Серия уникальных дизельных двигателей Deutz 413 (Часть 2)

Общее описание конструкции дизельных двигателей Deutz 413

Дизель серии 413 от компании Deutz способен быстро адаптироваться изменяющимся условиям, в которых он эксплуатируется, благодаря своей гибкой структуре. Такие агрегаты компактны и экономичны, они отличаются высокими показателями мощности и жесткости, а также пригодностью к ремонту.

Тип дизеля: четырехтактный R-образный и V-образный, между цилиндрами угол развала составляет 90 градусов, клапаны расположены сверху, топливо впрыскивается в цилиндр форкамерным или непосредственным способом. В устройстве используется система, эффективно очищающая топливо, масло и воздух, а также тщательно подобранная и надежная система, обеспечивающая питание и выпуск отработанных газов, с высоким уровнем сжатия. Все это позволяет снизить расход топлива до минимума и достичь высоких показателей литровой мощности.

Запуск двигателя: у него отличные пусковые характеристики в условиях низких температур. Дизели серии 413 не требуют для запуска предварительного нагрева при температуре 15 градусов ниже нуля. Если же она ниже, двигатель запускается благодаря использованию устройства, облегчающего пуск путем электрофакельного нагрева находящегося во впускном коллекторе топлива, а также встроенного в агрегат предпускового нагревателя. При экстремальных морозах работа мотора может обеспечиваться путем его постоянной эксплуатации на топливной смеси, в составе которой 10% бензина и 90% дизельного топлива либо по 50% керосина и дизельного топлива. При этом на протяжении всего срока эксплуатации ресурс не снижается.

Силовой каркас дизелей с V-образной компоновкой: в его составе блоки цилиндров и раздельные картера. Картер и блоки, которые на него установлены, представляют собой силовой остов мотора, воспринимающий действующие на него внешние и внутренние силы. Картер разделен на две части, верхнюю и нижнюю. Разъем проходит вдоль оси коленчатого вала. В верхней половине под углом 45 градусов к вертикальной поверхности расположены 2 наклонные с установленными на них левым и правым блоками цилиндров. В качестве материала для отлива картера используется специальный чугун, обладающий выдающимися механическими характеристиками. Внутреннее пространство устройства разделяют на отсеки поперечные перегородки, и в каждом таком отсеке находится по одному левому и правому цилиндру. Жесткость конструкции придают перегородки с оребрением и стенки. В нижней половине картера толстостенные арки, из которых формируются коренные опоры коленчатого вала с крышками, прикрепленными к площадкам. В картере просверлены каналы, через которые из центрального канала масло поступает к подшипникам распределительного и коленчатого валов. Для монтажа распределительного вала над коренными опорами коленчатого вала расположены оснащенные подшипниками опоры. Чтобы защитить кривошипно-шатунный механизм от загрязнений, используется поддон, которым картер закрывается снизу. Он же играет роль емкости для масла.

Цилиндры двигателя: у дизелей раздельные чугунные цилиндры, которые взаимозаменяемы. В каждом из них есть по 3 сквозных отверстия, используемых для крепления цилиндров к картеру. Назначение нижней части цилиндра – его установка в посадочные гнезда картера. Для обеспечения качественного теплообмена наружные поверхности цилиндров оребрены, благодаря чему значительно увеличивается площадь охлаждения.

Головки цилиндров: как и для других элементов цилиндров, для головок характерна раздельная конфигурация, в качестве материала для их изготовления используется сплав алюминия, и у головок также на боковой поверхности расположены развитые ребра. В составе головки направляющие втулки клапанов, вставные седла, выпускные и впускные каналы. Впускной канал расположен в верхней, а выпускной – в боковой части головки, в стороне от мотора. Внутри головки размещаются механизмы, предназначенные для привода и крепления клапанов. Головка клапана с размещенными в ней деталями закрыта крышкой. Изготовленные из жаропрочного чугуна седла клапанов с натягом запрессованы в головку. В перемычках между клапанами залиты вставки, обладающие высокими показателями прочности и обеспечивающие устойчивость головок к износу. В моделях с форкамерным впрыском в головке есть дополнительный элемент – форкамера, в которую из форсунки поступает топливо.

