Что изображено на рисунке дизельный двигатель

14

Устройство дизельного двигателя – основные детали

Такие движки обладают как рядом преимуществ, так и рядом недостатков. К первым можно отнести: принцип его работы идеально подходит для тяжелых грузовиков; он более экономичен по сравнению с бензиновым силовым агрегатом. Недостатки: сам процесс сгорания топлива равносилен взрыву, что уже само по себе не может быть достоинством; топливная аппаратура имеет достаточно сложную конструкцию, поэтому, если она выйдет из строя, вам хорошенько придется повозиться; развиваемая скорость будет меньше, чем при работе на бензиновых моторах.

Устройство дизельного двигателя представлено следующим образом. Начинается все с впускного клапана, посредством которого воздух может попасть в рабочие цилиндры. Поршень создает необходимое давление, чтобы попадаемый воздух нагрелся до требуемой температуры, а коленчатый вал воспринимает усилие, поступающее от поршня, и преобразует его в крутящий момент. Вот вкратце так и выглядит работа дизельного двигателя.

Области для воспламенения топлива бывают двух типов, в зависимости от вида самого дизельного агрегата. Неразделенная камера сгорания находится в поршне, топливо же в этом случае впрыскивается в надпоршневое пространство. В этом случае вы можете рассчитывать на экономичность, так как расход горючей смеси будет минимальным, однако отрицательным моментом послужит повышенный шум, особенно во время холостого хода.

В разделенных камерах сгорания подача топлива осуществляется в отдельную камеру, которая посредством специального канала связана с цилиндром. Обеспечивается отличное перемешивание топлива с воздухом, только после этого оно уже подается в рабочее пространство, что способствует более качественному сгоранию смеси. Это повышает чистоту выбросов, долговечность мотора и мощность авто.

Схема работы дизельного двигателя бывает двухтактной и четырехтактной. В первом случае работа происходит следующим образом: во время рабочего хода поршень передвигается вниз, при этом открываются выпускные отверстия в цилиндре и из него выходят выхлопные газы. В это же время (иногда чуть позже) открывают ход впускные окна, осуществляется продувка воздухом. Далее поршень начинает движение вверх, все окна закрываются, и происходит процесс сжатия воздуха. Перед тем, как поршень достиг ВМТ (высшая мертвая точка), топливо распыляется из форсунки, происходит взрыв, и весь процесс повторяется заново.

Важно знать, как работает дизельный двигатель и по четырехтактной схеме. В первый такт делается впуск воздуха, в это же время открыт и выхлопной клапан. Второй такт соответствует сжатию воздуха, чтобы он достиг необходимой температуры. На третьем такте впрыскивается горючая смесь в камеру сгорании, и в результате взаимодействия с разогретым воздухом происходит взрыв. Во время четвертого такта осуществляется вывод выхлопных газов из тела цилиндра.

Четырехтактный мотор при прочих равных параметрах имеет меньшую мощность, чем двухтактный, но обладает большим КПД и более эффективной степенью сжигания топлива.

Устройство современного дизельного двигателя оснащено компьютерным управлением подачи топлива. Эта система позволяет осуществлять впрыскивание горючей смеси в цилиндры дозированными порциями. Данный момент является весьма важным для дизельных силовых агрегатов, так как при такой подаче давление, возникающее в камере сгорания, нарастает плавно без возникновения разного рода «рывков», а это как нельзя лучше способствует мягкой и бесшумной работе силового агрегата.

Кроме того, благодаря регулируемому впрыску расход топлива сокращается почти на 20 %, при этом возрастает крутящий момент коленчатого вала. Очень важно каждому автолюбителю знать, как устроен дизельный двигатель, а также тенденции его развития. Например, такой популярный в последних моделях дизелей турбонаддув также эффективно повышает качество езды, мощность мотора увеличивается без насилования коленвала, его обороты остаются прежними.

3 Описание конструкции дизеля

Блок — картер двигателя – цельный, отлит из чугуна со сферическим графитом. Представляет собой жесткую коробку из вертикальных и горизонтальных балок. В горизонтальных балках имеются расточки для установки цилиндровых втулок. В нижней части вертикальных поперечных балок, расположенных между втулками цилиндров, выполнены постели для тонкостенных вкладышей коренных подшипников коленчатого вала. Крышки коренных подшипников закреплены в направляющих блок-картера вертикальными и горизонтальными гидравлически затянутыми шпильками, что обеспечивает жесткую конструкцию подшипников. Распределительный вал вращается в подшипниках, размещенных непосредственно в блок-картере двигателя. Также в блок-картере имеются каналы для масла и охлаждающей воды.

Рисунок 2 – Блок-картер

2 – туннель для установки распределительного вала;

3 – втулка цилиндра;

4 – канал для охлаждающей воды;

5 – полость охлаждения втулки цилиндра;

6 – коренной подшипник;

7 – крышка коренного подшипника;

8 – вертикальная шпилька крепления крышки подшипника;

9 – горизонтальная шпилька крепления крышки подшипника;

10 – лапа крепления дизеля к судовому фундаменту;

Втулка цилиндра изготовлена центробежным литьем из износостойкого чугуна. Точный контроль температуры достигается направлением воды по сверлениям во втулке цилиндра.

Чтобы избежать заполировывание маслоудерживающего рельефа на зеркале втулки, в верхней части втулки вставлено антиполировочное кольцо. Средняя часть втулки цилиндра омывается водой. В нижней части рубашки охлаждения установлены резиновые уплотнительные кольца.

Рисунок 3 – втулка цилиндра:

1 – нижний центрирующий поясок;

2, 6 – канавка для резиновых уплотнительных колец;

3 — опорный фланец;

4 – антиполировочное кольцо;

5 – отверстия водяного охлаждения;

7 – часть втулки, охлаждаемая водой;

Крышка цилиндра отлита из чугуна. Крепится к блок-картеру четырьмя шпильками, затягиваемыми гидравлически. В крышке расположены 2 впускных и 2 выпускных клапана. Все клапаны оборудованы механизмами вращения. Седла выпускных клапанов охлаждаются водой.

