Цилиндры
В цилиндре происходит сжатие воздуха и сгорание впрыскиваемого горючего. Цилиндр состоит из камеры сгорания, направляющей поверхности и охлаждающего устройства.
Камерой сгорания называется верхняя часть цилиндра (весь объем цилиндра, находящийся над поршнем при его положении в верхней мертвой точке), в которой происходит воспламенение и горение рабочей смеси.
Направляющей поверхностью служит внутренняя цилиндрическая поверхность, по которой скользит поршень при своем поступательном движении.
В качестве охлаждающего устройства служат двойные стенки, между которыми находится вода, отводящая тепло от цилиндра во избежание перегревания.
Камеры сгорания дизелей по своему устройству существенно отличаются от камер сгорания карбюраторных двигателей. Их форма определяет скорость и полноту сгорания горючего. Камеры сгорания подробно будут рассматриваться в следующем разделе.
Направляющая поверхность, по которой скользит поршень при своем движении вверх и вниз, подвергается тщательной обработке. На ней не должно быть не только раковин, но даже мелких царапин. Объясняется это тем, что во время работы двигателя на стенки цилиндра воздействует высокая температура горячих газов, а также резко меняющееся боковое давление быстро движущегося поршня. Вследствие этого даже незначительные неточности обработки или повреждение поверхности (зеркала) цилиндра могут повести к заеданию поршня и поломке кривошипно-шатунного механизма.
Длина направляющей поверхности выполняется такой, что поршень при своем движении несколько выходит за ее пределы внизу, а иногда и вверху.
На дизелях тракторов и автомобилей часто применяются вставные сменные гильзы. Это позволяет: выполнить рабочую поверхность цилиндра из более износостойкого материала, чем весь блок, и увеличить межремонтный срок службы двигателя; значительно сократить простои машины при ремонте, так как вместо сложной операции по расточке цилиндров производится сравнительно простая операция по замене изношенных гильз новыми; увеличить общий срок службы двигателя, так как пригодность двигателя к эксплуатации не ограничивается числом расточек цилиндров и толщиной их стенок, а восстанавливается сменой гильз.
Гильзы разделяются на омываемые (мокрые) и сухие (рис. 27). На тракторных дизелях применяются омываемые гильзы. Такие гильзы вставляются в специальные пояса, выполненные в верхней и нижней части рубашки охлаждения. Охлаждающая жидкость непосредственно омывает гильзу с внешней стороны, чем обеспечивается нормальное охлаждение стенок гильзы. Во избежание просачивания охлаждающей жидкости между гильзой и отливкой рубашки в верхней части рубашки ставятся медные, а в нижней — резиновые уплотнительные кольца.
Рис. 27. Схема установки сухой и омываемой гильзы: а - гильза; б - омываемая гильза
Внешний вид омываемой гильзы тракторного дизеля Д-54 показан на рис. 28. На наружной поверхности гильзы выполнены два обработанных пояса 3 и 5, предназначенные для установки гильзы в отверстиях блока. Буртиком 2 гильза входит в выточку в верхней плоскости блока. В нижней горизонтальной перегородке блока, куда гильза входит нижним концом, имеются кольцевые выточки. В эти выточки вставляются уплотнительные резиновые кольца 6 для предупреждения просачивания охлаждающей жидкости, которая заполняет пространство между наружной поверхностью 4 гильзы и внутренними стенками блока.
Рис. 28. Омываемая гильза дизеля Д-54: 1 - внутренняя поверхность гильзы; 2 - буртик; 3 и 5 - обработанные пояса; 4 - наружная поверхность; 6 - резиновое кольцо
Внутренняя поверхность 1 гильзы, по которой скользит поршень, подвергается закалке. Это значительно повышает износоустойчивость гильзы.
На автомобильном дизеле ЯАЗ-204 применяются сухие гильзы, имеющие в средней части два ряда отверстий для продувки. Посадка гильзы в цилиндр — скользящая, с зазором не более 0,05 мм, что облегчает сборку и ремонт дизеля. При работе дизеля гильза нагревается, размеры ее увеличиваются и она плотно прилегает к стенкам цилиндра, благодаря чему обеспечивается хороший отвод тепла от гильзы к стенкам блока и в охлаждающую жидкость.
Гильзы изготовляются из легированного чугуна. Рабочая поверхность гильз закаливается.
Рубашка охлаждения цилиндров дизеля, как и в карбюраторном двигателе, отливается заодно с блоком цилиндров.
Блоки цилиндров дизеля конструктивно мало отличаются от блоков карбюраторных двигателей, но изготовляются более прочными. Плоскость разъема картера с нижней его частью (масляным поддоном) располагается обычно ниже оси коленчатого вала. Поперечные перегородки картера, образующие постели под вкладыши коренных подшипников, усиливаются ребрами жесткости.
На рис. 29 показан блок цилиндров дизеля Д-54. Внутри коробчатой отливки из серого чугуна имеется горизонтальная стенка, она делит блок на две половины. В верхней половине устанавливаются гильзы, в нижней располагается коленчатый вал. В нижней половине блока имеется пять поперечных перегородок с ребрами. Перегородки придают жесткость блоку и служат основанием для пяти коренных подшипников коленчатого вала. В каждую перегородку ввернуто по две шпильки, на которые надеваются нижние крышки коренных подшипников коленчатого вала.
