Конструкция деталей поршневой группы

К деталям поршневой группы относят поршень, поршневой палец и детали его крепления, поршневые кольца, поршневой шток.

Поршни бывают цельные и составные, охлаждаемые и неохлаждаемые. Они снабжены канавками для компрессионных и маслосъемных колец.

С обеих сторон юбки приливы (бабышки) с отверстиями под поршневой палец.

Число компрессионных колец от 2 до 5. Маслосъемных колец как правило бывает 2.

Число колец может быть от 3 до 5 и зависит от быстроходности двигателя.

Верхнее кольцо располагают, как правило, ниже кромки поршня на расстоянии приблизительно 0,2 D , что бы оно находилось в охлаждаемой части втулки при положении поршня в ВМТ.

В современных дизелях применяется принудительное охлаждение поршня: в тронковых - маслом, у крейцкопфных - водой и маслом.

В форсированных дизелях работающих на тяжелом топливе применяются охлаждаемые составные поршни с отъемной головкой из жаропрочной стали и тронком из чугуна или алюминиевого сплава, соединенные шпильками.

Палец поршня полый. Поверхность пальца шлифуется. В некоторых конструциях есть радиальные сверления для подачи масла на смазывание бобышек. В современных дизелях – плавающие пальца, которые во время работы свободно проворачиваются, обеспечивая равномерный износ, и снижают опасность заедания.

Масло (реже вода) для охлаждения поршня приводится через шток поршня или при помощи телескопического механизма. Водой охлаждается поршень двигателя RTA 58.

При охлаждении водой телескопический механизм должен быть выведен из картера из-за возможности протечек воды через уплотнения.

Трубы телескопического устройства крепятся кронштейном к поперечине крейцкопфа.

а)

Рисунок 2 – Поршень среднеоборотного двигателя РС-2 Pielstick и его схема охлаждения.

На рис. 2а изображен поршень двигателя РС-2 Pielstick. Он изготовлен из алюминиевого сплава.

Для обеспечения достаточной прочности головка поршня выполнена толстостенной. Спиральные каналы внутри головки ( полученные при отливке) используются для подвода охлаждающего масла (рис 2б); они расположены против канавок для поршневых колец. Толщина стенки, через которую передается теплота от горячих газов к маслу, сравнително невелика, что позволило улучшить теплоотвод, понизить температурные напряжения и получить сравнительно низкую температуру днища поршня – около 300°С (573К) и стенок канавок поршневых колец 150-170°С (423-443К). При таких температурах механическая прочность алюминиевого сплава снижается незначительно, масло не окисляется и не образуется лаковых отложений в закольцевых пространствах; кольца сохраняют подвижность, обеспечивая хорошее газоуплотнение.

На головке расположены четыре уплотнительных кольца и одно маслосъемное; второе маслосъемное кольцо установлено на нижней части тронка.

Верхнее уплотнительное кольцо расположено в канавке, которая выточена в специальной чугунной противоизносной вставке. Поршень двигателя фирмы MAN L 28/32 (рис 3) моноблочной конструкции позволяет значительно уменьшить деформацию юбки и следовательно уменьшить зазор между втулкой и поршень и следовательно уменьшить перекос, прорыв газов, расход масла.

Поршни моноблочной конструкции, толстостенные, что обеспечивает малые инерционные силы. Охлаждение поршня осуществляется маслом, подаваемым по шатуну. Интенсификация передачи тепла достигается взбалтыванием масла в головке ( шейкерный или коктейльный эффект) при движении поршня. Передача сил давления газов от головки к бобышкам поршня осуществляется напрямую, минуя юбку – рисунок 3. Такое решение исключает деформацию юбки и позволяет уменьшить зазор между ней и втулкой, что уменьшает перекашивание поршня во втулке, уменьшает прорыв газов и способствует уменьшению расхода масла. Зона расположения поршневых колец также разгружена от действия сил давления газов, что устраняет деформацию кепов и вызываемое этим заклинивание поршневых колец. Верхнаяя боковая порвехность головки проточена с учетом того, что во втулку цилиндра устанавливается антиполировочное кольцо. На поршне устанавливаются 3 компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Рабочая поверхность компрессионных колец имеет бочкообразную форму и хромирована.

Рисунок 3 – Поршень моноблочной конструкции

В поршнях двигателей Вяртсиля, практически всех моделей, организована оригинальная, запатентованная фирмой, система подачи масла на смазку филиндров (см. рис. 4). Часть масла, поступающего в поршень из общей системы сказки двигателя, на уровне ниже маслосъемного кольца, отводится по тангенсально расположенным каналам к дозирующим соплам и далее на поверхность тронка.

На рисунке 4 изображен чугунный поршень двигателя Вяртсиля 22HF, который охлаждается маслом поступающим по свердению шатуна через поршневой палец и бобышки внутрь замкнутой полости в головке. Охлаждение поршня позволяет поддерживать температуру в районе канавок на уровне, не превышающем 200°С, что способствует предоствращению образованию в канавках нагара и заклиниванию в них поршневых колец.

Рисунок 4 – Поршень двигателя Вяртсиля 22HF.

Конструкция поршней двигателей крейцкопфного типа (рис. 5) имеет ряд особенностей.

Поршень двигателя с прямоточно-клапанной продувкой (рис 5, а) состоит из головки 6, которая крепится шпильками к верхнему фланцу 4 штока поршня 3 и короткой направляющей части 5. Охлаждающая жидкость (вода или масло) подводиться к поршню по кольцевому каналу между трубой 2 и штоком 3, а сливается – по трубе 2.

