имеется гор-
ловина 18, закрываемая крышкой.
Масляный насос шестеренчатого типа (рис. 74), обеспечивая пода-
чу масла 0,67 л/с при противодавлении на выходе 5,88 МПа, прост по
устройству и надежен в работе. В корпусе 8 насоса, отлитом из алюми-
ниевого сплава, расположены две сцепленные между собой стальные
шестерни 6 и 9. Торец корпуса закрыт фланцем 12. Ведомая шестерня
149
6 вращается свободно на оси 7, ведущая шестерня 9 сидит на валике 11
со шпонкой 10. Со стороны привода валик И имеет два кулачка, кото-
рые входят в пазы приводной шестерни.-Валик опирается на два сколь-
зящих подшипника, один из которых расположен в корпусе насоса,
другой — во фланце. Между корпусом и фланцем ставится уплотняю-
щая прокладка из гибкого текстолита.
Насос работает следующим образом. Масло поступает в подводя-
щий канал 14 (Б) в корпусе насоса и заполняет впадины между зубь-
ями шестерен. При вращении валика ведущая шестерня вращает ведо-
мую. Масло, находящееся между зубьями шестерен, перемещается из
подводящего канала в отводящий канал 13. Перед каналом 13 зубья
одной шестерни входят во впадины другой и вытесняют заключенное во
впадинах масло. При выдавливании масла из впадин создается высо-
кое давление, и масло по каналу 13 нагнетается в масляную магист-
раль В.
При пуске дизеля, когда холодное масло имеет высокую вязкость
и поэтому затруднен проход его через фильтры и зазоры в подшипни-
ках, давление масла может сильно возрасти и превысить допустимое.
Это может вызвать поломку частей системы смазки. Для устранения
чрезмерного давления масла в насосе имеется перепускной клапан,
установленный на ответвлении отводящего канала, В корпусе 4 пере-
пускного клапана помещен клапан 1, который удерживается в закры-
том положении пружиной 2, затянутой регулировочным винтом 3.
Клапан отрегулирован на давление 1,08 МПа, закрыт колпачковой гай-
кой 5 и запломбирован. При повышении давления в системе смазыва-
ния выше установленного он открывается, соединяя нагнетательную
полость со всасывающей.
Масляные фильтры служат для удаления из масла продуктов из-
носа металлов и окисления масла. Магнитный фильтр (рис. 75, а) вы-
полнен из колец прессованного ферромагнитного материала, насажен-
ных на шпильку. Монтируется он в приемном сетчатом фильтре масля-
ного поддона. При работе дизеля частицы металлов, обладающие маг-
нитными свойствами, оседают на поверхности колец.
Фильтр грубой очистки (рис. 75, б) — основной масляный фильтр.
Через него проходит все масло, поступающее в нагнетательную ма-
гистраль дизеля. Такое включение называется последовательным.
Фильтр обладает большой пропускной способностью для очищаемого
масла. Фильтрующие элементы выполнены из металлической сетки,
имеющей ячейки в свету размерами 0,06x0,18 мм. Частицы загрязнения
масла, превышающие размеры ячещс, не проходят через фильтрующий
элемент и остаются на его поверхности.
Фильтр грубой очистки состоит из корпуса 1, стакана 6, вовнутрь
которого устанавливают два каркаса с фильтрующими сетками 7.
Вместо двух каркасных сеток может быть установлен фильтрующий па-
кет из 35—38 дисковых сетчатых элементов. Сверху каркасы сеток
закрыты фланцем 5 и прижаты пружиной 3. Места соединений стакана
с корпусом и каркасов со стаканом и фланцем уплотняют прокладка-
150
ми. Стяжная труба 8 ввернута в дно корпуса, а в верхней части на ией
закреплена крышка 2 фильтра колпачковой гайкой 4. Неочищенное
масло поступает через боковое отверстие 11, а выходит очищенным че-
рез отверстие 10. Фильтр крепится к дизелю с помощью кронштей-
нов 9.
Фильтр тонкой очистки — центрифуга (рис. 75, в) обладает спо-
собностью задерживать мельчайшие частицы, содержащиеся в масле.
Центрифуга включается параллельно основному фильтру системы и
очищает 10—15% циркулируемого в системе масла. Отфильтрован-
ное масло стекает в поддон дизеля.
Центрифуга состоит из корпуса 12, отлитого за одно целое с крыш-
кой лючка, и основной части центрифуги, ротора, состоящего из кор-
пуса 13 и крышки 9, уплотненной прокладкой 6, соединяемых вместе
гайкой 5. Ротор свободно вращается на вертикальной оси 17, которая
закреплена в корпусе 12 центрифуги на двух подшипниках скольже-
ния 7 и /5 и упорном шарикоподшипнике 16. Ротор выполнен из алю-
миниевого сплава. В нижней части корпуса ротора ввернуты два соп-
Рис. 75. Масляные фильтры:
а — магнитный; б — сетчатый; в — центрифуга
151
ла 14 с калиброванными отверстиями, которые сообщаются с помощью
двух маслозаборных трубок 11 с внутренней полостью ротора. Цент-
рифуга работает следующим образов. Масло под давлением 0,6 МПа
поступает по каналу в оси ротора во внутреннюю полость ротора.
Капроновый маслоотражатель 8 направляет поступающее масло в ниж-
нюю часть корпуса центрифуги, чем предотвращается смывание отло-
жений со стенок крышки. В результате реакции струи масла, вытекаю-
щей из сопел, ротор начинает вращаться. При этом взвешенные в мас-
ле твердые частицы под действием центробежных сил осаждаются на
стенках вращающегося ротора, образуя плотный осадок. Плавающая
шайба 4, упирающаяся в головку болта 3, ввернутого в ось ротора,
ограничивает его подъем. Крышка 10 центрифуги крепится
гайкой /, внизу которой имеется прокладка 2.
Система охлаждения. На дизелях К-461М1 применяют закрытую
систему охлаждения с принудительной циркуляцией воды. Система
не сообщается непосредственно с атмосферой; в ней предотвращается
потеря охлаждающей воды на испарение. Кроме того, температура ки-
пения воды выше 100 °C (обычно до 105 °C).
Охлаждающая вода в системе (рис. 76) проходит в следующей по-
следовательности. Водяной насос 23 подает воду из водяного радиатора
14 в блок-картер. По трубе 1 с отверстиями (дифференциальная труба),
уложенной в боковом канале блок-картера, вода поступает к втулкам
всех шести цилиндров дизеля, охлаждая их. После этого, проходя
через перепускные отверстия 5 в верхней части блок-картера, вода по-
ступает в головки цилиндров, охлаждает своды камер сгорания и ста-
каны форсунок, затем через водяной коллектор 7 по трубопроводу 13
идет в радиатор 14.
На дизелях с наддувом охлаждающая вода к корпусу подшипников
турбонагнетателя 4 подводится по трубопроводу 3 от дифференциаль-
ной трубы, из турбонагнетателя по трубопроводу 6 поступает в сбор-
ный коллектор.
В систему охлаждения входит бачок 22 уровня воды, в котором
установлено реле аварийного уровня воды, подающее импульс на ава-
рийную остановку дизеля при снижении уровня воды в системе ниже
допустимого. Водяные радиаторы дизелей расположены в воздухово-
дах 8, находящихся под крышей вагона и значительно выше дизеля.
Бачок 22 уровня воды подключен в систему охлаждения дизеля таким
образом, что весь поток воды, идущий от радиатора по трубе 15 к на-
сосу 23, проходит через бачок уровня воды 22.
Радиаторы охлаждаются наружным воздухом, который забирается
установленными в возуховодах электровентиляторами 16 осевого типа.
Воздух забирается через жалюзи 20, проходит радиатор и выбрасыва-
ется наружу через жалюзи противоположной стены вагона. Подача
воздуха регулируется с помощью привода 18 и рукоятки 19 фиксации
тюложения жалюзи. В холодное время года охлаждение может осу-
ществляться за счет циркуляции воздуха в дизельном помещении.
В этом случае заслонка И располагается вертикально. Любое про-
152
межуточное положение заслонки устанавливается тросом 12 с помощью
лебедки 9, системы блоков и фиксатора 10.
В систему охлаждения дизеля заливается 60 л воды с добавлением
на .1 л воды 3—5 г хромпика K2CrsO7. Для растворения хромпика на
стене вагона находится бачок 17, а для перекачки раствора в систему
охлаждения имеется ручной насос 21 и система запорных вентилей.
Для измерения температуры охлаждающей воды служит термометр 2,
размещенный на щитке приборов. Паровоздушный клапан предохраня-
ет закрытую систему охлаждения дизеля (в первую очередь радиатор)
153
от разрушения из-за появления в системе избыточного давления или
разрежения. Пружины парового и воздушного клапанов отрегулирова-
ны таким образом, что при избыточном давлении в системе на 0,08 МПа
паровой клапан откроется. Если давление в системе окажется ниже ат-
мосферного на 0,001 МПа, то воздушный клапан откроется и в систему
будет поступать атмосферный воздух, пока давление не будет до-
ведено до нормального.
Водяной радиатор является теплообменным аппаратом, где охлаж-
дающая жидкость отдает тепло потоку атмосферного воздуха, прохо-
дящего через него. Он состоит из плоскоовальных латунных трубок и
припаянных к ним общих охлаждающих пластин, верхнего и нижнего
сборников, патрубков: устанавливается в воздуховоде под крышей ва-
гона.
Центробежный водяной насос (рис. 77) приводится во вращение от
шестерни привода. Насос состоит из латунной крыльчатки 12, вали-
ка 21, чугунного корпуса //, крышки 5, служащей всасывающим пат-
рубком. Стопорные винты 19 фиксируются гайками 18 и ограничивают
перемещение двух подшипников. Крыльчатка закрепляется гайкой 6
с простой шайбой 8 и стопорной шайбой 7. Крышка 5 насоса крепится
к корпусу шпильками с гайками 9 и пружинными шайбами 10. Корпус
и крышку уплотняют прокладочным кольцом <3, а между крышкой на-
соса и трубопроводом устанавливают прокладку 4. Место соединения
плоскостей вращающейся втулки 13 и неподвижной шайбы 14 имеет
154
’уплотнение. Шайба 14, манжета 27 сальника и нажимная пружина 15
закреплены втулкой 2'6.
В корпусе насоса запрессована втулка 16 лабиринта с маслосгон-
Ной резьбой. На валике насоса закреплен маслоотражатель 17, отбра-
сывающий масло на наружную поверхность кольцевой выточки и да-
лее в поддон дизеля. Валик насоса получает вращение от шестерни
привода зарядного генератора. На валик напрессована муфта 22, к
которой прижат, текстолитовый диск 23 гайкой 24 со шплинтом 25.
Фланец насоса уплотнен прокладкой 20. Водоспускной кран / закреп-
лен гайкой с шайбой 2.
Все детали, соприкасающиеся с водой, выполнены из материалов,
устойчивых против коррозии. Валик установлен на двух шарикопод-
шипниках. Осевое смещение валика с подшипниками ограничивается
тремя винтами 19, ввернутыми в корпус шарикоподшипников и закон-
тренными гайками 18.
Система пуска. Дизель запускают электрическим стартером.
Электростартер СТ-25 мощностью 5 кВт (рис. 78, б) представляет со-
бой электродвигатель постоянного тока с последовательно включен-
ными обмотками возбуждения, работающий от аккумуляторной батареи
напряжением 24 В. Основными частями электростартера СТ-25 явля-
ются: корпус 2, на котором укреплены четыре полюса с катушками воз-
буждения; якорь 3, который вращается в трех смазываемых бронзовых
втулках и траверса щеткодержателей 1 со щетками. Вал стартера имеет
спиральные шлицы 6 с правой нарезкой, на которые насажена шестер-
ня 4. Шестерня 4 вводится в зацепление с зубчатым венцом 5 маховика
дизеля, электромагнитным реле 8 через систему рычагов 7 механизма
привода.
Схема электростартерного пуска (рис. 78, а) работает следующим
образом. При нажатии на кнопку 10 включается маслозакачиваю-
щий насос 16. Когда давление масла по манометру на щитке приборов
достигнет 0,1 МПа (1 кгс/см2) и более, не отпуская кнопку 10, включа-
ется стартер 18 нажатием кнопки 9. При этом образуется цепь: «минус»
аккумуляторной батареи 19, выключатель 20, обмотка электромаг-
нитного реле 17 и «плюс» аккумуляторной батареи 19. При поступле-
нии тока в обмотку тягового реле 17 сердечник электромагнита через
систему рычагов механизма привода перемещает шестерню стартера к
зубчатому венцу маховика. При входе шестерни стартера в зацепле-
ие с зубчатым венцом
маховика включается питание электростартера
8, который раскручивает вал дизеля до пусковой частоты вращения,
’.огда дизель начнет работать на топливе, шестерня стартера, будучи в
хеплении с зубчатым венцом маховика, будет вращаться со скоростью,
хачительно большей, чем вал стартера. В связи с этим шестерня стар-
;ра, навинчиваясь по шлицам вала, сдвинется и выйдет из зацепления
зубчатым венцом маховика дизеля. После пуска дизеля выключаются
нопки 9 и 10, при этом якорь электромагнитного реле 17 возвраща-
ся в исходное положение, отключая цепь питания электростартера,
отключается маслозакачивающий насос 16. После остановки дизеля
155
выключатель 20 необходимо отключить. На схеме электрического пус-
ка имеются следующие элементы, способствующие пуску дизеля: / —
электромагнит; 2 — тиристор; 3 —«диод; 4 — переменный резистор;
5 — выпрямитель; 6 — датчик тахометра; 7 — измеритель тахомет-
ра; 8— воздухоподогреватель; 11 — реле-регулятор; 12 — сетевой
фильтр; 13 — шунт; 14, 15 — измерительные приборы (вольтампер-
метры).
С целью облегчения пуска холодного дизеля на впускном коллек-
торе устанавливают электропламенный подогреватель 9 воздуха
Рис. 78. Электростартериый пуск дизеля:
а — схема; б — электростартер
156
рис. 79, а). Работает устройство следующим образом. В полость крана /
(рис. 79, в) заливают порцию дизельного топлива и открывают иглу
крана так, чтобы топливо вытекло в лунку 3 со спиралью 2. Затем кран
закрывают, нажимают на кнопку маслозакачивающего насоса и по-
догревателя, выдерживают в течение 30 с, после чего включают стар-
тер до момента начала устойчивой работы дизеля. Подогрев воздуха
осуществляется за счет тепла, выделяющегося от сжигания небольшой
порции дизельного топлива, воспламеняемого раскаленной спиралью,
которая нагревается от аккумуляторной батареи напряжением 24 В.
Система газообмена дизеля. Система газообмена служит для подво-
да воздуха к цилиндрам дизеля и отвода от ннх отработавших газов-
Основными узлами системы являются (см. 79, а) воздухоочистители 5,
турбонагнетатель 7, впускной 10, и выпускной 2 коллекторы й глуши-
тель 3. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подается в ци-
линдры 1 через воздухоочистители, в качестве которых используют
инерционно-масляные воздушные фильтры 5 типа ВМ-12, соединенные
параллельно и установленные в пристенной коробке 4 вагона с жалю-
зи 6. Пропускная способность одного фильтра 0,2 м8/с (770 м8/ч).
Воздушный фильтр состоит из корпуса, крышки и фильтрующего эле-
мента. В масляную ванну фильтра заливается масло той же марки, что
и для смазки дизеля (до уровня, указанного на корпусе воздушного
фильтра). На впускном коллекторе 10 устанавливают заслонку 8 ав-
томатической остановки дизеля и электропламенный подогреватель 9.
। Продукты сгорания топлива вытесняются из цилиндров в выпуск-
ной коллектор 2, выполненный двухканальным для обеспечения рабо-
ты газовой турбины на переменном (импульсном) давлении. Газы от
дизеля поступают на лопатки рабочего колеса турбины, которое вра-
щает рабочее колесо нагнетателя, находящегося на общем валу. Воз-
ух, поступающий на лопатки рабочего колеса нагнетателя, сжима-
тся и подается в наддувочный коллектор дизеля под давлением 0,13—
,25 МПа (1,3—2,5 кг/см2). Частота вращения ротора при номиналь-
ой нагрузке дизеля 50 000—55 000 об/мин.
Остов турбонагнетателя (рис. 79, б) состоит из среднего алюминие-
>го корпуса 13. К нему крепится корпус 4 турбины и корпус 1 нагне-
ггеля. Средний корпус со стороны турбины имеет кольцевой канал, по
оторому циркулирует охлаждаемая вода, подводимая из системы ох-
аждения дизеля. Масло к подшипнику 12 подводится от системы сма-
лвания дизеля через штуцер 2 и сверление в среднем корпусе, Необ-
эдимую герметичность полости среднего корпуса обеспечивают: со
пороны нагнетателя — диск 14, со стороны турбины — диск 11, эк-
1н 9 и уплотнительные кольца, вставленные в канавки втулок 19 и 8.
дя дополнительного уплотнения между диском 11 и экраном 9 по
аналам поступает воздух из полости нагнетателя. Вал с приваренным
олесом 7 турбины и колесом 15 нагнетателя, установленным на шлицах
ала, втулками 8 и 19 и гайкой 18 составляют ротор турбонагнетателя,
отор вращается в бронзовом подшипнике, зафиксированном планкой
от проворачивания и осевого смещения.
157
Корпус турбины 4 с фланцем 10, сопловой венец 3, вставка турбины 5 ;
изготовлены из жаропрочного чугуна и крепятся к среднему корпусу
справа. Корпус нагнетателя 1, вставка нагнетателя 17 и лопаточный
диффузор 16 отлиты из алюминиевого сплава и крепятся к среднему
корпусу слева. Нагнетательная вставка имеет входную горловину для
соединения нагнетателя через дюритовую муфту с патрубком от воз-
душного фильтра. *
На крыше вагона дизель-электростанции для уменьшения шума на
выходе отработавших газов установлен глушитель 3 (см. рис. 79, а).
Он представляет собой металлический цилиндр, разделенный перего-
родкой на две камеры, при этом меньшая камера направлена в сторо-
ну дизеля. Газы, поступая в камеры, расширяются, теряют при этом
скорость и давление, что и приводит к снижению уровня шума.
158
Система автоматической защиты дизеля. Дизель-генераторы
'-461М1 (ДГМА-75М1) оборудованы системой автоматической защиты,
оторая обеспечивает подачу светового (табло) и звукового (ревун) Сиг-
елов и остановку агрегата при следующих нарушениях параметров
аботы дизеля: понижении давления масла до 150—190 кПа; повыше-
на температуры и понижении уровня охлаждающей воды соответст-
вие до 1004*5 °C и ниже допустимого; повышении частоты враще-
ия до 1650—1750 об/мин.
Система автоматической защиты (рис. 80) работает следующим об-
азом. Пр*1 достижении дизелем частоты вращения 500 об/мйн сра-
«тывает замыкающий контакт датчика реле частоты вращения и че-
?з размыкающие контакты реле РДМИ, РДМП, РТВ и РКО ток по-
гупает к сигнальной лампе JJHP, которая, загораясь, показывает, что
159
дизель работает нормально. Одновременно через вентиль Д (диод)
включается реле РП1, которое, сработав, замыкает замыкающие кон-
такты РП1, в цепи, питающееся через кнопку КВР и замыкающий кон-
такт РП1, подготовляя включение звукового сигнала.
После того как дизель пущен в работу и частота вращения повыша-
ется, увеличивается и давление масла в системе смазывания и при до-
стижении давления выше 0,15 МПа размыкаются размыкающие кон-
такты ДДМИ и ДДМП в цепи реле РДМИ и РДМП. При достиже-
нии дизелем частоты вращения 1350 об/мии замыкается замыкающий
контакт датчика реле частоты вращения, подготовляя к работе цепи
реле РДМП и РДМИ.
В случае появления аварийных режимов система работает следую-
щим образом. При повышении частоты вращения до 1700 об/мин дат-
чик реле частоты вращения замыкает свой замыкающий контакт
в цепи реле РКО, которое, сработав, замыкает блокирующие замыка-
ющие контакты РКО в цепях реле PC включения звукового сигнала и в
цепи сигнальной лампы Л ПО и раз-
Рис. 80. Схема автоматической защи-
ты дизеля
мыкает размыкающие контакты
РКО в цепи питания лампы ЛНР.
Сигнальная лампа ЛНР гаснет, а
лампа ЛПО загорается, сигнализи-
руя о повышении частоты враще-
ния дизеля выше допустимой,
включается -звуковой сигнал, сиг-
нализируя об аварийном режиме
и срабатывает реле PC. При этом
замыкающий контакт реле • PC
включает электромагнит, который
освобождает фиксатор (см. рис.
79, а) заслонки 8 и она перекры-
вает впускной коллектор 10. Как
только дизель останавливается, за-
мыкающие контакты датчика реле
частоты вращения 500 об/мин раз-
мыкаются, и система включения
электромагнита приходит в перво-
начальное положение. После устра-
нения неисправности должна быть
открыта заслонка. Схема разблоки-
руется нажатием кнопки КР (см.
рис. 80) на пульте управления.
Звуковой сигнал выключают кноп-
кой КВР, при размыкании кото-
рой реле РП1 обесточивается и
размыкает замыкающие контакты
в цепи включения звукового сиг-
нала. ДиодД вновь подготовляет
160
Цепь включения реле. Аналогично работает система при падении дав-
ления в системе смазки до 150—190 кПа (1,5—1,9 кгс/смг), но при
д том загорается сигнальная лампа ЛДМИ. При понижении уровня
охлаждающей жидкости вместо датчика ДДМП подключается дат-
чик реле уровня ДРУ.
Система предупредительной сигнализации работает следующим об-
разом. При повышении температуры охлаждающей воды до 98 °C за-
мыкаются контакты ДТВ комбинированного реле и срабатывает реле
\РТВ. При этом замыкаются замыкающие контакты РТВ в цепях
[ключения звукового сигнала и сигнальной лампы ЛТВ, а замыкающий
^Контакт РТВ в цепи сигнальной лампы ЛНР размыкается, и она гас-
нет. После замыкания замыкающих контактов РТВ включается звуко-
вой сигнал; и загорается сигнальная лампа ЛТВ.
Аналогично срабатывает система при снижении давления масла до
200—240 кПа (2—2,4 кгс/сма) от датчика ДДМП, но при этом загора-
ется сигнальная лампа ЛДМП.
34. ДИЗЕЛИ 4НВД-21 И 6НВД-21 ПРОИЗВОДСТВА ГДР
Общие сведения. В обозначениях марок дизелей, выпускаемых в
ГДР, первая цифра указывает число цилиндров, цифры в конце —
ход поршня в сантиметрах, буквы: Н — отношение хода поршня к
диаметру цилиндра S/D > 1,3; В — четырехтактный; Д — дизель.
Дизели 4НВД-21 и 6 НВД-21 составляют семейство двигателей
f НВД-21. Они имеют одинаковые основные размеры (диаметр цилиндра
ход поршня), но разное число цилиндров, много одинаковых дета-
лей (поршни, шатуны, втулки цилиндров, клапаны, коренные и шатун-
ные подшипники) и сборочных узлов (головки цилиндров, форсунки,
фодяной и масляный насосы).
? Дизели 4НВД;£1 установлены на 12- и 5-вагонных (ЦА-5) рефри-
жераторных секциях, а 6НВД-21 — на 21-вагонных рефрижераторных
поездах в качестве главных дизелей (рис. 81 и 82).
‘ Дизели НВД-21 вихрекамерные, с рядным расположением цилинд-
«ров.
Основные технические данные дизелей
4НВД-21 6НВД-21
Номинальная мощность, кВт 66,2 103
Номинальная частота враще- ния коленчатого вала, об/мин 1000 1000
Степень сжатия 17 17
Диаметр цилиндра, мм . . . 150 150
Ход поршня, мм 210 210
Порядок работы цилиндров Нумерация цилиндров . . . 1—2—4—3 От маховика 1—5-^3—6—2—4 От маховика
Угол опережения подачи топ- . лива, град, поворота колен- чатого вала (ПКВ) .... 19 19
6 Зак. 1971
161
162
Давление впрыска топлива,
МПа ....................... 13 13
Удельный расход, г/(кВт ч):
топлива.................... 258,4 254,3
масла.................. 3 2,9
Остов двигателя — это сложная чугунная отливка, на которой
смонтированы все основные узлы и детали. Остов состоит из картера,
блока цилиндров и головок цилиндров. Элементы остова связаны между
собой болтами и шпильками в одну общую жесткую систему.
Картер дизелей НВД является основанием двигателя и представля-
ет собой чугунную отливку (рис. 83, а, б), нижняя часть которой име-
ет корытообразную форму и является маслосборником для стекающего
масла со смазываемых деталей и резервуаром для масла, циркулирую-
щего в системе смазывания двигателя.
Внутри картера имеются перегородки с гнездами 1 постелей корен-
ных подшипников, которые служат опорами для коленчатого вала и
имеют два вкладыша (нижний и верхний), крышку, устанавливаемую
на штифты 2 и закрепленную шпильками с гайками. От осевого и про-
дольного смещения нижних вкладышей подшипника предохраняет ус-
тановочный штифт 3. Для предупреждения утечки масла по шейке ва-
ла в месте выхода его в торцовой стенке картера предусмотрен круг-
лый прилив 4, на котором расположен фланец с универсальным само-
поджимным сальником. Масло, снимаемое сальником с шейки вала,
стекает через овальные отверстия 5 в масляную ванну картера. Внут-
ри картера по всей его длине проходит главная масляная магистраль
6. Смазка к подшипникам коленчатого вала подводится по наклонным
каналам в ребрах перегородок. Переток масла в наклонный канал про-
исходит в месте его пересечения с главной масляной магистралью.
На наружной торцовой поверхности картера предусмотрены резь-
бовые отверстия для крепления и монтажа: 7 — магнитного масляного
фильтра; 8 — пробки слива масла из картера; 11 — маслотрубопро-
вода к радиатору; 13 — пробки слива грязи срезаемого при проворачи-
вании щелевого фильтра; 14 — маслопровода от радиатора к главной
масляной магистрали 6, и фланцы: 9 — для шестеренчатого масляного
насоса; 10 — для ручного маслопрокачивающего насоса; 12 — для
масляного щелевого фильтра.
С обеих сторон картер имеет полки для крепления на раме, сварен-
ной из листового проката. Рама 2 (рис. 84) является общим основани-
ем для всей дизель-генераторной установки и в свою очередь опирает-
ся на фундамент 1, жестко скрепленный с полом вагона. Для смягче-
ния ударов в вертикальной плоскости, возникающих при движении по-
езда, между дизаль-генераторной рамой и фундаментом установлены
четыре комплекта пружинных 4 и резиновых 3 амортизаторов. Про-
дольные перемещения установки поглощаются упорами 5, сделанными
из маслостойкой резины в виде литых прямоугольников.
Блок цилиндров 1 (рис. 85, а) дизеля является деталью остова, на
котором внутри и снаружи монтируются механизмы и системы
163
SLOZ
164
дигателя. Отливается он из серого чугуна и имеет коробчатое сече-
|ие. С картером блок соединяется сшивными шпильками. Точность ус-
тановки блока обеспечивается контрольными штифтами, запрессован-
ными во фланец картера. Поперечные перегородки в полости блока об-
разуют отсеки по числу цилиндров, а для установки втулок цилинд-
ров блок имеет круглые отверстия, расточенные в нижнем и верхнем
посадочных поясах. Для охлаждения втулок предусмотрена водяная
рубашка. Высота водяной рубашки выбрана с таким расчетом, чтобы
при положении поршня 3 в нижней мертвой точке компрессионные
кольца оставались в зоне втулки, омываемой охлаждаемой жидко-
стью. Это необходимо для обеспечения нормального охлаждения порш-
ня. Для перехода охлаждающей воды из рубашки блока 11 в рубашку
Головки 7 имеются водяные переходы. Водяной переход представляет
'собой чугунную втулку 8 и кольцо 9 из термостойкой резины, которое
обжимается головкой цилиндра.
При установленных и закрепленных цилиндровых головках на
блоке необходимо, чтобы между блоком и головкой был зазор 10 в
:1—5 мм. При отсутствии зазора не может быть уверенности в хорошем
уплотнении стыка кольцевого бурта 6 головки цилиндра и фланца 4
втулки через медную прокладку 5. На боковых стенках блока имеются
лючки 12 и 15, обеспечивающие доступ к деталям кривошипно-шатун-
ного механизма и механизма газораспределения. В поперечных пере-
городках блока цилиндров находятся гнеза 13 для подшипников рас-
пределительного вала. На полке 14 установлен топливный насос вы-
сокого давления. Индивидуальные головки цилиндров крепят шпиль-
ками, которые ввертываются сверху в блок.
На наружной торцовой стенке блока (рис. 85, б) расположен водя-
ной центробежный насос 9 системы охлаждения и воздухораспредели-
тель 1 системы воздушного пуска. Специальный патрубок — сапун
4 — служит для сообщения внутреннего пространства двигателя, обра-
зованного картером и блоком цилиндров с атмосферой.
Картерное пространство, находящееся под некоторым избыточном
давлением, насыщено мельчайшими частицами масла (масляным тума-
ном). Для предотвращения уноса масла через сапун и поступления в
картер атмосферного воздуха сапун имеет отражательный клапан
пластинчатого типа. Клапан состоит из розетки 8 с отверстиями, соб-
ственного клапана 7 и направляющего винта 6. При срабатывании кла-
пана газы за счет разности давлений поднимают пластину и перетекают
во внутреннюю полость крышки 5. Для устранения загазованности ма-
шинного отделения на крышке сапуна устанавливают штуцер, на ко-
Рис. 82. Дизель 6НВД-21:
/ — картер; 2 —коленчатый вал; 3 — маховик; 4 — резиновые уплотнительные кольца; 5 —
шатун; 6 — блок цилиндров; 7 — поршень; 8 — головка цилиндров; 9 — выпускной коллектор;
to — клапанная крышка; // —трубки-высокого давления; 12— топливный фильтр; 13 — топ-
ливный насос высокого давления; 14 — воздухораспределитель; 15 — перепускной клапан;
16 — масляный насос; /7 — магнитный фильтр; 18 — распределительный вал; 19— коренной
подшипник; 20 — поперечные перегородки картера; 21 — главная масляная магистраль; 22 —
маслоприемннк
165
166
Рис. 85. Блок с головкой цилиндра дизеля НВД-21:
о — поперечный разрез: б — вид со стороны приводя
167
торый надет резиновый шланг 3. Вторым концом шланг присоединен
к впускному коллектору 2. Во время работы дизеля в цилиндры вмес-
те с воздухом подсасываются газы из картера.
Втулка цилиндра (см. рис. 85,' а) наряду с блоком цилиндров яв-
ляется основной деталью остова. Внутренняя часть втулки, ограни-
ченная с одной стороны головкой цилиндра, а с другой — днищем
поршня, образует рабочий объем, в котором протекает тепловой про-
цесс дизеля. В то же время стенки втулки служат направляющими
для поршня при его возвратно-поступательном движении, поэтому
внутреннюю поверхность втулки цилиндра, так называемое зеркало
цилиндра, тщательно обрабатывают. Учитывая высокие температуры
и давления газов, развивающиеся в полости цилиндра, а также дейст-
вие боковых сил трения, возникающих при движении поршня, втулки
цилиндров должны быть достаточно прочными и жесткими, чтобы про-
тивостоять действующим силам, а внутренняя поверхность должна
обладать хорошей износоустойчивостью. Для изготовления втулок
дизелей НВД-21 применяют высококачественный чугун.
Мокрая втулка цилиндра имеет два посадочных пояса и устанавли-
вается в блок цилиндров сверху. Точность установки цилиндровой
втулки в блоке, ее свободное температурное удлинение и надежное уп-
лотнение водяной полости по месту посадки — все это достигается с по-
мощью верхнего и нижнего посадочных поясов. Верхняя часть втулки
имеет фланец 4, который при сборке дизеля тщательно притирается к
опорному бурту блока. Нижний пояс уплотнен закладными резиновы-
ми кольцами 2 из специальной маслотермостойкой резины. Для по-
следних на посадочном поясе втулки протачиваются две канавки.