Рисунок 4 – крышка цилиндра:

1 – крышка цилиндра;

2 – механизм вращения клапана;

3 – траверса впускных клапанов;

4 – коромысло впускных клапанов;

5 – винт регулировки теплового зазора в клапанах;

6 – коромысло выпускных клапанов;

7 – ось коромысел;

8 – стойка коромысел;

9 – траверса выпускных клапанов;

10 – отверстие для крышечной шпильки;

3.3 Кривошипно-шатунный механизм

Состоит из поршней, шатунов и коленчатого вала с подшипниками.

Коленчатый вал (рис.5) двигателя стальной цельнокованый. Для снижения нагрузок на подшипники от центробежных сил инерции на каждой щеке поставлены противовесы.

Рисунок 5 – Вал коленчатый:

1 – противовесы на щеках вала;

2, 5 – шатунная шейка вала;

3, 6 – коренные шейки вала;

4 – отверстие для (входа) выхода масла в зазор подшипника (смазочное отверстие)

Поршень (рис.6) составной конструкции со стальной головкой и юбкой из высокопрочного чугуна, скрепленных центральной шпилькой (или двумя). В головке проточены три канавки для установки поршневых колец. Для повышения износостойкости поверхности канавок закалены. Во внутреннюю полость между головкой и юбкой по сверлениям от бобышек поступает масло. Взбалтываясь, масло охлаждает поршень, и сливается через отверстие в картер дизеля.

Рисунок 6 – поршень:

1 – донышко поршня, образующее подвижную часть камеры сгорания;

2 – головка поршня;

3 – два компрессионных кольца;

4 – одно маслосъемное кольцо;

5 – смазочная канавка;

3.4 Механизм газораспределения

Двигатель имеет традиционный механизм газораспределения (рис.7) с боковым расположением распределительного вала.

Рисунок 7 – Схема механизма привода клапанов:

2 – ролик толкателя;

4 – корпус топливного насоса высокого давления;

5 – крышка толкателя;

6 – кожух штанги;

8 – ось коромысел;

10 – болт крепления стойки коромысел к крышке цилиндра;

11 – винт регулировки теплового зазора;

13 – стойка коромысел.

В крышке цилиндра расположены 4 клапана: два впускных и два выпускных (рис.8).

Рисунок 8 – Расположение клапанов на крышке цилиндра:

1 – стойка коромысел;

2 – ось коромысел;

3 – коромысло впускных клапанов;

4 – коромысло выпускных клапанов;

5 — винты регулировки теплового зазора;

6 — траверса выпускных клапанов;

7 — тарелка пружины клапана, закрепленная на штоке клапана сухарями (под ней расположен механизм вращения клапана);

8 — клапанные пружины;

9 — стойка (направляющая) траверсы;

10 — траверса впускных клапанов.

Диаметры впускных клапанов больше, чем выпускных. Клапаны вставлены в чугунные направляющие втулки. Штоки клапанов уплотнены кольцами, установленными в верхней части направляющих втулок. Седла всех клапанов вставные. Седла выпускных клапанов охлаждаются водой. Каждый клапан снабжен механизмом вращения, расположенным под тарелкой пружины клапана (рис.9). Рабочая фаска выпускных клапанов наплавлена стеллитом или нимоником.

Каждая пара клапанов открывается траверсой, на которую воздействует коромысло. На траверсе и на коромысле есть винты для регулировки теплового зазора и равного открытия клапанов. Коромысло поворачивается штангой, нижняя часть которой упирается в роликовый толкатель, расположенный в корпусе топливного насоса высокого давления.

Толкатель перемещается кулачком распределительного вала.

Рисунок 9 – механизм вращения клапанов:

1 – винт регулировки траверсы;

3 – стойка траверсы;

4 – механизм вращения клапанов;

Примечание: На рисунке 9 показаны клапаны не дизеля L46, а другого дизеля той же фирмы.

3.5 Система топливная

Рисунок 10 — Схема топливоподготовки:

1 — отстойная цистерна тяжелого или дизельного топлива;

2 — расходная цистерна тяжелого или дизельного топлива;

3 — быстрозапорный клапан;

4 — модуль сепарации топлива;

5 — сеточный фильтр;

6 — питательный насос;

7 — подогреватель топлива;

8 — сепаратор тяжелого или дизельного топлива;

9 — цистерна отходов сепарации;

10 — танк переливного топлива;

11 — танк основного запаса топлива;

12 — приемный фильтр;

13 — топливный насос

Топливо из танков основного запаса подается в отстойную цистерну для предварительного отделения воды и грязи. После отделения топливо перекачивается в расходный танк, из которого поступает в двигатель.

Отстойные цистерны рекомендуется устанавливать отдельно для тяжелого и дизельного топлива. Емкость цистерны должна обеспечивать продолжительность отстаивания в течение 24 ч при максимальном расходе топлива двигателями. В отстойных цистернах нужно предусматривать внутренние наклонные перегородки для сокращения времени осаждения воды и загрязнений (тонкослойная отстойная цистерна) и их удаления. Температура тяжелого топлива в отстойной цистерне должна быть в пределах от 50 до 70 °С, что возможно при установке в цистерне греющих змеевиков и теплоизоляции стенок цистерны. Температура отстаиваемого дизельного топлива должна быть в пределах от 20 до 40 °С. В этом случае подогрев топлива и теплоизоляция стенок не нужны.

3.5.1 Внутренняя топливная система дизеля L46

Wärtsilä 46 Двигатель предназначен для постоянной работы на тяжелом топливе (HFO).

По запросу двигатель может быть построен для работы исключительно на морском дизельном топливе (MDF). Однако, двигатель работающий на HFO, может работать и на MDF. Время постоянной работы на HFO рекомендуется сделать насколько длительным, насколько это возможно.

Если работа двигателя изменяется от HFO на постоянную работу на MDF, то рекомендуется изменить выхлопные клапаны с Nimonic на Stellite.

Двигатели, работающие на MDF, оборудованные навешенным топливоподкачивающим насосом, имеют клапан регулирования давления в топливном трубопроводе на выходе из двигателя. Этот клапан поддерживает нужное давление перед насосами высокого давления.