Этот метод подвода масла по сравнению с традиционными методами обеспечивает:

- меньшее замасливание канавок компрессионных колец и исключение образования в них нагара;

- уменьшение износов благодаря созданию эффективной смазки зоны колец;

- гарантированное сохранение масляной пленки в зазоре поршень-втулка, что повышает эффективность борьбы щелочных присадок мала по сравнению с сернистой электро-химической коррозией.

В целях повышения износостойкости поршневых колец, включая и маслосъемное, на их рабочую поверхность нанесен слой пористо-хромового покрытия.

Рисунок 5 – Поршни крейцкопфных двигателей: а – с прямоточно клапанной продувкой; б – с контурной продувкой

В двигателях с контурной продувкой поршень имеет длинную, перекрывающую окна, направляющую часть 2 (рис 5,б). В этой конструкции охлаждающая жидкость подается в поршень и отводится из него по телескопическим устройствам 3.

.

Коленчатый вал состоит из коренных, шатунных шеек, щек, соединительных фланцев.

Бывают: цельные, составные, полусоставные.

Расположение колен зависит от тактности и числа цилиндров. Обеспечивает наибольшую равномерность крутящего момента, наиболее полное уравновешивание дизеля. Угол заклинки у 4х_тактн.α= 720/i; 2x_тактн.α=360/i.

Неравномерная заклинка колен применяется иногда как исключение для уравновешивания дизеля.

Противовесы (Countee balance) для уравновешивания неуравновешенных сил и моментов инерции деталей движения, уменьшения удельных давлений на коренные подшипники. Крепятся к щекам.

На конус вала со стороны отбора мощности обычно устанавливают маховик, ВПУ, привод газораспределения.

На свободном конце устанавливают шестерни масляного насоса, водяного насоса.

.

Шатуны.

Шатуны крейцкопфных двигателей соединяются верхней головкой с поперечной, а нижней с кривошипной шейкой коленвала. Верхняя и нижняя головки всегда снабжены разъемом. Они могут быть отъемными (рис 1) или откованы за одно целое со стержнем шатуна.

Рис. 1.

Длина стержня и высота камеры сжатия регулируется стальной прокладкой.

Верхнюю головку шатуна выполняют с двумя или одной сплошной опорной поверхностью для поперечены крейцкопфа.

–В первом случае опорой для поперечины является две крейцкопфные головки, которые крепятся к подошве стержня болтами.

–Во втором случае поперечина по всей длине опирается на сплошную нижнюю часть крейцкопфного подшипника, что снижает дельные давления на нее.

Нижняя головка шатуна съемная и крепят ее к подошве стержня шатунными болтами.

Крейцкопфы.

Они соединяют поршневой шток с шатуном и передают боковые (нормальные) усилия через ползуны на параллели.

Количество ползунов зависит от типа и цилиндровой мощности дизеля.

Крейцкопфы бывают двух и односторонние. К поперечине с полыми шейками крепятся кронштейны (bracket [brəkət]) и четыре (два, один) ползуна. Трущееся поверхности ползунов залиты баббитом. Пары ползун-параллель находятся вне зоны высоких температур.

Поперечина представляет собой стальную поковку. В центре отверстие для прохода штока поршня, который крепится гайкой.

1.Поперечина

2.Шток поршня

(Piston rod)

3.Шейка поперечины

(Grosshead pin)

4.Кронштейн

(Bracket [brəkət])

5.Ползун

(Quidshoe)

6.Параллели, направляющая

крейцкопфа.

(Grosshead quide Guidrails)

Рис. 6.

Крейцкопфные узлы с четырьмя ползунами изображены на рисунке 7.

Механизмы газораспределения рассматриваются в рамках практического занятия, которое обеспечено соответствующим методическим указанием.

В современных четырёхтактных ДВС (МАК М20) изменяются фазы открытия и закрытия впускного клапана. Осуществляется путём перемещения рычагов привода относительно кулачковых шайб (см на рис.)

При переходе на малые нагрузки обеспечивается более позднее открытие и закрытие впускного клапана. В результате более эффективное сжатие воздуха в цилиндрах.

Одновременно ролик толкателя ТНВД перемещается на более крутой участок кулачной шайбы. Увеличивается скорость плунжера ТНВД, а, следовательно и давление впрыска топлива. Лучше распыл, следовательно более полное сгорание (уменьшение удельного расхода топлива).Снижается эмиссия (на M43 на 35% при2÷10% Ne)

Угол опережения впрыска в современном ДВС уменьшен. Например, в Wärtsilä 46 с 10÷12° до 2÷3° до ВМТ, при этом ε увеличивается до 15, что необходимо для сжигания тяжёлого топлива.

Современные двухтактные высокоэкономичные (КПД до 50,5%) имеют высокую агрегатную мощность до 80000 кВт, низкие обороты 50÷90 , высокий, высокий моторесурс до 1,9 МПа. Электронное управление.

26÷98 см ;

=3÷4,2 155;

Исключительно прямоточной схема продувки. На режимах частичных нагрузок применяют раннее закрытие выхлопного клапана при этом давление в цилиндре повышается (двигатели с электронным управлением КЕ FLEX).

VEC – variable Exhaust valve Closing. В двигателе RT FLEX электроне, управление, аккумулятивная система впрыска.

Общее конструктивное исполнение СДВС, изображено на нижеприведенных рисунках.