Устройство крышки цилиндра двигателя

Цилиндры могут быть изготовлены каждый отдельно или бло­ками. Блочная конструкция цилиндров (рис. 134) характерна для двигателей средней и малой мощности. Она обеспечивает большую продольную жесткость двигателя в целом, несколько уменьшает его вес и стоимость изготовления, а также объем сборочных и при­гоночных работ.

Рабочий цилиндр двигателя состоит из цилиндро­вой втулки 1 и рубашки 2, между которыми образовано зарубашечное пространство 4. В зарубашечном пространстве циркули­рует вода, охлаждающая цилиндровую втулку. Каналы 3 служат для перепуска воды на охлаждение крышки цилиндров.

Цилиндры двухтактных двигателей несколько сложнее по кон­струкции, чем цилиндры четырехтактных двигателей. Наиболее распространенной является литая конструкция рубашки цилин­дров. Рубашки или блок цилиндров имеют люки для осмотра и очистки зарубашечного пространства, а в самом низком месте — краны для выпуска воды при стоянке в холодное время года. Ру­башки цилиндров изготовляют из чугуна марок СЧ18-36, СЧ21-40, СЧ24-44. Для быстроходных легких двигателей применяют алю­миниевые сплавы.

Цилиндровые втулки обычно изготовляют из модифицирован­ных чугунов (СЧ28-48, СЧ32-52) или легированных сталей (35ХМЮА, 38ХМЮА). Вставные втулки позволяют производить их замену при износе, а также исключают напряжения в ци­линдре, вызываемые разностью температур втулки, соприкасаю­щейся с горячими газами, и рубашки, имеющей температуру охлаждающей воды. Учитывая возможность теплового удлинения втулки, ее нижний конец делают незакрепленным. Цилиндровые втулки для повышения твердости рабочей поверхности и уменьше­ния их износа шлифуют и подвергают нитрированию или хроми­рованию.

На рис. 135, а представлена цилиндровая втулка четырехтакт­ного двигателя. Посадочными поясками 1 и 2 втулка соприка­сается с рубашкой 10, а крышкой 11 цилиндра втулка фланцем 3 прижимается к опорной поверхности 15 (узел А ) и стопорится винтами 16 (узел Б ). Красномедная прокладка 14 обеспечивает газонепроницаемость между крышкой и втулкой цилиндра. Для этой цели могут быть использованы жаропрочные мастики. Если крышки нескольких цилиндров конструктивно объединены в одно целое, то газонепроницаемость достигается постановкой общей цельной медно-асбестовой прокладки.

Внутренняя рабочая поверхность втулки 8 называется зерка­лом цилиндра. Для облегчения заводки поршня в цилиндр, а также для равномерного износа втулки в верхней части она рас­тачивается на конус 6 или на конус с цилиндрической выточкой 7 . Карманы 5 обеспечивают свободное открытие впускных и выпуск­ных клапанов. Прорези 9 служат для прохода шатуна в плоскости его качания. Чтобы вода из зарубашечного пространства не по­пала в картер, в нижней части втулки устанавливается уплотнение (11, 17 — узел В).

Охлаждающая вода движется снизу вверх зарубашечного про­странства и через наружный соединительный патрубок или по внутренним патрубкам 12 с уплотняющими резиновыми коль­цами 13 поступает в пустотелую крышку цилиндра. Для уменьшения коррозии втулку снаружи покрывают антикоррозионными красками. В утолщенной средней части цилиндровой втулки 4 (рис. 135, б ) двухтактного двигателя расположены окна: проду­вочные 5 и выпускные 3. Уплотнение со стороны газа достигается поясками 2 отожженной красной меди, а со стороны воды резино­выми кольцами 1 рубашки цилиндра 7 . Подача смазки для втулки осуществляется через отверстия 6. Масло нагнетается в цилиндр лубрикатором под давлением порядка 5,0 Мн/м 2 .

На рис. 136 показан шту­цер для смазки втулок. Невоз­вратный шариковый клапан 3 обеспечивает подачу масла порциями. Красномедная про­кладка 1 создает плотность со стороны рабочей полости ци­линдра; снаружи штуцер имеет водяное резиновое уплотнение 2. Количество штуцеров от двух до восьми. Смазка ци­линдров быстроходных двига­телей производится разбрызгиванием масла из картера.

Крышка цилиндра замы­кает верхнее пространство ци­линдра и образует вместе с днищем поршня и стенками втулки камеру сгорания. В крышках двигателя размеща­ют клапаны: впускной, выпуск­ной, пусковой, предохранитель­ный, декомпрессионный и фор­сунку. На крышке может быть установлен индикаторный кран

и размещаются приливы для стоек осей клапанных рычагов.