Рис. 29. Блок дизеля Д-54
Сверху блок с установленными в нем гильзами закрывается одной общей головкой.
С нижней стороны к блоку крепится отъемная часть картера, закрывающая механизмы двигателя и служащая резервуаром, в котором помещается масло для смазки дизеля. Отъемная часть картера (рис. 30) состоит из двух частей: промежуточной рамы 1 и поддона 3. Для уплотнения между рамой и поддоном ставится бумажная прокладка 2.
Рис. 30. Нижняя часть блока дизеля Д-54: 1 - промежуточная рама; 2 - прокладка; 3 - поддон
Поршни
Назначение поршня — воспринимать давление газов в цилиндре и передавать его посредством шатуна коленчатому валу.
Поршень дизеля, как и поршень карбюраторного двигателя, состоит из головки, днище которой воспринимает давление газов, боковых стенок или юбки, направляющей движение поршня в цилиндре и передающей боковое давление стенкам цилиндра, бобышек — приливов с отверстиями для установки поршневого пальца.
Устройство поршня дизеля имеет некоторые специфические особенности. Юбка поршня дизеля изготовляется более длинной, чем юбка поршня карбюраторного двигателя. Это вызывается тем, что давление газов в цилиндре дизеля достигает больших значений и возрастает более резко, чем в карбюраторных двигателях. Поршень, у которого юбка длинная, меньше перекашивается в цилиндре, боковое же давление на каждую единицу площади стенок цилиндра в этом случае получается не очень большим.
Более высокое давление газов и усиленная смазка дизеля обусловливают установку на поршнях дизелей увеличенного числа компрессионных и маслосъемных поршневых колец.
Днище поршня дизеля с внутренней стороны снабжается ребрами, обеспечивающими большую прочность его и интенсивный отвод тепла. В ряде конструкций применяется охлаждение днища поршня струями масла, подводимого по каналу в шатуне.
В отличие от карбюраторных двигателей, поршни которых имеют плоское днище, головкам поршней дизеля придается специальная форма. Это улучшает смесеобразование и обеспечивает более полное сгорание рабочей смеси.
Поршни дизелей изготовляются из чугуна, как, например, у дизеля ЯАЗ-204, или из алюминиевого сплава, как, например, у дизелей Д-35 и КДМ-46.
У дизеля ЯАЗ-204 днище 6 (рис. 31) поршня фасонное и с внутренней стороны снабжено кольцевыми и радиальными ребрами 7. На наружной цилиндрической поверхности поршня имеется шесть канавок, из них четыре верхние — для компрессионных 5 колец, а две нижние — для маслосъемных 1. Под канавками для маслосъемных колец в поршне просверлены каналы 10, по которым отводится масло со стенок цилиндра. Для лучшего скольжения поршня и уменьшения склонности к задирам юбка поршня покрывается тонким слоем олова (0,025 мм).
Рис. 31. Поршень дизеля ЯАЗ-204: 1 - маслосъемные кольца; 2 - направляющая поверхность поршня; 3 - поршневой палец; 4 - бобышка поршня; 5 - компрессионные кольца; 6 - днище поршня; 7 - ребра; 8 - распылитель для разбрызгивания масла, охлаждающего днище поршня; 9 - расширители; 10 - каналы для отвода масла; 11 - нижние части маслосъемных колец; 12 - верхние части маслосъемных колец
Чтобы учесть изменение размеров поршня при нагревании и исключить возможность заедания во время работы, юбкам поршней в дизелях, как и в карбюраторных двигателях, придается овальная и конусная форма.
Поршневые кольца
Поршневые кольца служат для уплотнения зазора между стенками цилиндра и поршня во избежание пропуска газов в картер двигателя и попадания масла в пространство сгорания. В дизеле к поршневым кольцам предъявляются особенно высокие требования в связи с тем, что степень сжатия в дизелях значительно выше, чем в карбюраторных двигателях. В частности, большое внимание уделяется быстрой приработке колец и плотному их прилеганию к стенкам цилиндра независимо от изношенности.
При неплотном прилегании колец в образующийся просвет начинают прорываться газы, имеющие высокую температуру. Кольца при этом сильно нагреваются, закоксовываются, теряют упругость и подвижность, что приводит к их быстрому износу и к потере мощности двигателя.
На внутренней или наружной стороне поршневого кольца выполнена выточка или фаска. Это сообщает кольцу различную жесткость по высоте, вследствие чего при установке в цилиндр оно несколько перекашивается и прилегает к стенкам цилиндра узкой полосой. Благодаря этому обеспечивается быстрая приработка кольца и его надежный контакт с поверхностью цилиндра.
На наружной цилиндрической поверхности кольца сделаны кольцевые канавки, заполняемые оловом. Олово, как мягкий материал, быстро прирабатывается и покрывает стенки цилиндра тонким слоем, что уменьшает трение, предохраняет кольца от задира и удлиняет срок их службы.