Головка цилиндра также относится к остову двигателя. У дизелей
НВД-21 каждый цилиндр имеет индивидуальную головку (рис. 86),
отлитую из чугуна. Для крепления головки на блоке по углам распо-
ложены четыре сквозных отверстия / под шпильки. Головка цилиндра
вместе с днищем поршня и стенками втулки образует камеру сгорания
двигателя и подвергается воздействию высоких температур и давле-
нию газов. Поэтому днище головки, так называемая «огневая доска»,
имеет жесткую опорную часть и интенсивное охлаждение водой.
На нижней плоскости головка имеет кольцевой бурт 2 для уплот-
нения ее стыка с втулкой цилиндра. На фланец втулки под бурт голов-
ки устанавливается прокладка 5 (см. рис. 85, а) из красной меди или
алюминия, которая обжимается при креплении головки, уплотняя га-
зовый стык. Головка представляет собой отливку сложной конструк-
ции. Она имеет вихревую камеру 4 (см. рис. 86), пространство 6 для
циркуляции охлаждающей воды, гнезда клапанов и соответствующие
каналы 11 для выпуска отработавших -газов и 12 для впуска свежего
воздуха. На верхней плоскости головки монтируются стойка коромы-
сел на площадке 14, клапаны 9 механизма газораспределения, пуско-
вой 13 и предохранительный 16 клапаны. В резьбовое отверстие 7 ус-
танавливается форсунка, а в отверстие 5 — свеча накаливания. Через
два сквозных отверстия 20 проходят штанги толкателей. Штуцер ко-
168
Рис. 86. Головка цилиндра дизеля НВД-21
роткой трубки подвода масла к клапанному механизму устанавлива-
ется в отверстие 23. Для удаления из полостей головки формовочной
земли при изготовлении на ее поверхности имеются технологические
отверстия. Часть этих отверстий 17 и 24 после обработки головки на-
всегда заглушается пробками. Отверстия, используемые для очистки
Полости головки от образующейся накипи, имеют съемные пробки 10
и 15. Охлаждающая вода из зарубашечного пространства блока ци-
линдров поступает в рубашку головки через отверстие 3, а выходит
из головки через отверстие 8 с другой стороны. При этом вода омыва-
ет днище, вихревую камеру, гнезда и каналы головки. Из нижней
плоскости головки, обращенной в сторону цилиндра, выходят отвер-
.стия четырех каналов: три — в полость цилиндра и одно — за его пре-
делы. Овальное отверстие 19 является соединительным каналом вих-
ревой камеры. Отверстие 21 соединяет полость цилиндра с предохра-
нительным клапаном. При срабатывании клапана давление газов,
•превышающее норму, отводится по каналу через отверстие 22 в зазор
между головкой и блоком в атмосферу. Отверстие 18 является каналом
пускового клапана системы воздушного пуска и служит для прохода
сжатого воздуха в цилиндр при запуске дизеля.
Кривошипно-шатунный механизм является основным рабочим ме-
ханизмом двигателя внутреннего сгорания и предназначен для преоб-
разования возвратно-поступательного движения поршня во враща-
тельное движение коленчатого вала. Движущимися частями криво-
169
шипно-шатунного механизма являются поршневая группа, шатун, ко-
ленчатый вал с маховиком.
Поршневая группа состоит из поршня, поршневых колец, поршне-
вого пальца, стопорных колец, удерживающих палец от осевого пере-
мещения.
На дизелях НВД-21 поршни отливают из алюминиевого сплава
(силумина), в состав которого входит 12—13 % кремния. Поршни из
этого сплава легки и теплопроводны. Все это благотворно сказывается
на повышении мощности двигателя. Существенным недостатком спла-
ва является относительно высокий коэффициент линейного расшире-
ния. Чтобы не было заклинивания поршня в цилиндре, приходится
устанавливать их с повышенным зазором. Большие зазоры затрудняют
запуск дизеля, а его работа сопровождается стуками, которые исчезают
лишь после прогрева.
Поршни (рис. 87, а) имеют верхнюю (уплотняющую) и нижнюю (на-
правляющую) части. Днище 6 и верхнюю уплотняющую часть / назы-
вают головкой 5, а направляющую часть 1 — юбкой поршня. Внутри
поршня имеются две бобышки 3 с отверстиями 2 под поршневой палец.
На уплотняющей части поршня проточено четыре канавки для компрес-
сионных колец 4. Уплотняющей частью поршня называют поверхность
от верхней кромки верхнего поршневого кольца до нижней кромки
нижнего кольца. Эта часть поршня передает стенкам цилиндра около
80 % тепла, воспринятого днищем поршня во время работы дизеля.
Маслосъемное кольцо 8 установлено в канавку на юбке поршня. Мас-
ло, снимаемое со стенок цилиндра маслосъемным кольцом, отводится по
сквозным каналам 9 во внутрь поршня, откуда оно стекает в картер.
Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с
шатуном. Во время работы дизеля поршневой палец подвергается воз-
действию переменных нагрузок, по характеру близких к ударным.
Рис. 87. Поршень:
„ _ устройство; б — схема соединения с поршневым пальцем и шатуном
170
д действием этих нагрузок в пальце возникают напряжения изгиба
среза. В соответствии с указанными условиями работы палец дол-
ги обладать вязкой сердцевиной и одновременно твердой поверхно-
ью, сопротивляющейся износу. Для этого рабочую поверхность паль-
___ изготовленного из малоуглеродистой стали, цементируют и подвер-
гают закалке, затем тщательно шлифуют и полируют. Для облегчения
палец выполняют полым.
На дизелях НВД-21 применяют плавающий палец 3 (рис. 87, б), об-
едающий возможностью поворачиваться во время работы как в бо-
ышках 2, так и в верхней головке шатуна 4. Фиксация плавающего
ельца от осевого перемещения осуществляется с помощью пружинных
топорных колец 1 прямоугольного сечения. Палец посажен в бобыш-
:и с небольшим натягом. При работе двигателя в результате расшире-
ия бобышек от нагрева в сочленении появляется необходимый зазор,
। палец работает как плавающий.
Поршневые кольца по своему назначению делятся на компресси-
нные и маслосъемные. В свободном состоянии наружный размер
ольца больше диаметра втулки цилиндра. Чтобы установить кольцо
цилиндр, его необходимо сжать. Кольца, установленные в цилиндр,
(ружинят и плотно прилегают к его стенкам с давлением 0,05—0,30
АПа и более. Во время работы давление кольца на стенки цилиндра уве-
личивается за счет давления газов, проникающих через зазоры в поло-
жи кольцевых канавок и действующих на тыльную поверхность коль-
Маслосъемные кольца служат для снятия излишков масла с зер-
кала цилиндра и отводят его через отверстия в стенках поршня в кар-
тер двигателя. Поршень имеет одно маслосъемное кольцо. Оно уста-
навливается на юбке поршня. Однако как бы хорошо маслосъемные
кольца ни удаляли масло с рабочей поверхности цилиндра, часть его
все же попадает в камеру сгорания. В значительной мере этому спо-
собствует насосное действие компрессионных колец. Поршневые коль-
ца изготовляют из чугуна. Для лучшей приработки кольца покрывают
хромом.
Шатун (рис. 88) выполнен из легированной стали. Основные эле-
менты шатуна следующие: верхняя головка 4 шатуна, которая охва-
тывает поршневой палец, стержень 3, соединяющий верхнюю головку
•t нижней, и нижняя головка 2, соединяющая шатун с шатунной шей-
кой коленчатого вала. Нижняя головка шатуна разъемная и имеет раз-
меры, позволяющие вынимать поршень с шатуном через цилиндр.
В нижней головке шатуна расположен шатунный подшипник, состоя-
щий из двух вкладышей: нижнего 10 и верхнего 9. От проворачивания
в шатуне вкладыши удерживаются штифтом 11. Вкладыши изготовле-
ны из стали и залиты свинцовистой бронзой. Крышка шатуна 1 —
Нижняя часть его головки — фиксируется относительно верхней шли-
цами в плоскости стыка. Верхняя головка шатуна делается неразъем-
ной. В нее запрессовывается стальная втулка 6 с тонким слоем свинцо-
вистой бронзы по рабочей поверхности, являющейся подшипником
171
поршневого пальца. Масло для смазывания подшипника верхней го-
ловки шатуна поступает через отверстие 5, которое забрасывается
при вращении вала. Стержень шатуна, соединяющий верхнюю
и нижнюю головки, имеет двутавровое сечение, обеспечивающее на-
ибольшую жесткость детали при наименьшей массе. Шатунные болты
12 крепления разъема головки шатуна испытывают переменные нагруз-
ки. Основной нагрузкой являются сила инерции поступательно дви-
жущихся частей и центробежная сила инерции массы вращающейся
части шатуна. Обрыв шатунного болта на работающем двигателе обыч-
но вызывает разрушение деталей кривошипно-шатунного механизма и
остова двигателя. Шатунный болт крепится корончатой гайкой 8,
которая фиксируется шплинтом 7'. Выполняют болты из легированных
сталей ЗОХНЗА и 35ХМА.
Коленчатый вал — наиболее сложная и дорогостоящая деталь ди-
зеля. При работе двигателя вал нагружается силами давления газов,
силами инерции движущихся возвратно-поступательно и вращающих-
ся деталей, поэтому он подвергается значительным изгибающим и
скручивающим усилиям. Эти силы вызывают трение и износ коренных
и шатунных шеек вала и их подшипников, усталостные трещины в ме-
стах переходов шеек в щеки и выхода масляных каналов.
Рис. 88. Шатун дизелей НВД-21 и его подшипник
172
Для дизеля 4НВД-21 угол между кривошипами его коленчатого
кала равен 72074 = 180°, а для дизеля 6НВД-21 угол равен 120е,
>. е. 72076 = 120°.
Коленчатые валы дизелей 4НВД-21 и 6НВД-21 имеют продольно-
еимметричную, «зеркальную» схему (рис. 89, а, б). У коленчатых ва-
лов дизелей число коренных шеек на одну больше числа шатунных.
Такие валы называются полноопорными.
Коленчатые валы дизелей 4 и 6НВД-21 имеют много общего. Ко-
ленчатый вал (см. рис. 89, б) имеет коренные 6 и 9 и шатунные 5 шей-
ки, а также щеки
1 (колена),
связывающие шатунные шейки с корен-
ными. Шатунные шейки для уменьшения массы, сделаны полыми, а
олости 3 используют как каналы для подвода смазки, закрытые с тор-
гов заглушками 2, стянутыми шпильками 4. Наружную поверхность
веек вала шлифуют и полируют. Переходы от щек к шейкам (галте-
пи) также тщательно шлифуют и полируют до полного выведения ри-
хж. Чтобы повысить твердость и износостойкость поверхности шеек,
их закаливают токами высокой частоты. Это особенно необходимо, так
как на дизелях НВД-21 используются подшипники скольжения, за-
итые свинцовистой бронзой. На выходном конце коленчатого вала со
тороны отбора мощности установлен маховик, который служит для
авномерности хода двигателя. Валы дизелей снабжаются противове-
ами 7, которые устанавливаются и крепятся на щеках шпильками 8.
Для предупреждения утечки масла по шейке вала в месте выхода
го из картера на цилиндрическую часть фланца устанавливается само-
[одвижной универсальный сальник, который представляет собой штам-
ованную стальную обойму 1 (рис. 90, б) с кольцом из литой профиль-
ой резины 2 внутри обоймы. К шейке вала резиновое кольцо при-
симается браслетной пружиной 3.
Подшипники коленчатого вала дизелей НВД-21 делятся на две
сновные группы: коренные и шатунные; коренные в свою очередь
меют некоторые конструктивные различия. Каждый подшипник
кольжения представляет собой стальную втулку, разрезанную по ди-
метру на две равные половины, называемые вкладышами. На рабо-
ую поверхность вкладышей наносится антифрикционный сплав из
винцовистой бронзы толщиной 1—2 мм. Коренные подшипники, не
леющие буртов, называются опорными, кроме одного — с буртами,
1зываемого опорно-упорным. Нижний вкладыш 2 (рис. 91, в) плотно
манавливается в постели картера 1 и после укладки вала накрывает-
I верхним вкладышем в крышке 3 подшипника. Собранный подшип-
<к затягивается гайками шпилек 4, гайки контрят стопорными
айбами. В теле нижнего вкладыша имеется сквозное отверстие 1
не. 91, б), в которое входит удерживающий штифт. Подвод смазки на
бочую поверхность подшипника осуществляется по внешней канав-
2 через выходные каналы 5 верхнего вкладыша 3. По месту стыко-
ния вкладышей выбраны углубления «карманы» 4—для масла, назы-
емые «холодильниками». Опорно-упориый подшипник (рис. 91, а)
173
Рис. 89. Коленчатый вал дизеля 4НВД-21:
а — конструкция: б — устройство кривошипа
0 де
Рис. 90. Коленчатый вал дизеля 6НВД-21:
а — общий вид; б устройство сальника
Рис. 91. Подшипники коленчатого вала:
о — опорно-упорный; б — опорный; в — схема
имеет бурты, которыми он воспринимает нагрузки от осевых смещений
коленчатого вала.
Шатунный подшипник (см. рис. 88) внешне схож с опорно-упорным
по наличию буртов, ограничивающих боковые смещения шатуна по
шейке вала. Отличительными признаками шатунного подшипника яв-
ляется отсутствие на вкладышах «холодильников», а также внешних и
внутренних канавок подвода масла. По месту стыкования вкладышей
с внешней стороны имеются выемки для шатунных болтов.
Механизм газораспределения дизеля (рис. 92, а) служит для газо-
обмена, т. е. для своевременной очистки цилиндров от продуктов сго-
рания и заполнения их свежим зарядом воздуха. Кулачковый распреде-
лительный вал 5 приводит в движение роликовый толкатель 1, Кото-
рый через штангу 2 и коромысло 3 (двуплечий рычаг) открывает кла-
пан 4.
Распределительный вал служит для открытия клапанов в соответст-
вии с тактами, протекающими в цилиндрах. Вал штампуют из высо-
кокачественной стали, и после механической обработки его опорные
шейки и кулачки /—V подвергают закалке ТВЧ. Устанавливают
распределительный вал в расточенных гнездах блока цилиндров в
игольчатых подшипниках (рис. 93). Размер опорных шеек распредели-
тельного вала позволяет вставлять его в подшипники в осевом направ-
лении. Моменты открытия или закрытия клапанов, выражаемые в гра-
дусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек.
176
ываются фазами газораспределения. На рис. 94 представлена кру-
ая диаграмма газораспределения с фактическими значениями уг-
- опережения и запаздывания для дизелей НВД-21. На диаграмме
1зан также момент подачи топлива.
Толкатель служит для передачи движения от кулачка распредели-
ьного вала штанге и воспринимает возникающие при этом боковые
илия. Толкатель представляет собой цилиндрический стержень.
1 одном конце толкателя 12 (рис. 92, б) в прорези на оси установлен
лик 13, который катится по профилю кулачка распределитель-
го вала. С другого конца в него входит штаига 4. Чтобы исключить
зворот толкателя в направляющей 11 относительно плоскости вра-
;иия кулачка, в блок 1 ввернут стопорный винт 2, хвостовик которо-
входит в вертикальный паз 3 толкателя. Штанга 4 служит для пере-
чи движения от толкателя к коромыслу и представляет собой сталь-
то трубку, на концах которой запрессованы стальные термообрабо-
нные наконечники. Нижний наконечник имеет шаровую форму и
177
Игольчатый
подшипник
Рнс. 93. Распределительный вал на игольчатых подшипниках
178
опирается на вогнутую поверхность дна 14 толкателя. Верхний нако-
нечник имеет сферическое углубление, в которое входит шаровая го-
ловка регулировочного винта коромысла. Коромысло служит для из-
менения направления движения, передаваемого штангой, и представ-
ляет собой рычаг с двумя плечами разной длины. Плечо, обращенное к
клапану, длиннее. Это нужно для того, чтобы обеспечить необходимое
перемещение клапана при значительно меньших перемещениях толка-
теля и штанги. Коромысло 5 штампуется из высококачественной стали
и имеет сечение, близкое к двутавровому. Устанавливается коромысло
Йа валике, укрепленном на стойке. Короткое плечо коромысла имеет
(отверстие для регулировочного винта 7, которое фиксируется контргай-
кой 6. На другом плече расположен боек 9. Трубка 8 служит для под-
вода смазки под давлением к деталям клапанов. Для предотвращения
вытекания масла наружу клапанный механизм закрывается колпаком
10.
Клапаны предназначены для плотного закрытия цилиндра на время
актов сжатия и расширения и своевременного открытия и закрытия
го на тактах впуска и выпуска. Клапан дизеля (рис. 95) состоит из
тарелки 1 и стержня 3. В верхней части стержень имеет кольцевую
,роточку и узкую канавку. Первая служит для закрепления тарел-
:и 5 пружины с помощью двух конических полусухариков 6, вторая —
ля установки стального пружинящего (предохранительного) кольца 7,
включающего падение клапана в цилиндр в случае обрыва стержня
лапана или излома пружины. Для впускных клапанов, работающих в
олее благоприятных условиях, применяют хромоникелевую сталь,
ыпускные клапаны выполняют из жароупорной стали, содержащей
ольшой процент кремния и хрома. Чтобы избежать путаницы при
орке клапанов на головке цилиндра, так как клапаны совершенно
инаковы по устройству, на тарелках клапанов или стержне выбиты
лейма: А — для выпускного и Е — для впускного. Соответствующие
лейма нанесены на днище головки цилиндра. Направляющая втулка
обеспечивает направленное движение клапана и правильную его по-
дку в седло. Направляющие втулки клапанов делают вставными из
тифрикционного чугуна. Смазка на стержни клапанов подводится
рез радиальное отверстие 8 в верхней части втулки. Седло 9 служит
ездом тарелки клапана, сделанного непосредственно в теле головки
|линдра. Плотность посадочных поверхностей клапана и седла в го-
вке достигается предварительной взаимной притиркой. Клапанная
ужина 4 служит для возврата клапана в седло после завершения
йствия кулачка распределительного вала. Пружина клапана обла-
ет значительной силой упругости. Изготовляют ее методом холод-
й навивки из специальной марганцовистой, кремнемарганцовистой,
омо-ванадиевой проволоки.
Топливная система. В топливной системе дизелей НВД-21 (рис. 96)
сходный топливный бак 6 располагается в верхней части машинного
деления. В него топливо подается из подвагонных баков насосом с
чным или электрическим приводом. Чтобы избежать переполнения
179
Впрыск топлива в.м.т
бака, у него в верхней части имеется переливная трубка 8, площадь
сечения которой в 1,5 раза больше наполнительной. Расходный бак
имеет указательное стекло 7 с мерной шкалой для контроля уровня,
расходный патрубок 9 с краном и трубку 10 для спуска отстоя. Расход-
ный патрубок располагается несколько выше дна бака, чтобы в двига-
тель не попадал отстой из бака, а патрубок для спуска отстоя — в са-
мом нижнем месте бака — «грязевике». В топливной системе дизелей
4НВД-21 и 6НВД-21 топливоподкачивающего насоса нет, топливо по-
ступает к насосу высокого давления под статическим напором столба
топлива от расходного бака. При открытом кране топливо поступает
через магнитный фильтр 12 к фильтру тонкой очистки 13 (войлочному
или бумажному). Между фильтром 13 и ТНВД / установлен электро-
магнитный вентиль 14 для автоматической остановки дизеля в аварий-
ных случаях. Топливо, очищенное от механических примесей, посту-
пает в ТНВД 1. Число насосных секций ТНВД соответствует числу ра-
бочих цилиндров. Топливо под давлением 13 МПа через трубопроводы
180
вдсокого давления 3 подается к форсункам 5. Топливо,'просачиваю-
щееся через зазор распылителей форсунок и плунжерных пар в ТНВД.
[отводится в сливной бачок 17 по обратному топливопроводу 4 и слив-
рой трубке 16. Пробки 15 на ТНВД и корпусе фильтра // служат
для выпуска воздуха.
Топливный насос высокого давления — один из наиболее сложных
узлов топливной системы и дизеля в целом. На дизелях рефрижератор-
ного подвижного состава (РПС) топливные насосы высокого давления
[всех цилиндров выполнены в одном блоке. Прн таком исполнении тер-
:. 96. Топливная система дизелей
'Д-21
181
мин «насос» относят ко всему блоку, а составляющие блок насосы назы-
вают секциями. Подачу дозы топлива выполняет плунжер насоса. Од-
новременно плунжер выполняет и функции распределительного зо-
лотника, т. е. в зависимости от нагрузки на дизель изменяет цикловую
подачу топлива. Таким образом, плунжерная пара в ТНВД является
основой устройства и работы одной насосной секции.
На рис. 97 показан поперечный разрез топливного насоса. Корпус
насоса / отлит из алюминиевого сплава и предназначен для установки
в нем всех его деталей. К левому торцу корпуса насоса прикреплен
корпус 2 (см. рис. 96) регулятора частоты вращения. В корпусе насоса
имеются две полости: в нижней помещается кулачковый вал 2 (см.
рис. 97), в верхней — детали привода и секции. В боковой части кор-
пуса расположен люк с крышкой 24, предназначенный для регулирова-
ния и осмотра механизмов насоса. В отверстиях днища корпуса ввер-
нуты пробки 25, а в вертикальных гнездах установлены втулки 10
плунжеров и седла нагнетательных клапанов 13 с клапанами 14 и
пружинами 15, а также ввернуты нажимные штуцера 16. В верхней
части корпус имеет продольный топливоподводящий канал 11, зуб-
чатую рейку 8 в зацеплении с зубчатыми венцами 21. Установочный
винт 9. Пробки 19 служат для выпуска воздуха из топливоподводяще-
го канала. В отверстиях горизонтальной перегородки насоса размеща-
ются толкатели 3 плунжеров.
Кулачковый вал 2 служит для периодического перемещения плун-
жеров насоса на нагнетание топлив? по цилиндра^ дизеля. Концы вали-
ка обточены на конус и заканчиваются рздьбовьАш хвостовиками. Ва-
лик установлен на двух роликовых конических подшипниках. Распо-
ложение кулачков на валу обеспечивает требуемый порядок подачи
топлива. Толкатель 3 плунжера передает движение от кулачка валика
плунжеру 6 насоса. Толкатель плунжера состоит из цилиндрического
корпуса, ролика, насаженного на ось,' и регулировочного болта 4 с
контргайкой. С помощью этого болта изменяется начало подачи топлива
данной плунжерной пары. Концы оси ролика выступают за поверхность
толкателя и входят в пазы направляющей, что йсключает поворот тол-
кателя вокруг своей оси. j
Плунжерная пара (рис. 98,а) является основной деталью топливного
насоса, с помощью которой точно отмеряются необходимые порции
топлива и в нужный момент под определенным давлением подаются
в цилиндр дизеля. Плунжер и втулка изготовлены из высококачефг ен-
ной шарикоподшипниковой стали ШХ-15, представляют собой пре-
цизионную пару. Плунжер в верхней части имеет кольцевую выточку
5, которая соединяется с верхней торцовой кромкой продольным па-
зом 4. От продольного паза берет начало спиральная отсечная кромка,?.
В нижней части плунжера выполнены два продольных выступа 2
и буртик 1. Втулка представляет собой цилиндр с утолщенной верхней
частью, образующей снаружи посадочный уступ. С помощью этого
уступа она устанавливается на опорную поверхность в гнезде корпуса
насоса. В утолщенной части втулки имеются два радиальных отверстия
182
97. Топливный насос высокого давления (поперечный разрез)

1НЭ
Рис. 98. Плунжерная пара ТНВД:
о — устройство: б — работа; в — изменение подачи
6, через которые внутренняя полость втулки соединяется с топливо-
подводящим каналом, в одном из отверстий имеется паз, в который
входит конец стопорного винта 20 (см. рис. 97), фиксирующего положе-
ние втулки в корпусе насоса. На буртик плунжера 6 установлена
опорная шайба 5 пружины 7, которая своим верхним концом упира-
ется в шайбу 23, являющуюся одновременно опорой для поворотной
втулки 22. Пружина 7 прижимает плунжер к регулировочному болту
4 толкателя 3.
Механизм поворота плунжера (рис. 99) служит для изменения коли-
чества подаваемого топлива. На нижнюю часть каждой втулки плун-
жера свободно насажена поворотная втулка 1, в прорези 7 которой
входят продольные выступы плунжера. На верхнем поясе втулки стяж-
ным винтом 5 крепится разрезной зубчатый венец4, входящий в зацеп-
ление с зубчатой рейкой 3, а его положение на втулке контролируется
рисками 2. При перемещении зубчатой рейки регулятором автоматиче-
ски или вручную (с поста управления) обеспечивается поворот на не-
который угол поворотных втулок и соответственно поворот на тот же
угол всех плунжеров насоса. Однако может оказаться, что в один из
цилиндров топлива подается больше или меньше, чем в остальные, и на-
до регулировать насос лишь одного цилиндра. В связи с этим преду-
смотрена возможность не только общего, но и индивидуального регули-
рования каждого насоса. Для этого отверткой ослабляется стяжной
винт 5 зубчатого венца, после чего поворотная втулка 1 данной сек-
ции может быть смещена бородком в нужном направлении и на нуж-
ный угол. На поворотной втулке предусмотрены неглубокие сверле-
ния 6 и контрольные риски 2. Поворот вправо уменьшает, а влево уве-
личивает количество вводимого топлива.
Нагнетательный клапан (рис. 100) устанавливается на торец втул-
ки плунжера и служит для разобщения полости трубопровода высоко-
t го давления с надплунжерным пространством в периоды между впрыс-
ками топлива. Клапан 6 и седло клапана /, как и пара плунжер —
втулка, изготовлены из высококачественной стали и представляют со-
бой прецизионную пару. Нагнетательный клапан состоит (рис. 100, а)
нз направляющей части 6 запорного конуса 2, пружины 3 и разгрузоч-
ного пояска 4. На направляющей части клапана выфрезерованы четы-
ре канавки 5 для пропуска топлива при подъеме клапана. После окон-
‘ чания подачи топлива клапан под действием пружины сядет на седло.
При опускании клапана на седло разгрузочный поясок освобождает
небольшой объем (затушеван на рис. 100, в для наглядности черным),
..что способствует мгновенному прекращению впрыска топлива.
Нажимной штуцер 16 (см. рис. 97) служит для крепления дета-
лей насосной секции в корпусе насоса. Внутри нажимного штуцера
^Находится пружина нагнетательного клапана. К нажимному штуце-
ру каждой насосной секции накидной гайкой 18 крепится трубопро-
185
184
вод 17 высокого давления, соединяющий секцию с форсункой. При за-
вертывании, нажимного штуцера 16 в корпус насоса седло нагнетатель-
ного клапана 13 прижимается к торцовой части втулки 10 плунжера.
Стык между корпусом иасоса 1, седлом нагнетательного клапана 13
и нажимным штуцером 16 уплотнен фторопластовой прокладкой 12.
Работа топливного насоса (см. рис. 98, б). При движении плунжера
вниз объем надплунжерного пространства втулки увеличивается и в
нем создается разрежение. Когда плунжер при движении вниз откро-
ет отверстия втулки, надплунжерное пространство быстро заполняет-
ся топливом из топливоподводящего канала (положение /). При набе-
гании кулачка на ролик толкателя плунжер поднимается. В первый мо-
мент подъема плунжера часть топлива из надплунжерного пространства
втулки вытесняется через еще открытые отверстия обратно в топливо-
подающий канал (положение 2). Когда плунжер полностью перекро-
ет отверстия втулки (положение 3), давление топлива в надплунжер-
ном пространстве повышается; нагнетательный клапан 44 (см. рис. 97)
поднимается. С момента выхода разгрузочного пояска из седла топли-
во начинает поступать через трубку к форсунке. При дальнейшем дви-
жении плунжера вверх подача топлива продолжается др тех пор, пока
отсечная кромка плунжера не откроет правое (по схеме) отверстие
втулки. В этот момент надплунжерное пространство втулки через про-
дольный паз плунжера и отверстие втулки сообщается с топливным
каналом; топливо из надплунжерного пространства перепускается в
топливоподающий канал насоса (положение 4, см. рис. 98, б). В даль-
нейшем, несмотря на то, что плунжер продолжает движение вверх, дав-
ление в надплунжерном пространстве резко падает и подача топлива
через форсунку прекращается. На рис. 98, в приведены различные по-
ложения (/ — 6) плунжера во втулке при работе насоса на полной,
неполной и «нулевой» подачах.
Форсунка 1 (рис. 101, б) служит для подачи топлива в камеру сго-
рания дизеля в тонко распыленном виде. Ч
У дизелей типа НВД-21 топливо впрыскивается в вихревую каме-
ру 2 через однодырчатые штифтовые или бесштифтовые распылители
форсунок (рис. 101, а). Распылитель форсунки представляет собой пре-
цизионную сопловую пару: иглу и корпус иглы 2. Распылитель кре-
пится к корпусу 18 форсунки накидной гайкой 20. Форсунка устанав-
ливается и крепится в головке цилиндра дизеля круглой гайкой 19.
Топливо подводится через щелевой фильтр 6 высокого давления, ус-
тановленный в топливоподводящем штуцере 5. Затем по каналам 4 кор-
пуса форсунки 3 и распылителя оно поступает в камеру 21 корпуса рас-
пылителя /. Игла 2 перекрывает выход топлива к сопловому отверстию.
Давление подъема иглы составляет 13 МПа и отрегулировано натяже-
нием пружины 9, винтом 10 и зафиксировано контрагайкой 14 на внут-
ренней колпачковой гайке 7. Пружина 9 одним концом упирается в
тарелку 15 регулирующего винта 10, другим — в тарелку 16 штока 17.
Регулировочный узел закрывается наружной колпачковой гайкой 13
с алюминиевой прокладкой 8. Чтобы не нарушалась нормальная рабо-
186
(форсунки, предусмотрен обратный топливопровод 11 для отвода топ-
ала, просачивающегося в зазор распылителя через пустотелый
мт 12.
Работа форсунки. Топливо под высоким давлением, создаваемым
|^ВД, воздействуя на конус иглы, приподнимает ее от седла. Через от-
бытое сопло распылителя топливо устремляется в цилиндр. При окон-
|иии подачи топлива давление в камере распылителя уменьшается,
Uia под действием пружины опускается на седло и впрыск прекращает-
• Топливо в системе питания дизелей — НВД-21 — очищается маг-
гтным фильтром и фильтром тонкой очистки. Магнитный фильтр пред-
рвляет собой корпус, внутри которого устанавливается стержень из
(рромагнитного материала. Фильтры тонкой очистки изготовляют из
плока и бумаги (рис. 102, а). Фильтрующий элемент 11 набран из
Юлочных пластин 12 и 13 на перфорированный цилиндр, на который
кдварительно надевается шелковый чехол, предназначенный для
кржания ворсинок войлока, которые могут быть увлечены топли-
ш. Войлочные фильтры задерживают механические примеси разме-
|ы 15—20 мкм. Бумажный фильтрующий элемент 10 представляет со-
(А набор пластмассовых колец, между которыми уложены вкладыши
[ециальной бумаги. Кольца / (рис. 102, б) имеют прорези для про-
топлива по наружному диаметру, а кольца 3 — по внутреннему.
187
Собранный элемент на перфорированном цилиндре стягивается гай-
кой. Бумажные фильтры удерживают механические примеси размером
свыше 2—5 мкм. Бумажные вкладыши 2 одноразового использования
промывке не подлежат, после загрязнения их заменяют новыми.
Фильтрующий элемент 10 (рис. 102, а) или 11 (бумажный или войлоч-
ный) надевается на трубку 6. Для уплотнения элемента в корпусе име-
ется шайба 5 с фетровым кольцом, которое поджимается пружиной 4.
Топливо во внутреннюю полость алюминиевого корпуса 3 подводится
по штуцеру 7. Отводится фильтрованное топливо к ТНВД по трубе 1.
После постановки фильтрующего элемента в корпус фильтра ставит-
ся крышка 8, которая крепится болтом 9. Для удаления воздуха из по-
лости фильтра в головке болта 9 имеется винт. Слив отстоя и грязи
из корпуса фильтра производится через отверстие, закрываемое проб-
кой 2.
Регулятор частоты вращения. Нагрузка на дизель-генераторе мо-
жет изменяться в широком диапазоне — от холостого хода до номи-
нальной мощности. Чтобы сохранить постоянство частоты вращения
вала дизель-генератора при изменении нагрузки, следует изменять цик-
188
ую подачу топлива. На дизелях НВД-21 эта задача возлагается на
хрежимный регулятор прямого действия, предназначенный для
держания двух режимов работы: на холостом ходу при прогреве
Пателя — 500 об/мин и при работе с нагрузкой — 1000 об/мин.