Крышка подвержена действию высоких температур и больших давлений со стороны газов в цилиндре, поэтому в ее огневом днище возникают высокие напряжения. С целью устранения появ­ления трещин острые кромки у выхода клапанных гнезд скруг­ляются, а гнездо форсунки интенсивно охлаждается. Крышки из­готовляют обычно из специальных жаростойких чугунов, обладаю­щих прочностью и хорошими литейными свойствами. Форма крышки в плане может быть цилиндрической, квадратной, шести- или восьмигранной. Для легких быстроходных двигателей с диа­метром цилиндра менее 200 мм делают одну крышку на два или несколько цилиндров (блок-крышки) или выполняют ее в виде общей отливки.

На рис. 137, а показана крышка четырехтактного двигателя. Она состоит из нижнего 3 и верхнего 2 плоских днищ, соединенных вертикальными стенками 1 и стаканами для клапанов: впуск­ных 10, выпускных 6, форсунки 8, пускового 9 и предохранитель­ного 7. Внутренние перегородки 5 обеспечивают хорошее омывание охлаждающей водой стенок крышки. Для осмотра и очистки внутренних водяных полостей крышки в боковых стенках послед­ней располагается канал, закрываемый заглушкой или пробкой 11. Полость для воды, охлаждающей крышки цилиндра, иногда разде­ляется горизонтальной перегородкой 4 на нижнюю и верхнюю по­лости. Так как нижняя полость имеет меньшее сечение, чем верх­няя, то вода в ней движется быстрее и интенсивно охлаждает днище крышки. Из верхней полости вода направляется на охлаж­дение выпускного коллектора.

Крышки двухтактных двигателей проще по конструкции. Форма огневого днища в них определяется типом камеры сгора­ния. На рис. 137, б показана составная крышка двухтактного тихо­ходного двигателя, а на рис. 137, в нижняя крышка двигателя двойного действия. В центре ее располагается .корпус уплотни­тельного устройства штока. Крышки крепят к цилиндру с помощью шпилек, болтов или анкерных связей. Для разгрузки дета­лей от растягивающих усилий, возникающих при работе двигателя, применяют анкерные связи, показанные на рис. 138. Известно, что чугун плохо работает на деформацию растяжения, а лучше на сжатие. Затяжкой анкерных болтов чугунные детали остова будут испытывать все время сжатие. Применение анкерных связей позво­ляет несколько снизить вес двигателя за счет уменьшения тол­щины чугунных стенок деталей остова.

Крышки цилиндров и газораспределительный механизм

Крышки цилиндров. Конструкция зависит от типа двигателя, его размеров, камеры сгорания, органов газораспределения и других факторов. В мощных дизелях тепловозов крышки выполняются индивидуальными для каждого цилиндра. В быстроходных двигателях (типа М750, 1Д12 и др.) крышки каждого ряда цилиндров объединяются в одну деталь, называемую головкой.

Крышки цилиндров предназначены для образования камеры сгорания в цилиндре, а также для размещения клапанного механизма газораспределения и форсунки. К конструкции цилиндровых крышек предъявляются следующие требования: они должны иметь возможно меньшие термические напряжения и местные перегревы отдельных частей; иметь хороший и равномерный тепло-отвод потоками охлаждающей жидкости; иметь хороший доступ к полостям охлаждения для удаления накипи; обладать достаточной жесткостью и прочностью от действия давления газов в цилиндре; обеспечивать максимальные проходные сечения впускных и выпускных клапанов; должны быть удобны и просты в ремонте и обслуживании.

На крышку действуют термическое напряжение и давление газов и монтажных усилий. Температурное состояние днища крышки цилиндра характеризуется максимальной температурой в рай-

Рис. 7.9. Крышка цилиндра (14Д40, 11Д45): 1 — днище; 2 — клапан; 3, 7, 14 — втулки; 4 ■- тарелка; 5, 6 — пружины; 8, 15 — крышки; 9 — прокладка; 10 — шайба; /1 — траверса; 12 — колпак; /.? — шпилька; 16 — рычаг; 17 — головка; /5 — стойка; 19, 21 — трубки; 20, 22 — кольца оне перемычек между окнами впускных и выпускных клапанов (у четырехтактного ДВС).

В процессе эксплуатации, даже при тщательном соблюдении режимов водоподготовки, на днище крышки происходит отложение накипи, что может привести к значительному увеличению температур и соответственно теплонапряженности днища.