Поршень: производится из сплава алюминия с высоким содержанием кремния. У поршня толстостенное днище, в котором расположена выемка для форкамерного образования смесили или камера для пристеночно-пленочного. Для поршневых колец в головке есть 4 канавки. Благодаря покрытию юбки специальным графитом обеспечивается износостойкость, и поршень отлично прирабатывается к цилиндру. Три из четырех колец верхние компрессионные, и одно маслосъемное нижнее. Наружное кольцо выполнено из чугуна с покрытием из хрома. Покрытие остальных колец молибденовое.

Шатун: кованый, выполнен из стали, с двутавровым сечением стержня. На нижней головке косой разрез, а верхняя является неразъемной. Чтобы вкладыши не перемещались по оси и не проворачивались, в крышку шатуна вмонтирован центрирующий штифт.

Коленчатый вал: выполнен из стали высокого качества, имеет отличные показатели прочности. У этого устройства 5 шатунных и 6 коренных шеек, закаленных высокочастотными токами, связь между которыми обеспечивается щеками и переходными галтелями. Чтобы рабочие ходы чередовались равномерно, между шатунными шейками выдержан угол в 72 градуса. К каждой из шеек прикреплено по 2 шатуна, один из которых правого ряда цилиндров, а второй – левого. Через каналы, просверленные к щеках по направлению от коренных шеек, происходит их смазывание. Чтобы сделать вал как можно легче, используются полые шатунные шейки, а в их полости дополнительно очищается масло. В отверстия, которые просверлены в шейках, вмонтированы втулки, оснащенные грязеуловителями. Центробежная сила отбрасывает к этим устройствам частицы грязи, а очищенное масло поступает к подшипникам шатуна через отверстия. С целью снизить вибрации и уравновесить силы инерции коленчатый вал оснащен 8 противовесами, прикрепленными к площадкам болтами. С переднего края вала находится демпферное устройство. Здесь расположена шестерня привода насосов, перекачивающих масло, а в задней части – привода распредвала, гидравлического и топливного насосов, а также вентилятора.

Коренные и шатунные подшипники: как и современные быстроходные дизели, двигатели серии 413 от Deutz оснащены подшипниками трения, которые представляют собой вкладыши с тонкими стенками, залитые антифрикционным сплавом с целью снизить уровень трения. В качестве сырья для изготовления вкладышей шатунных и коренных подшипников используются ленты из стали, толщина которых составляет 2,5 мм. У них трехслойное покрытие: из оловянистой пудры (от 0,003 до 0,004 мм), свинцовооловянистого сплава (от 0,015 до 0,025 мм) и свинцовистой бронзы (0,45 мм). Для производства подшипников применяется ковкий чугун. Их крышки крепятся болтами. При этом у шатунных подшипников только стандартные вертикальные болты, а у коренных есть дополнительные стяжные, которые затягиваются после основных.

Газораспределительный механизм: у него клапанная конструкция, в составе механизма распределительный вал, шестерни, направляющие втулки, пружины, клапаны, коромысла с крепежами, штанги и толкатели. Клапаны расположены в верхней части. Вращаясь, коленчатый вал посредством зубчатой передачи приводит в движение распределительный вал. При этом происходит подъем штанги и толкателя при помощи кулачка вала. В результате штанга толкает регулировочный винт коромысла, вращая его, что приводит в движение противоположное плечо коромысла, заставляя его нажимать на клапаны, и происходит открытие отверстия выпускного или впускного канала. Когда кулачок распредвала сбегает с толкателя, пружина закрывает клапан.

