Узлы и детали дизельного двигателя

Компоненты системы

Обзор системы

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.

Конструкция двигателя количество цилиндров	Смещение шеек КВ	Угол развала	Интервал между воспламенениями	Порядок работы цилиндров
4-цилиндровый рядный двигатель	180°	-	180° КВ	1-3-4-2
6-цилиндровый рядный двигатель	120°	-	120° КВ	1-5-3-6-2-4
8-цилиндровый V-образный двигатель	90°	90°	90°КВ	1-5-4-8-6-3-7-2

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

Сокращение	Обозначение	Пояснение
sv	Side Valves	Клапаны находятся сбоку цилиндра и приводятся в движение расположенным снизу распределительным валом. Боковой клапан означает, что клапанная головка расположена сверху.
ohv	Overhead Valves	Верхнее расположение клапанов с нижним расположением распределительного вала. Расположенные снизу распределительные валы устанавливаются ниже линии раздела головки блока цилиндров и блок-картера.
ohc	Overhead Camshaft	Верхнее расположение клапанов с верхним расположением двух распределительных валов для каждого ряда цилиндров. В этом случае используется по одному отдельному распределительному валу для впускных и выпускных клапанов.
done	Double Overhead Camshaft	Верхнее расположение клапанов с верхним расположением двух распределительных валов для каждого ряда цилиндров. В этом случае используется по одному отдельному распределительному валу для впускных и выпускных клапанов.

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