ча двухрежимного центробежного регулятора прямого действия по-
iHa на рис. 103, а. Грузики 10 регулятора свободно насажены на
жни 5 ротора 11, а в гнезда грузиков установлены комплекты ре-
ных пружин 12, уравновешивающих центробежные силы, возника-
ie при вращении. В комплект входят три пружины разной высоты
45 и 35 мм) й диаметра (3, 2,8 и 2 мм) соответственно. На резьбе
жня 5 (рис. ЮЗ, б) имеется регулировочная шайба 6, которая за-
[вается так, чтобы предварительное натяжение двух более высоких
'жин было в состоянии уравновесить центробежные силы, возника-
ие на холостом ходу. При рабочей частоте вращения 1000 об/мин
зики разойдутся настолько, что коснутся торца третьей пружины
С этого момента комплект пружин уравновешивает центробежные
1ы, возникающие на частотах 1000—1045 об/мин. Дальнейшее рас-
кдение грузиков прекращается. Угловые рычаги 1 (см. рис. 103, а)
риков имеют шарнирную опору в точке О4 на траверсе 13 регулято-
. За счет вильчатой связи 03 угловые рычаги 1 могут смещать вдоль
и горизонтальный валик 2, который своей цапфой Ог вызывает откло-
нив вертикального рычага 7 относительно центра Ог. Колебание
ртикального рычага 7 через тягу 8 передается на зубчатую рейку 9
coca. При работе дизеля в установившемся режиме в регуляторе
ганавливается равновесие между центробежной силой и силой сжа-
х пружин регулятора. При уменьшении нагрузки частота вращения
юнчатого вала в первый момент возрастает. Центробежная сила гру-
:ов при этом увеличивается, и они вызовут поворот угловых рыча-
/ относительно шарнирной опоры Ot. При этом вильчатой связью
угловые рычаги сместят вправо горизонтальный валик 2, который
ей цапфой Ог вызовет отклонение вертикального рычага 7 относи-
ьно центра Ov Верхний конец вертикального рычага 7 через тягу 8
«мещает рейку 9 насоса влево, поворачивая плунжеры в сторону
шипения подачи топлива до положения, при котором мощность, раз-
>аемая дизелем, будет равна новой нагрузке. При увеличении на-
рки частота вращения понижается и происходит обратное явление,
илие пружин превосходит снижающуюся силу грузиков, и через си-
му рычагов и тяг рейка насоса перемещается в сторону увеличения
1ачи топлива. Соответствующая частота вращения (режим) задается
помощью рукоятки 5 на посту управления регулятора. Для запуска
веля рукоятку 5 ставят в положение «Пуск». Тогда тяга 4 займет штри-
вое положение и через двуплечный рычаг 6, имеющий опору в центре
, отклонит рычаг 3 вправо. Это отклонение рычага 3 и шарнирного
единения на нем Oj относительно центра О6 сместит другой верти-
льный рычаг 7 вокруг точки О2 также вправо. После запуска дизеля
коятка 5 переводится в положение «Холостой ход» или «Работа».
;реход рукоятки поста управления произойдет через позицию «Стоп»,
189
Рис. 103. Центробеж-
ный двухрежимный
регулятор:
а — схема; б — задаю-
щее устройство
при этом рычаг 3 сначала отклонится влево (прекращение подачи топ-
лива), затем, как и при запуске, вправо. Таким образом, совмещение
ручного управления и автоматического регулирования подачи топли-
ва выполняется за счет колебаний вертикальных рычагов 7 и 3 от-
носительно соответствующих центров и О8.
Конструктивной особенностью регулятора дизелей 6НВД-21 яв-
ляется дистанционное регулирование .частоты вращения с помощью
электродвигателя.
Соединительная муфта привода топливного насоса высокого давле-
ния служит для соединения с коленчатым валом дизеля и для коррек-
тировки насоса на впрыск топлива по заданному углу опережения по-
дачи. Муфта (рис. 104, а, б) состоит из полумуфты 1 вала насоса, про-
190
Рнс. 104. Соединительная муфта привода топливного насоса:
а — муфта привода в общем виде; б — то же без вяла приводя и вяла
насоса; а детали муфты приводя
191
межуточной текстолитовой шайбы 2 и полумуфты 3 вала привода. В
свою очередь полумуфта привода выполнена в виде фланца 3 и фасон-
ного кольца 4 (рис. 104, в), соединяемых вместе болтами через оваль-
ные отверстия фланца. Полумуфта riacoca крепится на кулачковом валу
конусом, шпонкой и гайкой. При установке ТНВД на дизель полумуф-
ты соединяются в муфту за счет текстолитовой шайбы.
Смазочная система. На дизелях НВД-21 принят комбинированный
способ подачи масла, при котором часть деталей смазывается под дав-
лением, а часть — за счет разбрызгивания масла. Схема смазывания
дизеля 4НВД-21 показана на рис. 105. Перед каждым запуском ди-
зеля необходимо ручным масляным насосом 15 предварительно прока-
чать систему. Необходимость такой прокачки объясняется тем, что
при остановке дизеля все масло, будучи горячим, стекает с поверхности
трущихся деталей в картер. Во время запуска сопряженные детали не-
которое время будут работать с так называемым граничным трением,
которое неустойчиво и может перейти в сухое, опасное для подшипни-
ков коленчатого вала.
При работе дизеля масло из картера 1 через фильтры, приемный 18
и магнитный 17, засасывается шестеренчатым насосом 16 и нагнета-
ется в масляную магистраль. По магистрали масло подается к щеле-
вому фильтру 13 (у дизелей 6НВД-21 — к сдвоенному сетчатому
фильтру 14). После щелевого фильтра масло направляется для смазы-
вания клапанного механизма 6 без предварительного охлаждения в ра-
диаторе 10', часть масла из этого отвода подается на смазывание шесте-
ренчатого привода. Для быстрого прогрева дизеля по маслу в смазоч-
ной системе предусматривается вариант работы двигателя с отключен-
ным радиатором с помощью трехходового крана 12. После прогрева
дизеля циркуляцию масла переключают на радиатор 10, где оно ох-
лаждается. От радиатора масло направляется в главную масляную ма-
гистраль 19 через магнитный фильтр 9. Из магистрали 19 масло посту-
пает к коренным подшипникам коленчатого вала, а от них по каналам
2 — к шатунным подшипникам. На дизелях предусмотрена автомати-
ческая защита на случай нарушения режима смазывания. Датчиком си-
стемы защиты является реле 4 давления масла, сообщающееся со смазоч-
ной системой трубопроводом 3. На этом же трубопроводе установлен
манометр 5 для контроля за давлением в системе. О степени нагрева
масла на выходе из двигателя можно судить по термометру 11. В сма-
зочную систему входят также перепускной и редукционный 7 клапаны,
с помощью которых регулируется давление в системе и предотвращают-
ся возможные перебои в подаче смазки при загрязнении щелевого
(сетчатого) фильтра или холодном масле повышенной вязкости. Парал-
лельно основной магистрали системы, подающей масло к деталям под
давлением 0,2—0,4 МПа, на дизелях 6НВД-21 включается масляная
центрифуга 8, фильтр тонкой очистки.
Масляные насосы. Для прокачки масла перед пуском дизеля ис-
пользуют ручной маслопрокачивающий насос (рис. 106, а), располо-
женный на картере со стороны обслуживания. Насос состоит из чугун-
192
!
Радиатор
Рис. 105. Смазочная система дизеля 4НВД-21
7
Зак. 1971
193
Рис. 106. Масляные иасосы:
а — ручной; б — шестеренчатый
ного корпуса 9 с цилиндрическим каналом, в котором помещается
поршень 11 на штоке 10, закрепленный гайкой 13, с пружинной шай-
бой 12 и рукоятки 7. Шток поршня проводит через отверстие крышки 8
и уплотняется манжетой <5 из маслостойкой резины. Крышка крепится
к корпусу гайкс/й 61 Роль всасывающего 2 и нагнетательного 4 клапа-
нов выполняют ш^рици 3. Маслопрцёмник 1 выполнен в виде щеле-
вого фильтра.
Шестеренчатой масляный насос во время работы дизеля подает
масло на трущиеся поверхности деталей под давлением 0,2 — 0,9 МПа
(2—9 кгс/см2). Насос (рис. 106, б) монтируется на картере и имеет
привод от коленчатого вала через хвостовик 3 насоса. Хвостовик на-
194
ен на ось шестерни 6 и крепится штифтом 12; ведущая шестерня 6
домая шестерня 1 размещены в корпусе 5 насоса, закрытого крыш-
7. Положение крышки при сборке регулируют штифтами 8. Крыш-
надевается на шпильки и затягивается корончатой гайкой 10
щайбой 9 и шплинтом 11. Шестерни выполнены заодно с валом, вра-
мощимся во втулках 2. Для уплотнения и герметизации насоса по
сту постановки на его корпус надевается резиновое кольцо 4. Для
гулирования подачи насоса, а точнее для поддержания требуемого ра-
чего давления в смазочной системе, на крышке насоса имеется пере-
ткной клапан. Клапан имеет шарик 13, регулировочную пружину 14.
улку 16, прокладки 15. Натяжение пружины изменяется винтом 18,
щсируемым контргайкой 17. На регулировочный винт 18 навинчива-
:я защитный колпачок 19. При вращении валика насоса ведущая
х тер ня вращает ведомую. В подводящем канале создается разреже-
:е, за счет которого масло из картера заполняет всасывающую сторо-
насоса и впадины между зубьями шестерен. Масло перемещается в
водящий канал, поскольку зубья одной шестерни входят во впа-
ны другой и вытесняют заключенное во впадинах масло. При этом
здается высокое давление и масло по каналу нагнетается в масляную
гистраль. Перепускной клапан, установленный на насосе, отрегули-
ван на давление 0,4 МПа и при чрезмерном повышении давления от-
бывается, соединяя нагнетательную полость со всасывающей.
Масляные фильтры. Щелевой фильтр служит для грубой очистки
асла от механических примесей с тонкостью до 50 мкм. Фильтрую-
ий элемент (рис. 107, в)состоит из набора пластинок 3 и прокладок 1.
ерез щели размерами 0,05—0,07 мм проходит масло. Размер их оп-
еделяется толщиной прокладок /. Элемент набран на подвижном
гержне 6, который при необходимости можно повернуть рукояткой.
1а неподвижном стержне 5 насажены очищающие скребки 2, входн-
ое в щели между пластинами. Между скребками также устанавлива-
тся дистанционные прокладки 4. Механические примеси остаются на
нешней поверхности фильтрующего элемента. Для очистки фильтра
процессе эксплуатации дизеля достаточно повернуть на два-три
fr мрота фильтрующий элемент за рукоятку 7; скребки срежут осадок и
постановят работоспособность фильтра без его разборки. При зна-
ительном загрязнении поверхности фильтра или при холодном масле
озможны перебои в подаче. Чтобы подшипники не оказались без
мазки, фильтр снабжен перепускным клапаном 10, которой под давле-
ием масла открывается и пропускает нефильтрованное масло. Давле-
ие открытия клапана 10 определяется затяжкой пружины 9 пробкой 8.
Сетчатые фильтры, как и щелевые, относятся к фильтрам грубой
чистки, задерживающим механические примеси размерами свыше
О мкм. Сдвоенный масляный фильтр (рис. 107, г, д) состоит из двух
чмостоятельных фильтрующих камер 1, (см. рис. 107, г) закрытых
рышками 2, в которых установлены фильтрующие элементы из сетча-
мх шайб. Масло подводится снаружи и, пройдя через сетку, попадает
нутрь шайб. Посредством трехходового крана 4 в работу могут быть
195

ючены сразу обе секции или любая из них в отдельности, что позво-
г промывать фильтры без остановки дизеля. Для предупреждения
тушения фильтров при их значительном загрязнении в корпус кра-
4 встроен перепускной клапан, который под давлением масла от-
шается и пропускает нефильтрованное масло в систему. На дизелях
Д-21 перепускной клапан 5 устанавливается либо на крышке шес-
енчатого насоса, либо на корпусе масляного фильтра. Отверстие 3,
рываемое резьбовой пробкой, служит для удаления отстоя и шлама
сорпуса фильтра. Сетчатая фильтрующая вставка выполняется сбор-
из отдельных элементов тарельчатого типа (см. рис. 107, д). Такие
менты состоят из каркасных 3 и сетчатых дисков 1 и 4. Каркасные
ки имеют по внутреннему диаметру гофрировку, в результате чего
мент принимает чечевицеобразную форму. По внешнему диаметру
мент скреплен ободком 2. Внутренние ободки 5 и 6 сетчатых дисков
4 отдельные. Фильтрующие элементы монтируют на центральной
бке и стягивают гайкой, при этом образуется единая вставка фильт-
, Масло подходит к элементу снаружи, проходит через сетки дисков
4 внутрь его, затем через гофры диска 3 в центральную трубку и да-
5 на выход из фильтра. .
Магнитный фильтр (рис. 107, а) представляет собой резьбовую проб-
3 на шпильке 4, на которую Засаживается комплект шайб 1 из прес-
юнного ферромагнитного материала. Между шайбами имеются про-
адки 2, а весь комплект стягивается круглой гайкой 5.
Масляная центрифуга (рис. 107, б) служит для тонкой очистки мас-
от мельчайших (1 мкм) загрязнений. Основная часть центрифуги —
гор, состоящий из основания 1 и крышки 2. Ротор, выполненный из
оминиевого сплава, свободно вращается внутри корпуса 6 центри-
ги на двух подшипниках: шарикоподшипнике 8 и подшипнике сколь-
«ия 3. На основании ротора имеются два сопла 7, которые сообшают-
с помощью маслозаборной трубки 5 с внутренней полостью ротора.
>и работе дизеля, масло, нагнетаемое насосом, направляется в канал
и проходит внутрь ротора, откуда оно выходит через сопла. Реакция
туй вытекающего масла вращает ротор и содержащееся в нем мас-
, Взвешенные в масле частицы, плотность которых превышает
отность масла, под действием центробежных сил, возникающих при
ащении, отбрасываются ца внутренние стенки ротора, где и отлага-
ся в виде плотного осадка 4. Очищенное масло из ротора через масло-
горную трубу и сопла вытекает в пространство корпуса центри-
ги 9 и затем в картер дизеля. Для удаления накопившегося осадка
ггрифугу периодически вскрывают.
Масляный радиатор (см. рис. 105) служит для охлаждения картер-
го масла, устанавливается перед водяным радиатором в воздухово-
тоннельного типа. Радиатор представляет собой набор оребренных,
»изонтально расположенных трубок, приваренных к двум вертикаль-
м коллекторам. Пропускная способность и поверхность охлаждения-
диатора рассчитаны на работу дизеля при температуре масла 70 °C и
ружного воздуха до 50 °C.
197
Система охлаждения. Принципиальная схема открытой циркуля-
ционной системы охлаждения дизелей НВД-21 показана на рис. 108.
Она состоит из центробежного насоса 16, радиатора 8, с вентилятором
9, водяных рубашек 1 в блоке цилиндров и в головках цилиндров 2, си-
стемы трубопроводов 6 и 7, запорных вентилей 13 и 15, приборов конт-
роля 4 и 5, жалюзи 10.
Циркуляция воды в системе охлаждения происходит под напором,
создаваемым центробежным насосом 16, приводимым в движение от ко-
ленчатого вала дизеля. Охлажденную в радиаторе 8 воду насос нагнета-
ет в рубашку 1 блока цилиндров. Омывая цилиндры, вода поднимается
к верхней части блока и через переходную втулку 8 (см. рис. 85, а) по-
198
iaer в рубашки 2 головок цилиндров, где охлаждает своды камер
>ания и стенки вихревых камер. Для создания равномерного потока
аждающей воды через все цилиндры между головками цилиндров
эд иным коллектором устанавливают латунные пластины с отвер-
ями разного диаметра. [На головке, ближней к насосу (четвертая),—
калым диаметром, у дальней (первой) — большого диаметра. I
и контроля температуры воды, выходящей из двигателя, на водяном
|лекторе 3 установлены термометр 5 и датчики 4 автоматической за-
гы дизеля.
В радиаторе 8 происходит охлаждение воды, нагретой в зарубашеч-
i пространстве цилиндров и головок двигателя. Тепло от воды пе-
ается потоку атмосферного воздуха, прогоняемому через радиа-
вентилятором 9. Жалюзи 10 предназначены для регулирования ин-
сивности охлаждения воды путем изменения количества воздуха,
(ходящего через радиатор. Радиатор и всю систему охлаждения за-
1Ияют водой с помощью ручного водоподкачивающего насоса 14 до
бходимого уровня номерному стеклу// радиатора или до перелива
Ы через контрольную трубку 12 радиатора. Из всей системы вода
вается через вентиль 15. Верхняя часть радиатора через контроль-
э трубку 12 сообщается с атмосферой. Температура охлаждающей
Ы в системе должна быть не выше 85—90 °C.
В системе охлаждения дизелей НВД-21 устанавливают центробеж-
; водяные насосы. На рис. 109 показано устройство насоса, распо-
кенного на дизелях с правой торцовой стороны картера. Охлаждаю-
я вода поступает из радиатора в приемный патрубок 3 — к центру
5ичего колеса (крыльчатки) 28, имеющего криволинейные лопасти,
ащение рабочего колеса передается воде, поступившей в корпус на-
а. Под действием центробежной силы вода отбрасывается к стенкам
эпуса / и через патрубок 2, выполненный касательно к окружности
эпуса, нагнетается в зарубашечное пространство блока цилиндров
юля под напором, обеспечивающим ее движение через всю систему,
альной вал 14 монтируется в чугунном корпусе на двух шариковых
дшипниках 4 и 6 с распорной втулкой 5. Крыльчатка 28 на валу фик-
руется шпонкой 25 и корончатой гайкой 27. Для предохранения гайки
коррозии она закрывается латунным колпачком 26. Шестерня 8 за-
епляется на коническом хвостовике вала со шпонкой 9 корончатой
йкой. Кроме того, на вал монтируется комплект деталей, обеспечива-
цих уплотнение водяной полости насоса и полости консистентной
;азки подшипников 4 и 6. Сальник подшипника 6 состоит из стальной
1тймы 13, в которую с помощью кольца 12 вмонтирована гофрирован-
1Я диафрагма 7 с пробковым уплотнением 10. Сальник фиксируется
ночным кольцом //. Сальник 15 подшипника 4 аналогичен описан-
му и отличается лишь тем, что не имеет наружной обоймы.
Сальник водяной полости состоит из стальной штампованной тарел-
16, на которую опирается пружина 17, обладающая высокой жестко-
ью. Другим концом пружина опирается на штампованную чашу 18 ди-
рагмы 19. Заключенная в металлическую обойму диафрагма выпол-
199

ПО. Система воздушного пуска дизеля 4НВД-21
ia из многослойной листовой резины. Положение диафрагмы в кор-
:е фиксируется латунным замочным кольцом 21 с прокладкой 20.
стальную втулку диафрагмы надевается графитовое кольцо 22, ко-
кк1 притирается к стальной обойме 23, впрессованной в крыльчат-
При вращении вала насоса пружина постоянно прижимает графи-
>е кольцо к обойме крыльчатки, притертые поверхности которых
:печивают надежную плотность. В корпусе насоса просверлено
грольное отверстие 31. Течь воды из контрольного отверстия указы-
г на неисправность сальника. При сливе воды из насоса пользуются
:кным краном 30. Торцовый зазор между крыльчаткой, корпусом и
шкой насоса регулируется кольцом 24 и прокладкой 29.
Трубчато-пластинчатый радиатор (см. рис. 108, а) состоит из плоско-
льных трубок 1 и припаянных к ним общих охлаждающих пластин
} трубах вода движется сверху вниз. Воздух проходит между труб-
ки и пластинами
Система пуска. На дизелях НВД-21 применяется система пуска
|лтым воздухом, которая непосредственно связана с конструкцией
>еля и имеет следующее оборудование (рис. 110): пусковой баллон 1
ч хранения запаса сжатого воздуха; запорный вентиль 3 баллона, с
кощью которого сжатый воздух из баллона при пуске дизеля подают
усковую систему; главный пусковой клапан 12, обеспечивающий до-
гп воздуха к пусковой магистрали; воздухораспределитель 10, ка-
шляющий сжатый воздух поочередно к цилиндрам дизеля в соответ-
ии с порядком их работы; обратнойусковке клапаны в головках ци-
щров, через которые сжатый воздух поступает в цилиндры и, дей-
уя на поршни, приводит во вращение коленчатый вал дизеля; пре-
;ранительные клапаны в головках цилиндров, которые защищают де-
и дизеля от разрушения при возникновении в полости цилиндров
201
опасных давлений; зарядный клапан 6, который служит для заполне-
ния баллона сжатым газом из цилиндра во время работы дизеля на хо-
лостом ходу; воздушный компрессор 9 с ручным проводом; компрес-
сор 8 с приводом от электродвигателя.
Воздух впускается последовательно во все цилиндры, и вал доста-
точно быстро набирает пусковую частоту. Перед пуском дизель
4НВД-21 требуется вручную установить в пусковое положение, т. е.
поставить один из поршней в положение пуска. У дизеля 6НВД-21
один из поршней постоянно занимает пусковое положение, поэтому в
положение пуска двигатель устанавливать не требуется.
Для пуска дизеля открывают запорный вентиль 3 баллона 1. Сжа-
тый воздух (газ) из баллона по трубопроводу 13 подходит к главному
пусковому клапану 12. Когда рукоятка управления пускового клапана
установлена в положение «Пуск», воздух по трубопроводу 11 подается
к воздухораспределителю 10. Воздухораспределитель по трубопро-
водам 7 последовательно в соответствии с порядком работы цилиндров
и в определенный момент направляет воздух под давлением к пусковым
клапанам, которые открываются и подают воздух в надпоршневое про-
странство. Когда частота вращения достигает пусковой, топливо само-
воспламеняется и дизель начинает работать. Пополнение воздушно-
пускового баллона ведется через зарядный клапан 6 первого цилиндра
дизеля и трубопровод 5. Предусмотрен способ зарядки пускового бал-
лона от двухступенчатого компрессора с ручным 9 или электрическим 8
приводами. Зарядка контролируется по: манометру 2 на баллоне; дав-
ление не должно превышать 3 МПа ((30 кгс/см2). Для предупреждения
перезарядки баллона на зарядной трубке 5 установлен предохранитель-
ный клапан 4.
Воздушные баллоны соединяются между собой трубопроводами и
запорной арматурой так, что позволяют произвести запуск дизеля от
любого из них. Баллоны на различных рефрижераторных единицах
имеют одинаковое устройство и отличаются только вместимостью (30,
65 и 100 л). Баллоны изготовляют из углеродистой легированной стали
сварными и снабжают стальной головкой, крепящейся шпильками.
Так, к сварному баллону 12 дизелей НВД-21 (рис. 111, а) приварена
горловина И, к которой шпильками 10 крепится фланец 1, а к нему
шпильками 4 — головка 8. В головке находятся приемный 9, запорный
7, продувочные 2 и 3 вентили и вентиль 14 манометра 15. Приемный
вентиль 9 открывается при заполнении баллона сжатым воздухом (га-
зом) по трубке 6. Запорный вентиль 7 служит для открытия выхода воз-
духу в трубопровод 18, по которому он направляется в дизель. Махови-
чок 5 этого вентиля насажен на‘ шток 17 свободно и сцеплен с ним ку-
лачковой муфтой 16. Между кулачками в сцеплении имеется значитель-
ный люфт, чтобы можно было с одного удара быстро оторвать клапан
от седла. Продувочные вентили 2, 3 предназначен для удаления по
трубке 13 конденсата (воды), накопившегося в нижней части баллона.
Главный пусковой клапан (рис. 111, б) устроен следующим обра-
зом. В корпусе 5 находится двойной клапан 11, который с двух сторон
202
Рис. 111. Устройства системы воздуш-
ного пуска:
а — головка воздушного баллона; б —
главный пусковой клапан; в — воздухорас-
пределитель
имеет направляющие. Одна из них представляет бронзовую втулку 2,
уплотненную резиновой прокладкой 3 и закрепленной в корпусе гай-
кой 1. Втулка от проворачивания фиксируется штифтом 13. С другой
стороны бронзовая втулка 8 установлена на стержне клапана, затя-
нута гайкой 9 и вместе с клапаном перемещается в корпусе. Уплотне-
на втулка с помощью кольца 6 и гайки 7.
При оттягивании рукоятки 12 клапана стержень клапана смещает-
ся влево, при этом левая тарель стержня перекроет стравливающие от-
верстия в гайке 1, а правая откроет проход сжатому воздуху из от-
верстия 10 к отверстию 4 и далее к воздухораспределителю. Когда ру-
коятка 12 возвращается в нормальное положение, стержень двойного
клапана 11 под действием возвратной пружины вернется в первона-
чальное положение и перекроет поступление воздуха.
На рис. 111, в показана схема работы воздухораспределителя дизе-
лей 4НВД-21, основной частью которого является плоский золотник.
Золотник 4 представляет собой плоскую шайбу с овальным отверсти-
ем и имеет крышку 5. Вращается золотник от вала привода Топливного
насоса посредством сухаря 3, который является шарниром в соедине-
нии вала 2 с золотником. Сухарь утапливается в золотниковой плите 1.
Обратнопусковой клапан установлен в головке цилиндра дизеля и
работает автоматически под действием сжатого воздуха, разобщая ци-
линдр от системы пуска на период между впусками воздуха. Он со-
стоит из корпуса 4 (рис. 112, 6) и клапана 2, прижатого к седлу пружи-
ной 5, которая одним концом упирается в корпус 4, а другим — в та-
релку 6. Натяжение пружины регулируют гайкой 7 и фиксируют
Рис. 112. Клапаны:
а — зарядный; б — обратнопусковой; в — предохранительный
204
плинтом 8. Обратнопусковой клапан крепится в головке цилиндра
помощью колпачковой гайки 9. Для герметичности ставятся медные
х.кладки 10. Сжатый воздух попадает в надклапанную полость 1 че-
►з четыре отверстия 3 в корпусе. При давлении воздуха, превышаю-
ем затяжку пружины, клапан опускается вниз и перепускает его в
илиндр.
. Предохранительный клапан на каждой головке цилиндра защища-
г детали дизеля от разрушения при возникновении высокого давле-
1Я в полости цилиндра. Чрезмерно высокие давления возникают при
уске холодного дизеля, от воспламенения значительного количества
плива, скапливающегося в цилиндрах от пропуска вспышек на первых
юротах при пуске. Процесс воспламенения топлива в этот момент но-
т взрывной характер, что и вызывает срабатывание предохранитель-
1Х клапанов. Клапан состоит из корпуса 8 (рис. 112, в), запорного Ko-
rea 6, шарика 5, нажимного штока 4, пружины 2, опорной шайбы 3
колпачковой нажимной гайки 1. Давление срабатывания клапана
МПа (75 кгс/см2), регулируется на стенде. При возникновении в поло-
и цилиндра опасного давления запорный конус 6, преодолевая сопро-
вление пружины 2, поднимется, стравливая избыток газов через от-
рстие 7. Клапан уплотнен прокладкой 9.
Зарядка воздушного баллона осуществляется продуктами сгорания,
разующимися в цилиндре. Для этого дизель имеет зарядный кла-
н, смонтированный на головке цилиндра. Зарядка ведется на обо-
их холостого хода, во время прогрева дизеля после его пуска.
Зарядный клапан (рис. 112, а) состоит из корпуса 4, в котором смон-
рованы два клапана и запорный вентиль. Для зарядки баллона
обходимо гаечным ключом отвернуть гайку 2 на несколько оборотов,
а гайка соединяется с запорным вентилем 3 круглой гайкой 1. Газы,
ступающие из цилиндра в зарядный клапан, последовательно про-
цят два клапана: шариковый 5 и обратный 14. Подъем шарика 5 ог-
ничивается регулировочным винтом 8, ввернутым во втулку 6. По-
женив винта фиксируется контргайкой 7, и закрывается он колпач-
м 9. Обратный клапан 14 работает в штуцере 15, пропуская газы в за-
дную трубку 10, по которой они пройдут в баллон. Подъем обрат-
го клапана ограничивается упором 12, на резьбе которого крепится
кидная гайка 11 зарядной трубки, а сам упор устанавливается и
епится на штуцере накидной гайки 13. Если по какой-либо причине
сковой баллон оказался с недостаточным давлением воздуха, то для
э заполнения предусмотрены ручной воздушный компрессор 9 (см.
с. 110) или компрессор с электрическим приводом 8.
Облегчить появление вспышки топлива и уменьшить затраты энер-
и иа раскрутку вала можно общим подогревом дизеля водой, цирку-
Гующей в системе охлаждения. Для этого систему охлаждения вре-
нчо соединяют с системой отопления вагона. Появление вспышек
и меньшей частоте вращения обеспечивается применением свечей на-
ливания. Свеча накаливания (рис. 113) состоит из спирали, сердеч-
ка и корпуса. Спираль 2 вставлена одним концом в сердечник 1,
205
Рис. 113. Электрическая свеча
накаливания
Рис. 114. Воздушный фильтр
дизеля
а другим — в корпус 3. Перед пуском дизеля свечи подключают к ак-
кумулятору и спираль 2 накаливается. Наличие раскаленного тела в
камере сгорания облегчает появление первой вспышки. После пуска
свечи отключаются. На щитке приборов дизеля имеется индикаторная
спираль свечей накаливания, по работе которой судят об исправности
свечей и степени их нагрева.
Для очистки воздуха от пыли на дизелях НВД-21 применяют инер-
ционно-масляные двухступенчатые воздухоочистители (на два цилинд-
ра — фильтр) как наиболее простые,по устройству и обслуживанию.
Воздух поступает в приемный патрубок 3 (рис. 114) головки 2 воздуш-
ного фильтра и после фильтрации выходит в патрубок 4 и далее во впу-
скной коллектор. В качестве первой ступени очистки используется
масляная ванна, в качестве второй — фильтрующая кассета 6 из ка-
проновой путанки. Кассета и масляная ванна располагаются в чаше /
фильтра, которая крепится к головке тремя застежками 5.
Воздух от пыли очищается за1 счет резкого изменения направления
потока воздуха над масляной ванной. В результате этого на поверх-
ность масла выпадает большая часть пыли. Очищенный в первой ступе-
ни воздух поступает на вторую ступень очистки — фильтрующую кас-
сету, где освобождается от мелких пылинок. Степень очистки воздуха
в инерционно-масляном воздухоочистителе достигает 99 %.
206
ДИЗЕЛЬ 4ВД21/15
Дизель 4ВД21/15 устанавливают на рефрижераторных секциях
>-5 постройки ГДР. Условное обозначение дизеля отражает техни-
:кую характеристику: 4 — число цилиндров; В — четырехтактный,
— тип двигателя (дизель); 21—ход поршня; 15—диаметр цилиндра.
1зель предкамерный, с рядным расположением цилиндров
ic. 115).
Основные технические данные дизеля 4ВД21/15
Номинальная мощность, кВт......................... 89,5
» частота вращения коленчатого вала,
об/мин..................................... 1000
Степень сжатия...................................... 18
Диаметр цилиндра, мм................................ 150
Ход поршня, мм...................................... 210
Порядок работы цилиндров......................1—2—4—3
Нумерация цилиндров..............................к маховику
Угол опережения подачи топлива, град, поворота
коленчатого вала (ПКВ).......................... 24
Давление впрыска топлива, МПа ..... 16
Удельный расход, г/(кВт ч):
топлива........................................ 237
масла.......................................... 2,6
Остов является неподвижной основой двигателя и состоит из кар-
фа, блока цилиндров и головок цилиндров. Внутри остова раз-
Нцены механизмы, снаружи — системы.
В картере внизу укладывают коленчатый вал, а сверху устанавли-
ют блок цилиндров. Картер представляет собой чугунную отливку
рытообразной формы, нижняя часть которой играет роль масляной
нны дизеля. Во внутренней полости картера отлиты поперечные
эеборки 2 (рис. 116), обеспечивающие поперечную жесткость кон-
>укции. В них размещены коренные 4 — 8 подшипники коленчатого
та. Применены безбуртовые подшипники, кроме второго, опор-
упорного 5. Во избежание проворачивания в дно каждой постели
щшпника впрессованы стопорные штифты 3, которые удерживают их
осевых смещений. Аналогичные штифты 11 запрессовывают по бо-
4 каждой постели для фиксации положения крышки 9 подшипника,
горая крепится двумя шпильками 10. В иижней части картера со
фоны первого цилиндра имеется окно 1 под шестеренчатый масля-
й насос.
