Тема 3. Конструкция двигателя

Контрольные вопросы по теме №2.

1. Что называется средним индикаторным давлением? Как, зная величину среднего индикаторного давления рассчитать мощность двигателя?

2. Дайте определение индикаторным параметрам ПД: Ni, ηi, Ci.

3. Дайте определение эффективным параметрам ПД: Nе, ηм, ηе, Cе.

4. Назовите параметры, характеризующие режим работы двигателя.

5. Какие режимы работы установлены для двигателя, и какова длительность непрерывной работы двигателя на этих режимах?

6. Дайте определение термина «высотная характеристика».

7. Начертите высотную характеристику двигателя и объясните, почему с ростом высоты полета эффективная мощность двигателя до расчетной высоты возрастает, а затем снижается.

8. Дайте определение термина «винтовая характеристика».

9. Начертите винтовую характеристику и укажите на ней точку, соответствующую взлетному режиму работы двигателя.

10. Какие параметры (эффективная мощность, давление наддува, частота вращения коленвала) соответствуют взлетному режиму?

11. Дайте определение понятия «внешняя характеристика двигателя».

12. Начертите внешнюю характеристику и наложите на неё винтовую характеристику (т.е. начертите на одном графике обе характеристики).

13. Какому режиму соответствует точка пересечения характеристик, и какими параметрами (эффективная мощность, удельный расход топлива…) характеризуется этот режим?

Поршневой двигатель состоит из множества узлов и агрегатов, которые могут быть обобщены в следующие подсистемы:

- механические части;

- система смазки;

- система охлаждения;

- впускная и выхлопная системы;

- система зажигания;

- топливная система;

Механические части являются основными компонентами двигателя. Все другие подсистемы обеспечивают их работу.

К механическим частям относятся:

- картер;

- цилиндропоршневая группа(ЦПГ);

- кривошипно-шатунный механизм(КШМ);

- газораспределительный механизм(ГРМ);

- передачи и приводы двигателя;

Картер двигателя

Общие сведения о картерах

Картер служит основанием, к которому крепятся отдельные части, агрегаты и механизмы двигателя, связывая их в одно целое. Кроме того, картер служит для крепления двигателя к подмоторной раме самолета.

При работе двигателя детали картера воспринимают различ­ные нагрузки, а именно:

- плоскости, на которые устанавливаются блоки или цилин­дры, нагружены усилиями давления газов и силами бокового давления. Эти силы передаются на картер через шпильки кре­плении цилиндров или блоков;

- опоры подшипников и внутренние перегородки картера воспринимают силы, передающиеся на коленчатый вал, т. с. силы давления газов и неуравновешенные силы инерции;

- носок картера воспринимает усилия тяги винта и гироскопического момента;

- лапы, при помощи которых мотор крепится к подмоторной раме, воспринимает вес мотора, силу тяги винта и реакцию вращающего момента;

Основное требование, предъявляемое к картеру,—жесткость его конструкции при наименьшем весе. Это требование особенно важно для картеров рядных двигателей, у которых вследствие большой длины даже незначительное смешение одной из опор вызывает большие дополнительные напряжения в коленчатом валу и ухудшает условия работы подшипников.

Жесткость картера обеспечивается, прежде всего, правильно­стью его конструкции, расположением усиливающих ребер и перегородок, способом передачи усилий от силовых шпилек и др.

Картер — самая крупная и наиболее тяжелая деталь двига­теля.

Наибольшее распространение для картеров рядных двигате­лей получили алюминиевые сплавы типа силумин. Некоторые, менее нагруженные части картеров изготовляются из электрона.

Картеры можно разделить на 3 основные группы:

- картеры рядных двигателей;

- картеры звездообразных двигателей;

- картеры оппозитных двигателей;

Картеры рядных двигателей

Конструктивно картеры рядных двигателей выполняются из двух частей (Рис. 3.1).

Часть картера, на которой крепятся цилиндры, называется главным или верхним картером. Другая часть называется нижним картером.

Различают два основных вида картеров рядных двигателей:

- с нагруженным нижним картером;

- с разгруженным нижним картером.

Рис.3.1 Картер рядного двигателя;

Первые выполняются с разъемом в горизонтальной плоско­сти, проходящей через ось коленчатого вала (Рис. 3.2, а), причем обе половины картера изготовляют примерно одинаковой прочности и жесткости.

Рис.3.2 Картеры рядных двигателей

а- с нагруженным нижним картером; б- с разгруженным нижним картером; в- с нагруженным нижним картером и съемным поддоном;

Для правильной фиксации верхнего и нижнего картеров, а также для восприятия срезывающих сил, возникающих при изгибе картера, устанавливают различного рода фиксаторы в виде штифтов или стаканчиков, концентрически надеваемых на точно обработанные пояски коренных шпилек.

В картерах с разгруженной нижней половиной (см. рис. 3.2, б) нижние опоры коленчатого вала выполняются на отдельных подвесках (поэтому такие картеры называют картерами с под­весным валом), которые крепятся к главному картеру при помощи силовых шпилек. Нижняя половина картера в данном случае является лишь кожухом, закрывающим коленчатый вал, и масло­сборником. Будучи незагруженной какими-либо силами, эта деталь выполняется тонкой и легкой по весу.

На некоторых картерах с нагруженной нижней половиной последняя выполняется из двух частей: собственно нижней половины и съемной части, называ­емой поддоном или маслосборным корытом (см. Рис. 3.2, в). Такое устройство обеспечивает более удобную затяжку гаек коренных шпилек, периодический контроль за металлической стружкой в масле и осмотр кривошипно-шатунных механизмов.