Рисунок 11 – Внутренняя топливная система дизеля L46:

03 – клапан регулировки давления;

04 – бак чистого утечного топлива;

05 – бак грязного утечного топлива;

07 – вал распределительный;

08 – защита от превышения скорости;

Датчики и индикаторы:

PT101 – давление топлива на входе в ТНВД;

TE101 – температура топлива на входе в ТНВД;

LS103 – уровень чистого утечного топлива;

LS108 – уровень утечного грязного топлива;

GT165 — положение рейки тнвд;

ST173 — датчик скорости двигателя;

ST173 – резервный датчик скорости двигателя;

M755 – электромотор для проворачивания коленчатого вала;

GS792 — датчик проворачивания вала;

SE167 и SE168 – удаленные датчики скорости двигателя;

Утечки топливной системы

Чистое утечное топливо из нагнетательных клапанов и топливных насосов собирается на двигателе и сливается самотеком через отверстие чистого утечного топлива. Чистое утечное топливо может быть использовано без очистки. Другие возможные утечки топлива и пролитой воды и масла отдельно сливаются из теплого короба через отверстие грязного утечного топлива и приводятся в отстойную цистерну.

3.5.2 Внешняя система топлива

Дизайн внешнего топливной системы может изменяться с корабля на корабль, но каждая система должна обеспечить очистку топлива и правильную вязкость и давление на каждом двигателе.

Контроль температуры, необходимы для поддержания стабильной и правильной вязкости топлива до топливных насосов. Достаточная циркуляция через каждый двигатель подключенный к той же сети должна быть обеспечена в любых условиях эксплуатации.

Рисунок 11 — Схема внешней топливной системы для работы только на дизельном топливе (MDF):

1F04 — автоматический фильтр;

1F05 — фильтр тонкой очистки;

1N08 — насос подачи топлива;

1T04 – цистерна утечного топлива (чистое топливо);

1T06 – расходная цистерна;

1T07 – цистерна утечного топлива (грязное топливо);

1T13 — бак возврата топлива;

1V01 — клапан переключения;

1V10 — клапана быстрого закрытия (расходной цистерны);

101 – вход топлива;

102 – выход топлива;

103 – отвод утечек топлива (чистое топливо);

104 – отвод утечек топлива (грязное топливо).

Схема системы тяжелого топлива показана на рис.12. В ней предусмотрены две расходных цистерны для дизельного (MDF) и тяжелого (HFO) топлив. Дизельное топливо из расходной цистерны проходит через два фильтра и насосом подается во внутреннюю топливную систему дизеля. Возврат топлива из дизеля может направляться непосредственно в расходную цистерну или проходить через охладитель топлива в деаэрационный танк модуля топливоподготовки.

Горячее тяжелое топливо из расходной цистерны подается в модуль топливоподготовки, в котором оно поступает либо в топливные насосы, либо в охладитель. Далее топливо попадает в автоматический фильтр, который служит для защиты двигателя от частиц до 10–15 микрон (не заменяя сепаратор), и расходомер. После расходомера топливо входит в деаэрационный танк, являющийся частью циркуляционного контура. Из деаэрационного танка топливо насосами подается в нагреватели (греющая среда — пар), визкозиметр, фильтр и двигатель. При этом часть топлива, минуя двигатель, идет к перепускному клапану (поддерживает постоянное давление на входе в двигатель), после которого объединяется с потоком топлива, выходящего из двигателя, охлаждается в охладителе и возвращается в деаэрационный танк.

Утечки чистого топлива от двигателя, автоматического фильтра, деаэрационного танка и паровых подогревателей топлива по трубам с паровыми спутниками стекает в теплоизолированную цистерну чистого утечного топлива. Грязное утечное топливо собирается аналогичным образом в другую теплоизолированную цистерну.

Рисунок 12 — Схема системы тяжелого топлива:

1  расходная цистерна дизельного топлива;

2 — расходная цистерна тяжелого топлива;

3 — клапан регулировки давления дизельного топлива;

4 — 3-х ходовой клапан;

5 — фильтр дизельного топлива;

6 — циркуляционный насос дизельного топлива;

7 — фильтр дизельного топлива;

8 — 3-х ходовой клапан;

9 — клапаны отключения одного из двигателей (ставятся в многомашинной установке по требованию SOLAS);

11 — охладитель на линии возврата дизельного топлива (необходим при повторяющейся или непрерывной работе на MDF);

12 — клапан регулировки давления;

13 — перепускной клапан;

14 — цистерна грязного утечного топлива;

15 — цистерна чистого утечного топлива;

16 — модуль топливоподготовки;

18 — топливные насосы;

20 — клапан регулировки давления;

21 — автоматический фильтр;

23 — воздуховыпускной клапан;

24 — деаэрационный танк;

25 — циркуляционные насосы;

101 — вход топлива в двигатель;

102 — выход топлива из двигателя;

103 — утечки чистого топлива;

104 — утечки грязного топлива;

В установках с несколькими двигателями, включенными в единый циркуляционный топливный контур, по требованию SOLAS должно быть предусмотрено отключение из контура любого двигателя без нарушения режима работы остальных двигателей.

Узлы и детали дизельного двигателя. Компоненты системы Часть 1

Механические узлы и детали дизельного Сначала описываются следующие двигателя делятся на три большие части.

• Картер двигателя
• Кривошипно-шатунный механизм
• Газо-распределительный механизм
  Эти три части находятся в постоянном взаимодействии. взаимосвязи, которые оказывают существенное влияние на свойства двигателя:
• интервал между воспламенениями;
• порядок работы цилиндров;
• уравновешивание масс.

Интервал между воспламенениями
Механические элементы двигателя в основном делятся на три группы: картер двигателя, кривошипно-шатунный механизм и привод клапанов. Эти три группы находятся в тесной взаимосвязи и должны быть взаимосогласованы. Интервал между воспламенениями -это угол поворота коленчатого вала между двумя следующими друг за другом воспламенениями.
В течение одного рабочего цикла в каждом цилиндре один раз происходит воспламенение топливо-воздушной смеси. Рабочий цикл (всасывание, сжатие, рабочий ход, выпуск) у четырехтактного двигателя занимает два полных оборота коленчатого вала, т. е. угол поворота составляет 720°.
Одинаковый интервал между воспламенениями обеспечивает при всех частотах вращения равномерную работу двигателя. Этот интервал между воспламенениями получается следующим образом:
интервал между воспламенениями = 720°: количество цилиндров

• четырехцилиндровый двигатель: 180° коленчатого вала (KB)
• шестицилиндровый двигатель: 120° KB
• восьмицилиндровый двигатель: 90° КВ.