Для сохранения контакта кольца со стенками цилиндра даже и при износе кольца применяются специальные пружины, называемые расширителями. Расширители 9 (рис. 31) ставятся в канавке поршня под кольцо и прижимают его к стенкам цилиндра. Расширители получают все большее распространение на дизелях и ставятся как под маслосъемные, так и под компрессионные кольца (кроме верхнего).
При износе кольца просветы между кольцом и цилиндром в первую очередь появляются около замка. Срок службы кольца удается значительно увеличить, если предусмотреть упругость нового кольца неравномерной по окружности. Так как при износе упругость кольца уменьшается прежде всего вблизи замка, то поршневые кольца изготовляют так, чтобы наибольшая упругость у нового кольца была в зоне замка. Тогда по мере изнашивания кольца его давление на стенки цилиндра будет все более и более равномерным. Так, например, среднее удельное давление кольца дизеля Д-35 равно 1,77 кг/см2, а наибольшее давление в зоне замка 5,06 кг/см2.
Стенки цилиндров обильно смазываются. Во избежание сильного нагарообразования и быстрого расходования масла нижним поршневым кольцам придается специальная форма, обеспечивающая отвод масла со стенок цилиндра. Маслосъемные кольца такого типа, состоящие из двух частей — верхней 12 и нижней 11, вставляемых в одну поршневую канавку, устанавливаются на дизеле ЯАЗ-204. Для большего удельного давления на стенки цилиндра на наружной поверхности поршневого маслосъемного кольца проточена канавка. Вследствие этого кольцо прижимается к стенкам цилиндра двумя узкими поясами, удельное давление которых получается выше, чем удельное давление кольца таких же размеров, но прилегающего к стенкам цилиндра всей наружной поверхностью. Через профрезеро-ванные в кольце прорези и по сверлениям в поршне собранное со стенок цилиндра масло отводится обратно в картер.
Материалом для поршневых колец служит серый чугун, чаще всего фосфористый, плотного мелкозернистого строения. Наружная поверхность колец обычно подвергается хромированию или лужению, что значительно увеличивает срок их службы.
Шатуны
Шатун служит для передачи усилия от поступательно-движущегося поршня к вращающемуся коленчатому валу.
Шатуны дизелей имеют такое же устройство, как и шатуны карбюраторных двигателей, и отличаются от них лишь большей прочностью и большим весом.
Шатун дизеля ЯАЗ-204 изготовлен из марганцовистой стали. Крышка 8 (рис. 32) нижней головки крепится к шатуну двумя болтами 9 из хромоникелевой стали. В нижней головке установлены вкладыши 10, залитые свинцовистой бронзой. В верхней головке 2 запрессованы две втулки 4 из специальной бронзы с винтовыми канавками на внутренней поверхности, по которым поступает масло к поршневому пальцу. Вдоль стержня 1 шатуна просверлен канал 6. От нижней головки по этому каналу подается масло в верхнюю головку для смазки пальца и охлаждения поршня. В канале около нижней головки установлен жиклер 7, который дозирует количество масла, поступающего в канал, а в верхней головке — распылитель '3, через который масло разбрызгивается на днище поршня и охлаждает его.
Рис. 32. Шатун дизеля ЯАЗ-204: 1 - стержень; 2 - верхняя головка; 3 - распылитель для разбрызгивания масла; 4 - втулки; 5 - поршневой палец; 6 - канал для подачи масла; 7 - масляный жиклер; 8 - крышка нижней головки; 9 - шатунные болты; 10 - вкладыши
Нижняя головка шатуна дизеля Д-35 имеет разъем, под углом 45° к оси шатуна. Это облегчает разборку кривошипно-шатунного механизма при ремонте дизеля.
Коленчатый вал
Коленчатый вал воспринимает через шатуны усилия от поршней и передает их силовой передаче автомобиля (трактора). Кроме того, он приводит в движение различные механизмы и агрегаты двигателя.
У дизелей коленчатый вал устроен так же, как и у карбюраторных двигателей, но изготовлен более прочным.
Коленчатые валы четырехцилиндровых дизелей в большинстве случаев пятиопорные, а шестицилиндровых — семиопорные и имеют сильно развитые шатунные и коренные шейки. Это обеспечивает прочность конструкции даже при тех больших нагрузках, которые имеют место в дизеле.
Коленчатый вал дизелей штампуется из специальных или углеродистых сталей.
В коренных и шатунных подшипниках дизелей, как и в современных карбюраторных двигателях, устанавливаются тонкостенные взаимозаменяемые вкладыши. Большая точность, с которой обрабатываются вкладыши и постели для них, дает возможность устанавливать вкладыши без последующей механической обработки и без регулировочных прокладок.
Вкладыши изготовляются из низкоуглеродистой стали и заливаются свинцовистой бронзой. Толщина вкладыша 3 мм, толщина слоя свинцовистой бронзы 0,5—0,7 мм. Свинцовистая бронза обеспечивает удовлетворительную работу подшипника при больших давлениях на шейках и при большом числе оборотов коленчатого вала.