Распредвал изготовлен из стали. На каждый из его цилиндров приходится по 2 кулачка, кроме того, единое целое с валом составляют опорные шейки. Кулачки распределены по поверхности вала таким образом, чтобы соответствовать расположению клапанов. По своему профилю кулачки выпускных и впускных клапанов идентичны. Их поверхность, как и поверхность опорных шеек, с целью повысить устойчивость к износу, обработана термически. Кроме того, детали шлифуются. Для установки распредвала используются шестиопорные шейки. В предназначенные для них отверстия запрессованы втулки из бронзы.

Система охлаждения дизеля: с ее помощью тепло принудительно отводится от цилиндров мотора и нагретый воздух выпускается в окружающую среду. Только часть присутствующего в работающем моторе тепла оказывает полезное воздействие на его работу. Оставшееся тепло нагревает детали и уносится вместе с продуктами сгорания. Температура цикла работы двигателя составляет в среднем от 800 до 900°С. В таких условиях агрегату требуется охлаждение. Необходимость в соответствующей системе обусловлена тем, что при вступлении в контакт с раскаленными газами детали и механизмы нагреваются до высоких температур, а при перегреве мотора цилиндры становятся менее наполненными, смазка выгорает, поршни слишком сильно расширяются и заклинивают, подшипники выплавляются, а также происходят другие поломки. Но не должен происходить и обратный процесс, то есть переохлаждение мотора. В противном случае теряется полезное тепло, происходит ухудшение необходимых для сгорания топлива и образования смеси условий, снижается экономичность, детали подвергаются осмолению, и в результате двигатель начинает работать более жестко. Увеличивается его износ, смазка в картере разжижается и смывается топливом, при низкой температуре она становится более вязкой, особенно при запуске.

Особенностями воздушной системы охлаждения дизеля Дойц 413 являются: оснащение высокоэффективным гидроприводным воздушным вентилятором, эксклюзивная автоматическая система изменения теплового режима, а также устройство, посредством которого осуществляется дефлектирование, то есть тепло равномерно распределяется по цилиндрам и головкам. Температурный режим, который установился в агрегате, определяется по уровню нагрева масла и головок цилиндров. В норме температура этих деталей должна составлять от 170 до 175°С, а масло должно прогреваться до температуры от 115 до 120°С. С целью обеспечения контроля за степенью нагрева во второй и седьмой головках есть вмонтированные термодатчики, показатели с которых передаются на приборную панель. В некоторых цилиндрах головки оснащены термодатчиками, фиксирующими нагревание двигателя до аварийной температуры. Специальный датчик позволяет контролировать степень нагрева масла. Он установлен внутри масляного фильтра. Кроме того, система оснащена лампочкой аварийной сигнализации. Система охлаждения мотора при помощи воздушных масс состоит из вентилятора с многочисленными лопастями и гидроприводом, трубопроводов для масла и воздуха, терморегулятора, направляющих и дефлекторов, которые образуют воздушный тракт.

Тракт объединяет каналы для прохождения воздуха, которые определяют маршрут его движения от места попадания в упомянутые каналы до места, в котором происходит его выход. Вход в воздушный тракт осуществляется через вентилятор, а выход через каналы цилиндров. Местонахождения тракта вблизи развала цилиндров, поэтому его необходимо оградить от окружающей среды, иначе будет происходить утечка воздуха. С этой целью используются листы из металла и отражатели. Посредством дефлектирования воздух, при помощи которого происходит охлаждение, направляется к разогретым цилиндрам с их головками и равномерно снижает до необходимого уровня температуру их ребристых поверхностей. Тепловой режим, который устанавливается в двигателе, во многом определяется скоростью перемещения холодного воздуха, то есть вращения вентилятора.