В картере крепится магистраль, подводящая масло под дав­лением для смазки подшипников коленчатого вала, и выпол­няется ряд каналов и сверлений для подвода масла к некоторым деталям и агрегатам.

Для собирания масла, стекающего со стенок картера и де­талей кривошипно-шатунного механизма, в нижней части кар­тера предусматриваются углубления (маслоотстойники), из ко­торых масло непрерывно откачивается обратно в бак.

Конструкция картера оказывает большое влияние на расход масла и срок его службы. В тесном картере масло, стекающее на стенки картера, непрерывно подхватывается воздушными вихрями, образующимися при вращении кривошипов, и в боль­шом количестве забрасывается на стенки цилиндра. Вследствие этого увеличивается проникание масла через зазоры поршневых колец в камеру сгорания, а следовательно, повышается расход масла.

Кроме того, непрерывный барботаж масла при наличии в картере горячего воздуха ускоряет процесс окисления масла и ухудшает его качество. Следует также учитывать, что в среде, насыщенной масля­ными брызгами, сопротивление движению деталей кривошипно-шатунного механизма увеличивается, что вызывает дополни­тельную затрату мощности на барботаж. Поэтому объем картера должен быть достаточен, чтобы масло, стекающее по его стенкам, не сдувалось воздушными вихрями.

Для уменьшения барботажа масла нижнюю часть картера закрывают сетками, устанавливают специальные маслоуловители в виде металлических пластин и козырьков, направленных против движения масла (Рис. 3.3). Масло, захватываемое уловителем, отводится в маслоотстойник.

На картере имеется ряд точно обработанных поверхностей, буртиков,

фланцев и др., служащих для правильной центровки и установки нагнетателя, магнето, насосов, вооружения и различного рода агрегатов.

Картеры звездообразных двигателей

Картеры звездообразных двигателей состоят из нескольких частей (Рис. 3.4). В главном картере монтируются цилиндры и подшипники коленчатого вала. На других частях картера монтируются детали двигателя и его агрегаты.

Главный картер звездообразного двигателя является наиболее нагруженным. Центральная часть картера однорядного звездообразного двигателя обычно делается из двух половин, на которых кре­пятся цилиндры и коренные подшипники.

Рис. 3.3. Типы маслоуловителей в картерах

а- рядного двигателя; б- звездообразного двигателя; в- отсека шестерен редуктора;

В двухрядной звезде центральная часть картера, на которой крепятся цилиндры передней и задней звезд, может быть не разъемной. В этом, случае коренные подшипники монтируются на съемных дисках, прикрепленных к центральной части картера.

В передней части картера крепится носок картера, а также монтируются детали газораспределения, редуктор и некоторые агрегаты мотора.

Рис. 3.4 Картер звездообразного двигателя 1- Носок; 2-передняя часть главного картера; 3- средняя часть главного картера;4- задняя часть главного картера;5-передняя половина корпуса нагнетателя;6- задняя половина корпуса нагнетателя; 7- задняя крышка;

В частях картера, располагаемых за центральной частью, мон­тируются нагнетатель и приводы к магнето, насосам и другим агрегатам.

При сборке картера звездообразного двигателя требуется точное соблюдение соосности всех его частей. Для этой цели они снабжаются различного рода фиксаторами, центрирующими буртиками и соответственно им кольцевыми проточками.

Герметичность картера осуществляется путем точной обра­ботки соприкасающихся поверхностей, а в некоторых слу­чаях— специальными прокладками.

Для собирания стекающего масла в нижней части картера устанавливается съемный маслоотстойник.

Картеры оппозитных двигателей

Картер разделен вертикально на осевой линии двигателя и состоит из двух усиленных отливок из алюминиевых сплавов, скрепленных с помощью шпилек и гаек. Сопряженные поверхности картера соединяются без использования прокладки. В полублоках выполнены отверстия для установки коренных подшипников коленвала. Для крепления головок цилиндров, агрегатов, масляного поддона картер имеет фланцы.

В картере расположены основные элементы системы смазки двигателя, а в стенках картера: масляные каналы и галереи для подвода масла на смазку подшипников коленчатого вала, подшипников распределительного вала и других движущихся частей, которые требуют смазки.

Во время капитального ремонта, технический специалист должен обеспечить, чтобы все масляные каналы были чисты и что проходы не блокируются прокладкой при сборке.

Суфлирование картеров

При работе двигателя давление в картере может повышаться вследствие прорыва газов из цилиндра через зазоры поршневых колец, а также и в результате нагрева воздуха и паров масла, находящихся в картере. Повышение давления в картере вызы­вает течь масла через сальники, в местах стыка картера, из-под крышек, фланцев цилиндров и других деталей и агрегатов, укрепленных на картере.

Для устранения этого давление в картере уравнивают с окру­жающим давлением. Сообщен внутреннюю полость картера с ат­мосферой при помощи суфлеров (Рис. 3.5).

Рис. 3.5. Конструкция суфлера

Суфлеры внутри снабжаются перегородками или ветками препятствующими прошению масла из картера наружу. Часть суфлера, выступающая из картера, закрывается колпачком сде­ланным так, чтобы предупредить попадание посторонних частиц.

На картере суфлеры располагаются в местах, наиболее уда­ленных от плоскостей вращение кривошипов. Несмотря на все предосторожности, выбрасывание масла из картера — все же частое явление, поэтому в современных моторах отверстие суфлера сообщают пря помощи шланга с воздушным пространством масляного бака.