Чем больше количество цилиндров, тем меньше интервал между воспламенениями. Чем меньше интервал между воспламенениями, тем равномернее работает двигатель.
По крайней мере, теоретически, т. к. к этому еще добавляется уравновешивание масс, которое зависит от конструкции двигателя и порядка работы цилиндров. Для того чтобы в цилиндре могло произойти воспламенение, соответствующий поршень должен находиться в „ВМТ конца такта сжатия», т. е. должны быть закрыты соответствующие впускной и выпускной клапаны. Это может иметь место, только когда коленчатый вал и распределительный вал правильно расположены относительно друг друга. Интервал между воспламенениями определяется взаимным расположением шатунных шеек (угловым расстоянием между коленами) коленчатого вала, т. е. углом между шейками следующих друг за другом цилиндров (порядок работы цилиндров). В V-образных двигателях угол развала должен быть равен интервалу между воспламенениями для достижения равномерной работы.
Поэтому восьмицилиндровые двигатели BMW имеют угол между рядами цилиндров 90°.

Порядок работы цилиндров
Порядок работы цилиндров — это последовательность, в которой происходит воспламенение в цилиндрах двигателя.
Порядок работы цилиндров непосредственно отвечает за плавную работу двигателя. Он определяется в зависимости от конструкции двигателя, количества цилиндров и интервала между воспламенениями.
Порядок работы цилиндров всегда указывается, начиная с первого цилиндра.

Рис.1 — Кривая момента инерции
1- Направление по вертикали
2- Направление по горизонтали
3- Рядный шестицилиндровый двигатель BMW
4- V-образный шестицилиндровый двигатель 60°
5- V-образный шестицилиндровый двигатель 90°

Уравновешивание масс
Как описано ранее, плавность работы двигателя зависит от конструкции двигателя, количества цилиндров, порядка работы цилиндров и интервала между воспламенениями.
Их влияние можно показать на примере шести цилиндрового двигателя, который BMW изготавливает в виде рядного двигателя, хотя он занимает больше места и более трудоемок в изготовлении. Разницу можно понять, если сравнить уравновешивание масс рядного и V-образного шестицилиндровых двигателей.
На следующем рисунке показаны кривые момента инерции рядного шестицилин-дрового двигателя BMW, V-образного шестицилиндрового двигателя с углом между рядами 60° и V-образного шестицилиндрового двигателя с углом 90°.
Разница очевидна. В случае рядного шестицилиндрового двигателя движения масс уравновешиваются настолько, что весь двигатель практически неподвижен. V-образные шестицилиндровые двигатели, напротив, имеют явную тенденцию к движению, что проявляется в неравномерной работе.

Рис 2 — Картер двигателя М57
1- Крышка головки блока цилиндров
2- Головка блока цилиндров
3- Блок-картер
4- Масляный поддон

Корпусные детали
Корпусные детали двигателя берут на себя изоляцию от окружающей среды и воспринимают различные силы, которые возникают в процессе работы двигателя.

Корпусные детали двигателя состоят из показанных на следующем рисунке основных деталей. Для выполнения картером своих задач необходимы также уплотнительные прокладки и болты.

• восприятие возникающих при работе двигателя сил;
• герметизация камер сгорания, масляного поддона и охлаждающей рубашки;
• размещение кривошипно-шатунного механизма и привода клапанов, а также других узлов.

Рис.3 — Кривошипно-шатунныи механизм двигателя М57
1- Коленчатый вал
2- Поршни
3- Шатуны

Кривошипно-шатунныи механизм
Кривошипно-шатунныи механизм отвечает за преобразование возникающего при сгорании топливо-воздушной смеси давления в полезное движение. При этом поршень получает прямолинейное ускорение. Шатун передает это движение на коленчатый вал, который превращает его во вращательное движение.

Кривошипно-шатунный механизм является функциональной группой, которая преобразует давление в камере сгорания в кинетическую энергию. При этом возвратно-поступательное движение поршня переходит во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипно-шатунныи механизм является оптимальным решением в части выхода работы, коэффициента полезного действия и технической реализуемости.

Конечно, имеются следующие технические ограничения и конструктивные требования:

• ограничение частоты вращения вследствие сил инерции;
• непостоянство сил в течение рабочего цикла;
• возникновение крутильных колебаний, которые создают нагрузки на трансмиссию и на коленчатый вал;
• взаимодействие различных поверхностей трения.

На следующем рисунке показаны детали кривошипно-шатунного механизма:

Привод клапанов
Привод клапанов управляет сменой заряда. В современных дизельных двигателях BMW находит применение исключительно привод клапанов done с четырьмя клапанами на цилиндр. Передача движения на клапан осуществляется через рычаг толкателя.

В двигатель должен периодически подаваться наружный воздух, в то время как отработавший газ, который он производит, должен отводиться. В случае четырехтактного двигателя всасывание наружного воздуха и выпуск отработавшего газа называют сменой заряда или газообменом. В процессе смены заряда впускные и выпускные каналы периодически открываются и закрываются с помощью впускных и выпускных клапанов.
В качестве впускных и выпускных клапанов используются подъемные клапаны. Продолжительность и последовательность движений клапанов обеспечиваются распределительным валом.

Рис.4 — Головка блока цилиндров двигателя М47
1- Распредвал выпускных клапанов
2- Гидравлическая система компенсации клапанного зазора
3- Направляющая втулка клапана
4- Выпускной клапан
5- Впускной клапан
6- Пружина клапана
7- Распредвал впускных клапанов
8- Роликовый рычаг толкателя

Конструкция
Привод клапанов состоит из следующих деталей:

• распределительные валы;
• передаточные элементы (роликовые рычаги толкателей);
• клапаны (целая группа);
• гидравлическая система компенсации клапанного зазора (HVA) при наличии;
• направляющие втулки клапанов с пружинами клапанов.