Для правильной работы двигателя требуется контроль за плавностью колебаний температуры. Необходимо исключить резкие скачки показателей при разного рода нагрузках и изменениях, происходящих в окружающей среде. С этой целью двигатели оснащаются автоматической системой регулирования температурного режима, которая не требует участия водителя. Один из основных ее элементов – терморегулятор, находящийся в трубопроводе, через который выпускается воздух. Система работает на основе данных о температуре отработанных газов, воздуха на выходе из воздушного тракта и масла. Масло с высокой интенсивностью отдает свое терморегулятору, а его нагрев происходит равномерно. В связи с этим именно температура масла считается одним из главных параметров, которые учитываются при автоматическом регулировании теплового режима мотора. Однако при этом требуется сохранение соотношения между температурами головки цилиндра и масла. Масляный поддон, который интенсивно обдувается, может в зимнее время поддерживать низкую температуру масла даже при очень значительном нагреве головок цилиндров. В таких условиях поддон необходимо защитить, и с этой целью эффективно используются щитки. Воздух на выходе интенсивно меняет свою температуру под воздействием тепловых процессов, происходящих в головках, и это также учитывается в процессе терморегулирования. Когда все головки цилиндров имеют идентичную температуру, на температуру воздуха на выходе в значительной степени влияет уровень нагрева или охлаждения воздуха снаружи.

Для обеспечения охлаждения двигателя первостепенное значение имеет температура отработанных газов, поскольку на нее в большой мере влияет нагрузка, которой подвергается двигатель. Если эту нагрузку принять в качестве главного критерия при терморегулировании, терморегулятор используется исключительно с целью выровнять изменения температуры окружающей среды путем ускорения или замедления вращения вентилятора. Чтобы поддерживать самую комфортную для двигателя температуру, используется гидромуфта, которая автоматически начинает вращаться медленнее или быстрее в зависимости от того, насколько разогрет мотор и сколько в нем масла, под давлением поступающего на лопасти. Если количество масла увеличивается (в случае снижения его вязкости при нагреве или когда коленчатый вал начинает вращаться чаще), происходит ускорение вращения вентилятора, которое провоцирует увеличение воздушного потока. В результате мотор охлаждается быстрее. Если температура снаружи снижается и коленчатый вал начинает вращаться с меньшей частотой, а масло становится более вязким и хуже прокачивается, замедляется вентилятор и температура двигателя снижается менее интенсивно.

Вентилятор с гидромуфтой: месторасположение дизеля, отвечающего за охлаждение – в верхней передней части мотора. На обеспечение его работы приходится до 5 процентов всей мощности. Вентилятор запускается при помощи вала, идущего от распределительных шестеренок. Муфта, оснащенная амортизаторами из резины, соединяет этот вал с ведущим валом. Она представляет собой четырехгранный корпус с крышкой и 4 амортизаторами из резины. С противоположного конца к ведущему валу крепится посредством болта главное колесо гидромуфты. В процессе работы мотора происходит постоянное вращение этого колеса и вала. Скорость вращения вала вентилятора вдвое превышает скорость, с которой вращается коленчатый вал. Вращение зависимого колеса гидромуфты, как и крыльчатки вентилятора, происходит свободно. Когда масло поступает в гидромуфту, главное колесо запускает вращение зависимого (ведомого). Частота, с которой вращаются колеса, отличается на 2 процента. В гидромуфте должно быть определенное количество масла. Если его больше, чем требуется, в процессе работы агрегата излишки выходят из-под зависимого колеса, попадая в поддон картера. Если двигатель резко переходит на холостой ход, продолжается поступление больших объемов масла в гидромуфту. Чтобы отвести его излишки, задействует отверстие, расположенное на ведущем колесе. Гидромуфта выполняет также функцию фильтра для масла (центрифуги). Реагируя на колебания температуры отработанного газа и воздуха на выходе, изготовленный из специального материала терморегулирующий стержень, расширение которого происходит с постоянным коэффициентом, меняет свои размеры и приводит в движение шариковый клапан. При нагревании сечение отверстия, через которое проходит масло, увеличивается, вследствие чего возрастает его поток. В результате этих процессов вентилятор начинает вращаться чаще. На объем масла, которое проходит по предусмотренным для него каналам, влияет также его температура, от которой непосредственно зависит вязкость.