Блок цилиндров дизеля отлит из серого чугуна и представляет собой
обчатую деталь сложной формы, обладающую большой жесткостью,
верхней плоскости блока с помощью шпилек крепятся головки ци-
дров (рис. 117). Нижней плоскостью блок устанавливают на кар-
. В верхней части блока расположены втулки цилиндров 3. Полость
1у втулками и блоком у работающего дизеля заполнена циркули-
цей охлаждающей водой. Для демонтажных работ на боковых стен-
Рис. 115. Дизель-ге-
иератор 4ВД21/15:
а — вад справа на
пост управления; б —
вид слева; / — ящик
для аккумуляторное
батареи; 2—поручень;
Л — главный пусковой
клапан; 4 — топливо-
подкачнвающий на-
сос; 6 — ТНВД;
6 — воздухораспреде-
литель; 7 — масляная
центрифуга; « — элек-
тромагнитный клапан;
9 — датчик темпера-
туры охлаждающей
воды; 10 — патрубок
выхода воды к радиа-
тору; 11 — пульт
аварийно-предупреди-
тельной защиты ди-
зеля; 12 — впускной
коллектор; 13 — топ-
ливный фильтр; 14 —
масляный фильтр;
15 — ручной масляный
насос; 16 — консоль
воздухоочистителя;
П — воздухоочисти-
тель; 15 — шланг от-
соса отработанного
масла; 19—генератор;
Уб—амортизатор; 21—
магнитный фильтр;
22 — сливной бачок;
23 — ограничитель ко.
лебаннй; 24—сборный
щиток генератора;
25 — кожух махови-
ка; 26 — дюритовое
соединение; 27 — вы-
пускной коллектор;
28—маслоохладитель;
29 — водяной коллек-
тор; 30 — термометр
отработавших газов;
31 — распределитель
жидкости; 32 — мас-
лоналивной патрубок;
38 — водяной насос;
34 — крышка . смотро
вого лючка; 35 —рым
транспортировочный;
36 — фундаментная
рама; 37 — рама ди-
зель-генератора; 35 —
сапун
Рис. 116. Картер дизеля 4ВД21/15
Рис. 117. Блок цилиндров
210
яблока предусмотрены прямоугольные окна с крышками, которые
рывают доступ к кривошинно-шатунному механизму, толкателям и
Пределительному валу. В поперечных ребрах расположены под-
1ники распределительного вала. В вертикальных отверстиях 6,
ущих к кулачкам распределительного вала, установлены плоские
катели. С торцовой стороны прилита коробка 1 распределительных
терен. На верхней частикоробки имеется фланец 2 крепления мас-
юй центрифуги. Для пропуска охлаждающей воды из рубашки бло-
в рубашки головок предусмотрены водопропускные отверстия 4.
ерстия 5, расположенные попарно у каждого цилиндра, служат для
жода штанг привода клапанов.
Цилиндр совместно с поршнем и головкой цилиндра образует объ-
в котором протекает рабочий цикл дизеля. Цилиндровая втулка
ел я является сменной деталью, заменяемой при возникновении не-
равностей. Установка цилиндровой втулки 2 в блоке 5 показана на
. 118, б. Водяная рубашка 4 по нижнему посадочному поясу втулки
ютнена закладными резиновыми кольцами /, а верхняя часть втул-
— фланцем 3, тщательно притираемым к опорному бурту блока.
Головка цилиндра устанавливается на цилиндровую втулку и закры-
гг рабочую полость цилиндра. Применяемые на дизелях 4ВД21/15
ювки индивидуального типа представляют собой сложную отлив-
Головка состоит из двух днищ: нижнего (соприкасающегося с горя-
чи газами) и верхнего, на котором монтируют детали газораспреде-
шя, форсунку и прочную арматуру. Днища соединяются стенками,
гразующими внутри головки каналы и полости сложной конфигура-
1и. Головка цилиндра имеет два впускных 7 (рис. 119), два выпуск-
IX 8 (в направляющих втулках 9), предохранительный 11 и обратно-
гсковой 10 клапаны, отверстия для форсунки 12 и свечи накаливания
Внутри головки по центру расположена предкамера 6. В горловину
кдкамеры ввернуто сопло 5
।жаропрочной стали с ше-
Ьью наклонными отверстия-
h. Сверху ввернута стальная
кеа 2, являющаяся местом
танов ки форсунки. Ниж-
е днище головки имеет коль-
яой бурт /. Для уплотне-
1Я газового стыка на фланец
улки под бурт головки
танавливают медное уп-
ггнительное кольцо 4. С
о помощью регулируется
►сота камеры сгорания,
ля этого предусмотрен раз-
•рный ряд колец толщиной
;. 0,5 до 2,5 мм, (через
,5 мм). Крепится головка
Рис. 118. Втулка цилиндра (а) и установка
ее в блоке (б)
211
четырьмя шпильками, для которых по углам головки имеются сквоз-
ные отверстия 13.
Кривошипно-шатунный механизм является основным рабочим ор-
ганом дизеля. Поршень рабочего цилиндра воспринимает силу давле-
ния газов и передает ее на шатун. Поршень представляет собой точную
отливку из алюминиевого сплава (силумина) и состоит из верхней
части (головки) и нижней тронковой (юбки) (рис. 120). Головка имеет
четыре канавки для расположения поршневых колец: трех компресси-
онных 5 и одного маслосъемного 4. Нижняя укороченная часть порш-
ня служит направляющей при движении поршня в цилиндре и передает
на втулку нормальные силы. Верхняя часть головки 3, непосредствен-
но воспринимающая давление газов, называется днищем. Высокая тем-
пература газов, образующихся при сгорании топлива (до 2000°С) при-
водит к значительным температурным расширениям и напряжениям.
Для компенсации неравномерного расширения головки поршня и уча-
стков возле бобышек поршень имеет форму усеченного конуса и с не-
большой эллипсностью отдельных сечений. Повышению прочности
поршня способствуют ребра на его внутренней части. В средней части
юбки внутри поршня сделаны приливы (бобышки), в которых расточе-
но отверстие для установки «(плавающего» поршневого пальца 2. Сто-
порное кольцо 1 предохраняет палец от осевого смещения. Поршневой
палец трубчатого сечения изготовлен из стали 12ХНЗА.
Поршневые кольца служат для обеспечения плотности между порш-
нем и втулкой и отвода теплоты от поршня к охлаждаемой втулке. Раз-
рез поршневых колец — прямой, форма сечения прямоугольная. В ра-
бочем состоянии кольца имеют зазор в замке от 0,6 до 2 мм (в свободном
состоянии 16—21 мм). Кольца изготовлены из чугуна с повышенным со-
держанием фосфора для увеличения изностойкости; верхнее компрес-
сорное кольцо хромировано.
Шатун 3 (рис. 121) дизеля штампуется из хромованадиевои стали дву-
таврового сечения, что позволяет получить наибольшую жесткость при
наименьшей массе. Подшипник верхней головки шатуна представляет
собой стальную втулку 4 со слоем свинцовистой бронзы. Для подвода
смазки к рабочей поверхности пальца в головке шатуна сделаны спе-
циальные отверстия 5. В иижнюю разъемную головку шатуна вставля-
ют пару безбуртовых подшипниковых вкладышей 1. От проворачивания
и осевых смещений в шатуне вкладыши удерживаются штифтом 2 и
шатунными болтами 8. Крышка подшипника крепится к телу
шатунными болтами 8, при этом строгая фиксация крышки относитель-
но корпуса в плоскости разъема достигается треугольными шлицами.
Затягивают болт гайкой 6 и контрят стопорной шайбой 7. Шатунные
болты изготовляют из стали 40 ХН.
Коленчатый вал дизелей 4ВД21/15 штампуют из стали марки 35ХМ.
Срок его службы определяет общую продолжительность эксплуата-
ции дизеля. Основные элементы коленчатого вала: коренные шейки 8
(рис. 122), которыми вал опирается на коренные подшипники, находя-
щиеся в картере; шатунные шейки 10, сочленяющиеся с шатунами; ще-
212
Поршень
Рис. 121. Шатун
213
ки 9, связывающие коренные и шатунные шейки; противовесы 6, вы-
равнивающие силы инерции шатунных шеек; передний конец 11 вала,
на котором установлена шестерня привода; задний конец вала с флан-
цем 7 для крепления маховика. Для протекания смазки к шатунным
подшипникам и коренным шейкам вала имеются наклонные отверстия
в полости шатунных шеек, которые закрыты с обеих сторон пробками
3, закрепляемыми с помощью шпильки 5 корончатой гайки 1, шайбы 2
и шплинта 4.
Маховик 4 (рис. 123) дизеля крепится к фланцу коленчатого вала
болтами 1 с разгрузочными втулками 3 и контрится стопорными шай-
бами 2. На маховике имеются гнезда для проворачивания коленчатого
вала и указатель пускового положения дизеля.
Механизм газораспределения обеспечивает нормальные условия для
сгорания топлива — производит очистку цилиндров от отработавших
газов и наполнение их свежим зарядом воздуха. Он включает детали
(рис. 124): впускные 4 и выпускные 1 клапаны, пружины 3 клапанов,
коромысла 2, штанги 5, толкатели 6, распределительный вал 7. Каждый
клапан открывается внутрь цилиндра от нажатия на него коромысла,
приводимого в действие штангой с толкателем, испытывающим периоди-
ческое нажатие кулачка распределительного вала. Клапаны закрыва-
ются с помощью пружин. Кулачки расположены на распределительном
валу в порядке, обеспечивающем при его вращении необходимую по-
следовательность открытия и закрытия клапанов, определяемую по-
рядком вспышек в цилиндрах. Распределительный вал имеет шесте-
ренчатый привод от коленчатого вала через зубчатое колесо z8. Одно-
временно шестеренчатый редуктор обеспечивает привод топливного
насоса и воздухораспределителя зубчатым колесом z7, водяного насо-
са — ze и масляного насоса — z10.
Зубчатые колеса z4, z5 и г9 промежуточные, а пара z2 иг3 составляет
промежуточный блок. Все шестерни распределительного редуктора
штампованные, из качественной стали, косозубые, с углом наклона об-
разующей зуба 20°. Это обеспечивает плавность и относительную бес-
шумность работы механизма. Промежуточные зубчатые колеса имеют
втулки из свинцовистой бронзы. Масло подводится к стальным осям
колес под давлением по маслопроводу от системы смазки дизеля.
Распределительный вал монтируют параллельно коленчатому валу,
справа от него в средней части блока, в пяти чугунных втулках, раз-
мещенных в перегородках блока цилиндров. Вал штампуют из высоко-
качественной стали, его опорные шейки и кулачки цементируют на
глубину 1 мм. Внутри вала (рис. 125) имеется масляный канал. Масло
из системы смазывания под давлением поступает через первый подшип-
ник в масляный канал, откуда по радиальным сверлениям к другим
подшипникам.
Открытие и закрытие клапанов не совпадает с прохождением порш-
нем мертвых точек. Круговая диаграмма фаз газораспределения с
фактическими значениями углов опережения и запаздывания для дизе-
ля 4ВД21/15 показана на рис. 126.
214

Толкатели, штанги, коромысла. Усилия с кулачков распределитель-
ного вала 1 (рис. 127, б) передаются на клапаны через толкатели 2,
штанги 3 и 13 разной длины и спаренные коромысла 5 и 7. Плоские тол-
катели устанавливают в направляющих отверстиях горизонтальной
перегородки блока цилиндров над кулачками распределительного вала.
Поверхности трения толкателя и кулачка смазываются маслом самоте-
ком, через отверстие 14 в толкателе по штанге из клапанной коробки
на головке цилиндра. Стальные штанги 3н13 снабжены фасонными на-
конечниками. На нижнем конце имеется шаровая цапфа для опоры на
шаровый подпятник толкателя, на верхнем конце — шаровый под-
пятник, на который опирается регулировочный винт 6 коромысла.
Каждая пара коромысел (рычагов) качается на своей оси 10, уста-
новленной в стойке 11. Оси проходят через бронзовые подшипниковые
втулки 9. Фиксируются оси в стойке от горизонтальных смещений сто-
порными кольцами 8, надеваемыми на каждую ось с обеих сторон. Смаз-
ка к осям подводится от системы смазывания дизеля под давлением, че-
рез короткую трубку к отверстию 12. Масло, стекая вниз по штангам,
смазывает толкатели и кулачки распределительного вала. Стальные
штампованные коромысла имеют сложный профиль и разные типораз-
меры. Коромысла можно назвать активным 7 и пассивным 5. Активное
коромысло двуплечее, одной стороной оно через регулировочный
винт 6 опирается на штангу 3, а другой—через второй регулировочный
винт 4 — на торец стержня впускного клапана. Пассивное коромысло
одноплечее, в движение оно приводится активным коромыслом, нахо-
дящимся на общей оси. От проворачивания на оси коромысла удержи-
ваются шпонками и гайками. Регулировочные винты на каждом плече
коромысел позволяют более точно установить тепловые зазоры между
стержнями клапанов и коромыслами.
Клапаны работают в условиях высоких температур и давлений, по-
этому их изготовляют из специальных жаропрочных и легированных
6.Н.П1.
Н.Н.П1.
Рис. 126. Диаграмма фаз газо-
распределения
сталей. Средняя температура тарелок
впускных клапанов достигает во время
работы 500 °C, а выпускных — 900 °C.
Конструктивной особенностью дизеля
4ВД21/15 является применение четырех
клапанов на головке цилиндра, что улуч-
шило газообмен в цилиндре. Установка
и крепление клапанов показаны на рис.
128. Впускной 5 и выпускной 4 клапаны
имеют одинаковые диаметры стрежней
и тарелок и отличаются только длиной
стержня; более длинный стержень имеет
выпускной клапан. Клапаны работают
в чугунных направляющих втулках 1.
Каждый клапан имеет по две пружины 7
с разным направлением навивки. Это
обеспечивает высокую скорость посадки
216
.-6 4
Детали механизма газорас-
Рис. 128. Клапаны дизеля в сборе
Рис. 127.
пределеиия:
а — общий вид стойки коромысел на че-
тыре клапана; б — конструктивные осо-
бенности деталей

к в седло. Крепят клапаны с помощью пружинной тарели 6 и полу-
К’хариков 3, образующих замок за счет конических поверхностей су-
криков и тарели. Для предотвращения падения клапана в цилиндр
[ случае обрыва стержня или излома пружин на стержне имеется уз-
Ёья проточка для установки предохранительного кольца 2.
Г Топливная система. Топливная система дизеля предназначена для
юдачи в цилиндры двигателя топлива в строго определенное время.
Принципиальная схема топливной системы показана на рис. 129.
Гопливо из расходного бака 1 по трубопроводу 2 через запорные вен-
кли 4 и 7 поступает под статическим напором к фильтру 8. Далее топ-
ивоподкачивающий насос 14 забирает топливо и подает его под давле-
нием к сдвоенному топливному фильтру 9 через магнитный фильтр 10.
окончательно очищенное топливо проходит электромагнитный вен-
[иль 3 автоматической остановки дизеля и поступает в топливный на-
рс высокого давления 11. ТНВД дозирует соответствующие порции
юплива и под большим давлением через трубки 6 подает к форсунке 5,
>з которых оно впрыскивается в распыленном виде в камеры сгорания
217
дизеля. Просочившееся топливо через зазоры распылителей в форсун-
ках, плунжерных пар в ТНВД и электромагнитного вентиля 3 отводит-
ся в сливной бачок 13 по обратному топливопроводу 15. Для ограниче-
ния повышения давления топлива, создаваемого топливоподкачиваю-
щйм иасосом, в корпусе сдвоенного топливного фильтра и ТНВД
имеются перепускные клапаны, которые отводят избыток топлива по
перепускной магистрали 12 на всасывающую сторону топливоподкачи-
вающего иасоса.
Топливоподкачивающий насос служит для бесперебойной подачи
топлива из питающего трубопровода расходного бака к насосу высо-
кого давления. Подача топливоподкачивающего насоса обычно превос-
ходит расход ТНВД в 10—20 раз, что позволяет сохранять необходи-
мую подачу топлива даже тогда, когда сопротивление фильтров тонкой
очистки значительно возрастает в результате их загрязнения. Давле-
218
tee подкачки насоса колеблется в широких пределах — от 0,05 до 0,5
И1а. Повышенное давление топлива в коллекторе ТНВД препятствует
Бразованию паровой подушки внутри втулки в результате разреже-
йя при нисходящем движении плунжера. При наличии паровой по-
^Гшки подача топлива начнется не сразу после перекрытия плунжером
еверстий втулки, часть нагнетательного хода будет затрачена на ее
|»атие, и закон подачи топлива исказится.
fa Надизеле4ВД21/15установлен топливоподкачивающий насос порш-
|еиого типа. Корпус 7 (рис. 130, а) топливоподкачивающего насоса
рнкреплен к корпусу насоса высокого давления. В алюминиевом кор-
усе подкачивающего насоса помещены стальной роликовый толкатель 1
пружиной 2 и штоком 3, поршень 8 с пружиной 9. Сверху на корпусе
Коса установлены насос 6 ручной подкачки топлива, который служит
я я наполнения системы топливом и удаления случайно попавшего в
ее воздуха («прокачки» системы), и нагнетательный (выпускной) кла-
вн 4, корпус 5 которого является местом крепления нагнетательного
рубопровода. Снизу насоса имеется впускной клапан в корпусе 10,
ггчатый фильтр 11, карболитовый или стеклянный стакан 12 фильтра
гстойника.
: Схема работы топливоподкачивающего насоса 1 показана на
нс. 130, б. Внутреннее пространство цилиндра 8 насоса делится порш-
219
нем б на полости А и Б. Полость А сообщается с впускным каналом,
перекрытым впускным клапаном 14, и с выпускным каналом 9, пере-
крытым выпускным (нагнетательным) клапаном 10. Оба клапана удер-
живаются в положении закрытия пружинами. Участок выпускного
канала 9 после клапана сообщен перепускным каналом с полостью Б.
Поршень приводится в движение эксцентриком 2 кулачкового вала
насоса высокого давления. Когда эксцентрик набегает на роликовый
толкатель 3, толкатель, шток 5 и поршень 6 перемещаются в сторону
прлости А. После того как эксцентрик повернется и перестанет действо-
вать на ролик толкателя, пружины 4 и 7 возвращают поршень, шток и
толкатель в первоначальное положение.
Двигаясь вверх, поршень вытесняет топливо из полости А через
нагнетательный клапан, открывающийся под давлением топлива, и
перепускной канал в полость Б, объем которой вследствие перемеще-
ния поршня вверх увеличивается. При движении вниз поршень вытес-
няет топливо из полости Б к выходному отверстию насоса, откуда оно
по топливопроводу поступает в фильтр тонкой очистки и далее к ТНВД.
Одновременно объем полости А увеличивается и в ней образуется раз-
режение, под действием которого открывается впускной клапан, в
эту полость поступает из фильтра грубой очистки новая порция топ-
лива. Давление топлива, нагнетаемого подкачивающим насосом, зави-
сит от силы упругости пружины 7 поршня и достигает при закрытом
выходном отверстии насоса 0,5 МПа (5 кгс/сма). Для поддержания на
всех режимах работы дизеля в каналах и топливопроводах постоян-
ного давления (что необходимо для обеспечения надежного действия
ТНВД) в фильтрах тонкой очистки и канале насоса высокого давле-
ния устанавливают перепускные клапаны, отрегулированные на дав-
ление 0,15—0,17 МПа. При повышении давления сверх этой величины
клапаны перепускают часть топлива на всасывающую сторону топ-
ливоподкачивающего насоса.
Насос для ручной подкачки топлива состоит из цилиндра 11, порш-
ня 12 со штоком и рукоятки. Когда поршень 12 перемещают с помо-
щью рукоятки вверх, в полости подкачивающего насоса и цилиндра
насоса ручной подкачки засасывается топливо из подводящего трубо-
провода и через клапан 14 подкачивающего насоса. При перемещении
поршня 12 вниз топливо из цилиндра 11 вытесняется через полость А
и выпускной клапан 10 подкачивающего насоса в топливо провод,
соединенный с фильтром тонкой очистки. После пользования насосом
его рукоятку плотно навертывают на хвостовик штока в отверстие ос-
нования цилиндра. При этом поршень 12, прижимаясь к прокладке 13
разобщает полости подкачивающего насоса и цилиндра насоса ручной
подкачки, что предотвращает подсос воздуха в систему через насос
ручной подкачки.
Топливные фильтры в топливной системе дизеля 4ВД21/15 располо-
жены последовательно: первый фильтр тонкой очистки (рис. 131, а)
перед топливоподкачивающим насосом, второй (рис. 131, б) — сетча-
тый фильтр 1 и фильтр отстойника 2 в топливоподкачивающем насосе;
220
Рис. 131. Топливные филь-
тры
етий (рис. 131, в) — магнитный фильтр 2; четвертый — сдвоенный
пливный фильтр 1 — тонкой очистки. Фильтра грубой очистки топ-
ва в топливной системе дизеля 4ВД21/15 нет. Корпус фильтра тон-
►й очистки (рис. 131, в) выполнен двухсекционным в виде блока, внут-
I которого располагаются две фильтрующие вставки. Посредством
ехходового крана в работу могут быть включены сразу обе секции,
iK показано на рис. 131, или любая их них в отдельности. Для про-
явки какой-либо из секции без остановки дизеля надо поставить кран
положение, отключающее эту секцию.
Стандарт не оговаривает материал фильтрующей вставки, но прак-
(чески на дизелях 4ВД21/15 используют бумагу и войлок. Пре-
иуществом бумажных фильтров является высокая степень очистки,
йлочных — возможность промывки и многогазового использования.
Топливный насос высокого давления установлен на консоли с пра-
й стороны блока цилиндров, со стороны обслуживания дигателя.
ы насоса приводится во вращение через муфту сцепления привод-
ил валом, зубчатое колесо которого находится внутри кожуха рас-
еделительных зубчатых колес (см. рис. 124). ТНВД блочного типа.
одном корпусе насоса соединены четыре насосные секции непосред-
венного действия с механическим приводом плунжеров золотниково-
типа. Основными частями насоса являются корпус, кулачковый
лик, насосные секции, механизм поворота плунжеров. Топливный
icoc высокого давления и регулятор частоты вращения вала ди-
ля 4ВД21/15 имеют такое же устройство и принцип работы, как
дизелей 4НВД-21 и 6НВД-21.
221
Форсунка имеет стальной корпус 13 (рис. 132), который служит
базой для монтажа всех остальных деталей. По количеству и устрой-
ству деталей форсунка дизеХя 4ВД21/15 сравнительно проста. К ниж-
нему обработанному по высокой точности торцу корпуса форсунки при-
легает приставная часть 3 с тремя наклонными каналами 15 для топ-
лива, к нижнему торцу приставной части — корпус 1 распылителя.
Распылитель и приставка плотйо прижаты к корпусу накидной гай-
кой 5 с наружной резьбой, с помощью которой форсунка крепится в
головке цилиндра. Распылитель форсунки однодырчатый, штифтовый.
На верхнем торце распылителя имеется кольцевая топливная канавка.
В центральное отверстие распылителя вставляется игла 2 с двумя
конусами: малым и большим. Малый конус закрывает распиливающее
отверстие, соединяющее внутреннюю полость распылителя с камерой
сгорания. Под большой конус топливо попадает по каналам 16 кор-
пуса распылителя с кольцевой канавки на его торце. Пружина 14 с
помощью штанги 4 прижимает к седлу корпуса распылителя конус
иглы, прикрывающей распиливающее отверстие. Сила нажатия пру-
жины, а следовательно, и давление впрыска топлива изменяются путем
подбора установочных шайб 12 по количеству и толщине. Установоч-
ные шайбы имеют толщину 0,1; 0,5; 1,0 и 1,5 мм. Давление впрыска
топлива для дизеля 4ВД21/15 составляет 16 МПа. На верхней части
корпуса форсунки с помощью накидной гайки 8 крепится топливопод-
водящая трубка 9. Уплотнительный конус трубки высокого давления
Рис. 132. Форсунка
исключает течь топлива. С по-
мощью гайки 7 крепится штуцер 10
трубки обратного топливопровода.
Для лучшей герметизации между
штуцером и корпусом имеется па-
ронитовая прокладка 11 с отвер-
стиями для прохода топлива. Для
прохода топлива от трубки высо-
кого давления до камеры 17 под
иглой распылителя внутри корпу-
са форсунки просверлены кана-
лы 6.
Топливо по трубке высокого
давления поступает к форсунке, за-
тем по каналам в корпусе, в при-
ставной части и распылителе на-
правляется под большой конус иг-
лы в камеру распылителя. Когда
давление топл ива достигнет 16 МПа,
игла со штангой приподнимется,
отожмет пружину и мелкораспы-
ленное топливо в виде конической
струи поступает в предкамеру его
рання дизеля. Ширина кольцевой
222
между конусом распылителя и штифтом 0,02—0,05 мм. Подъем
Ы распылителя при впрыске ограничивается зазором между торца-
направляющей части иглы и приставной части. Подъем иглы 0,4—
мм. При снижении давления в системе ниже 16 МПа пружина
{Гро опускает вниз штангу с иглой и резко перекрывает распылива-
отверстие. Небольшая часть топлива, просочившаяся через зазор
М — корпус, заполняет внутреннее пространство форсунки. За-
i по каналу и штуцеру обратного топливопровода направляется в
йной бачок.
Воздухоочиститель. На дизелях 4ВД21/15 устанавливают ииер-
жно-масляные воздушные фильтры, одинаковые по устройству с
мл- рассмотренными фильтрами двухступенчатой очистки воздуха
ip ей 4НВД-21 и 6НВД-21. Различие заключается только в объемах
нитруемого воздуха. Если на дизелях 4НВД-21 и 6НВД-21 один
й>тр обеспечивает по расходу воздуха два цилиндра, то на дизелях
П21/15 один фильтр очищает воздух для четырех цилиндров.
риазочная система. На дизелях 4ВД21 /15 применена комбинирован-
I смазочная система с мокрым картером. Под давлением смазывают-
коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, опорные шей-
распределительного вала, втулки коромысел клапанного механизма,
1пки распределительных шестерен. Трущиеся поверхности цилинд-
lux втулок, поршней, поршневых колец, поршневых пальцев,
ржней и направляющих втулок клапанов, кулачков распредели-
рюго вала и плоских толкателей смазываются разбрызгиванием.
»зочную систему дизеля условно можно разбить на две части: на
треннюю и внешнюю. Во внутреннюю входят маслосборник, шесте-
|чатый насос, магнитный фильтр, разветвленная сеть каналов, ко-
Ьые подводят масло к поверхностям трения. Внешняя часть состоит
Е наружных маслопроводов, ручного масляного насоса, фильтров,
«доохладителя, приборов контроля (манометра, термометра, реле
Мления), масломерной линейки (щупа), сапуна.
[ Для прокачки двигателя перед пуском предусмотрен ручной насос
ирис. 133) с двумя обратными клапанами 18 и 23, не позволяющими
клу стекать в картер. Трехходовой пробковый кран 20 дает возмож-
кть использовать ручной насос в двух случаях: в первом — для про-
яки дизеля маслом, во втором — для откачки его нз маслосборни-
I через резиновый шланг 19 при смене масла по сроку. Шестеренчатый
кляный насос 3 забирает масло из маслосборника 24 дизеля 17 через
темный фильтр 26 и магнитный фильтр 1. Поскольку в узлах трения
ho нагревается и загрязняется, оно должно непрерывно охлаждать-
I и очищаться. Поэтому из насоса 3 масло направляется в маслоох-
шитель 11, после чего в сдвоенный фильтр 14, а затем уже поступает
1 смазывание двигателя.
L В смазочной системе имеются четыре автоматически работающих
(репускиых клапана: 2, 13, 16, и клапан в пробковом кране сдвоен-
и о масляного фильтра. Перепускной клапан 2 предотвращает чрезмер-
fc повышение давления в системе при пуске двигателя, когда масло
223
бывает холодным и вязким. Клапан отрегулирован на давление 0,7—
0,8 МПа. Если давление превысит эту величину, масло сбрасывает-
ся в картер дизеля. Клапан 13 предназначен для ускорения прогрева
дизеля по маслу при его пуске. Клапан автоматически выключает мас-
лоохладитель при низкой температуре масла, пропуская масло непо-
средственно в сдвоенный фильтр грубой очистки. Клапан открывается
при перепаде давления масла 0,09—0,17 МПа. С помощью перепуск-
ного клапана 16, смонтированного на корпусе сдвоенного фильтра, ре-
гулируется давление масла в главной масляной магистрали 28. На
прогретом двигателе при температуре масла 70—75 °C давление масла
в магнистрали должно быть 0,4—0,6 МПа. Избыток масла сбрасывает-
ся в картер по маслопроводу 22. При загрязнении сдвоенного фильтра
грубой очистки или при холодном масле возможны перебои в его пода-
че. Для предотвращения этого в пробковом кране фильтра установлен
перепускной клапан, отрегулированный на перепад давления 0,55-
0,70 МПа. Понятия «перепускной» и «редукционный», когда они
употребляются применительно к клапанам, устанавливаемым в систе-
мах топлива и смазочной двигателя, неравнозначны.
Перепускным называют клапан, предназначенный для поддержания
постоянства давления до клапана с помощью сброса излишнего масла
Рис. 133. Смазочная система
224
топлива). Редукционный клапан предназначен для поддержания
•янства давления после клапана путем торможения движения
селирования) жидкости. Из фильтра 14 грубой очистки масло
одит по двум направлениям. Первое — в главную масляную маги-
аль 28 и по каналам в поперечных перегородках картера подается
оренные подшипники коленчатого вала 4. От коренных подшипни-
по каналам вала масло подводится к шатунным шейкам. От глав-
। масляной магистрали масло по каналам картера и блока выходит
смазку втулок распределительных зубчатых колес 5 и опорные шей-
распределительного вала 7. Для этого внутри последнего сделано
дольное отверстие диаметром 20 мм, от которого в местах располо-
ния опорных шеек просверлены радиальные каналы диаметром 6 мм.
последней опорной шейки распределительного вала масло посту-
ет на манометр 15 для контроля за давлением в системе.
Второе направление подачи масла — к втулкам рычагов привода
апанов 12 и клапанного механизма. В эту же магистраль включены
тчик реле давления (PD) 9, термометр 10 и фильтр тонкой очистки—
нтрифуга 8. После очистки в центрифуге масло сливается в картер
зеля. Через фильтр тонкой очистки проходит до 15 % циркулиру-
цего в системе масла. Поскольку масло проходит через центрифугу
епрерывно, содержание механических и химических примесей в нем
канительно уменьшается.
Масло заливают в картер дизеля через заливную горловину 6.
гровень масла контролируют масломерной линейкой (щупом) 27.
1оверхность масла, находящегося в картерном пространстве, всегда
еспокойна и контактирует с продуктами сгорания топлива, прони-
ающими в картер через неплотности поршневых колец. Картерное
ространство, насыщенное мельчайшими капельками масла (масля-
ым туманом), находится под избыточным давлением. Для соединения
олости картера с атмосферой и предотвращение уноса масла на ди-
еле предусмотрено вентиляционное устройство 25.
Сапун устанавливают на внешней стороне крышки смотрового
ючка картеру дизеля. Чтобы через сапун не было уноса масла из кар-
тера, на внутренней стороне его крышки укреплен отбойный эк-
ран. В горловине сапуна установлен и закреплен масляный лабиринт,
состоящий из четырех дисков, по диаметру равный диаметру горлови-
ны и имеющим диаметрально расположенные сегментные срезы. Ла-
биринт заканчивается дырчатой розеткой с пластинчатым клапаном.
Сверху горловина сапуна закрыта колпаком.
Маслоохладитель (холодильник) для охлаждения картерного мас-
ла на дизеле 4ВД21/15 водяной масляный трубчатого типа. Он обла-
дает рядом преимуществ перед воздушным радиатором: имеет меньшие
габаритные размеры, более компактен (его удобнее расположить на
двигателе), обеспечивает поддержание более стабильной температуры.