На следующем рисунке показана конструкция головки блока цилиндров с четырьмя клапанами (двигатель М47) с роликовыми рычагами толкателей и гидравлической системой компенсации клапанного зазора.

Конструкции
Привод клапанов может иметь различные исполнения. Их различают по следующим признакам:

• количество и расположение клапанов;
• количество и расположение распределительных валов;
• способ передачи движения на клапаны;
• способ регулировки зазоров в клапанах.

От первых двух пунктов зависит обозначение привода клапанов. Они приведены далее

Рис.5 — Компоненты привода клапанов двигателя М57
1- Впускной клапан
2- Пружина клапана со встроенной тарелкой (впускной клапан)
3- Элемент гидравлической системы компенсации клапанного зазора
4- Распредвал впускных клапанов
5- Выпускной клапан
6- Пружина клапана с встроенной тарелкой (выпускной клапан)
7- Роликовый рычаг толкателя
8- Распредвал выпускных клапанов

Дизельные двигатели BMW сегодня имеют исключительно по четыре клапана на цилиндр и по два расположенных сверху распределительных вала для каждого ряда цилиндров (dohc). Двигатели BMW M21 / М41 / М51 имели только по два клапана на цилиндр и по одному распределительному валу для каждого ряда цилиндров (ohc).
Передача движения кулачков распределительного вала на клапаны в дизельных двигателях BMW осуществляется роликовыми рычагами толкателей. При этом нужный зазор между кулачком распределительного вала и так называемым повторителем кулачка (например, роликовым рычагом толкателя) обеспечивается благодаря механической или гидравлической системе компенсации клапанного зазора (HVA).
На следующем рисунке показаны детали привода клапанов двигателя М57.

Блок-картер

Блок-картер, называемый также блоком цилиндров, включает цилиндры, рубашку охлаждения и картер приводного механизма. Требования и задачи, которые предъявляются к блок-картеру, высоки вследствие сложности сегодняшних двигателей „Hightech». Однако, совершенствование блок-картера происходит в том же темпе, тем более, что многие новые или усовершенствованные системы взаимодействуют с блок-картером.

Ниже приводятся основные задачи.

• Восприятие сил и моментов
• Размещение кривошипно-шатунного механизма
• Размещение и соединение цилиндров
• Размещение опор коленчатого вала
• Размещение каналов охлаждающей жидкости и системы смазки
• Интеграция системы вентиляции
• Крепление различного вспомогательного и навесного оборудования
• Герметизация полости картера

Исходя из этих задач возникают различные и перекрывающие друг друга требования к прочности на растяжение и сжатие, изгиб и скручивание. В частности:

• силы воздействия газов, которые воспринимаются резьбовыми соединениями головки блока цилиндров и опорами коленчатого вала;
• внутренние силы инерции (изгибающие силы), являющиеся результатом сил инерции при вращении и колебаниях;
• внутренние силы кручения (скручивающие силы) между отдельными цилиндрами;
• крутящий момент коленчатого вала и, как результат, силы реакции опор двигателя;
• свободные силы и моменты инерции, как результат сил инерции при колебаниях, которые воспринимаются опорами двигателя.

Конструкция
Основная форма блок-картера не слишком сильно изменилась с начала моторо-сторения. Изменения в конструкции коснулись частностей, например, из какого количества деталей изготавливается блок-картер или как выполняются отдельные его части. Конструкции можно классифицировать в зависимости от исполнения:

• верхней плиты;
• области постели коренного подшипника;
• цилиндров.

Рис 1 — Конструкции верхней плиты
А Закрытое исполнения
В Открытое исполнения

Верхняя плита
Верхняя плита может быть выполнена в двух различных конструктивных исполнениях: закрытое и открытое. Конструктивное исполнение влияет как на процесс литья, так и на жесткость блок-картера.
При закрытом исполнении верхняя плита блок-картера полностью закрыта вокруг цилиндра.
Имеются отверстия и каналы для подачи масла под давлением, стока масла, охлаждающей жидкости, вентиляции картера и резьбовых соединений головки блока цилиндров.
Отверстия для охлаждающей жидкости соединяют водяную рубашку, которая окружает цилиндр, с водяной рубашкой в головке блока цилиндров.
Такая конструкция имеет недостатки в части охлаждения цилиндров в зоне ВМТ. Преимуществом закрытого исполнения по сравнению с открытым является более высокая жесткость верхней плиты и, тем самым, меньшая деформация плиты, меньшее смещение цилиндров и лучшая акустика.
При открытом исполнении водяная рубашка, окружающая цилиндр, открыта в верхней части. Это улучшает охлаждение цилиндров в верхней части. Меньшая жесткость в настоящее время компенсируется применением металлической прокладки головки блока.

Рис.2 — Закрытое исполнение верхней плиты двигателя M57TU2 Блок-картеры дизельных двигателей BMW изготавливаются из серого чугуна. Начиная с двигателей M57TU2 и U67TU картер изготавливается из высокопрочого алюминиевого сплава.

В дизельных двигателях BMW используется закрытое исполнение плиты. Область постели коренного подшипника
Исполнение области постели коренного подшипника имеет особое значение, т. к. в этом месте воспринимаются силы, действующие на подшипник коленчатого вала.
Исполнения отличаются плоскостью разъема блок-картера и масляного поддона и конструкцией крышек коренных подшипников.
Исполнения плоскости разъема:

• фланец масляного поддона по центру коленчатого вала;
• фланец масляного поддона ниже центра коленчатого вала.
  Конструкции крышек коренных подшипников:
• отдельные крышки коренных подшипников;
• интеграция в одну рамную конструкцию.