Литая чугунная крышка цилиндра дизелей ПД1М и Д50 отличается длительной и надежной работой. Вода поступает из водяных полостей блока через 8 втулок, уплотненных кольцами из маслостойкой резины. В дизелях типа Д49 введена промежуточная диафрагма в крышке, которая, находясь на небольшом расстоянии от днища, увеличивает путь воде, охлаждающей крышку цилиндра. Подобное разделение потока воды имеется и в составной крышке дизелей 11Д45 (тепловозы ТЭП60) и 14Д40 (рис. 7.9) (тепловозы 2М62), у которой днище чугунное (плита), а остальные детали изготовлены из алюминиевого сплава.

Головки цилиндров двигателей типов 1Д12, М750, изготавливают из алюминиевых сплавов, а крышки цилиндров дизелей типа Д49 — из высокопрочного чугуна. Для выпускных клапанов в крышке устанавливают «плавающие» седла из жаростойкого сплава. В верхней части чугунных направляющих втулок клапанов имеются металлокерамические втулки, уплотняющие стержень клапана фторопластовыми кольцами и скребками. Острые кромки скребков снижают расход масла через направляющие втулки.

С конструкцией крышки двигателя тесно связано расположение и устройство газораспределительного механизма.

Газораспределительный механизм. Он предназначен для управления процессами впуска и выпуска газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Газораспределительные органы (рис. 7.10) должны обеспечивать хорошую очистку цилиндра и наполнение его свежим зарядом при высокой надежности в работе. Совершенство очистки цилиндра от отработавших газов и наполнение его свежим зарядом воздуха зависят, в основном, от величины проходного сечения и продолжительности его открытия. Величина проходного сечения ограничивается размерами цилиндра, а время открытия его зависит от частоты вращения коленчатого вала. Надежность работы клапанов и золотников в основном зависит от условий смазки, охлаждения, применяемых материалов и величины сил инерции деталей механизма.

По конструкции газораспределительные механизмы бывают следующих типов: клапанные, золотниковые и комбинированные.

Клапанный газораспределительный механизм применяется в четырехтактных двигателях типов Д49, ПД1М, М750, 1Д12, ЗЮБЯ и др. Клапаны располагаются в крышке цилиндров и называются подвесными или верхними. Это дает возможность получить компактную камеру сгорания, благоприятную для смесеобразования и сгорания топлива. Привод верхних клапанов осуществляется или непосредственно от распределительного вала (кулачкового) (дизеля типа М750, 1Д12), или от него же через промежуточные детали — толкатели, штанги, коромысла, траверсы.

Рис. 7.10. Механизм газораспределения: 1 — ударник; 2 — стопорный болт; 3 — кольцо; 4 — колпачок ударника; 5 — колпачок клапана; 6 — пружина клапана; 7 — фибровое кольцо; 8 — сухарь клапана

Золотниковый (бесклапанный) газораспределительный механизм может осуществлять свою деятельность поступательно движущимися или вращающимися золотниками.

Созданы следующие схемы золотниковых газораспределителей (рис. 7.11):

с вращающимся плоским золотником;

с вращающимся цилиндрическим золотником;

прямоточно-щелевое с поступательно движущимися поршнями.

В двухтактных дизелях (типа Д100) с щелевой схемой газообмена золотниками служат поршни и окна во втулках цилиндра.

Комбинированный газораспределительный механизм в двухтактных двигателях с прямоточной клапан-но-щелевой схемой газообмена осуществляется поршнем и клапанами выпуска (дизеля Д40 — Д45). Клапанный механизм и крышки цилиндров (четырехтактных и двухтактных двигателей) во время работы подвергаются термодинамическим нагрузкам, особенно в момент посадки клапана на седло. Выпускные клапаны находятся в более тяжелых условиях, так как их головки во время выпуска омываются со всех сторон горячими газами. Температура впускных клапанов во время работы достигает 450 °С, а выпускных — до 950 °С. Высокие температуры отрицательно влияют на механические свойства материала, способствуют эрозии и газовой коррозии клапана, короблению его головки. Все это может вызвать неплотное прилегание головки клапана к седлу, заедание стержня в направляющей втулке и появление трещин в крышке цилиндра.

Наиболее часто встречающимися неисправностями механизма газораспределения дизелей являются: разрегулирование зазоров между бойками рычагов и колпачками толкателей; износ бронзовых подшипников в рычагах рабочих клапанов и рычагах толкателей из-за недостатка смазки; пропуск масла через сальники в рычагах клапанов; выбоины и трещины на поверхности катания роликов; трещины и погнутость рычагов толкателей, рычагов клапанов и штанг; ослабление креплений в соединениях; выкрашивание цементированного слоя или трещины в головках штанг и кулачках распределительного вала.