Масло охлаждается водой, циркулирующей в системе охлаждения дви-
гателя.
8 Зак. 1971
225
Рис. 135. Масляный насос
Смонтирован маслоохладитель на блоке цилиндров с левой сторо-
ны дизеля (рис. 134). Корпус холодильника образуют труба 5 и крыш-
ки 2 и 8. Уплотнение крышек и трубных решеток 1 и 4 состоит из мае-,
лотермостойких резиновых прокладок. Внутри корпуса расположен
теплообменный элемент 9, который изготовлен из трубок круглого
сечения. Концы трубок 7 развальцованы в трубные решетки 1 и 4.
Трубная решетка 4 жестко зажата между фланцем корпуса и крышкой
2. Свободная посадка трубной решетки 1 обеспечивает возможность
теплового удлинения трубок. Масло поступает в корпус холодильника
по стрелке А через крышку 2 с перегородкой 3. Поток масла движется
по нижнему пучку трубок в камере под крышкой 8, переходит в верх-
ний пучок и выходит из холодильника (стрелка Б).
Охлаждающая вода входит в маслоохладитель (стрелка В) и рав-
номерным потоком движется в межтрубном пространстве. Для лучше-
го охлаждения масла внутри корпуса поставлены направляющие
перегородки 6, создающие турбулентное движение воды. Выходит вода
из маслоохладителя по стрелке Г.
Масляный насос состоит из корпуса 1 (рис. 135) и двух зубчатых
колес 3 и 7. Ведущая шестерня 3 имеет хвостовик, на котором
закреплено зубчатое колесо 9 с помощью шпонки 2 и гайки 11 с шай-
бой 10. Насос закрыт крышкой 5 с паронитовой прокладкой 4 болтами 6
226
жинными шайбами. Положение крышки фиксируется устано-
1м штифтом 8. Работа насоса описана ранее в п. 34.
гагодаря установке трехходового крана в работу могут быть вклю-
сразу обе секции сдвоенного масляного фильтра или любая из
в отдельности, что позволяет промывать фильтры без остановки
ля. Фильтрующие вставки многократного действия собраны из сет-
х дисков. Устройство и работа сетчатых, магнитного и центро-
юго фильтров дизеля 4ВД21/15 аналогичны ранее описанным в
«стема охлаждения. На дизеле 4ВД21/15 применена жидкостная
_ма охлаждения (рис. 136) открытого типа с принудительной цир-
яцией жидкости. Система охлаждения состоит из водяных рубашек
ка /, головок цилиндров и охлаждаемого выпускного коллектора 4,
латора 10, центробежного насоса 17, расширительного бачка 8.
ис. 136. Система охлаждения дизеля 4ВД21/15
227
Все элементы системы связаны между собой трубопроводами и дюри-
товыми соединениями, которые уплотнены хомутами. Систему охлаж-
дения заполняют ручным водоподкачивающим насосом 14 из водяных
баков вагона, контролируя заполнение по мерному стеклу расшири-
тельного бачка 8 или до перелива воды по трубке 15 в сливную ворон-
ку 16. Сливают воду при необходимости через кран 18.
Вода по системе циркулирует благодаря центробежному насосу с
приводом от коленчатого вала. К насосу вода поступает самотеком из
расширительного бачка. Насос нагнетает воду в маслоохладитель 3 и
и далее по распределителю 2 жидкости вода расходится на два потока,
поступая в водяную рубашку блока 1, где омывает равномерно все
втулки цилиндров. В верхней плоскости блока по перепускным втул-
кам вода перетекает в рубашки головок, проходя через которые, охла-
ждает своды камер сгорания и стенки предкамер. Из головок вода по-
ступает в коллектор 5, оттуда в рубашку охлаждения выпускного кол-
лектора. На водяном коллекторе установлены вентиль 7 для выпуска
воздуха и термометр 6 для контроля за температурой воды, выходя-
щей из Дизеля. Горячая вода из выпускного коллектора направляется
для охлаждения в радиатор. Температура воды контролируется авто-
матическими датчиками 13 аварийно-предупредительной сигнализа-
ции дизеля. В радиаторе 10 происходит охлаждение воды потоком ат-
мосферного воздуха, создаваемого электровентиляторами 9. Жалюзи
12 предназначены для регулирования интенсивности охлаждения.
Интенсивность воздушного потока можно регулировать и электровен-
тиляторами, включая в работу один или оба одновременно. Реверсив-
ность электродвигателей позволяет изменять и направление воздуш-
ного потока, продуваемого через радиатор. На период остановки дизе-
ля радиатор закрывается двумя заслонками // (шиберами).
Для приведения дизеля в состояние пусковой готовности (при низ-
ких температурах наружного воздуха) в системе охлаждения преду- i
смотрена возможность предварительного прогрева двигателя от систе-
мы отопления вагона.
Для подачи охлаждающей воды используются центробежные насо-
сы. Водяной насосос состоит из корпуса 3 (рис. 137) и входного
патрубка 5. Внутри корпуса вращается рабочее колесо 4 с лопатками
(крыльчатка), закрепленное на валу 2 корончатой гайкой с колпач-
ком-обтекателем 6. Вал насоса с приводным зубчатым колесом 11
вращается в двух шариковых подшипниках 12 и уплотнен двумя саль-
никами 9 и 10 с распорной пружиной между ними. В нижней части
улиточного диффузора корпус насоса имеет спускной краник 8. Па-
ронитовые прокладки 1 и 7 ставят под фланец насоса и входного
патрубка. Течь воды или масла из дренажного отверстия насоса слу-
жит сигналом о разрушении одного из сальников вала. Водяной насос
получает вращение от коленчатого вала через одно из распредели-
тельных зубчатых колес zt (см. рис. 124).
Благодаря лопаткам вода вращается вместе с рабочим колесом 4.
Под действием центробежной силы вода движется между лопатками в
228
Выявлении от центра к периферии. В камере всасывающего патруб-
ка создается разрежение, а в диффузоре насоса — давление. Основ-
ft недостаток центробежного насоса — его нестабильность к «сухо-
ft всасыванию. Поэтому такой насос работает при постоянном запол-
кни его водой.
КСистема пуска. Для облегчения и надежности пуска дизели
Д21/15 имеют свечи накаливания, спирали которых питаются от
кумулятора 12 В. После пуска свечи выключаются.
Раскрутка вала дизеля до пусковой частоты вращения (150—
об/мин) осуществляется устройством, использующим сжатый воз-
ле. Основными узлами системы воздушного пуска дизеля 4ВД21/15
шс. 138) являются воздушный баллон с системой трубопроводов и за-
Ьной арматурой, главный пусковой клапан, воздухораспределитель,
К?ковые клапаны, воздушный двухступенчатый компрессор. Подго-
нка дизеля к запуску сводится к установке коленчатого вала в пус-
тое положение, контролируемое совпадением соответствующих ме-
1с на маховике и его кожухе. Пусковая позиция на маховике отмече-
I индексом А.
^Открывается запорный вентиль манометра 10 на головке баллона
Проверяется давление воздуха (газа) в баллоне. Для дизеля, находя-
Ьося в хорошем состоянии, при температуре 20 °C и давлении сжа-
го воздуха 3 МПа, вместимости баллона в 60 л достаточно для шести
[восьми запусков. Наименьшее давление воздуха в баллоне, при ко-
лом возможен пуск дизеля, составляет 1,5 МПа. Пусковой баллон
креплен над дизель-генератором наклонно, что необходимо для
рра конденсата на дне баллона. Для удаления конденсата перед пус-
ш дизеля внутри баллона имеется трубка 12, по которой давлением
p.iyxa через открытый запорный вентиль 11 он сбрасывается по труб-
113 в сливную воронку.
" После выполнения подготовительных работ открывается главный
Горный вентиль 9 пускового баллона. Воздух через запорный вен-
рть 14 поступает к главному пусковому клапану 17 запускаемого ди-
&1Я. При повороте ручки главного пускового клапана на себя воздух
I короткому воздухопроводу проходит к воздухораспределителю 1,
р в соответствии с порядком работы двигателя (1—2—4—3) пере-
пекается по трубопроводам 2 в головки цилиндров через пусковые
шпаны 16. Под давлением воздуха поршень движется вниз, вращая
шенчатый вал, который быстро набирает пусковую частоту враще-
я.
Воздушный баллон заряжают при открытом вентиле 8 как от воз-
шного компрессора 3 с электроприводом 4, так и через зарядный
шпан 15 дизеля. Зарядку контролируют по манометру 10 на баллоне.
»вление не должно превышать 3 МПа. Для предупреждения переза-
ща баллона на зарядной трубке 5 установлен предохранительный
шпан 6. На случай пожара имеется предохранительная легкоплав-
|Я пробка 7.
229
Рис. 137. Водяной центробежный насос
П 16 15 14
Рис. 138. Система воздушного пуска дизеля
230
ЦЗЕЛЬ 4ВД12,1/9
рель 4ВД 12,5/9 устанавливается на автономных рефрижератор-
угонах постройки ГДР в качестве основного силового агрегата, а
►вагонных секциях (ЦБ-5) и 21-вагонных поездах — в качестве
игательного.
изель вихрекамерный, с рядным расположением цилиндров и воз-
1ым охлаждением (рис. 139).
Основные технические данные дизеля 4ВД12.6/9
Номинальная мощность, кВт................... 20,2
t“ » частота вращения коленчатого вала,
об/мнн.................................... . . 1500
в Степень сжатия.......................... 18
j Диаметр цилиндра, мм........................ 90
| Ход поршня, мм...................................... 125
г Порядок работы цилиндров.....................1—3—4—2
Г? Нумерация цилиндров..............................от маховика
[ Угол опережения подачи топлива, град, поворота
[• коленчатого вала (ПКВ)......................... 23
L Давление впрыска топлива, МПа..................... 12
[•* Удельный расход, г/(кВт-ч):
топлива....................................... 292,5
> масла......................................... 6
Яктовом в дизеле 4ВД12.5/9 является картер 18 (см. рис. 139).
картере размещается кривошипно-шатунный механизм, к нему с
нощью шпилек и болтов притягиваются цилиндры с головками,
гляный поддон, другиедетали и узлы систем и механизмов двигателя.
[Картер дизеля представляет собой ровную со всех сторон чугун-
в коробку, открытую в направлении поддона. В перегородках карте-
। придающих ему поперечную жесткость, размещены коренные под-
|пники коленчатого вала. В расточках верхней плоскости установ-
ры индивидуальные цилиндры. Головка цилиндра вместе с цилинд-
м крепится к картеру сквозными шпильками. Снизу картер закрыт
Jv.ohom 1 из алюминиевого сплава. Наружное оребрение поддона
цсобствует отводу тепла от масла, находящегося в картере. К перед-
цу торцу картера крепят алюминиевую коробку и крышку коробки,
(срывающие роликовую цепь и распределительные звездочки. К зад-
му торцу крепится чугунный кожух маховика. На картере монти-
ются масляный насос 20 с фильтром 21, топливный насос высокого
вления 3, сапуи 16, масломерный щуп 5.
Способ охлаждения двигателя определил конструктивные особен-
сти цилиндро-поршневой группы, которые наиболее отчетливо про-
ляются в конструкции цилиндра. Цилиндры 5 (рис. 140, а) изготов-
ют точным литьем из специального чугуна, обеспечивающим без
калки зеркала цилиндра высокую износостойкость и хорошую теп-
проводность. Равномерное охлаждение цилиндра обеспечивается
.зличной высотой ребер. Со стороны вентилятора (на входе охлажда-
цего воздуха) ребра имеют меньшую высоту, а на выходе — боль-
231
232
, так как здесь они. обдуваются уже нагретым воздухом. На бо-
х поверхностях для уменьшения длины двигателя высота ребер
ыпена.
нижней части
цилиндра расположен опорный фланец.
Поверх-
ниже фланца — юбка обработана для установки цилиндра в рас-
’ картера. Юбка имеет два прямоугольных выреза размерами
!4 мм для прохода шатуна при его движении. На верхний торец
1Дра устанавливается головка 3 дизеля, которая отливается из ал яз-
евого сплава. Охлаждающие ребра расположены горизонтально
тронам головки и вертикально — в центральной ее части. Го-
а и цилиндр к картеру дизеля крепятся четырьмя анкерными
льками. Плотность газового стыка между цилиндром и головкой
игается за счет некоторой деформации металла головки при за-
ке шпилек, и необходимость в прокладке отпадает.
233
Вихревая камера 4 в головке цилиндра выполнена как одно цело,
со штуцерами крепления форсунки 2 и свечи накаливания 1. В ochq,
вание головки (рис. 141) на Горячей посадке с натягом 0,1—0,15 м&
запрессованы вставки 1 из специального чугуна, служащие седлами
клапанов, а в верхнюю часть — направляющие втулки 2 клапанов,
изготовленные из антифрикционного чугуна. Сверху на головке уста-
новлена клапанная коробка 3 с крышкой 4.
Поршни дизелей с воздушным охлаждением изготовляют из спла-
ва алюминия с кремнием, обладающим малым коэффициентом линей-
ного расширения. По высоте поршень имеет сложную овально-кони-
ческую форму.
234
Креди деталей,, преобразующих тепловую энергию в механическую,
рень 7 (см. рис. 140, б) воспринимает наиболее высокие нагрузки.
Кждение поршня обеспечивается через прямое воздушное охлажде-
Кделиндра и косвенное жидкостное, где охлаждающей жидкостью
Кётся масло.
На поршни дизелей 4ВД 12,5/9 устанавливают комплект из шести
Кневых колец, четырех компрессионных (верхнее хромировано)
Кгх маслосъемных коробчатого типа.
Кольца изготовлены из специального чугуна с повышенным содер-
Кем фосфора, легированного хромом и никелем. Хромирование ко-
Кгвеличивает срок их службы и снижает износ.
ВДоьшневой палец 6 «плавающего» типа, удерживается от осевого
мйещения стопорными кольцами, изготовлен из высококачествен-
Естали 12ХНЗА, смазывается разбрызгиванием масла.
Конструкция коленчатого вала 11 и шатуна 8 выполнены по обще-
нятой схеме.
Датун двутаврового сечения, со шлицевым и прямым разъемом
Кней головки. Шатунный болт ввертывается в резьбовое отверстие в
Уне. Стопорится шатунный болт отгибной шайбой под головкой
Era. Шатуны и болты изготовляют их хромоникилевой стали. Бла-
фя наличию индивидуальных цилиндров, отделяемых от картера,
К необходимости обеспечивать размер нижней головки шатуна мень-
Щнаметра цилиндра, так как при демонтаже последнего обеспечива-
к доступ к поршневой группе дизеля. Шатунные подшипники смазы-
Ьтся маслом, поступающим под давлением по каналу коленчатого
к Коленчатый вал дизеля имеет опоры с коренными и шатунными шей-
ми одинакового диаметра 65 мм, изготовлен штамповкой из стали 40 X,
щается в подшипниках скольжения 10, имеет четыре чу-
мных противовеса, закрепленных болтами со стопорными отгибны-
Ьшайбами. Противовес и место его установки маркируют. К фланцу
тки» вала крепится чугунный маховик. Маслосгонная резьба на
ерхности «пятки» предотвращает вытекание масла по месту выхода
ра из картера. На хвостовик вала посажены на шпонке трехрядная
Ввдочка цепного привода газораспределения и шкив привода венти-
ргора. Хвостовик имеет сальник уплотнения. В торец хвостовика
1ннчен храповик, служащий для проворачивания коленчатого вала
[учную при регулировочных работах или ремонте дизеля. В шатун-
<х шейках коленчатого вала предусмотрены облегчающие отверстия
а конических заглушек, стянутых шпилькой, поскольку маслопод-
дящий канал от коренной шейки на шатунную проходит, минуя от-
рстия. На коренные шейки вала масло поступает под давлением по
।налам картера двигателя.
Подшипники 9, 10 и 12 дизеля — это тонкостенные стальные вкла-
|ши, залитые свинцовистой бронзой, делящиеся по устройству на
атунные и коренные. Первый коренной подшипник (от маховика) яв-
235
л яется опорно-упорным и ограничивает перемещение вала вдоль оси
дизеля.
Механизм газораспределения дизеля выполнен с верхним располо-
жением клапанов (см. рис. 141) и состоит из распределительного вала
14, толкателей 12, штанг 10, регулировочных винтов 8, коромысел 9,
клапанных пружин 7, клапанов 5 и 6, деталей крепления. Передача
вращения от звездочки 1 (г7 = 20) (рис. 142) коленчатого вала на звез-
дочку 5 (z8 — 40) распределительного вала и звездочку 7 (г7 = 40)
ТНВД производится трехрядной роликовой целью <5. Для согласован-
ной работы механизмов кривошипно-шатунного и газораспределения
с работой топливного насоса положение звездочек, установленных на
валах, относительно друг друга определяется совпадением меток. Нор-
мальное натяжение цепи 6 обеспечивается автоматическим натяжным
устройством 4 с помощью маятника 2 и натяжной звездочки 3. Кроме
того, между звездочками 7 привода топливного насоса высокого дав-
ления и 1 коленчатого вала устанавливается успокоитель 8 цепи.
Соотношение чисел зубьев звездочек обеспечивает вращение рас-
пределительного вала и вала привода топливного насоса с частотой
вращения в 2 раза ниже частоты вращения коленчатого вала. Устрой-
ство и принцип работы деталей газораспределения дизеля 4ВД 12,5/9
аналогичны устройству и работе дателей механизма ранее рассмот-
ренных дизелей 4HBD-21, 6НВД-21 (см. п. 34) и дизеля 4ВД21/15
(см. п. 35) и поэтому здесь рассмотрим только то, что присуще дизелю
4ВД 12,5/9 или имеет конструктивную особенность.
Рнс. 142. Схема цепного привода
236
f Каждый цилиндр двигателя имеет два клапана: впускной 5 (см.
fc. 141) и выпускной 6. Клапаны не взаимозаменяемы и отличаются
Ни от другого размерами и материалом. Впускной клапан изготов-
Киз хромоникелевой стали, выпускной — из специальной сильхро-
Кой стали. Пружины 7, прижимающие клапаны к седлам изготов-
Кы из хромованадиевой проволоки с повышенной усталостной проч-
гтью. Коромысла 9, передающие усилия от штанг на клапаны, штам-
рот из стали 45 и устанавливают их на стойке, отлитой из чугуна.
Ьомысла клапанов имеют такую конструкцию, особенности которых
Кедел яют их однозначное использование — коромысло впускного или
шускного клапана. Штанги 10 выполнены из прутка высококачест-
Йной стали диаметром 9 мм. Штанги перемещаются внутри защитных
15бок 11, по концам которых установлены резиновые уплотнитель-
|я кольца. Плоские толкатели 12 и направляющие 13 толкателей вы-
Елнены из чугуна. Для обеспечения необходимой износоустойчиво-
п поверхности толкателя и направляющей науглероживаются.
I Распределительный вал 14 изготовляют из стали 45 в виде сплош-
Вй поковки с пятью опорными шейками и четырьмя парами кулачков,
сполагается параллельно коленчатому валу в расточках верхней
сти картера. Отверстия в перегородках картера — это подшипники
рльжения опорных шеек вала; смазка к ним поступает под давлением
каналам картера» Профили кулачков распределительного вал& под-
рают так, чтобы обеспечить оптимальную продолжительность откры-
Ь клапанов и лучшее наполнение и очистку цилиндров. На рис. 143
Сражена диаграмма фаз газораспределения, где продолжитель-
Есть открытого состояния впускных и выпускных клапанов, а также
тенты их открытия и закрытия выражены в градусах поворота ко-
енчатого вала. У первой опорной шейки (со стороны маховика) рас-
Т. .елительный вал имеет крсозубое зубчатое колесо на 14 зубьев с
глом нарезки 45° для привода масляного насоса.
Смазочная система. Детали дизеля смазываются как под давлени-
Й, создаваемым масляным насосой» так и разбрызгиванием. Охлажда-
йся масло в масляном поддоне дизеля. Поршни, поршневые Кольца и
Цльцы, зеркало цилиндров, направляющие втулки клапанов, роли-
Овая цепь, звездочки привода вмазываются разбрызгиванием, тол-
катели н кулачки * распределительного вала — маслом, стекающим
з клапанной коробки по защитным трубкам штанг.
Под давлением смазываются детали следующим образом. Масло
з поддона 1 (рис. 144) через сетчатый фильр 16 по всасывающей труб-
е 15 поступает к шестеренчатому масляному насосу 14, который наг-
етает его через бумажный фильтр 13 в магистральный масляный канал
7 картера и далее по каналам 2 — к подшипникам распределитель-
ого вала и коренным подшипникам коленчатого вала. К шатунным
одшипникам масло поступает по каналам 19 в коленчатом валу. К ма-
истральному каналу 17 картера присоединен маслопровод 4, подающий
г ^по к коромыслам 5 и клапанам. По защитным трубкам 6 штанг мас-
о стекает в поддон. Через сопло 3 магистрального канала масло пода-
Рис. 143. Диаграмма фаз газо-
распределения дизеля 4ВД12.5/9
Рис. 144. Смазочная система
ется разбрызгиванием на звездочки н роликовую цепь привода. По тру-
бопроводу 11 от первой опорной шейки распределительного вала мас-
ло подается в картер ТНВД 9, откуда оно по сливной трубке 10 сбра-
сывается в масляный поддон.
238
z
Рис. 145. Масляный насос и его привод
239
г Масло в дизель заливается через маслоприемный патрубок масля-
Loro поддона, а контроль за уровнем масла ведется измерительным щу-
йюм 18. Температуру масла показывает дистанционный термометр 8,
[давление — манометр 7. Давление в масляной магистрали регулирует-
ся перепускным клапаном 12 и составляет 0,2—0,4 МПа в зависимо-
сти от температуры масла. При низких температурах возможно крат-
ковременное повышение давления масла. Температура масла не долж-
ка превышать 105 °C.
f Шестеренчатый масляный насос 6 (рис. 145) вместе с бумажным
[фильтром укреплен на картере 4 дизеля под первым цилиндром. Вра-
щается насос от зубчатого колеса 2 распределительного вала через при-
кладное зубчатое колесо 1 приводного вала 3. Приводной вал сборный,
[шлицевой, соединяется с валом зубчатого колеса 7 масляного насоса,
которое входит в зацепление с колесом 5. Зубчатые колеса масляного
пасоса косозубые с углом наклона 20°, число зубьев 14.
I Косозубое зубчатое колесо 2
Распределительного вала имеет
Етол наклона нарезки зубьев
5°, их количество 14, нормаль-
ный модуль 2, направление пра-
Ь»ое. Зубчатое колесо 1 привод-
Ього вала имеет 10 зубьев, на-
резанных под углом 45°. Дав-
ление в системе смазки регули-
руется перепускным клапаном,
г Топливная система дизеля
Прис. 146) состоит из топливно-
гго бака (на рис. 146 не пока-
‘ иан), топливных фильтров 5 и 2,
ргопливоподкачивающего насоса
&, насоса высокого давления 8,
Электромагнитного вентиля 1
форсунок 3, регулятора частоты
^Вращения 7, топливопроводов
высокого 4 и низкого 10 давле-
ния, запорных вентилей 6 и И.
г Топливо очищается при по-
|Следовательном прохождении
[магнитного фильтра (рис. 147, а),
[сетчатого фильтра (рис. 147,6)
[втопливоподкачивающем насосе
[• и фильтра двойной очистки
I (рис. 147, в). Вставка фильтра 2
тонкой очистки одноразового
! применения, а вставка фильтра
' 3 грубой очистки многократного
! использования (промывается).
Рис. Г46. Топливная система
240
щьтрующие вставки устанавливают в стаканы 1, крепящиеся к
ийной крышке 4 фильтра.
Топливоподкачивающий насос 9 (см. рис. 146) по устройству и
инципу действия аналогичен ранее описанному в п. 35.
Топливный насос высокого давления (рис. 148, а) дизеля 4ВД12, 5/9
принципу работы аналогичен описанному в п. 34. Особенностью ус-
»ства ТНВД дизелей 4ВД 12,5/9 являются лишь малые размеры де-
юй насоса, корпуса и регулятора. Алюминиевый корпус насоса со-
ит из нижней 2 и верхней 4 частей, соединенных между собой,
нижней части корпуса помещается кулачковый вал 1 на двух Под-
липках качения. В верхней части корпуса размещены толкатели 3,
^нжеры 6, втулки 7 плунжеров, пружины 5, механизм поворота
/нжеров, нагнетательные клапаны 9 с их пружинами 10 и седлами 8,
кимные штуцера 11. К верхнему концу нажимного штуцера
накидной гайкой 12 крепят трубку высокого давления 13, по
'орой топливо подается к форсунке.
Форсунка дизеля 4ВД 12,5/9 (рис. 148, б) по конструкции анало-
пчна форсункам дизелей 4НВД-21 и 6НВД-21, описанным в п. 34.
тальной корпус форсунки служит базой для монтажа всех осталь-
ых деталей. Распылитель (игла 2 и корпус /) соединяют с корпусом
орсунки накидной гайкой 3. Сама форсунка крепится в головке ци-
индра гайкой 4. Трубка высокого давления крепится к штуцеру 5.
илу нажатия пружины 8 на иглу распылителя передает штанга 12,
регулируют внутренней колпачковой гайкой 7, которая стопорится
аружной колпачковой гайкой 9. Топливо, просачивающееся через за-
ор распылителя, поднимается в верхнюю часть форсунки, откуда от-
241
Рис. 148. Топливный насос высокого давления (о)
242
23 22
с регулятором и форсунка (б)
243
Рис. 149. Схема потока воздуха в си-
стеме охлаждения дизеля
водится через отверстие болта // по трубке 10. Алюминиевая про-
кладка 6 уплотняет внутреннюю полость форсунки.
Дизель снабжен прямодействующим, однорежимным, центробеж-
ным регулятором частоты вращения (см. рис. 148, а). На оси 20 регу-
лятора, соединенной с кулачковым валом насоса, опираются два угло-
вых рычага 21, на которых установлены грузики 22, с комплектом ре-
жимных пружин. Пружина 26 холостого хода и пружины 25 полной
нагрузки имеют предварительное натяжение гайкой 23 на шпильке
24. Угловые рычаги 21 соединеняются с регулировочным валиком 18.
Этот валик передает движение центробежных грузиков через ползун
19 нижнему концу рычага 15 с центром вращения в точке 16. Верхний
конец рычага 15 соединен с зубчатой рейкой насоса 14. Вследствие
фиксации рычага управления 17 регулятор поддерживает только
1500 об/мин вала дизеля.
Принцип действия регулятора.^ увеличением нагрузки на дизель
в первоначальный момент уменьшается частота вращения коленча-
того вала. При уменьшающейся частоте центробежная сила грузиков
уменьшается, вследствие чего сила режимных пружин окажется боль-
шей и грузики перемещаются к оси вращения ротора. Эти движения
грузиков передаются через угловые рычаги, регулировочный валик и
рычаг к зубчатой рейке насоса. Рейка перемещается в сторону увели-
чения подачи топлива, и частота вращения вала дизеля возрастает
до предписанного значения. При возрастающей частоте вращения этот
процесс происходит в обратном порядке.
Система охлаждения. Дизель имеет систему воздушного охлажде-
ния (рис. 149). Основными элементами системы охлаждения являются
вентилятор 8 с направляющим аппаратом 7, направляющий кожух 1,
отражатели 2,3 и 6, привод вентилятора, охлаждающие ребра цилинд-
244
н 4 и головок 5 дизеля. Крыльчатка вентилятора при номинальной
:тоте вращения вала дизеля вращается с частотой около 5000
/мин. Крыльчатка приводится в движение от шкива коленчатого ва-
через два клиновых ремня. Воздух поступает к вентилятору через
правляющий аппарат, а затем нагнетается под кожух (дефлектор),
вдушный поток с большой скоростью направленно подается к ци-
ндрам и головкам. Равномерное охлаждение цилиндров достигается
боковым обдувом и переменным сечением распределительного ко-
гха, благодаря чему давление воздуха во всех сечениях кожуха оди-
ково.
245
Показателем работы системы охлаждения дизеля служит темпера-
тура масла в поддоне, которая считается нормальной, если находится
в пределах 70—100 °C, но не превышает 105 °C при работе дизеля в
тяжелых условиях. Для контроля теплового состояния и защиты ди-
зеля в случае опасности перегрева в головке второго цилиндра уста-
новлен температурный датчик, температура срабатывания которого
около (200 ±5) °C.
Система пуска. В систему пуска входят источник электроэнер-
гии — аккумуляторные батареи / (рис. 150, а), потребитель — стар-
тер 13 и свечи накаливания 5. На дизеле установлен стартер мощ-
ностью 2,94 кВт (4 л. с.) на 24 В. Основной частью стартера
(рис. 150, б) является корпус /, на котором укреплены полюсы
с катушками 11 возбуждения; якорь 12 вращается в трех бронзо-
вых втулках: 4, 9 и 16. На крышке 8 укреплен щеткодержатель, на
котором установлены медно-графитовые щетки 6, прижимаемые
к коллектору 10 пружинами. Коллектор и щеточный узел закрыты
снаружи защитной лентой 7. Устройство для введения зубчатого
колеса стартера в зацепление с венцом маховика состоит из элек-
тромагнитного реле 5, рычага 2, механизма привода 14 с ведущим
зубчатым колесом. Муфта 13 свободного хода через фрикционные
диски 3 передает вращение от якоря на зубчатое колесо стартера
только в одном направлении, что предохраняет стартер от «разно-
са» после пуска дизеля. Кольцо 15 является упорным для зубчатого
колеса стартера.
Электростартер включается ключом 3 (см. рис. 150, а), распо-
ложенном на щитке управления дизеля. При этом на первой пози-
ции ключа 3 включаются свечи накаливания 5 и индикаторная
спираль 4. На второй позиции ключа 3 включается стартер 13. При
этом замыкается цепь втягивающей обмотки 7, которая втягивает
сердечник 8. Сердечник 8 перемещает рычаг 9, вводя зубчатое ко-
лесо 11 в зацепление с венцом 12 маховика, через муфту 10 свобод-
ного хода. Другим концом сердечник замыкает контактом 6 зажи-
мы 2 стартера. С этого момента стартер развивает полный вращаю-
щий момент и начинает вращать вал дизеля. Выключается стартер
размыканием контактов ключа 3 от аккумуляторной батареи 1.
Под действием возвратных пружин сердечник электромагнитного
реле и зубчатое колесо стартера возвратятся в первоначальное
состояние.
Автоматическая защита дизеля 4ВД 12,5/9 осуществляется в слу-
чае: снижения давления масла в системе смазки ниже 0,15 МПа,
обрыва ремня или неисправности вентилятора, охлаждающего воз-
духа, температуры масла более 105 °C или температуры второй го-
ловки цилиндра более 200 °C, перегорания предохранителей, пере-
грузки генератора (более 25 А). Во всех этих случаях при сраба-
тывании защиты автоматика обеспечивает остановку дизель-
генератора.
1а VII
ЛЛУАТАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКОЕ
ЛУЖИВАНИЕ ДИЗЕЛЕЙ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИЗЕЛЕЙ
Надежность двигателей в работе в значительной мере зависит
уровня знаний устройства двигателей и умелого ухода за ними,
авильного использования и высококачественного их обслужива-
я и ремонта. Все работники, связанные с эксплуатацией дизель-
нераторных установок, должны иметь специальную подготовку
знании устройства и правил технической эксплуатации данного
орудования.
Эксплуатация дизелей слагается из подготовки к пуску, пуска,
^правления и контроля во время работы, остановки и профилакти-
ческого обслуживания. После пуска необходимо соблюдать опреде-
ленный режим прогрева двигателя. Прогрев — это неустановив-
-Йшйся тепловой процесс, характеризующийся неравномерным из-
менением температуры деталей цилиндропоршневой группы, что
'^*ожет привести к неравномерному изменению зазоров между ними
'й к деформации поршня и цилиндра. Если после пуска без предва-
рительного прогрева холодный дизель перевести на работу под
^Нагрузку, то суммарные напряжения деталей могут привести к по-
,'явлению трещин, а при неблагоприятных условиях — к задиру или
^заклиниванию поршня. Все это в ряде случаев приводит к поломке
^дизеля.