Рис.3 — Постель коренного подшипника в блок-картере
1 Блок-картер (верхняя часть)
2 Постель коренного подшипника
3 Отверстие
4 Отверстие для коленчатого вала
5 Крышка коренного подшипника

Постель коренного подшипника
Постель подшипника — это верхняя часть опоры коленчатого вала в блок-картере. Постели подшипников всегда интегрированы в отливку блок-картера.
Число постелей подшипников зависит от конструкции двигателя, в первую очередь, от количества цилиндров и их расположения. Сегодня из соображений уменьшения колебаний используется максимальное число коренных подшипников коленчатого вала. Максимальное число означает, что рядом с каждым коленом коленчатого вала находится коренной подшипник.
При работающем двигателе газ в полости картера постоянно находится в движении. Движения поршней действуют на газ, как насосы. Для уменьшения потерь на эту работу многие двигатели сегодня имеют отверстия в постелях подшипников. Это облегчает выравнивание давления во всем блок-картере.

Рис 4 — Конструкции блок-картеров
А Блок-картер с плоскостью разъема по центру коленчатого вала
В Блок-картер с опущенными стенками
С Блок-картер с верхней и нижней частями
1 Верхняя часть блок-картера
2 Отверстие для коленчатого вала
3 Крышка коренного подшипника
4 Нижняя часть блок-картера (конструкция с bedplate)
5 Масляный поддон

Плоскость разъема картера

Плоскость разъема блок-картера и масляного поддона образует фланец масляного поддона. Различают два конструктивных исполнения. В первом случае плоскость разъема лежит по центру коленчатого вала. Т. к. это конструктивное исполнение экономично при изготовлении, но обладает значительными недостатками по части жесткости и акустики, оно не используется в дизельных двигателях BMW.
При втором конструктивном исполнении (В) фланец масляного поддона располагается ниже центра коленчатого вала. При этом различают блок-картер с опущенными стенками и блок-картер
с верхней и нижней частями, последняя называется конструкцией с bedplate (С). Дизельные двигатели BMW имеют блок-картер с опущенными стенками.

Рис 5 — Блок-картер двигателя М67
1 Верхняя часть блок-картера
2 Отверстие для коленчатого вала
3 Крышка коренного подшипника
4 Перемычка
5 Постель коренного подшипника

В двигателе М67 также используется конструкция с опущенными стенками. Это обеспечивает высокую динамическую жесткость и хорошую акустику. Перемычка из стали уменьшает нагрузку на болты крепления крышки подшипника и дополнительно усиливает область постели коренного подшипника.

Рис.6 — Концепция поддерживающей балки

Концепция поддерживающей балки
Для достижения высокой динамической жесткости блок-картеры дизельных двигателей BMW сконструированы по принципу поддерживающей балки. При такой конструкции в стенках блок-картера отливаются горизонтальные и вертикальные элементы коробчатого сечения. Кроме того, блок-картер имеет опущенные стенки, которые доходят до 60 мм ниже центра коленчатого вала и заканчиваются плоскостью для установки масляного поддона.

Крышка коренного подшипника
Крышки коренных подшипников являются нижней частью опор коленгчатого вала. При изготовлении блок-картера постели и крышки коренных подшипников обрабатываются вместе. Поэтому необходимо их фиксированное положение относительно друг друга. Обычно это осуществляется с помощью центрирующих втулок или сделанных по бокам в постелях поверхностей. Если блок-картер и крышки коренных подшипников сделаны из одного материала, крышки могут быть изготовлены по методу разлома.
При отделении крышки коренного подшипника методом разлома образуется точная поверхность разлома. Такая структура поверхности точно центрирует крышку коренного подшипника при установке на постель. Дополнительная обработка поверхности не требуется.

Рис.7 — Крышка подшипника двигателя М67, изготовленная по методу разлома
1 Крышка коренного подшипника
2 Постель коренного подшипника

Другой возможностью точного позиционирования является выштамповка поверхностей постели и крышки коренного подшипника.
Такая фиксация обеспечивает абсолютно гладкий переход между постелью и крышкой в отверстии для коренного подшипника после повторной сборки.

Рис.8 — Выштамповка поверхности крышки коренного подшипника двигателя M67TU
1 Крышка коренного подшипника
2 Выштамповка поверхности крышки коренного подшипника
3 Ответная форма поверхности постели коренного подшипника
4 Постель коренного подшипника

При выштамповке поверхности крышка коренного подшипника получает определенный профиль. При первой затяжке болтов крепления крышки коренного подшипника этот профиль отпечатывается на поверхности постели и обеспечивает отсутствие перемещений в поперечном и продольном направлениях.
Крышки коренных подшипников почти всегда изготавливаются из серого чугуна. Общая обработка с алюминиевым блок-картером, хотя и предъявляет особые требования, является сегодня обычной для крупносерийного производства. Комбинация алюминиевого блок-картера с крышками коренных подшипников из серого чугуна дает определенные преимущества. Низкий коэффициент теплового расширения серого чугуна ограничивает рабочие зазоры коленчатого вала. Наряду с высокой жесткостью серого чугуна это приводит к снижению шума в области постели коренного подшипника.

Цилиндр

Цилиндр и поршень образуют камеру сгорания. Поршень вставляется в гильзу цилиндра. Гладко обработанная поверхность гильзы цилиндра вместе с поршневыми кольцами обеспечивает эффективное уплотнение. Кроме того, цилиндр отдает тепло блок-картеру или прямо охлаждающей жидкости. Конструкции цилиндров различаются по используемому материалу:

• монометаллическая конструкция (гильза цилиндра и блок-картер изготовлены из одного материала);
• технология вставки (гильза цилиндра и блок-картер изготовлены из различных материалов, соединенных физически);
• технология соединения (гильза цилиндра и блок-картер изготовлены из различных материалов, соединенных металлически).

Всегда следует обращать внимание на совместимость материалов зеркала цилиндра и поршня.

Монометаллическая конструкция
При монометаллической конструкции цилиндр изготавливается из того же материала, что и блок-картер. Прежде всего, по принципу монометаллической конструкции изготавливаются блок-картер из серого чугуна и AISi-блок-картер. Необходимое качество поверхности достигается путем многократной обработки. Дизельные двигатели BMW имеют блок-картеры монометаллической конструкции только из серого чугуна, т. к. максимальное давление при воспламенении достигает 180 бар.