Рис. 7.11. Типы газораспределения: а — золотниковое с вращающимся плоским золотником; б — золотниковое с вращающимся цилиндрическим золотником; в — прямоточно-щелевое; 1 — поршень; 2 — цилиндр; 3 — золотник

При проведении ТО-3 проверяют поступление масла к рычагам привода клапанов; исправность трубок, подводящих масло к подшипникам распределительного вала; исправность механизма газораспределения. В случае обнаружения пропуска воды или газов цилиндровую крышку снимают, заменяют резиновые уплотнения, притирают посадочные места.

При проведении ТР-1 выполняют объем работ ТО-3, проверяют крепления механизма привода клапанов и регулируют зазоры между клапанами и толкателями.

При проведении ТР-2 и ТР-3 проверяют величину зазора между крышкой и блоком; снимают форсунку и специальным приспособлением измеряют линейную величину камеры сжатия, которую при необходимости регулируют на дизелях ПД1М и Д50 подрезкой торца или бурта крышки цилиндра, а на дизелях типа Д40, Д45 и Д49 — изменением величины прокладки между втулкой и крышкой цилиндра (газовый стык).

Демонтаж крышки цилиндра дизелей Д50 и ПД1М начинают с отсоединения трубки высокого давления, клапанной коробки, штанг и патрубков выпускного, наддувочного, водяного коллекторов. Затем отворачивают гайки крепления крышки и разбирают клапанный механизм.

Крышку цилиндра дизелей типа Д40, Д45, Д49 отсоединяют от плиты блока и вынимают вместе со втулкой цилиндра, поршнем и шатуном (комплект).

После разборки детали крышки цилиндра очищают от грязи, нагара и масла. Внутренние полости крышки опрессовывают водой под давлением 0,75. 1 МПа в течение 3.5 мин.

Крышка цилиндра дизеля типа Д40, Д45 (см. рис. 7.9) состоит из чугунного днища и верхней части из алюминиевого сплава. Нарушение герметичности стыка не допускается. Зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой должен быть не более 0,30 мм, при большей величине зазора втулку меняют. Проверяют биение стержня клапана, которое должно быть не более 0,15 мм, овальность клапана не должна превышать 0,1 мм. Клапаны проверяют на наличие трещин цветовой дефектоскопией. Ширина притирочного пояска на крышке и клапане должна быть 0,5.2 мм. Корпус крышки заменяют при обнаружении трещин. Износ рабочих поверхностей стержня и хвостовика толкателя восстанавливают хромированием с последующей шлифовкой и полировкой. Упругость пружин оценивают по высоте в свободном состоянии. Перпендикулярность торцовых поверхностей пружины ее оси контролируется на поверочной плите с помощью угольника и щупа. Восстанавливают перпендикулярность шлифованием концов пружины.

Рычаги толкателей клапанной коробки промывают струей керосина. Изношенные оси рычагов толкателей восстанавливают хромированием или вибродутовой наплавкой с последующей механической обработкой; допускается также восстановление зазоров путем шлифовки осей и постановки новых втулок. В случае изгиба рычагов толкателей и штанг их выправляют с предварительным нагревом до 100 °С. Самоуплотняющиеся сальники клапанных рычагов проверяют опрессовкой воздухом давлением 0,05.0,1 МПа. При значительной утечке воздуха через сальник его заменяют. В процессе сборки клапанной коробки контролируют совпадение и проходимость масляных каналов, целостность резиновых уплотнительных колец. По окончании сборки коробку опрессовывают на стенде нагретым до температуры 75 °С маслом давлением 0,03 МПа. Утечка масла не должна превышать 30 капель в 1 мин. Плотность гидротолкателей проверяют опрессовкой — собранный без пружины гидротолкатель заливают керосином и нагружают по оси грузом, силой 100 Н (10 кгс). Толкатель должен опуститься на 5 мм в течение 2.6 с.

Выкрашивание цементированного слоя на сферической поверхности головки рычага не допускается — головку заменяют. Прилегание новой головки к сферической поверхности сухаря проверяют по краске, площадь прилегания должна быть более 50 % поверхности. Зазор между толкателем и направляющей втулкой (0,06.0,5 мм) обеспечивают за счет подбора втулки. Уплотняющую резину заменяют при каждом ремонте независимо от ее состояния.