При подготовке дизеля к пуску необходимо ознакомиться с по-
следней записью в рабочем журнале и выяснить готовность двига-
теля к работе. После ремонта или продолжительного бездействия
дизель-генератор необходимо осмотреть, проверить готовность
систем топлива (смазочной, охлаждения) и пуска к работе. Перед
пуском дизеля следует прокачать его масляную магистраль и про-
вернуть коленчатый вал иа два-три оборота.
Для того чтобы пустить дизель, необходимо привести во вращение
коленчатый вал с пусковой частотой вращения ппуС—(0,12-j-0,15)/lBOM,
при которой происходит надежное самовоспламенение топлива в ци-
линдрах двигателя. Самовоспламенение топлива определяется темпера-
турой воздуха в конце такта сжатия, а последняя зависит от темпера-
туры окружающей среды и состояния двигателя. Недостатком вихре-
камерных и предкамерных дизелей является трудный пуск. Поэтому,
чтобы обеспечить надежность пуска холодного двигателя, особенно если
в машинном отделении температура воздуха ниже 8 9С, его нужно пред-
варительно прогреть до температуры 40—45 °C за счет подключения
дизеля к системе отопления вагона или с помощью отопительного при-
247
бора (для дизелей 4НВД-12.5/9). При предварительном прогреве сни-
жается износ цилиндров в пусковой период и уменьшается корродирую-
щее действие кислот, образующихся при сгорании топлива.
При прогреве дизеля следует избегать длительной работы на холо-
стом ходу, так как этот режим характеризуется сильным нагарообра-
зованием. Ориентировочное время прогрева дизеля составляет летом
5—8 мин, зимой — 15—20 мин. Критерием теплового состояния двига-
теля является температура охлаждающей воды 40—50 °C и масла 20—
40 °C. После достижения этих температур дизель можно нагружать.
После прогрева двигателя при необходимости на соответствующем
режиме холостого хода заполняют воздушно-пусковой баллон от за-
рядного клапана дизеля. В первую очередь открывают вентиль на
головке баллона, а затем запорный вентиль зарядной головки. Отступ-
ления от этого порядка не допускаются. Процесс зарядки контролиру-
ют по манометру на баллоне, который должен быть постоянно включен;
давление не должно превышать 3 МПа (30 кгс/см2). Для предупрежде-
ния перезарядки на зарядной трубке и головке баллона установлены
предохранительные клапаны. По окончании зарядки в первую очередь
закрывается вентиль на зарядной головке, а потом на баллоне. Баллон
воздухом от зарядного клапана может пополняться и на рабочем режи-
ме (1000 об/мин), но тогда нагрузка на дизель не должна превышать
25 % номинальной. Во избежание прожога клапана процесс зарядки
ведется периодично (10 мин) с паузами (50 мин) для охлаждения дета-
лей клапана.
Если в прогретом двигателе нет отклонений параметров от нормы,
то включают аварийно-предупредительную сигнализацию и переводят
рукоятку топливного насоса в положение «Работа». Включать дизель
под нагрузку или переводить с одного режима на другой во всех слу-
чаях следует плавно. При резком изменении частоты вращения наруша-
ется режим смазывания и возникают высокие механические напряже-
ния в деталях двигателя.
Работу двигателя необходимо постоянно контролировать. Обслу-
живание его должно быть основано на точном выполнении инструкций
и правил, учитывающих особенности конструкции данного двигателя.
Основным документом, отражающим работу дизель-генератора в экс-
плуатации, является рабочий журнал, куда дежурным механиком за-
писываются время пуска и остановки, время работы за сутки и сначала
эксплуатации с нарастающим итогом, показания контрольно-измери-
тельных приборов, характеризующих работу дизеля и его систем через
каждые 2 ч (давление масла, температура воды, нагрузка и т. д.). За-
писи этого журнала дают возможность организовать правильную экс-
плуатацию установок и осуществлять контроль за деятельностью обс-
луживающего персонала.
Нагрузку по цилиндрам двигателя проверяют по температуре вы-
пускных газов, и если она резко отличается от температуры при его
нормальной работе, цилиндр считается недогруженным или перегру-
зи
енным. Выпускные газы .при работе прогретого дизеля с полной на-
кузкой должны быть бесцветными или иметь сизо-серый цвет.
Температура охлаждающей воды на выходе из системы охлаждения
I всем диапазоне нагрузок не должна превышать 85 °C, так как вски-
шие воды в отдельных горячих точках системы может привести к
азованию паровых подушек и, как следствие, к нарушению циркуля-
ми воды и перегреву двигателя. Температура воды в системе охлаж-
;ния регулируется величиной открытия жалюзей и шторок радиатора
«зеля.
Давление и температура масла в системе смазывания двигателя обве-
шиваются в соответствии с указаниями для данного типа двигателя,
аибольшая температура на выходе не должна превышать для подшип-
1ков, залитых свинцовистой бронзой, 80—95 °C, для подшипников, за-
нтых баббитом, — 60 °C.
При работе дизеля должны поддерживаться параметры, приведен-
ие ₽ табл. 14.
Таблица 14
г Параметры Значение параметров для дизелей
К-461М 4ВД 12.5/9 4ВД21/15 4НВД-21 и 6НВД-21
К, Температура охлаждаю- щей воды, *С Давление масла, МПа Температура масла, °C R Разность температур вы- пускных газов между цн- ‘яиндрамн дизеля, °C, не бо- &iee 80—95 0,2—0.7 65—80 30 Воздушное охлаждение 0,2—0.4 80—90 70—85 0,4—0,6 65—75 50 70-85 0,2—0,4 60—70 30

f Номинальная мощность дизелей гарантируется заводами-изготови-
гтелями при нормальных условиях работы: температуре воздуха 20 °C,
(давлении 760 мм рт. ст. и относительной влажности 60 %.
I Работа дизеля при наибольшей мощности (110 % номинальной)
допускается в случаях крайней необходимости не более 1 ч при общей
[ продолжительности не более 10 % суммарного времени работы дизеля.
При подготовке двигателя к остановке необходимо проверить
’ уровень топлива в расходном баке. Рекомендуется перед остановкой
дизелей подкачивать топливо в расходный бак до верхнего предела.
1 При полном наполнении бака снижается амплитуда колебания топлива
при движении вагона. Вследствие этого топливо перемешивается в
меньшей степени с отстоем механических примесей. Отстой механиче-
ских примесей в дизельном топливе (в стадии покоя) происходит очень
медленно. Для очистки топлива от механических примесей только йа
249
глубину 0,5 м необходимо, чтобы оно отстаивалось не менее 75—90 ч.
Хорошие результаты очистки топлива от примесей дает периодический
слив топлива из отстойника расходного бака. Заметим, что полное за-
полнение топливных баков снижает обводнение топлива конденсирую-
щейся из воздуха влагой.
Затем следует снять нагрузку и снизить температуру воды в систе-
ме охлаждения до 50—60 °C, отключить систему автоматики дизеля,
выключить вентилятор охладителя и плавно перевести частоту враще-
ния вала двигателя на холостой ход, на котором двигатель работает
около 5 мин. После работы на небольшой частоте вращения надо переве-
сти рукоятку регулятора в положение «Стоп». После остановки дизель-
генератора необходимо закрыть жалюзи и шторки, обтереть дизель,
устранить неисправности, замеченные во время работы, убрать поме-
щение вагона-дизель-электростанции и записать в рабочем журнале
время остановки дизель-генератора и замечания по его техническому
состоянию.
Неработающий дизель-генератор, находящийся в исправном состо-
янии, необходимо содержать в чистоте и постоянной готовности к пус-
ку, для этого ежедневно проворачивают вручную котенчатый вал дизе-
ля на два-три оборота и одновременно прокачивают ручным насосом
смазочную систему. Если дизель бездействует более недели, следует
пустить его на 20—25 мин для работы на холостом ходу или малой на-
грузке.
Дизели рефрижераторного подвижного состава эксплуатируются
в различных климатических зонах. Изменение метеорологических ус-
ловий непосредственно влияет на их мощность и экономичность, на
удельный расход топлива. Повышенная температура окружающей сре-
ды оказывает существенное влияние на протекание рабочего процесса
двигателя, на его параметры. Повышение температуры и влажности
окружающей среды отрицательно влияет на протекание рабочего про-
цесса, тепловой режим и показатели работы двигателей. Рабочий про-
цесс двигателей при пониженной температуре окружающей среды име-
ет ряд особенностей, обусловленных как непосредственным снижением
температуры входящего воздуха, так и общим падением теплового со-
стояния двигателя. В этом случае эксплуатация дизелей усложняется,
так как ухудшаются условия работы топливной системы, смазочной си-
стемы и системы охлаждения, затрудняется'пуск и создается опасность
замораживания системы охлаждения двигателя, кроме того, повышает-
ся вязкость масла и топлива. Однако понижение температуры наруж-
ного воздуха может оказать и положительное влияние на работу ди-
зельной установки и развиваемую ею мощность, так как в цилиндры
поступает больший по массе заряд воздуха и вследствие чего происхо-
дит более полное сгорание топлива.
Поэтому для нормальной эксплуатации дизелей рефрижераторного
подвижного состава при пониженных температурах предусмотрено
отопление помещения дизель-электростанции и подогрев двигателя
перед пуском.
250

особенность работы двигателей в горных районах обусловлена
Синением эффективной мощности за счет снижения плотности воз-
Эк Цикловая подача топлива независимо от нахождения рефрижера-
го вагона над уровнем моря остается постоянной, а заряд воздуха
се с изменением высоты уменьшается. Несгоревшее топливо уве-
мвает дымность отработавших газов и приводит к перегреву двига-
н. Уменьшение атмосферного давления на каждые 25 мм рт. ст.
Эсает мощность двигателя примерно на 3 %. Эксплуатация двигате-
в этих условиях требует от обслуживающего персонала учета всех
юностей их работы.
к ПОРЯДОК ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИЗЕЛЕЙ
Дизель К-461М. Подготовляя дизель-генератор к пуску, необхо-
проверить его техническое состояние. Убедившись в отсутствии
оронних предметов на дизель-генераторе и вблизи него, устрой-
для поворота вала вручную провернуть коленчатый вал дизеля
►два-три оборота (15—25 оборотов рукоятки); после проворачивания
нчатого вала рукоятку снять. Проверить (по соответствующим
иям и меткам на маслоуказателе) наличие масла в поддоне дизеля,
масляной ванне турбонагнетателя, регулятора топливного насоса,
пусе воздухоочистителей, а также воды в расширительном баке и
лива в расходном баке. Если температура воздуха в дизельном от-
ении ниже 8 °C, дизель следует прогреть горячей водой, а в поддон
цзеля залить подогретое масло (устройство для прогрева дизеля горя-
водой имеется только на секциях ЦБ5).
; Затем следует проверить положение рукоятки выключения рейки
Mi дивного насоса. Она должна находиться в горизонтальном положе-
и, соответствующем рабочему положению рейки. Установить руко-
ку частоты вращения в положение пусковой частоты вращения ди-
еля, для чего от начального положения (наименьшая частота вра-
еиия) провернуть ее по часовой стрелке на три — пять оборотов.
При пуске дизель-геиератора необходимо включить автоматический
ключатель аккумуляторных батарей на щите управления. Нажати-
кнопки «Подогрев» включают одновременно электропламенный воз-
ухоподогреватель и маслопрокачивающий насос продолжительностью
е более 30—45 с. Затем, не отпуская кнопки «Подогрев», нажать киоп-
у «Стартер» и держать ее включенной, пока дизель не заработает, но
не свыше 20—25 с. Кнопку «Подогрев» отпустить только тогда, когда
дизель начнет работать устойчиво, но не более 60 с после отключения
электростартера. Повторные включения стартера разрешаются не
раньше чем через 2—3 мин. Прогретый дизель можно пускать без
включения воздухоподогревателя.
После пуска дизель-генератора проверить наличие давления масла,
которое должно быть не ниже 0,2 МПа (в первые минуты работы холод-
ного дизеля давление масла может доходить до 0,9 МПа), если после
251
пуска давление масла не достигло необходимой величины, остановить
дизель и выяснить причину. Выключить автоматический выключатель
аккумуляторных батарей и установить частоту вращения дизеля руко-
яткой регулятора топливного насоса До 800—900 об/мин. Прогреть ди-
зель на этом режиме до достижения температуры масла 25 °C, после
чего можно переходить на полную частоту вращения — 1500 об/мин
(вращением рукоятки регулятора по часовой стрелке). Нагружать ди-
зель-генератор разрешается после того, когда температура воды достиг-
нет 50 °C, масла 35 °C, давление масла не ниже 0,2 МПа.
Во время работы дизеля система автоматической защиты и сигнали-
зации предусматривает контроль и остановку двигателя в случае сни-
жения давления масла в системе смазки ниже 0,17—0,20 МПа, при по-
вышении температуры воды в системе охлаждения свыше 105 °C или
снижении ее уровня, при повышении частоты вращения свыше
1700 об/мин. При нормальной нагрузке показания приборов должны
находиться в пределах: давление масла 0,2—0,7 МПа, температура мас-
ла 60—80 °C, охлаждающей воды 80—95 °C. Частоту вращения колен-
чатого вала определяют по показанию тахометра, нагрузку — по ам-
перметру на распределительном щите. Работа дизеля с 15 %-ной пере-
грузкой допускается в случаях крайней необходимости, но не более
30 мин. Если нарушается диапазон указанных параметров, необходи-
мо выяснить причину и устранить ее.
При остановке дизель-генератора следует сначала снять нагрузку и
работать на холостом ходу, пока вода не охладится до температуры
65 °C. Работа дизеля на холостом ходу более 30 мин не разрешается.
Рукояткой регулятора постепенно снизить частоту вращения до 700—
800 об/мин и через 2—3 мин поворотом рукоятки выключателя рей-
ки топливного насоса остановить дизель. Рукоятку возвращают в ис-
ходное рабочее положение. После остановки дизель-генератора
устраняют неисправности, выявленные при работе, осматривают и об-
тирают агрегат.
Инструкция предусматривает, кроме ежедневного обслуживания,
проведение трех видов технического обслуживания дизелей: ТО-1 —
через 100 ч; ТО-2 —через 600 ч; ТО-3 — через каждыые 3600 ч работы
дизеля.
Дизель 4ВД21/15. Перед пуском дизеля необходимо проверить его
техническое состояние. Осмотреть дизель-генератор на отсутствие
посторонних предметов, проверить уровень масла в картере дизеля, в
картере регулятора и топливного насоса, уровень воды в системе ох-
лаждения и при необходимости долить; проверить наличие топлива в
расходном баке, давление воздуха в воздушно-пусковом баллоне, ко-
торое должно быть не менее 1,5 МПа.
При низких температурах, когда температура воздуха в дизельном
помещении опускается ниже 8 °C, дизель следует прогреть от системы
водяного отопления вагона. Если температура дизеля поддерживается
постоянно на уровне 20—25 °C, систему подогрева отключают.
252

©укрыть декомпрессионные вентили на головках цилиндров. Про-
дог-. положение крана на двойном масляном фильтре и ручным на-
Ем прокачать масло в системе до давления 0,15—0,2 МПа. Устано-
Ь коленчатый вал в пусковом положении так, чтобы метка на махо-
К с индексом А совпала с меткой на кожухе маховика. Закрыть де-
Ьпрессорные вентили, рукоятку регулятора частоты вращения пере-
до в положение «Пуск». Открыть главный запорный вентиль на го-
мсе воздушного баллона и промежуточный вентиль на воздушной
Ьи. В случае пуска «холодного» дизеля следует пользоваться свеча-
КакалИвания. Для этого на щите приборов управления дизеля вклю-
Кся замок зажигания: выключатель накала свечей ставят в первую
Ецию на 45—60 с, проверяя степень накаливания по контрольной
пали. При нагреве спирали до ярко-красного цвета выключатель
Кгнести во вторую позицию и немедленно открыть пусковой клапан
Жгнием рукоятки на себя. При вращении коленчатого вала опреде-
нь иа слух момент перехода работы дизеля на топливо. Убедившись в
Ерйчивой работе дизеля, прекратить подачу воздуха, вернуть рычаг
Ахового клапана и выключатель свечей накаливания в исходное по-
агение.
Е После пуска дизель-генератора проверить наличие давления масла
Е’^аиометру, которое должно быть не ниже 0,2 МПа. В первые мину-
ll: работы дизеля оно может быть и более высоким (если манометр не
Называет давление масла, двигатель следует немедленно остановить
Евыяснить причину). Закрыть главный запорный вентиль на баллоне
Ьентиль воздушной линии. Рукоятку топливного насоса из положе-
Бн «Пуск» перевести в положение «Холостой ход». При частоте
Мщения холостого хода дизель прогревается до температуры воды
№ 60 °C, в это же время можно производить зарядку пускового бал-
Кна от зарядного клапана дизеля (на рефрижераторной секции ЦБ5
К 21 -вагонном поезде предусмотрен второй способ зарядки пуско-
Lx баллонов от двухступенчатого компрессора с электрическим при-
►дом).
г После того как дизель прогрелся и давление масла по манометру
рстигло 0,4 МПа, включают аварийно-предупредительную сигиализа-
1' ю (контроль за температурой воды и давлением масла). Плавно пере-
юдят рукоятку насоса в положение «Работа» и дизель Постепенно на-
Ьужают.
К Управление и контроль За дизель-генератором во время его работы
включаются в создании оптимальных режимов, в рациональном ис-
{кхльзовании топлива и масла. Работа дизеля должна быть ритмичной,
кз посторонних стуков и шумов. Давление масла в системе смазки
Должно составлять 0,4—0,6 МПа. Температура охлаждающей воды на
►сем диапазоне нагрузок 75—85 °C, регулируется величиной открытия
калюзи и включением внтиляторов-радиаторов в различных комбина-
шях. Температура масла должна быть на 10—15 ° С ниже температуры
юды, т. е. 60—70° С. Нельзя допускать перегрузки двигателя и от-
ельных его цилиндров, контролируя общую нагрузку по ампермет-
253
ру (140 А) на главном распределительном щите, а между цилиндрами—
по разнице температуры выпускных газов не более 50 °C. Выпуск-
ные газы (при работе прогретого дизеля с полной нагрузкой) должны
быть бесцветными или сизо-серыми, максимальная температура не вы-
ше 450 °C. Частота вращения коленчатого вала дизеля должна быть ус-
тойчивой и поддерживаться на заданном уровне 1000 об/мин (показа-
ние частотомера 50 Гц).
Через каждые 2 ч работы дизель-генератора записывают в рабочем
журнале данные о режиме его работы. Если дизель-генератор работал
с полной нагрузкой, то перед его остановкой нужно постепенно снять
нагрузку и в течение некоторого времени дать поработать дизелю на
малой нагрузке, снижая температуру воды в системе охлаждения до
50—60 °C. Выключить вентиляторы радиатора и аварийно-предупре-
дительную сигнализацию дизеля. Перевести рукоятку регулятора вра-
щения в положение «Холостой ход» и после 2—3 мин работы остано-
вить дизель.
Дизель 4ВД12, 5/9. При установке этого дизеля на автономном реф-
рижераторном вагоне к нему дополнительно придаются установка для
подогрева дизеля перед пуском и топливный бак на 700 л. Характерной
особенностью щита управления (рис. 151, а) дизелей на АРВ с длиной
кузова 21 м является отсутствие на нем контрольно-измерительных при-
боров: амперметров аккумуляторной батареи и генератора, вольтмет-
ра генератора и частотомера. Эти показания контролируются только с
помощью переносной измерительной станции 15 после соединения ее
штекера 16 с розеткой 6 на панели щита управления дизель-генерато-
ра.
Перед пуском дизеля необходимо проверить уровень масла в под-
доне, который должен быть выше нижней метки щупа. Пускать дизель
с пониженным уровнем масла не допускается. Проверить уровень топ-
лива в расходном баке. Запорный вентиль между топливным баком и
дизелем должен быть открыт, а запорный вентиль в обводном топли-
вопроводе у электромагнитного вентиля закрыт.
При температуре наружного воздуха 5 °C и ниже дизель перед пус-
ком подогревают установкой подогрева. Режимный переключатель /
на щите управления дизеля устанавливают в положение «Пуск». Пру-
жинный выключатель 8 свечей накаливания и стартера устанавлива-
ют в первое положение и примерно через 120 с индикаторная спираль 7
нагревается до ярко-красного цвета. Дальнейшим поворотом выключа-
теля 8 во второе положение до упора включают стартер дизеля. Если
в течение 15 с работы стартера дизель не пустится, то следует отпу-
стить рычаг выключателя. Последний за счет действия пружины вер-
нется в исходное нулевое положение, выключив стартер и свечи на-
каливания. Запуск дизеля можно повторять до тех раз при температуре
наружного воздуха выше 0 °C не менее чем через 1 мин, а при темпера-
туре 0 °C и ниже — через 3 мин. Запрещается производить более че-
тырех попыток пуска во избежание глубокой разрядки аккумулятор-
ных батарей. Если дизель пустился, проверить давление масла по мано-
254

метру 4, которое должно быть 0,2—0,4 МПа, при пуске холодного ди-
зеля оно может быть и более высоким. Как только дизель начнет рабо-
тать, выключатель 1 установить на желаемый режим работы (временно
или постоянно). При наличии давйения масла в системе смазки и за-
рядки аккумуляторной батареи загораются сигнальные лампы 9. Заго-
рается также сигнальная лампа 10, сигнализирующая о наличии на-
пряжения 220 В. Зарядный ток аккумуляторной батареи определяется
по амперметру 11, нагрузка на генераторе — по амперметру 12, на-
пряжение генератора проверяют по вольтметру 14, частоту тока —
по частотомеру 13. Приборы измерительной станции 15 показывают
только при включении штекера 16 в розетку 6 на панели щита управ-
ления дизеля. Дизель должен работать ритмично, с постоянной часто-
той вращения, без посторонних стуков, шумов и выделения дыма из
выпускной трубы и сапуна. Не допускается течь топлива и масла в
местах соединений деталей самого дизеля, а также трубопроводов топ-
ливной и масляной систем. Температура масла в системе смазки не
должна превышать 105 °C, а давление масла быть ниже 0,15 МПа. На
щите управления дизеля имеются розетка 2 на 12 В, плавкие предохра-
нители 3 и счетчик моточасов 5 для учета работы двигателя.
При работе дизель может быть остановлен автоматически и вруч-
ную. Автоматически дизель останавливается при установке его на вре-
менную работу, при достижении в грузовом помещении вагона задан-
ной температуры или при срабатывании защиты: в результате паде-
ния давления масла в системе смазки ниже 0,15 МПа, повышения тем-
пературы масла выше 105 °C или повышения температуры цилиндров
выше 200 °C, при обрыве приводного ремня воздуходувки, перегрузке
генератора (свыше 25 А). Остановка дизель-генератора вручную произ-
водится постановкой режимного переключателя в нулевое положение
{«Выключено»), при этом электромагнитный клапан обесточивается и
перекрывает подачу топлива к топливному насосу; через 5—8 с дизель
останавливается.
Для обслуживания щит управления вспомогательного дизеля
4ВД12.5/9 на секции ЦБ5 (рис. 151, б) проще, чем у дизеля АРВ.
На панели щита управления дизеля установлены необходимые для пус-
ка, контроля при работе и остановки коммутационные, сигнальные и
контрольные приборы. Для пуска дизеля необходимо включить вы-
ключатель аккумуляторной батареи 6, при этом загораются сигналь-
ные лампа 3 (автоматического контроля за режимом работы дизеля)
и 2, сигнализирующая о подаче напряжения от аккумуляторной бата-
реи (контроль зарядки аккумуляторных батарей). Пусковой выключа-
тель 9 свечей накаливания и стартера устанавливают в первое положе-
ние, при котором происходит предварительное накаливание свечей.
По контрольной спирали 8 наблюдают за степенью нагрева свечей в
цилиндрах. Пусковой выключатель 9 следует перевести во второе (ко-
нечное) положение «Пуск», при котором включается стартер. После
пуска двигателя красная сигнальная лампа 2 гаснет (аккумуляторная
батарея заряжается). При наличии давления в смазочной системе, конт-
256
ируемого по манометру 4, включается контрольное устройство (вы-
эчатель 7), при котором белая сигнальная лампа 3 гаснет, оповещая
том, что режим работы дизеля контролируется автоматикой.
Тепловое состояние дизеля проверяют по температуре масла дис-
ционным термометром /. Остановка дизеля может осуществляться
гоматически в случае нарушения одного из четырех параметров ре-
ма его работы или вручную выключателем автоматического контро-
, при этом загорается белая сигнальная лампа 3. Затем надо пере-
-ти в нулевое положение переключатель 6 аккумуляторной батареи
!лая сигнальная лампа 3 гаснет), электромагнитный вентиль обве-
ивается и перекрывает подачу топлива к топливному насосу высо-
'о давления, через 5—6 с дизель остановится. Счетчик моточасов
показывает время работы дизеля.
Дизели 4НВД-21 и 6НВД-21. Эти два дизеля отличаются в основ-
м числом цилиндров и в обслуживании имеют общие положения, вы-
ынение которых обязательно для каждого двигателя.
Перед пуском необходимо убедиться в исправности дизеля, прове-
в систе-
ить
в картере по мерному щупу, уровень воды
уровень масла
охлаждения по мерному стеклу радиатора (или контрольной прокач-
й системы ручным водоподкачивающим насосом до перелива воды
рез контрольную трубку радиатора), наличие топлива в расходном
ке, давление воздуха в воздушно-пусковом баллоне. В случае под-
товки к пуску холодного дизеля его следует подключить к системе
опления вагона и прогреть до температуры 40—50 °C. Затем систему
ключить. Временно открыть декомпрессионные вентили на ци-
фровых головках, провернуть коленчатый вал дизеля вручную иа
a-три оборота, устанавливая его в пусковое положение. Закрыть де-
омпрессионные вентили. Дизели 4НВД-21 секций более раннего вы-
уска имеют пуск по двум цилиндрам. При пуске дизеля с двумя пус-
овыми цилиндрами (2 и 4) он устанавливается в пусковое положение,
онтролируемое совпадением двух соответствующих меток на махови-
е и его кожухе и муфте привода топливного насоса. Установка дизе-
я в пусковое положение с четырьмя пусковыми цилиндрами тре-
ует совмещения только первой пары рисок. У дизеля 6НВД-21
дин из поршней постоянно занимает пусковое положение, вследствие
того в положение пуска двигатель устанавливать не требуется. Руч-
у регулятора частоты вращения перевести в положение «Пуск».
Ручным насосом прокачать масло в системе до тех пор, пока мано-
метр не покажет давление 0,1—0,2 МПа. Открыть промежуточ-
ные вентили на воздушной линии пуска. Если дизель запускается
в холодное время, следует пользоваться свечами накаливания. Ког-
да контрольная спираль накалится до ярко-красиого цвета, немедлен-
но открывают главный вентиль воздушного баллона и пусковой кла-
пан. В пусковой период работы дизеля (при достижении номинальной
частоты вращения) прекращают подачу воздуха в цилиндры и выклю-
чают свечи накаливания. Закрыв запорные вентили на баллоне и воз-
душной магистрали, переводят рукоятку насоса с «Пускового режима»
9 Зак. 1971
257
в положение «Холостой ход», иа котором и прогревают дизель до тем-
пературы охлаждающей воды 40—50 °C. При нормальной работе ди-
зеля приступают к зарядке воздушно-пускового баллона.
Пополнение баллона от зарядного клапана ведут на холостом ходу
или рабочем режиме, но в последнем случае нагрузка на дизель долж-
на быть ограничена до 25 % номинальной. В соответствии с требова-
ниями Инструкции завода-изготовителя зарядка должна вестись
периодами по 10 мин с перерывами для охлаждения клапана. При до-
стижении давления 3 МПа процесс зарядки прекращается. Предвари-
тельно прогрев дизель до температуры воды 40 °C или масла 30 °C,
плавно переводят ручку регулятора частоты вращения на рабочий
режим (1000 об/мин) и постепенно включают нагрузку.
Необходимо следить за поддержанием нормального режима: тем-
пературой охлаждающей воды 70—85 °C, масла не более 75 °C, давле-
ния масла в системе 0,2—0,4 МПа. Разность температур выпускных
газов по отдельным цилиндрам не должна превышать 30 °C, температу-
ра выпускных газов не должна быть более 450 °C. Работа дизеля долж-
на быть ритмичной, без посторонних стуков, а цвет выпускных газов
сизо-серым.
Наличие в дизель-генераторной установке автоматического контро-
ля облегчает труд механика, повышает надежность и безаварийность
работы двигателя. Аварийно-предупредительная сигнализация преду-
сматривает предупреждение о нарушении режима охлаждения при по-
вышении температуры воды до 90 °C или снижении давления масла
меиее 0,2 МПа. В том случае, когда обслуживающий персонал, не-
смотря на предупредительный сигнал, не принял нужных мер по устра-
нению причин, нарушающих режим работы двигателя, а контролируе-
мые параметры приближаются к аварийным значениям, устройство
защиты останавливает двигатель.
Последовательность операций при остановке дизелей 4НВД-21
и 6НВД-21 такая же, как и у ранее рассмотренных двигателей. Для
остановки дизеля нужно выключить подачу топлива рукояткой управ-
ления насосом. Пользоваться для этой цели кнопкой экстренной ос-
тановки аварийной защиты дизеля не рекомендуется, так как это за-
трудняет последующий пуск дизеля.
39. ПЛАНОВО-ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
ОБСЛУЖИВАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ
По мере выработки ресурса в процессе эксплуатации дизели старе-
ют, происходят необратимые процессы изнашивания, усталостного и
коррозионного разрушений деталей узлов и механизмов двигателя.
При этом изменяется их техническое состояние, что приводит к воз-
никновению каких-либо неисправностей, снижению мощности и эконо-
мичности. С целью поддержания иа сравнительно высоком уровне ра-
ботоспособности, надежности и экономичности двигателей преду-
258 ’
аривается система планово-предупредительных осмотров и ремон-
(Г1ПО и ППР). Задача ППО и ППР состоит в том, чтобы по раз-
данному плану производить ремонтно-профилактические рабо-
направленные на восстановление работоспособности двигателей.
Система ППО предусматривает выполнение следующих видов тех-
вского обслуживания дизеля в период эксплуатации: ежедневное
щческое обслуживание, техническое обслуживание № I (ТО-1),
гическое обслуживание № 2 (ТО-2), техническое обслуживание № 3
1—2,5 года — деповской,
-3). Плановые ремонты: через
через
*10 лет — капитальный. Периодичность технического обслуживания
елей в зависимости от их марок и наработки указана в табл. 15,
Перечень работ по всем видам технического обслуживания — в
. 16.
Таблица 15
Г К Вид технического f обслуживания Периодичность ТО в зависимости от наработки дизелей, мото-ч
К-461М1 4ВД21/15 4НВД-21, 6НВД-21 4ВД12.5/9
F Ежедневное Один ра з в сутки
ТО-1 100 150 125 120
1 ТО-2 200 300 250 240
1 ТО-3 600 600 500 480
г-’ Проведение очередного технического обслуживания допускается с
'Отклонением по времени плюс 10 ч. Появившиеся неисправности у ди-
Веля необходимо устранять, не дожидаясь срока очередного техниче-
ского обслуживания.
L В период гарантийной наработки дизеля после его постройки тех-
ническое обслуживание необходимо выполнять согласно требованиям
(Инструкции завода-изготовителя. В период гарантийной наработки
ьдизеля после деповского ремонта, если ремонт дизеля производился
Fc выемкой шатунно-поршневой группы, следует выполнить одноразо-
вые дополнительные работы, перечень которых указан в табл. 17.
В период эксплуатации дизелей необходимо выполнять следующие
^плановые виды технического обслуживания дизельного оборудования:
ежедневное техническое обслуживание; техническое обслуживание
№ 1 (ТО-1). ТО-1 следует производить через каждые 500 ч работы ди-
зельного оборудования. Перечень работ по видам технического обслу-
живания приведен в табл. 18.