Технология вставки
Не всегда материал блок-картера удовлетворяет требованиям, предъявляемым к цилиндру. Поэтому часто цилиндр изготавливается из другого материала, обычно в комбинации с алюминиевым блок-картером. Гильзы цилиндров различают:

1. по способу соединения блок-картера с гильзой
• интегрированные в отливку
• запрессованные
• обжатые
• вставные.
  2. по принципу работы в блок-картере
• мокрые и
• сухие
  3. по материалу
• из серого чугуна или
• алюминия

Мокрые гильзы цилиндров имеют непосредственный контакт с водяной рубашкой, т. е. гильзы цилиндров и литой блок-картер образуют водяную рубашку. Водяная рубашка при сухих гильзах цилиндров находится полностью в литом блок-картере — аналогично монометаллической конструкции. Гильза цилиндра не имеет прямого контакта с водяной рубашкой.

Рис.9 — Сухая и мокрая гильзы цилиндров
А Цилиндр с сухой гильзой
В Цилиндр с мокрой гильзой
1 Блок-картер
2 Гильза цилиндра
3 Водяная рубашка

Мокрые гильзы цилиндров имеют преимущество в части передачи тепла, в то время, как преимущество сухих гильз в производстве и возможности обработки. Как правило, затраты на производство гильз цилиндров снижаются при большом количестве. Гильзы из серого чугуна для обоих двигателей M57TU2 и M67TU проходят термическую обработку.

Обработка зеркал цилиндров
Зеркало цилиндра является поверхностью скольжения и уплотнения для поршня и поршневых колец. Качество поверхности зеркала цилиндра является определяющим для образования и распределения масляной пленки между контактирующими деталями. Поэтому шероховатость зеркала цилиндра в большой степени отвечает за расход масла и износ двигателя. Окончательная обработка зеркала цилиндра осуществляется хонингованием. Хонингование — полировка поверхности с помощью комбинированных вращательных и возвратно-поступательных движений режущего инструмента. Таким образом получается чрезвычайно малое отклонение формы цилиндра и равномерная низкая шероховатость поверхности. Обработка должна быть щадящей по отношению к материалу, чтобы исключить сколы, неровности в местах переходов и образование заусенцев.

Рис.10 — Сравнение масс литых и алюминиевых блок-картеров
1 Мощность двигателя
2 Масса блока цилиндров

Материалы

Даже сейчас блок-картер является одной из самых тяжелых деталей всего автомобиля. И занимает самое критичное место для динамики движения: место над передней осью. Поэтому именно здесь делаются попытки полностью использовать потенциал для уменьшения массы. Серый чугун, который в течение десятилетий использовался в качестве материала для блок-картера, все больше и больше заменяется в дизельных двигателях BMW алюминиевыми сплавами. Это позволяет получить значительное снижение массы. В двигателе M57TU оно составляет 22 кг.
Но, преимущество в массе не единственное отличие, которое имеет место при обработке и применении другого материала. Изменяется также акустика, антикоррозионные свойства, требования к производству обработке и объемы сервисного обслуживания.

Материал

0,2 % пред. текуч. Н/мм 2

Предел прочности при растяжении Н/мм 2

Узлы и детали дизельного двигателя

Механические узлы и детали дизельного Сначала описываются следующие двигателя делятся на три большие части.

* Картер двигателя
* Кривошипно-шатунный механизм
* Газо-распределительный механизм

* Эти три части находятся в постоянном взаимодействии. взаимосвязи, которые оказывают существенное влияние на свойства двигателя: интервал между воспламенениями;
* порядок работы цилиндров;
* уравновешивание масс.

Интервал между воспламенениями

Механические элементы двигателя в основном делятся на три группы: картер двигателя, кривошипно-шатунный механизм и привод клапанов. Эти три группы находятся в тесной взаимосвязи и должны быть взаимосогласованы. Интервал между воспламенениями -это угол поворота коленчатого вала между двумя следующими друг за другом воспламенениями.
В течение одного рабочего цикла в каждом цилиндре один раз происходит воспламенение топливо-воздушной смеси. Рабочий цикл (всасывание, сжатие, рабочий ход, выпуск) у четырехтактного двигателя занимает два полных оборота коленчатого вала, т. е. угол поворота составляет 720°.
Одинаковый интервал между воспламенениями обеспечивает при всех частотах вращения равномерную работу двигателя. Этот интервал между воспламенениями получается следующим образом:
интервал между воспламенениями = 720°: количество цилиндров
Примеры:

* четырехцилиндровый двигатель: 180° коленчатого вала (KB)
* шестицилиндровый двигатель: 120° KB
* восьмицилиндровый двигатель: 90° КВ.

Чем больше количество цилиндров, тем меньше интервал между воспламенениями. Чем меньше интервал между воспламенениями, тем равномернее работает двигатель.
По крайней мере, теоретически, т. к. к этому еще добавляется уравновешивание масс, которое зависит от конструкции двигателя и порядка работы цилиндров. Для того чтобы в цилиндре могло произойти воспламенение, соответствующий поршень должен находиться в „ВМТ конца такта сжатия, т. е. должны быть закрыты соответствующие впускной и выпускной клапаны. Это может иметь место, только когда коленчатый вал и распределительный вал правильно расположены относительно друг друга. Интервал между воспламенениями определяется взаимным расположением шатунных шеек (угловым расстоянием между коленами) коленчатого вала, т. е. углом между шейками следующих друг за другом цилиндров (порядок работы цилиндров). В V-образных двигателях угол развала должен быть равен интервалу между воспламенениями для достижения равномерной работы.
Поэтому восьмицилиндровые двигатели BMW имеют угол между рядами цилиндров 90°.

Порядок работы цилиндров
Порядок работы цилиндров — это последовательность, в которой происходит воспламенение в цилиндрах двигателя.
Порядок работы цилиндров непосредственно отвечает за плавную работу двигателя. Он определяется в зависимости от конструкции двигателя, количества цилиндров и интервала между воспламенениями.
Порядок работы цилиндров всегда указывается, начиная с первого цилиндра.