9*
259
Таблица 16
Вид техни- ческого обслужива- ния Перечень выполняемых операций иа дизеле Дизели
К-461М1 1 4ВД21/15 4НВД-21, 8НВД-21 4ВД12, 5/9
Ежеднев- ное Провести наружный осмотр агре- гата + + + +
Протереть наружную поверхность дизеля и его навесного оборудова- ния + + + +
Проверить уровень масла в поддо- не дизеля, топливном насосе, регуля- торе н ванне воздухоочистителя + + + +
Проверить наличие топлива в рас- ходном баке + + + +
Проверить уровень охлаждающей жидкости + + + +
то-1 Промыть проточную часть турбона- гнетателя Выполнить регламент ежедневного ТО: +
Очистить ротор центрифуги от от- ложений + + + +
Промыть фильтр грубой очистки масла, а также промыть илн заме- нить фильтрующий элемент + + + —
Проверить зазоры между торцамн стержней клапанов и бойками коро- мысел + —
Промыть фильтр тонкой очистки топлива —- + + +
Промыть вставку воздушного фильтра Осмотреть состояние всех дюрито- вых соединений + + + +
+ + + —
ТО-2 Выполнить регламент работ ТО-1 + + + +
Промыть фильтр тонкой очистки топлива с бумажным фильтрующим элементом и заменить фильтрующий элемент + + + +
Заменить масло в поддоне (карте- ре) дизеля1 + + + +
Проверить зазоры между торцами стержней клапанов и бойками коро- мысел + + +
Проверить затяжку всех наружных резьбовых соединений и уплотнение водяного насоса + + + +
Заменить масло в топливном насо- се и регуляторе частоты вращения топливного насоса + +
260
Окончание табл. 16
Дизели
К^'техни- МИЯ Перечень выполняемых операций на дизеле К-461М1 4ВД21 /15 4НВД-21, 6НВД-21 4ВД12. 5/9
>3 Проверить угол опережения подачи топлива Выполнить работы в перечне ТО-2 Промыть систему смазывания ди- зеля Очистить приемный фильтр дизеля в маслосборнике и магниты Промыть масляную ванну турбо- нагнетателя Заменить масло в топливном насо- се и регуляторе частоты вращения ТНВД Проверить натяжение цепи приво- да механизма газораспределения Проверить давление впрыска топ- лива Проверить шплинтовку шатунных болтов Промыть трубку подвода воздуха к лабиринтному уплотнению турбо- нагнетателя, а также прочистить от- верстие подвода воздуха в корпусе подшипников Очистить от накипи и промыть па- ровоздушный клапан Промыть запорный клапан в бачке долива масла, проверить герметич- ность клапана и его подвижность Проверить натяжение и износ кли- новых ремней привода осевого возду- хоиагнетателя + + + + + + + + + + 1 II Illi 1 1 + ++ + 1 II 1 1 + 1 | ] + ++ + + + 1 1 1 + + + 1 4- ++ +
• На дизелях 4НВД-21 и 6НВД-21, имеющих масляную центрифугу, масло заменять че-
з 300 ч работы дизеля, а на дизеле К-461М1 — через 600 ч.
261
Таблица 17
Наработка дизеля после ремонта, мото-ч Перечень работ, выполняемых на дизеле Дизели
K-461MI _ _ .. 4ВД21/15 4НВД-21. 6НВД-21 4ВД12, 5/9
50 Промыть фильтр грубой очистки масла, а также промыть или заме- нить фильтрующий элемент — + + —-
Очистить ротор масляной центрифу- ги от отложений — + + —
Промыть воздушный фильтр н за- менить масло в ванне воздушного фильтра — + + —
Промыть топливные фильтры — + + —
Очистить магнитные фильтры мас- ла в маслопрнемннке — -L- + —
Заменить масло в дизеле, топлив- ном насосе и регуляторе частоты вра- щения — + + —
Проверить зазоры между торцами стержней клапанов и бойками коро- мысел (тепловые зазоры) — + + —
Проверить затяжку всех наружных резьбовых соединений — + 4- —
100 Очнстнть магнитные фильтры мас- ла в маслоприемнике + — — —
Заменить масло в дизеле, топлив- ном насосе н регуляторе частоты вра- щения + — — —
120 Промыть топливные фильтры. Фет- ровый фильтрующий элемент про- мыть, а бумажный заменить — — — +
Промыть масляный фильтр* — — — +
Очнстнть и промыть фильтрующий элемент в отстойнике топлнвоподка- чнвающего насоса — — — +
Проверить давление впрыска топ- лива форсунки — — — +
Проверить натяжение « износ кли- новых ремней привода осевого возду- хонагнетателя — — — +
Проверить зазоры между торцами стержней клапанов н бойкамн коро- мысел* — +
262
Окончание табл. 17
Заработка
дизеля
?' после
Премонта,
LMOTO-4
Перечень работ,
выполняемых иа дизеле
Днзели
Проверить затяжку'всех наружных
резьбовых соединений
Заменить смазку в подшипниках
качения осевого воздухонагнетателя
Заменить масло в дизеле, топлив-
ном насосе н регуляторе частоты вра-
щения*
1 Данные работы в период послеремонтной гарантийной наработки произвести повтор-
Через 240 мото-ч работы дизели.
Таблица 18
Вад техниче- ^Шеского об- служивания •V Перечень операций, выполняемых иа дизельном оборудовании Воздуш- ный ком- прессор Воздуш- но-пуско- вой баллон Центро- бежный топливный насос
^Ежедневное Очистить наружную поверхность от пыли и грязи, проверить надежность элементов крепления + + +
х Проверить натяжение клиновидных ремней + — —
Спустить конденсат (спуск конден- сата производится под давлением) + + —
г Проверить отсутствие течн топлива через сальник и прокладки (допуска- ется при работе иасоса каплепадение через сальник не более пяти капель в 1 мни) +
ТО-1 Выполнить работы, указанные в пе- речне ежедневного технического об- служивании + + +
Промыть всасывающий фяльтр + — —
Заменить масло в картере и очи- стить магнитофильтрующий патрон 1 + — —
Проверить исправность клапанных пластин и очистить их от нагара +
1 Первую смену масла в компрессоре необходимо производить после ввода его в эксплу-
атацию через 250 ч работы.
263
40. ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ДИЗЕЛЕЙ
В процессе эксплуатации дизелей могут возникать различные не-
исправности, которые должны устраняться силами обслуживающих
бригад. Перечень основных неисправностей, возникающих при работе
дизелей, и способы их устранения отражаются в соответствующей Ин-
струкции.
Обслуживающий персонал должен всегда внимательно следить за
работой дизеля и его агрегатов, уметь обнаружить неисправности и
вовремя устранить их (табл. 19).
41. ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ДИЗЕЛЕЙ
Замена топливного иасоса высокого давления. При эксплуатации
дизелей в некоторых случаях возникает необходимость замены ТНВД
на запасной. Перед снятием неисправного топливного насоса дизель
устанавливают в положение, при котором поршень первого цилиндра
должен находится в в.м.т. на такте сжатия, что соответствует совме-
щению меток на маховике коленчатого вала и блоке цилиндров. Сни-
мают топливный насос с дизеля, предварительно отсоединив форсуноч-
ные и топливоподводящие трубки. Кулачковый валик устанавливае-
мого запасного насоса вращают за полумуфту по ходу вращения до тех
пор, пока плунжер первого цилиндра не начнет двигаться вверх. Топ-
ливный насос на дизель устанавливают в обратной последовательиос-
сти.
\/Угол опережения подачи топлива проверяют с помощью мениска
по первому цилиндру, для Чего вместо трубки высокого давления пер-
вого цилиндра устанавливают на штуцер топливного насоса 5 приспо-
собление — мениск (рис. 152) — состоящее из отрезка нагнетатель-
ной трубки 3 длиной 40—50 мм с накидной гайкой 4, стеклянной труб-
ки 1 с внутренним диаметром 2—3 мм и длиной 40—50 мм и отрезка ре-
зинового шланга 2, соединяющего эти трубки. После закрепления
мениска делают несколько прокачек насосного элемента до появления
топлива в стеклянной трубке мениска. Проворачивая вручную ко-
ленчатый вал по ходу, улавливают начало подъема уровня топлива
в стеклянной трубке. Этот момент соответствует началу подачи топли-
ва в первый цилиндр двигателя, который и фиксируют по углу пово-
рота коленчатого вала а от в. м. т.
Маховики отечественных дизелей (К-461, К-461М1) имеют градуи-
рованный обод, на образующей поверхности маховиков дизелей по-
стройки ГДР наносят риски с номерами цилиндров и буквенными клей-
мами (ОТХ_4; OTt_8, т. е. в. м. т. и др.). Величину угла а
определяют по расстоянию (рис. 153), замеренному по дуге окружно-
сти маховика между керном 1 на блоке цилиндров и риской 2 OTj_4
на маховике, по формуле а = s/C', где $ — расстояние, измеренное
264
Таблица 19
й Неисправность Причина неисправности Способ устранения
Дизель не пускается или пускается с трудом
1ивный насос не
.топливо
Закрыт край расходного
бака
Нет топлива в баке
В системе питания имеет-
ся воздух
электрический стартер
-обеспечивает пуско-
частоты вращения
[чатого вала
достаточно прогрет
здух не поступает в
ндры
Неудовлетворительная
бота форсунки
Не работает топливопод-
качнвающий насос
Засорен топливный фильтр
Не полностью заряжены
аккумуляторные батареи
Износились щетки стар-
тера
Загрязнился коллектор
Подгорели контакты
Низкая температура мас-
ла и охлаждающей воды
Перекрыта заслонка авто-
матической защиты
Засорен впускной тракт
Засорилось распиливаю-
щее отверстие, увеличен из-
нос и др.
Открыть кран
Наполнить расходный
бак топливом
Удалить воздух из си-
стемы, прокачав топливо
прн открытых воздухо-
выпускных пробках топ-
ливного насоса
Проверить насос
Промыть фильтр
Проверить, при необ-
ходимости зарядить ба-
тареи
Заменить щетки
Очистить контакты
Зачистить контакты
Прогреть масло н
охлаждающую воду
Открыть полностью за-
слонку
Очистить воздухоочи-
ститель
Устранить неисправ-
ность на стенде или на
двигателе
Дизель не развивает полной мощности
Изменился угол опере-
;ния подачи топлива
Не работает одни или
есколько цилиндров (не-
аботающий цилиндр
пределяют последова-
ельным отключением по-
ачн топлива к форсун-
кам, при отключении не-
работающего цилиндра
частота вращения вала
дизеля не изменяется)
Неравномерная подача
топлива секциями топ-
ливного насоса
Ослабла затяжка болтов
муфты привода топливного
насоса
Зависает плунжер топлив-
ного насоса
Зависает нли неплотно
прилегает к седлу нагнета-
тельный клапан
Сломана пружина нагне-
тательного клапана, плун-
жера или форсунки
Зависла игла распылите-
ля форсунки или забились
распыливающие отверстия
Ослабли винты крепления
зубчатого венца поворотной
втулки
Установить паспорт-
ное значение углй опере-
жения подачи топлива
Устранить зависание
или заменить плунжер-
ную пару
Устранить зависание
нлн заменить нагнета-
тельный клапан н седло
Заменить пружину
Прочистить распили-
вающие отверстия
Снять насос и прове-
рить равномерность по-
дачи топлива
265
Продолжение табл. 19
Неисправность Причина неисправности Способ устранения
Воздух в системе пи- тания Недостаточная подача топлива Ненормальная работа турбонагнетателя Нарушена плотность системы воздуховпуска и газовыпуска Загрязнен воздухоочи- ститель (глушитель шу- ма) Недостаточная ком- прессия в цилиндрах дви- гателя Отработавшие газы се- ро-коричневого или чер- ного цвета Отработавшие газы бе- лого цвета Неравномерный износ плунжерных пар Нарушена плотность в со- единениях системы (обычно к насосу высокого давле- ния) Загрязнены фильтры или топливные трубопроводы Износ плунжерных пар (увеличенный слив топлива из топливного насоса высо- кого давления) Износ подшипниковой втулки, в проточную часть турбины илн компрессора попали посторонние части- цы, засорился канал подво- да воздуха к лабиринтово- му уплотнению Неплотности в соединени- ях, повреждена соедини- тельная муфта Двигатель работает в ус- ловиях повышенной запы- ленности Закоксованы нли сильно износились поршневые коль- ца Неплотно прилегают кла- паны Увеличенная подача топ- лива Неисправность форсунки Изменился угол опереже- ния подачи топлива Перегрузка дизеля Засорен воздухоочисти- тель или впускной тракт, за- грязнены тарели впускных клапанов Неполное сгорание топли- ва из-за поздней подачи Нагружение непрогретого двигателя Заменить плунжерные пары Подтянуть штуцера и заменить прокладки Очистить и промыть фильтры и трубопроводы Заменить плунжерные пары Снять турбонагнета- тель с дизеля и устра- нить неисправности ‘ Подтянуть болты, гай- ки крепления, заменить прокладки Снять, прочистить н промыть воздухоочисти- тель (глушитель шума) Заменить поршневые кольца Притереть клапаны, от- регулировать зазоры Проверить и отрегули- ровать топливный насос высокого давления Отрегулировать давле- ние впрыска и качество распыла топлива Установить паспорт, ное значение угла опере- жения подачи топлива Уменьшить нагрузку Очистить воздухоочи- ститель, впускной тракт и тарели клапанов Проверить, отрегули- ровать угол опережения подачи топлива и давле- ние впрыска Прогреть дизель при меньшей нагрузке
266
Окончание табл. 19
К- Неисправность Причина неисправности Способ устранения
Сработавшие газы си- Наличие в топливе воды, попадание воды в картер или цилиндр Завышен уровень масла в Слить топливо из рас- ходного бака, заполнить чистым топливом; прове- рить плотность водяной рубашки Проверить уровень,
Нр цвета картере Велик износ поршневых колец слнть лишнее масло Заменить поршневые кольца
Дизель стучит
ВСтук во всех цилинд- Неправильная регулиров- ка топливного насоса высо- кого давления — ранний Установить паспортное значение угла опереже- ния подачи топлива
(Легкий металлический вук под клапанной вышкой ^Внезапный сильный игк Увеличен зазор между коромыслом и клапаном Обрыв клапана, поршня и т. п. Проверить и отрегули- ровать зазоры Остановить дизель, вы- яснить причину стука
Неустойчива частота вращения вала дизеля
Et Дизель ндет вразнос ЕГ Нет соответствия меж- у частотой вращения и Мгрузкой Отсутствие масла в ката- ракте регулятора частоты вращения Заедание рейкн топливно- го насоса высокого давле- ния Неправильно подобраны грузы регулятора (разница масс более 1 г) Залить масло в ката- ракт Устранить заедание Снять топливный на- сос с регулятором, уст- ранить неисправность
Дизель не останавливается
Дизель не останавли- вается при повороте ру- коятки регулятора Неисправность топливно- го насоса высокого давле- ния Подсос паров масла нз картера в цилиндры Отключить подачу топ- лива Закрыть воздушную заслонку на всосе
267
Рис. 152
Рис. 154
Рнс. 152. Устройство меинска
Рнс. 153. Установка угла опережения впрыска топ-
лива по маховику дизеля
Рис. 154. Соединительная муфта привода ТНВД
между рисками, мм; С — длина дуги соответствующего диаметра
маховика, приходящаяся на Г
Точную корректировку угла опережения подачи топлива произ-
водят смещением полумуфт привода топливного насоса (рис. 154).
Для этого надо ослабить болты 2 и за счет овальности отверстий во
фланце полумуфты 1 повернуть полумуфту вала насоса в направлении
вращения — для перестановки на опережение впрыска и в обратную
сторону — для перестановки на запаздывание впрыска. Для удобства
на полумуфте 1 насечена шкала с ценой деления 3° по углу поворота
коленчатого вала дизеля. Значение углов опережения подачи топлива
и расстояние между рисками на маховике и блоке цилиндров даны в
табл. 20.
Удаление воздуха из топливной системы. Если с топливной аппа-
ратурой производились какие-либо профилактические работы, теку-
щий ремонт или в случае полной выработки топлива в расходном ба-
ке, необходимо удалить воздух, заполнивший систему. Для выпуска
воздуха следует поочередно открывать винты (золотники) на корпусе
топливных фильтров и коллекторе топливного насоса. Если в системе
имеется топливоподкачивающий насос, то, используя ручной привод,
подкачивают топливо до тех пор, пока оно не будет вытекать из отвер-
стий золотников без воздушных пузырьков. Удалив воздух из фильт-
ров и насоса, удаляют воздух из трубок высокого давления и форсу-
268

Таблица 20
ft — №0' опережения ДОДО топлива, 0 град Дизели Диаметр маховика, мм Диаметр дуги, мм
» 19 4НВД-21 640 725 106 120
К 1 22 6НВД-21 640 725 123 139
Ег 24 4ВД21/15 640 725 134 151
20 К-461М1 Деления обода маховика в граду- сах
* 23 4ВД12.5/9 Отметка момента подачи топлива на маховике буквами ЕВ
|кж, для чего ослабляют накидные гайки у форсунок и прокачивают
Плунжерные насосы отверткой или специальным ключом. Вытекаю-
Мее топливо собирают в приготовленную емкость.
Проверка и регулировка тепловых зазоров в клапанах. Во время
работы клапаны подвергаются действию высоких температур, в связи
Вчем в клапанном приводе предусматривается тепловой зазор для
Компенсации температурного удлинения стержней. Для дизелей
ИВД12, 5/9, 4ВД21/15, 4НВД-21, 6НВД-21 тепловые зазоры впускных
h выпускных клапанов одинаковы и составляют соответственно 0,3 мм
ля первой пары и 0,4 мм для второй пары двигателей в холодном сос-
тоянии. У дизелей К-461М1 зазоры для выпускных клапанов 0,25 мм,
[для впускных — 0,30 мм.
Г Регулируют зазоры на холодном дизеле. Снимают клапанные кри-
тики и устанавливают поршень первого цилиндра в положение в. м. т.
[на такте сжатия, когда оба клапана будут закрыты. Пластинчатым
щупом определяют фактический зазор между коромыслами и стержня-
ми обоих клапанов данного цилиндра. Если зазоры не соответствуют
нормальной величине, то их необходимо изменить. Удерживая от-
верткой регулировочный винт, гаечным ключом ослабляют контргай-
ку. Отверткой устанавливают регулировочный винт в положение, по-
зволяющее вставить между коромыслом и клапаном пластину щупа
269
нужной толщины. Затем вворачивают винт в коромысло так, чтобы
пластина щупа продвигалась с некоторым усилием. После этого туго
затягивают контргайку, не сдвигая регулировочного винта. Провора-
чивая коленчатый вал на 180°, проверяют и регулируют зазоры во
всех цилиндрах дизеля в порядке работы (1—2—4—3; 1—3—4—2;
1—5—3—6—2—4).
Регулировка форсунок и топливного насоса высокого давления.
Для выявления цилиндра с плохо работающей форсункой или секцией
насоса устанавливают рычаг подачи топлива в положение, при ко-
тором наиболее заметна ненормальная работа дизеля. Поочередно
ослабляют накидные гайки трубок высокого давления у штуцеров на-
сосных секций или форсунок, выключая тем самым из работы соответст-
вующие цилиндры. Если двигатель работает «жестко», с резким ме-
таллическим стуком или с повышенной дымностью пуска, то при вы-
ключении цилиндра с плохо работающей форсункой выделение дыка
и жесткая работа заметно уменьшаются. Основными причинами пло-
хой работы форсунок являются заедание (зависание) иглы распылите-
ля в открытом положении, закоксовывание сопловых отверстий, за-
грязнение щелевого топливного фильтра высокого давления.
Форсунку после устранения неисправностей проверяют на давле-
ние впрыска топлива и качество распыливания. В поездных условиях
эти операции выполняют на дизеле с использованием соответствующе-
го приспособления с манометром или максиметром. Необходимо, что-
бы давление впрыска точно соответствовало регламентированному для
данного типа дизеля; начало и конец впрыска сопровождались четко
выраженной «отсечкой» с резким звуком. Давление впрыска регулиру-
ется в зависимости от конструкции форсунки двумя способами. В од-
ном случае сила нажатия пружины изменяется регулировочным вин-
том и фиксируется контргайкой, в другом — путем подбора регулиро-
вочных прокладок под пружину (форсунка дизеля 4ВД21/15). Распы-
ленное топливо должно быть туманнообразным, без заметных на глаз
отдельных капель, сплошных струек и сгущений.
Если форсунка и ее щелевой фильтр исправны, осматривают топ-
ливный насос высокого давления. Повышенная разность температур
отработавших газов между отдельными цилиндрами дизеля связана с
неравномерной подачей топлива насосом. Причин нарушения равно-
мерной подачи топлива насосом много и не все их можно устранить в
условиях эксплуатации.
Воздушно-пусковая система. Эта система работает надежно и толь-
ко нарушения правил технического обслуживания являются причи-
ной утечек сжатого воздуха и трудного пуска дизеля. Изнашиваются
запорные вентили баллона и воздушной линии, устройства для присо-
единения манометра, продувочной и зарядной трубок, пускового тру-
бопровода, главного запорного вентиля. Нарушение герметичности
сальников вентилей, соединений трубопроводов и плотности запорных
конусов в своих седлах являются причиной утечки воздуха. Незначи-
тельные следы выработки и другие механические дефекты воздухорас-
270
B'S
цределителя или пускового клапана осложняют или делают невозмож-
ным пуск дизеля. Уход за системой в эксплуатации сводится к устра-
нению утечек воздуха подтяжкой накидных гаек, фланцев, заменой
Прокладок, набивкой сальников. Зарядную головку в случае отказа
разбирают, очищают от нагара, заменяют неисправные детали. При
эксплуатации системы воздушного пуска нельзя прикладывать чрез-
мерные усилия к запорной арматуре, так как это приводит к наруше-
нию сопряжений запорных клапанов; не допускается перегревать за-
рядную головку; необходимо своевременно удалять конденсат из пус-
ковых баллонов, который может стать причиной разрушения двигате-
Еля вследствие гидравлического удара.
к Система охлаждения. Характерной неисправностью жидкостной си-
стемы охлаждения дизелей является течь воды из-за разрушения сое-
вдинительных патрубков (дюритов), сальников водяного насоса, уп-
глотнительных резиновых колец втулок цилиндров. Текущий ремонт
(заключается в своевременной замене соединительных патрубков, на
। поверхности которых обнаружены трещины или другие признаки ста-
I рения материала. Сальники вала привода водяного насоса не ремон-
I тируют, при возникновении течи (по контрольному каналу) требуется
f их полная замена. В случае перегрева дизеля вода может попасть в
•>г картер или поддон дизеля через резиновые кольца втулок цилинд-
’ ров. Устранение этой неисправности требует значительной разборки
двигателя.
Удаление накипи и шлама из системы охлаждения. Наличие наки-
пи в системе охлаждения оценивают по температуре поверхности го-
ловки цилиндров и блока в наиболее нагреваемых местах при опреде-
ленной температуре охлаждающей жидкости. Косвенными показате-
лями большого отложения накипи являются повышенные значения
температуры и угара картерного масла.
Лучшим способом является измерение толщины накипи в наиболее
напряженных местах, например в верхней части втулки цилиндра.
Однако это связано с разборкой двигателя.
Систему охлаждения периодически (при техническом обслужива-
нии) промывают специальными растворами — накипеудалителями.
Образование накипи в трубках радиатора выявляют по снижению раз-
~ ности температур охлаждающей воды на входе и выходе из радиатора,
а также по увеличению разрежения в нижнем водяном патрубке, ко-
торое измеряется вакуумметром. Загрязненность радиатора снаружи
определяют внешним осмотром. Если в охлаждающей воде обнаружи-
вают примеси смазочного масла, в систему охлаждения доливают содо-
вый раствор следующего состава: 150 г тринатрийфосфата, 20 г едкое
кали и 25 г едкого натра (каустической соды) на 10 л воды. Затем за-
пускают двигатель, доводят температуры раствора до 80—85 °C и
сливают раствор вместе с образовавшимся шламом.
Накипь из системы охлаждения удаляют содовым или кислотным
раствором. Содовый раствор содержит следующие компоненты: керо-
син, каустическую соду, керосиновый контакт, технический тринат-
271
рийфосфат, едкое кали, нитрат натрия. Систему охлаждения заправля-
ют одним нз указанных растворов, и двигатель работает последнюю сме-
ну перед техническим обслуживанием. Кислотный раствор представ-
ляет 6 %-ным раствор молочной кислоты. Его нагревают до t — 40 С
и заливают в систему охлаждения. Раствор сливают тогда, когда пре-
кратится выделение пузырьков углекислоты. Если в системе охлажде-
ния нет деталей из алюминиевых сплавов, применяют 4 %-ный раствор
ингибированной соляной кислоты. После снятия накипи систему ох-
лаждения промывают чистой водой и в нее заливают 0,5%-ный раствор
хромпика.
Проверка герметичности системы охлаждения. Герметичность сис-
темы охлаждения проверяют с помощью компрессора. Для этого до-
ливают в систему воду до верха и устанавливают поршень первого ци-
линдра в в. м. т. на такте сжатия, выворачивают форсунку и через от-
верстие для нее подают в камеру сгорания сжатый воздух под давле-
нием 0,5 МПа, наблюдая при этом за поверхностью воды в верхнем ба-
ке или коллекторе радиатора. Если имеются трещины или коробление
головки, а также прогорание прокладки, то из воды будут выходить
пузырьки воздуха. Таким же образом проверяют остальные цилиндры.
Состояние прокладки и головки цилиндров можно проверить также на
работающем двигателе с помощью манометра, который подключают к
системе охлаждения. При пропуске газов в систему охлаждения стрел-
ка манометра колеблется.
Обслуживание воздухоочистителей. Эксплуатация дизелей на реф-
рижераторных поездах и секциях происходит в условиях различной
запыленности атмосферного воздуха. На дизелях для очистки воздуха
от пыли применяют инерциоцно-масляные двухступенчатые воздухо-
очистители. В качестве первой ступени очистки используют масля-
ную ванну, в качестве второй — кассету из проволочной или капроно-
вой путанки (набивки). Эффективность работы воздухоочистителей во
многом зависит от состояния масла в ванне. По мере загрязнения час-
тицами пыли оно густеет и на его поверхности образуется плотная
пленка, что снижает степень и тонкость очистки воздуха. По мере за-
сорения фильтрующей кассеты возрастает сопротивление движению
воздуха. В результате этого во всасывающем коллекторе возникает до-
полнительное разрежение, которое снижает массу и давление воздуш-
ного заряда, поступающего в цилиндры. Вследствие недостатка возду-
ха снижаются мощность и экономичность двигателя.
При обслуживании воздухоочистителей производят удаление за-
грязненного масла и тщательную промывку фильтрующей кассеты и
корпуса в дизельном топливе. Промытую кассету продувают сжатым
воздухом, а в корпус заливают свежее маслодо отметки на боковой по-
верхности. Фильтрующая кассета при сборке воздухоочистителя долж-
на оставаться сухой. При установке корпуса фильтра необходимо сле-
дить за правильным положением резиновых уплотнителей в местах со-
единения воздухоочистителя. В противном случае нарушается фильтра-
ция и в цилиндры двигателя подсасывается неочищенный воздух.
272
Обслуживание смазочной системы. При работе дизелей надо сле-
ть, чтобы при установившемся режиме работы давление в смазочной
стеме поддерживалось в заданных пределах. Температура масла
лжна быть на 10—15 °C ниже температуры охлаждающей воды, но
превышать 75 °C. Систематически контролируют уровень масла в
ртере и при необходимости доливают. Уровень масла измеряют мас-
указателем (щупом) через 10—15 мин после остановки двигателя
гобы масло стекло в картер из системы). На маслоуказателе имеют-
две метки. Верхняя метка обозначает предельный уровень масла
картере. Выше этого уровня масло доливать не разрешается, чтобы
ключить образование нагара на деталях и т. п. Нижняя метка —
о крайний нижний уровень масла в картере. Не допускается
сплуатация двигателей при уровне масла ниже нижней отметки.
Основными операциями при обслуживании смазочной системы яв-
яются: промывка и проверка фильтра грубой очистки, замена смен-
ого фильтрующего элемента тонкой очистки, очистка и проверка ре-
ктивной масляной центрифуги, замена картерного масла и промывка
истемы, проверка подачи масляного насоса и регулировка клапанов
истемы.
Окисление масла является главной причиной того, что смазочная
истема загрязняется различного рода углеродистыми отложениями
Кв виде осадка и черных сгустков). Даже яри тщательной фильтрации
Масла в процессе работы двигателя в нем постепенно накапливаются
(Примеси органического и неорганического происхождений, и оно ста-
новится непригодным для использования в двигателе. Масло заменя-
Зот в соответствии с установленной периодичностью сразу после оста-
новки дизеля, когда масло еще горячее (не ниже 60 °C). Это позволит
Имеете с маслом удалить из системы механические примеси, находя-
щиеся во взвешенном состоянии. После слива масла систему и картер
Промывают. Для этого в двигатель заливают промывочную смесь, со-
стоящую из дизельного топлива и масла в количестве, указанном в
табл. 21. Дизель работает при небольшой частоте вращения в течение
15—10 мин, после этого смесь сливают, а фильтры (магнитный, щеле-
Таблица 21
Дизели Количество, масла, заливаемого в дизель, л Смесь для промывки систем смазки дизеля, л
Дизельное топливо Дизельное масло
К-461М1 25 15 'Б го»
4ВД12.5/9 20 15 5
4НВД-21 40 25
4ВД21/15 40 25 8 10
6НВД-21 56 40
273
вой, сетчатый, центробежный) промывают в дизельном топливе. Если
не удалить промывкой при смене масла накапливающиеся, смолистые
вещества и механические примеси, то свежее масло, залитое взамен
отработанного, сразу же после пуска двигателя загрязнится.
В зимнее время масло перед заправкой нужно подогреть на водя-
ной «бане». Нагревать масло на открытом огне нельзя, так как это при-
ведет к подгоранию и порче. После заправки маслом нужно пустить
дизель и дать ему поработать 5—10 мин. После остановки доливают
масло до необходимого уровня. Масло должно быть светло-желтым
или зеленовато-коричневым с синеватым оттенком. Через масляную
пленку Должны хорошо просматриваться риски на маслоизмеритель-
ном щупе.
Ощущение теплоты при энергичном растирании между пальцами
нескольких капель масла указывает на недостаточную его вязкость.
На ощупь можно определить и присутствие в масле твердых частиц.
Присутствие воды в масле легко обнаружить по характерному потре-
скиванию и вспениванию при нагревании небольшого количества масла
в пробирке до t — 110-j-140°C. Свежее масло обезвоживают путем
подогрева до t = 704-80 °C.
Капля свежего масла на листке белой фильтровальной бумаги об-
разует круглое светлое пятно, имеющее одинаковый цвет по всей пло-
щади. От капли отработавшего масла в центре пятна образуется тем-
ное ядро, а вокруг ядра — более светлый поясок. Чем темнее ядро,
тем сильнее загрязнено и окислено масло. Если ядро темно-коричне-
вое или черное, засорились фильтры или масло требует замены.
Масла и смазки должны храниться в исправной чистой таре с гер-
метичными пробками (крышками). Запрещается смешивать масла раз»
личных сортов. В эксплуатации практикуется сбор отработанных ди-
зельных масел и повторное их использование после очистки на специ-
альных регенерационных установках. Отработанные масла нужно со-
бирать раздельно по установленным группам. Тара для сбора и хра-
нения отработанных масел должна быть чистой и без остатков ка-
ких-либо масел, смазок или промывочных жидкостей.
»а VIII
ХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ДИЗЕЛЕЙ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Систему планово-предупредительных ремонтов по календарным
рокам службы нельзя признать достаточно эффективной. Каждый
онкретный двигатель неизбежно отличается от «среднестатистиче-
кого». Один двигатель работает больше, другой — меньше. Значит,
ля одних дизелей срок до планового ремонта оказывается чрезмер-
ым, и они выходят из строя раньше времени, для других этот срок
;мал, но их подвергают профилактическому ремонту, когда в нем нет
Необходимости. Выявление необходимости ремонта дизеля возможно
'только с применением технической диагностики. Диагностический
контроль показывает, в каком техническом состоянии находится ди-
! Зель, исправен ли он, а если нет, то какие у него неисправности или
параметрические отказы (когда любой определяющий параметр дизе-
f ля выходит за допустимые пределы).
Кроме того, техническая диагностика (ТД) позволяет прогнозиро-
' вать реальный период времени, в течение которого двигатель должен
: и будет работать исправно. Даже если в пределах прогнозируемой на-
работки у двигателя появится какая-либо непредвиденная неисправ-
... ность, то ТД оперативно выявит ее характер и место нахождения т. е.
решит задачу локализации неисправности. Иными словами, ТД по-
зволяет вести, поиск неисправностей без предварительной разборки
i двигателя, без непроизводительных затрат времени и ресурсов. Поэто-
му системы ТД отличаются высокой экономической эффективностью.
Техническое диагностирование в принципе выполняется при вводе
i дизеля в эксплуатацию, техническом обслуживании и ремонте реф-
f рижераториой единицы.
Плановое диагностирование проводится при регламентном техоб-
служивании для определения места и объема регулировочных и ре-
монтных работ на двигателе, внеплановое — при ненормальной рабо-
те дизелей.
Для диагностирования дизелей рефрижераторных вагонов можно
использовать переносные и передвижные диагностические приборы и
установки, стационарные посты или линии диагностирования.
Основные положения в области технической диагностики опреде-
ляются стандартами. Параметры, качественные признаки технического
состояния оборудования и номенклатура показателей диагностирова-
ния установлены гостами.
275
43. ПРИМЕНЕНИЕ ДИАГНОСТИКИ
ПРИ ДЕПОВСКОМ РЕМОНТЕ ДИЗЕЛЕЙ
При деповском ремонте в первую очередь следует проверять те
узлы и системы, от которых в основном зависят работоспособность ди-
зеля, показатели его эффективности и экономичности. Поиск неисправ-
ностей начинают с тех элементов, вероятность отказа которых на-
ибольшая или неисправности которых резко меняют показатели работы
других составных частей проверяемого агрегата.
Наибольшее число отказов дизелей РПС приходится на цилиндро-
поршневую группу, механизм газораспределения, кривошипно-шатун-
ный механизм и топливную аппаратуру. От их состояния в наиболь-
шей степени зависят эксплуатационные показатели работы дизеля. Эти
положения определили выбор следующих диагностических парамет-
ров дизелей: эффективную мощность; удельный расход топлива; со-
стояние цилиндропоршневой группы дизеля (по количеству газов,
прорывающихся в картер); состояние системы смазывания дизеля и ко-
ренных подшипников коленчатого вала (по запасу давления в систе-
ме); величину зазора в шатунном подшипнике и в сопряжении втулка
шатуна — поршневой палец; изношенность цилиндро-поршневой
группы и клапанов газораспределения.
Первые четыре параметра определяет функциональная диагности-
ка на работающем дизеле, а два последних на остановленном—локаль-
ная диагностика.
На практике в депо документально устанавливают последователь-
ность диагностирования, режимы работы дизеля при проведении диаг-
ностирования, номенклатуру и диапазон параметров и качестеиных
признаков, характеризующих состояние машины и обеспечивающих
поиск дефектов. Результаты каждого диагностирования дизеля зано-
сят в специальные карты. По диагностической карте принимают реше-
ния о необходимых работах при ТО и ремонте. В накопительной карте
суммируется информация об изменениях диагностических параметров
в процессе эксплуатации для возможности прогнозирования остаточ-
ного ресурса дизеля и вероятности безотказной его работы в пределах
межконтрольного периода. Мощность и экономичность дизеля контро-
лируют обычно после диагностирования и устранения отказов всех
составных частей, ухудшающих экономичность дизеля по мере нара-
ботки им моточасов. Эффективную мощность дизель-генератора про-
веряют следующим образом. Определив фактическую мощность про-
веряемого дизеля при нескольких значениях нагрузки и сравнив ее
с мощностной характеристикой эталонного дизеля, подсчитывают
процент потери или превышения мощности. Превышение или сниже-
ние мощности на 5—7 % указывает на разрегулирование топливной
аппаратуры, а именно превышение номинальной мощности на 10 %
приводит к увеличению скорости изнашивания сопряженных деталей
кривошипно-шатунного механизма на 25—30 %. Снижение мощности
приводит к ухудшению технического состояния таких узлов и систем,
276
: цилиндро-поршневая, механизм газораспределения, топливная
тема, система смазывания. Выявление причин дисбаланса мощно-
й начинают с системы питания дизелей: проверяют состояние пре-
ионных пар ТНВД, перепускного клапана, подкачивающего на-
а и топливных фильтров, а затем уже подачу насосных элементов.
Удельный расход топлива является эксплуатационным показате-
। — топливной экономичностью дизеля. Для его определения при-
шлют ротаметры типов PC и РМ, выпускаемые отечественной про-
дленностью. Ротаметры предварительно тарируют на дизельном
|Ливе. Используют и весовые методы определения расхода.
Состояние цилиндропоршневой группы (ЦПГ) дизеля определяют ко-
чеством газов, прорывающимся через неплотности сопряжения пор-
шь-цилиндр в картер дизеля. Для измерений используют расходсТ-
еры и дифференциальные микроманометры. Если это количество га-
зов превышает допустимое значение, то на остановленном дизеле вы-
являют цилиндр или группу цилиндров с малой плотностью.
Для этого опрессовывают каждый цилиндр дизеля с помощью рас-
ходомера-пневмоиндикатора 3 (рис. 155), входящего в состав комплек-
та компрессорно-вакуумной установки.
Технологией предусмотрена двукратная опрессовка каждого ци-
линдра. Результат первой опрессовки показывает суммарную утечку
. воздуха через компрессионные кольца и клапаны газораспределения.
[ Для выявления величины утечки только через клапаны в камеру сго-
рания вводят небольшое количество (~50 мл) дизельного масла, ко-
торое, растекаясь по камере, герметизирует ее по верхней части порш-
Рис. 155. Схема компрессорно-вакуумной установки для измерения зазоров в со-
пряжениях шатуна и неплотностей в ЦПГ дизеля
277
ня. Это устраняет влияние неплотности компрессионных колец на гер-
метичность камеры сгорания. Результат повторной опрессовки отра-
жает состояние клапанов газораспределения.
Пневмомеханическое безразборное определение зазоров шатун-
ных подшипников производят с помощью компрессорно-вакуумной
установки (КВУ). Основным узлом КВУ является компрессор 5 с по-
дачей 30 м3/ч с приводом от асинхронного электродвигателя 4 кВт.
КВУ предназначена для создания избыточного давления в одном бал-
лоне и создания разрежения в другом. С помощью этой установки соз-
дают разрежение в проверяемом цилиндре дизеля. Под действием раз-
режения поршень вместе с шатуном начинает перемещаться на вели-
чину зазоров Sj верхнего и s2 нижнего подшипников. Это перемещение
фиксируется индикатором 1 часового типа пневмоизмерителя 2, уд-
линитель которого контактирует с поршнем. Переключение установки
режима работы от избыточного давления на разрежение производится
краном 4.
Состояние смазочной системы и коренных подшипников вала оп-
ределяют по запасу давления в системе при нагружении пружины пере-
пускного клапана. Перед запуском дизеля на проверку в параллель
со штатным манометром устанавливают контрольный манометр клас-
са точности 0,6 или 1. Чем больше зазор в подшипнике, тем более бес-
препятственно масло вытекает из него. Режим трения становится гра-
ничным или сухим и сопровождается резким ростом температуры под-
шипника, работоспособность дизеля резко падает (выплавление ан-
тифрикционного слоя, задир и заклинивание подшипника). Предупре-
дить такие неисправности и призвана проверка системы смазывания
дизеля на запас давления. Выполняется операция путем нагружения
пружин. Перепускной клапан принудительно нагружается до прове-
рочного давления в системе смазывания дизелей: 4НВД-21 — до
0,5 МПа, 4ВД21/15 — до 0,7 МПа, 4ВД12, 5/9 — до 0,6 МПа.
Если при полностью нагруженной пружине перепускного клапана
контрольный манометр показывает давление ниже указанных, необ-
ходимо проверить исправность узлов смазочной системы в такой по-
следовательности: остановить дизель; вскрыть смотровые лючки ниж-
него ряда; на ощупь и остукиванием проверить коренные и шатун-
ные подшипники вала (если имеется подшипник с завышенным сверх
допустимого зазором, то он проявит себя по степени нагрева или по
звуку); проверить целостность и исправность масляных трубок; убе-
диться в отсутствии топлива в смазочном масле; промыть масляные
фильтры и центрифугу; разобрать перепускной клапан; осмотреть,
промыть все детали, «приступать» Шарик к посадочному месту у дизе-
ля 4НВД-21; собрать перепускной клапан; закрыть смотровые люч-
ки; пустить дизель и при достижении температуры масла 50—55 °C
вновь нагрузить перепускной клапан до указанного значения. Если
и теперь не удастся поднять давление в системе, значит, на дизеле име-
ются коренные подшипники с увеличенными сверх допустимого зазо-
рами.
278
44. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ
ДИАГНОСТИКИ ДИЗЕЛЕЙ
Наиболее распространенный в рефрижераторных депо пневмоме-
ханический метод предремонтной диагностики дизелей наряду с про-
стотой и относительной дешевизной связан с выполнением ряда трудо-
емких подготовительных операций. Поэтому в ближайшие годы пред-
стоит внедрить универсальный виброакустический метод, имеющий
практическое применение при ремонте двигателей тракторов, автомоби-
лей, самолетов. Принцип действия средств виброакустического диаг-
ностирования основан на измерении параметров вибрации и шума, воз-
никающих при работе дизеля, для оценки его состояния. Каждая со-
пряженная пара движущихся деталей двигателя имеет собственную
частоту механических колебаний, отличную от частоты колебаний дру-
гих деталей. Задача метода состоит в выделении из общего спектра ши-
рокополосной вибрации, конкретной узкополосной спектральной со-
ставляющей, присущей именно данному сопряжению, и сопоставление
этого конкретного спектра с «эталонным», т. е. соответствующим нор-
мальному узлу.
Перспективным является также метод холодной прокрутки дизе-
лей, когда во время синхронной работы двух дизелей секции один ра-
ботающий дизель-генератор вращает другой ненагруженный. Этот ме-
тод позволяет произвести оценку мощности механических потерь и
сделать заключение о состоянии механизмов и узлов дизеля. Распро-
страняется метод спектрального анализа картерного масла. Суть его
состоит в том, что по характеру и количеству металлических включе-
ний от изнашиваемых пар трения, постепенно засоряющих масло, мож-
но достаточно точно определить, какие детали дизеля, работающие иа
истирание, наиболее износились. Более широкое применение в диагно-
стике должны найти электронные приборы и испытательные стенды.
Глава IX
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ
МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИЗЕЛЕЙ
4S. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Поездные бригады, обслуживающие рефрижераторный подвижной
состав, должны руководствоваться Правилами техники безопасности
и производственной санитарии при эксплуатации и текущем ремонте
АРВ, рефрижераторных поездов и секций, разработанными ЦВ МПС.
Начальники и главные инженеры рефрижераторных депо обязаны
организовать обучение этим Правилам и обеспечить своевременные
испытания работников депо в их знании.
Работники, связанные с техническим обслуживанием и эксплуата-
цией дизель-генераторных установок, обязаны пройти специальную
подготовку и иметь соответствующее свидетельство о сдаче испыта-
ний по Правилам техники безопасности. Ответственность за соблюде-
ние Правил возлагается на начальников рефрижераторных поездов
и секций. Перед началом каждого рейса руководство рефрижератор-
ного депо обязано проинструктировать членов бригады поезда (сек-
ции) о порядке работы в поездных условиях, о правилах безопасной
работы на электрифицированных участках дорог и новыми руководя-
щими материалами МПС.
Каждый поезд и секцию обеспечивают комплектом исправных ин-
струментов и средствами индивидуальной защиты (резиновыми пер-
чатками и ковриками, диэлектрическими калошами, защитными оч-
ками). В вагоне дизель-электростанции должны быть в наличии огне-
тушители, пожарный инвентарь, переносные электрические лампы,
комплектная аптечка. Начальники рефрижераторных поездов и сек-
ций должны регулярно инструктировать членов бригады, а также
проверять знание ими Правил техники безопасности.
Часть работ по техническому обслуживанию дизелей, связанных с
экипировкой дизельным топливом и смазкой, выполняется на экипи-
ровочных пунктах и непосредственно на станционных путях. Не-
обходимо соблюдать особую осторожность во время хождения по пу-
тям. Проходя вдоль станционных путей, следует идти только посере-
дине междупутья, переходить железнодорожные пути только под пря-
мым углом, предварительно убедившись в том, что на пересекаемом
пути нет приближающегося подвижного состава. Между расцеплен-
ными вагонами разрешается проходить в том случае, если расстояние
между ними не менее Юм. Не разрешается переходить пути в местах
расположения стрелочных остряков централизованных стрелок и по-
перечных скреплений стрелочных переводов. Стоящий на пути состав
следует обходить на расстоянии не ближе 5 м от последнего вагона
280
$
^Переходить пути, занятые подвижным составом, можно только через
одмозные площади вагонов или в установленных на станции местах
для прохода работников.
5 Прежде чем перейти путь, надо убедиться, посмотрев в правую и ле-
то стороны, не движется ли по нему поезд или отдельный локомо-
в. При выходе из вагона дизель-электростанции необходимо отли-
ться. В ночное время рекомендуется некоторое время выждать, что-
। глаза привыкли к темноте и установилась нормальная видимость
:ружающих предметов. Не разрешается ночью сходить с подножки
гона, не убедившись в состоянии полотна. При движении поезда
*кции) запрещается находиться на подножках и крышах вагонов,
эи подаче вагонов для ремонта в здание депо или на пункт техни-
ского осмотра (ПТО) нельзя высовываться из окон и дверей ва-
лов.
Большое значение для охраны труда имеют безопасные приемы
; работ при пользовании инструментом и приспособлениями. Обслужи-
вающие механики должны обеспечиваться только исправным инстру-
ментом. Молотки должны иметь слегка выпуклую несбитую поверхно-
сть бойка, надежно быть укреплены на ручках, имеющих гладкую,
; без сучков и трещин поверхность. Зубила, бородки и кернеры должны
; иметь равные, несбитые, слегка выпуклые ударные поверхности, без
j заусенцев, а длина их должна быть не менее 150 мм. Напильники и ша-
беры должны быть вставлены в исправные ручки без трещин, сбитых
мест и других дефектов, с металлическими кольцами на концах ручек в
^местах их насадки. Гаечные ключи должны соответствовать размерам
гаек и головок болтов и не иметь трещин, забоин и заусенцев. Нельзя
* применять прокладки для заполнения зазора между губками ключей и
гайкой, а также наращивать ключи другими ключами или трубами.
Электрические дрели, гайковерты и другой электроинструмент при-
меняют только при полной исправности и на напряжение не свыше 36 В.
Инструментом, рассчитанным на напряжение до 220 В, можно поль-
зоваться при условии надежного заземления корпуса инструмента и
применения резиновых перчаток, диэлектрических калош или резино-
вого коврика. Электрический инструмент на напряжение свыше 36 В
должен выдаваться комплектно с индивидуальными защитными при-
способлениями.
В дизельных отделениях должны быть вывешены инструкции по об-
служиванию дизельных установок, выписка из Правил техники безо-
пасности, правила оказания первой помощи. Для удобства выпол-
нения текущего ремонта дизелей в вагоне дизель-электростанции пре-
дусматривается специальное место, которое оборудуется слесарным
верстаком с тисками, поверочной плитой и наждачным точилом.
46. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ДИЗЕЛЕЙ
При обслуживании дизелей механики должны следить, чтобы про-
ходы между дизель-генераторами были свободными, а пол в вагоне ди-
зель-электростанции — сухим и чистым. Необходимо содержать в ис-
281
правиом состоянии приточно-вытяжную вентиляцию и обеспечить
воздухообмен в дизельном помещении. Периодически проводимый ана-
лиз воздуха в дизельном отделении допускает предельную концентра-
цию окиси углерода 0,2 мг/м8. Имеет значение не только чистота воз-
духа, но и его температура: в холодное время года она должна быть
15—25 °C; в летнее не должна превышать температуру наружного
воздуха более чем на 10 °C.
Все трубопроводы, резервуары, работающие под давлением, конт-
рольно-измерительные приборы необходимо содержать в исправном
состоянии. Не допускаются к эксплуатации аппараты и резервуары с
просроченными сроками осмотра и освидетельствования. При зарядке
воздушно-пусковых баллонов давление 3 МПа превышать категори-
чески запрещено, поскольку баллон может взорваться. Разбирать бал-
лоны для осмотра и ремонта можно только тогда, когда в нем отсутст-
вует давление. Заряжать баллоны можно также отработавшими про-
дуктами сгорания, сжатым воздухом или азотом. Наполнение балло-
нов кислородом приводит к мгновенному взрыву. На головке каждого
баллона должны иметься: предохранительный клапан, отрегулирован-
ный на установленное давление; исправный и опломбированный мано-
метр; устройство для спуска конденсата. Каждый баллон регистриру-
ют в инспекции котлонадзора и на него заводят прошнурованную кни-
гу. После гидравлического испытания от органов котлонадзора выда-
ется разрешение на его эксплуатацию. На наружной стороне на видном
месте наносится надпись, например «Воздушный баллон, регистраци-
онный № 6552, испытан 16/VIII — 1988г. Разрешенное давление
‘3 МПа. Срок следующего осмотра 16/VIII 1989 г. Срок следующего
гидравлического испытания 16/VIII 1996 г.». Пусковые баллоны обо-
рудованы предохранительными клапанами мембранного типа из мяг-
кого металла. При превышении допустимого давления мембрана раз-
рушается, выпуская воздух в атмосферу. Предохранительный клапан
восстанавливают установкой новой мембраны.
Перед пуском дизеля проверяют наличие и исправность огражде-
ний вращающихся частей двигателя, защитных кожухов на выпускных
трубопроводах и коллекторах, надежность крепления дизеля, генера-
тора, расходного топливного бака, трубопроводов, плотность соедине-
ний топливо- и маслопроводов. Течи топлива и масла на работающем ди-
зеле могут привести к пожару. На дизеле не должно быть инструмен-
тов и других посторонних предметов. При пополнении топливных рас-
ходных баков не допускается перелив топлива.
Проверяют исправность действия аварийного освещения, наличие
на рабочем месте переносных ламп напряжением 12 В и аккумулятор-
ного фонаря, брезентовых рукавиц, переносных лестниц и противопо-
жарных устройств. Механику разрешается приступать к работе в за-
стегнутой одежде, плотно прилегающей к телу, ие стесняющей движе-
ний, и в головном уборе. Во время ремонта при внутреннем осмотре
цилиндров, картера, топливных баков для освещения необходимо
282
пользоваться только переносными лампами напряжением не свыше
12 В или электрическими карманными и аккумуляторными фонарика-
ми. При обслуживании дизельных установок запрещается прикасать-
ся к токоведущим частям оборудования, кабелям и проводам, нахо-
дящимся под напряжением; работать при снятых или незакрепленных
ограждениях вращающихся частей оборудования; курить или поль-
зоваться открытым пламенем; загромождать проходы деталями или
другими предметами; регулировать работу узлов на работающем ди-
зеле. Во время работы дизель-генераторов нельзя оставлять оборудо-
вание без наблюдения, открывать главный распределительный щит.
47. ОСНОВНЫЕ ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ДИЗЕЛЕЙ
Все члены обслуживающих поезда и секции бригад должны знать
места расположения средств пожаротушения и уметь ими пользовать-
ся. Каждый поезд (секция) снабжается исправными средствами пожа-
ротушения в соответствии с табл. 22.
Таблица 22
Подвижной состав
30
Огнетушители
углекислот-
ные
а
§х
п
ОУ-5
ОУ-8
Й «
О ял
СО Хсч
ч
ч
X
г? х
3g
СО т
3
з
X
о
21-вагонные рефриже-
раторные поезда
5-вагонные секции
12-вагонные секции
1
2
3
2
1
1
1
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
Углекислотные огнетушители предназначены для тушения горя
щих твердых предметов, а также электродвигателей, генераторов и
других приборов, находящихся под напряжением; пенные — для ту-
шения горящих твердых и жидких горючих материалов, кроме прибо-
ров и аппаратов, находящихся под напряжением.
В вагонах-электростанциях должны быть вывешены на видном мес-
те выписки из Правил пожарной безопасности на железнодорожном
транспорте и табель распределения обязанностей между членами бри-
гады поезда (секции). Ответственность за наличие и состояние
средств пожаротушения и табеля несет начальник поезда (секции).
Причинами возникновения пожара в вагонах дизель-электростан-
ций могут стать: срыв пламени горелки котла отопления; неисправнос-
ти в системах электроснабжения, а также нарушение правил пожар-
283
иой безопасности членами бригады; короткое замыкание в электро-
проводке и электроприборах: перегрузка проводов и приборов элект-
рооборудования; применение' не соответствующей нормам элект-
розащиты (установка «жучков» и т. д.); хранение в нишах распредели-
тельных щитов, вентиляционных каналах, в помещении котельной и
возле кухонных плит горючих предметов; неисправность аккумулятор-
ных батарей, неисправность разделок дымовытяжной трубы котла
отопления; применение при растапливании котлов отопления легко-
воспламеняющихся материалов керосина, бензина; слабые контак-
ты в электроцепях, а также недовернутые или слабо зажатые в гнез-
дах предохранители.
Необходимо помнить, что при коротком замыкании мгновенно на-
греваются и плавятся отдельные провода, загораются изоляция про-
водов и рядом расположенные горючие материалы или предметы.
Если электроцепи перегружены, то провода нагреваются, появляется
характерный запах горящей резины и ткани. При дальнейшем нагре-
вании изоляция разрушается и загорается; если не принять своевре-
менных мер, то может произойти короткое замыкание.
Во время осмотра оборудования особое внимание обращается на чи-
стоту электрощитов и размещенных на них приборов и автоматов.
Пыль, грязь и посторонние предметы могут вызвать короткое замыка-
ние в электроцепях и воспламенение изоляции электропроводки. Обя-
зательно проверяют прочность затяжки гаек зажимных соединений.
Необходимо своевременно устранять утечки дизельного топлива и
смазки в соединениях трубопроводов, кранах и сальниках дизелей.
Грязную промасленную ветошь и другие обтирочные материалы сле-
дует хранить в металлических ящиках или ведрах с крышками. При
обнаружении запаха горелой резины или возникновении пожара не-
обходимо немедленно снять напряжение со всех потребителей, выклю-
чить дизель-генератор, перекрыть краны подачи дизельного топлива и
приступить К тушению пожара или устранению неисправностей.
При пожаре в пути необходимо остановить поезд (секцию) стоп-
краном (за исключением случаев, когда поезд находится в тоннеле, на
мосту, виадуке, путепроводе, под мостом и в других местах, препят-
ствующих организации тушения пожара и эвакуации людей), по ло-
комотивной радиосвязи через машиниста локомотива сообщить о по-
жаре в ближайшую дежурную пожарную команду и пожарный поезд,
оказать помощь поездной бригаде в отцепке горящего вагона и до при-
бытия пожарных принять меры к тушению пожара (или ограничению
его распространения). В необходимых случаях обеспечить эвакуацию
инвентаря и съемного оборудования с горящего вагона. При пожаре
на электрифицированных участках пути начальник поезда или сек-
ции должен потребовать отключения напряжения с контактной сети.
О происшедшем пожаре начальник поезда или секции с ближайшей
станции обязан телеграммой сообщить начальнику депо приписки и в
отдел военизированной охраны дороги с указанием места пребывания,
времени и причины возникновения пожара.
284
41. ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ
Каждый работник бригады поезда (секции) должен знать правила и
при необходимости (до прихода врача) уметь оказать первую меди-
цинскую помощь пострадавшему от несчастного случая, а также про-
извести искусственное дыхание. На рефрижераторном поезде (секции)
имеется аптечка, в которой всегда должны быть: индивидуальные па-
кеты, стерильные широкие бинты, йодная настойка, раствор борной
кислоты для промывания глаз, нашатырный спирт, борный вазелин,
эфирно-валериановые капли, сода, марганцевокислый калий, пере-
кись водорода, поильник для приема лекарства и промывания глаз,
жгут для остановки кровотечения, складные шины (фанерные) для
укрепления конечностей при переломах и вывихах, мыло, полотенце,
диэлектрические перчатки, электрический фонарь (свечи, спички).
Пострадавшему необходимо обеспечить первую доврачебную меди-
цинскую помощь, а затем вызвать врача или направить пострадавшего
в лечебное учреждение. Первую помощь следует оказывать спокой-
но, уверенно, без суетливости. При поражении электрическим током
необходимо освободить пострадавшего от контакта с проводником тока,
для чего следует обесточить проводник. Если это сделать невозможно,
то надо надеть резиновые или сухие шерстяные перчатки (или обвер-
нуть руки сухой тканью), надеть калоши или встать на сухую доску и
оттянуть пострадавшего сухой веревкой или деревянной палкой.
При выборе мер первой медицинской помощи надо руководство-
ваться состоянием, в котором находится пострадавший. Если постра-
давший в сознании, то ему необходимо дать успокоительное лекарство,
вызвать врача или доставить в ближайшее лечебное учреждение.
Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, но дыха-
ние у него сохранилось, то следует его удобно уложить, освободить от
стесняющей движения одежды, обеспечить приток свежего воздуха, да-
вать нюхать нашатырный спирт, обрызгивать лицо водой, растирать и
согревать тело, в случае судорожного и редкого дыхания — делать
искусственное дыхание.
При отсутствии признаков жизни искусственное дыхание следует
проводить длительно и непрерывно до прибытия врача.
Если пострадавший получил небольшие ожоги, надо удалить одеж-
ду с пораженных участков тела и слегка протереть места ожогов сте-
рильным тампоном, смоченным спиртом, одеколоном или слабым раст-
вором марганцевокислого калия. Поверхность ожога необходимо
перевязать, как обычную свежую рану, наложив стернальную повяз-
ку. При появлении пузырей место ожога следует смазать вазелином или
жиром. Прокалывать пузыри нельзя, так как при этом можно внести
инфекцию. После принятия указанных мер надо вызвать врача.
При ушибах, растяжениях связок и других повреждениях конечно-
стей прежде всего необходимо обеспечить удобное и спокойное положе-
ние поврежденного места.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВешкельскийС. А., Лукьянченко Б. С. Техническая эксплу-
атация двигателей внутреннего сгорания. Л.: Машиностроение, 1986. 136 с.
Вешкельский С. А. Справочник судового дизелиста. Л.: Судострое-
ние, 1981. 239 с.
ГогинА. Ф., Богданов А. А. Судовые двигатели внутреннего сгора-
ния. М.: Транспорт, 1983. 280 с.
Гончаров В. М., Мурзин Л. Г. Топливо, смазка, вода. М.: Тран-
спорт, 1973, 198 с.
Екимовский И. П. Эксплуатация и техническое обслуживание ре-
фрижераторного подвижного состава. М.: Транспорт, 1983. 190 с.
Ерохин В. Г., Маханько М. Г., Самойленко П. И. Основы
термодинамики и теплотехники. М.: Машиностроение, 1980. 224 с.
Кузнецов А. В. Устройство и эксплуатация двигателей внутреннего
сгорания. М.: Высшая школа, 1979. 288 с.
Кумсков В. Т., Маханько М. Г., Штейнберг Л. Д. Ос-
новы теплоэнергетики для теплотехников и локомотивных бригад. М.: Транспорт,
1984. 174 с.
Кржимовский В. Е., ПостарнакС. Ф., Романов В. А.
Двигатели внутреннего сгорания рефрижераторного подвижного состава. М.:
Транспорт, 1980. 256 с.
Кржимовский В. Е., С к р и п к и и В, В., Ф и л ю н и и Г. И. Реф-
рижераторные секции отечественной постройки. М.: Транспорт, 1983. 195 с.
Кушииренко К. Ф. Краткий справочник по горючему. М.: Воеииздат,
1979. 382 с.
Левенталь Л. Я., Сучков Д. И. Дизели рефрижераторных ваго-
нов. М.: Транспорт, 1987. 166 с.
Основы теплотехники/В. С.Охотии, В. Ф. Жидких и др. М.: Высшая школа,
1984. 216. с.
Рефрижераторные вагоны постройки ГДР/ Ю. М. Бакрадзе, В. В. Скрипкин,
В. И. Храмов и др. М.: Транспорт, 1977. 272 с.
Дизели ряда 6г12/14 и агрегаты. Техническое описание и инструкция по экс-
плуатации. М.: Машиностроение, 1981. 270 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................ 3
Глава I. Основы технической термодинамики......................... 5
1. Основные принципы термодинамики. Параметры рабочего тела
и их измерение.............................................. 5
2. Уравнение состояния идеального газа...................... 8
3. Газовые смеси. Уравнение состояния смеси газов.......... II
4. Теплоемкость газов. Количество тепла, участвующего в про-
цессе . ....................................................13
5. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и механи-
ческая работа газа..........................................16
6. Термодинамические процессы при изменении состояния газов 20
7. Энтальпия ...............................................26
8. Политропные процессы.....................................28
9. Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно...........30
10. Второй закон термодинамики. Энтропия. Координаты TS 34
11. Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания. . 38
12. Основные понятия теплопередачи..........................42
'Глава П. Устройство и работа двигателей внутреннего сгорания ... 49
13. Классификация двигателей и их Типы......................49
14. Основные узлы и элементы конструкции дизелей............51
15. Действительные циклы двигателей внутреннего сгорания. . 57
16. Фазы газораспределения. Порядок работы цилиндров двига-
телей ......................................................63
17. Среднее индикаторное и эффективное давление. Вращающий
момент......................................................67
18. Индикаторная и эффективная мощность двигателя. Наддув
двигателя..................................................68
19. Тепловой баланс двигателя...............................73
20. Коэффициент полезного действия и экономические характе-
ристики двигателей..........................................75
Глава III. Топливо и система питания дизелей........................79
21. Процесс горения топлива.................................79
22. Топливо для дизелей.....................................81
23. Смесеобразование в дизелях. Типы камер сгорания.........83
24. Системы топливоподачи. Топливная аппаратура дизелей. . . 89
25. Регулирование частоты вращения дизелей...............95
26. Газораспределительный механизм. Системы пуска дизелей 99
Глава IV. Системы дизелей: воздухосиабжеиия, охлаждения и смазочная 103
27. Системы впуска воздуха и выпуска отработавших газов . . 103
28. Способы и системы охлаждения дизелей...................105
29. Смазочные системы и масла для дизелей..................108
Глава V. Пути развития и испытания двигателей внутреннего сгорания 115
30. Газовые двигатели......................................115
31. Многотопливные дизели и двигатели новых типов..........116
32. Испытания и перспективы развития двигателей внутреннего
сгорания...................................................121
287
Глава VI. Дизели постройки СССР и ГДР..............................125
33. Дизель K-461MJ........................................125
34. Дизели 4НВД-21 и 6 НВД-21 производства ГДР............16|
35. Дизель 4ВД21/15 . . ............................... 207
36. Дизель 4ВД12.5/9......................................231
Глава VII. Эксплуатация и техническое обслуживание дизелей.........247
37. Общие сведения об эксплуатации дизелей................247
38. Порядок эксплуатации дизелей......................... 251
39. Планово-предупредительная система обслуживания дизелей 258
40. Основные неисправности дизелей........................264
41. Профилактическое обслуживание дизелей.................264
Глава VIII. Техническая диагностика дизелей........................275
42. Общие положения.......................................275
43. Применение диагностики при деповском ремонте дизелей . 276
44. Перспективные развития технической диагностики дизелей 279
Глава IX. Техника безопасности и противопожарные мероприятия при
эксплуатации дизелей.......................................... 280
45. Общие сведения . . . ................................280
46. Техника безопасности при обслуживании дизелей ..... 281
47. Основные противопожарные мероприятия при обслуживании
дизелей....................................................283
48. Оказание первой медицинской помощи....................285
•Список использованной и рекомендуемой литературы.................. 286
А
Учебник -
Постарнак Станислав Федорович,
Романов Валентин Александрович
ДИЗЕЛИ РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Технический редактор Т. А. Захарова
Корректор-вычитчнк И. М. Лукина
Корректор А. М. Крулевич
ИБ № 3564 ,
Сдано в набор 24.02.89. Подписано в печать J8.11.89. Т-18629.
Формат 60Х881/». Бум. тип. № 2. Гарнитура литературная. Офсетная
печать. Усл. печ. л. 17,64. Усл. кр.-отт. 18,12. Уч.-изд. л. 20. Тираж 17 000 экз.
Заказ 1971. Цена 65 кон. Изд. № 1-1-2/1-4 № 3786.
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ».
103064. Москва, Басманный туп., 6а
Московская типография № 4 Госкомпечати СССР
129041. Москва. Б. Переяславская, 46