Рис.1 — Кривая момента инерции
1- Направление по вертикали
2- Направление по горизонтали
3- Рядный шестицилиндровый двигатель BMW
4- V-образный шестицилиндровый двигатель 60°
5- V-образный шестицилиндровый двигатель 90°

Уравновешивание масс
Как описано ранее, плавность работы двигателя зависит от конструкции двигателя, количества цилиндров, порядка работы цилиндров и интервала между воспламенениями.
Их влияние можно показать на примере шести цилиндрового двигателя, который BMW изготавливает в виде рядного двигателя, хотя он занимает больше места и более трудоемок в изготовлении. Разницу можно понять, если сравнить уравновешивание масс рядного и V-образного шестицилиндровых двигателей.
На следующем рисунке показаны кривые момента инерции рядного шестицилин-дрового двигателя BMW, V-образного шестицилиндрового двигателя с углом между рядами 60° и V-образного шестицилиндрового двигателя с углом 90°.
Разница очевидна. В случае рядного шестицилиндрового двигателя движения масс уравновешиваются настолько, что весь двигатель практически неподвижен. V-образные шестицилиндровые двигатели, напротив, имеют явную тенденцию к движению, что проявляется в неравномерной работе.

Рис 2 — Картер двигателя М57
1- Крышка головки блока цилиндров
2- Головка блока цилиндров
3- Блок-картер
4- Масляный поддон

Корпусные детали
Корпусные детали двигателя берут на себя изоляцию от окружающей среды и воспринимают различные силы, которые возникают в процессе работы двигателя.

Корпусные детали двигателя состоят из показанных на следующем рисунке основных деталей. Для выполнения картером своих задач необходимы также уплотнительные прокладки и болты.
Основные задачи:

* восприятие возникающих при работе двигателя сил;
* герметизация камер сгорания, масляного поддона и охлаждающей рубашки;
* размещение кривошипно-шатунного механизма и привода клапанов, а также других узлов.

Кривошипно-шатунныи механизм
Кривошипно-шатунныи механизм отвечает за преобразование возникающего при сгорании топливо-воздушной смеси давления в полезное движение. При этом поршень получает прямолинейное ускорение. Шатун передает это движение на коленчатый вал, который превращает его во вращательное движение.

Кривошипно-шатунный механизм является функциональной группой, которая преобразует давление в камере сгорания в кинетическую энергию. При этом возвратно-поступательное движение поршня переходит во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипно-шатунныи механизм является оптимальным решением в части выхода работы, коэффициента полезного действия и технической реализуемости.
Конечно, имеются следующие технические ограничения и конструктивные требования:

* ограничение частоты вращения вследствие сил инерции;
* непостоянство сил в течение рабочего цикла;
* возникновение крутильных колебаний, которые создают нагрузки на трансмиссию и на коленчатый вал;
* взаимодействие различных поверхностей трения.

На следующем рисунке показаны детали кривошипно-шатунного механизма:

Рис.3 — Кривошипно-шатунныи механизм двигателя М57
1- Коленчатый вал
2- Поршни
3- Шатуны

Привод клапанов
Привод клапанов управляет сменой заряда. В современных дизельных двигателях BMW находит применение исключительно привод клапанов done с четырьмя клапанами на цилиндр. Передача движения на клапан осуществляется через рычаг толкателя.

В двигатель должен периодически подаваться наружный воздух, в то время как отработавший газ, который он производит, должен отводиться. В случае четырехтактного двигателя всасывание наружного воздуха и выпуск отработавшего газа называют сменой заряда или газообменом. В процессе смены заряда впускные и выпускные каналы периодически открываются и закрываются с помощью впускных и выпускных клапанов.
В качестве впускных и выпускных клапанов используются подъемные клапаны. Продолжительность и последовательность движений клапанов обеспечиваются распределительным валом.

Рис.4 — Головка блока цилиндров двигателя М47
1- Распредвал выпускных клапанов
2- Гидравлическая система компенсации клапанного зазора
3- Направляющая втулка клапана
4- Выпускной клапан
5- Впускной клапан
6- Пружина клапана
7- Распредвал впускных клапанов
8- Роликовый рычаг толкателя

Конструкция
Привод клапанов состоит из следующих деталей:

*
* распределительные валы;
* передаточные элементы (роликовые рычаги толкателей);
* клапаны (целая группа);
* гидравлическая система компенсации клапанного зазора (HVA) при наличии;
* направляющие втулки клапанов с пружинами клапанов.

На следующем рисунке показана конструкция головки блока цилиндров с четырьмя клапанами (двигатель М47) с роликовыми рычагами толкателей и гидравлической системой компенсации клапанного зазора.

Конструкции
Привод клапанов может иметь различные исполнения. Их различают по следующим признакам:

* количество и расположение клапанов;
* количество и расположение распределительных валов;
* способ передачи движения на клапаны;
* способ регулировки зазоров в клапанах.

От первых двух пунктов зависит обозначение привода клапанов. Они приведены далее

Рис.5 — Компоненты привода клапанов двигателя М57
1- Впускной клапан
2- Пружина клапана со встроенной тарелкой (впускной клапан)
3- Элемент гидравлической системы компенсации клапанного зазора
4- Распредвал впускных клапанов
5- Выпускной клапан
6- Пружина клапана с встроенной тарелкой (выпускной клапан)
7- Роликовый рычаг толкателя
8- Распредвал выпускных клапанов

Дизельные двигатели BMW сегодня имеют исключительно по четыре клапана на цилиндр и по два расположенных сверху распределительных вала для каждого ряда цилиндров (dohc). Двигатели BMW M21 / М41 / М51 имели только по два клапана на цилиндр и по одному распределительному валу для каждого ряда цилиндров (ohc).
Передача движения кулачков распределительного вала на клапаны в дизельных двигателях BMW осуществляется роликовыми рычагами толкателей. При этом нужный зазор между кулачком распределительного вала и так называемым повторителем кулачка (например, роликовым рычагом толкателя) обеспечивается благодаря механической или гидравлической системе компенсации клапанного зазора (HVA).
На следующем рисунке показаны детали привода клапанов двигателя М57.

Блок-картер

Блок-картер, называемый также блоком цилиндров, включает цилиндры, рубашку охлаждения и картер приводного механизма. Требования и задачи, которые предъявля