Система газотурбинного наддува двигателей КамАЗ

Система газотурбинного наддува двигателей КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300

Система газотурбинного наддува, за счет использования части энергии отработавших газов, обеспечивает подачу предварительно сжатого воздуха в цилиндры двигателя.

Наддув позволяет увеличить плотность воздуха, поступающего в цилиндры, в том же рабочем объеме сжечь большее количество топлива и, как следствие, повысить литровую мощность двигателя.

Система газотурбинного наддува двигателя состоит из двух взаимозаменяемых турбокомпрессоров, выпускных и впускных коллекторов и патрубков (см. рис.).

Схема системы газотурбинного наддува

Турбокомпрессоры устанавливаются на выпускных патрубках по одному на каждый ряд цилиндров. Выпускные коллекторы и патрубки изготовлены из высокопрочного чугуна ВЧ50. Уплотнение газовых стыков между установочными фланцами турбины турбокомпрессоров, выпускных патрубков и коллекторов осуществляется прокладками из жаростойкой стали. Прокладки являются деталями одноразового использования и при переборках систем подлежат замене. Газовый стык между выпускным коллектором и головкой цилиндра уплотняется прокладкой из асбостального листа, окантованного металлической плакированной лентой.

Выпускные коллекторы выполняются цельнолитыми, крепятся к головкам цилиндров болтами и контрятся замковыми шайбами. Для компенсации угловых перемещений головки болта крепления выпускного коллектора, возникающих при нагреве, под головку болта устанавливается специальная сферическая шайба.

Впускные коллекторы и патрубки выполняются литыми из алюминиевого сплава АК9ч и соединяются между собой при помощи болтов. Стыки между коллекторами и патрубками уплотняются паронитовыми прокладками. Для выравнивания давления между двумя рядами цилиндров впускные коллекторы соединяются объединительным патрубком.

Система турбонаддува двигателя должна быть герметична. При нарушении герметичности выпускного тракта снижается частота вращения ротора турбокомпрессора, а следовательно уменьшается количества воздуха, нагнетаемого в цилиндры, что приводит к увеличению теплонапряженности деталей, снижению мощности и ресурса двигателя. Негерметичность впускного тракта приводит также к вышеперечисленным недостаткам и "пылевому" износу цилиндро-поршневой группы, следовательно преждевременному выходу двигателя из строя.

Смазка подшипников турбокомпрессоров осуществляется от системы смазки двигателя через фторопластовые трубки с металлической оплеткой. Слив масла из турбокомпрессоров осуществляется через стальные трубки в картер двигателя. Трубки слива между собой соединяются резиновым рукавом, который стягивается хомутами.

Воздух в центробежный компрессор поступает из воздухоочистителя, сжимается и подается под давлением во впускной патрубок двигателя. Выпускной патрубок компрессора и впускной патрубок коллектора между собой соединяются теплостойким резиновым рукавом, который стягивается хомутами.

На двигателях устанавливается турбокомпрессор ТКР7Н-1, ТКР7С-9 или его зарубежный аналог S2B/7624TAE/1.00 D9 фирмы «Schwitzer». Турбокомпрессоры ТКР7С-9 иТКР7Н-1 являются модификациями базовых моделей турбокомпрессоров ТКР7С и ТКР7Н соответственно.

Турбокомпрессор ТКР7С-9

На двигателях КамАЗ 740.11-240 устанавливается турбокомпрессор ТКР 7С-9. Турбокомпрессор ТКР7С-9 состоит из центростремительной турбины и центробежного компрессора, соединенных между собой подшипниковым узлом. Турбина с двухзаходным корпусом 7 из высокопрочного чугуна ВЧ40 преобразовывает энергию выхлопных газов в кинетическую энергию вращения ротора турбокомпрессора, которая затем в компрессорной ступени превращается в работу сжатия воздуха.

Турбокомпрессор ТКР 7С: 1 — корпус компрессора, 2 — крышка, 3 — корпус подшипников, 4 — подшипник упорный, 5 — подшипник, 6 — кольцо стопорное, 7 — корпус турбины, 8 — кольцо уплотнительное, 9 — колесо турбины, 10 — вал ротора, 11 — экран турбины, 12 — планка, 13 — болт, 14 — маслосбрасывающии экран, 15 — втулка, 16 — маслоотражатель, 17 — планка, 18 — болт, 19 — гайка, 20 — колесо компрессора, 21 — кольцо уплотнительное; 22 — диффузор.

Ротор турбокомпрессора ТКР7С состоит из колеса турбины 9 с валом 10, колеса компрессора 20, маслоотражателя 16 и втулки 15, закрепленных на валу гайкой 19. Колесо турбины отливается из жаропрочного сплава по выплавляемым моделям и сваривается с валом из стали трением. Колесо компрессора с загнутыми по направлению вращения назад лопатками выполняется из алюминиевого сплава и после механической обработки динамически балансируется до величины 0,4 г.мм. Подшипниковые цапфы вала ротора закаливаются ТВЧ на глубину 1-1,5 мм до твердости 52-57 HRCэ. После механической обработки ротор динамически балансируется до величины 0,5 г.мм.

Втулка, маслоотражатель, колесо компрессора устанавливаются на вал ротора и затягиваются гайкой крутящим моментом 7,8-9,8 Н.м (0,8-1 кгс.м). После сборки ротор дополнительно не балансируется, лишь проверяется радиальное биение цапф вала. При значении радиального биения не более 0,03 мм. на детали ротора наносятся метки в одной плоскости и ротор допускается на сборку турбокомпрессора. При установке ротора на корпус подшипников необходимо совместить метки на деталях ротора.

Ротор вращается в подшипниках 5, представляющих собой плавающие вращающиеся втулки. Осевые перемещения ротора ограничиваются упорным подшипником 4, защемленным между корпусом подшипников 3 и крышкой 2. Подшипники выполняются из бронзы БрO10C10.

Корпус подшипников турбокомпрессора с целью уменьшения теплопередачи от турбины к компрессору выполнен составным из чугунного корпуса ВЧ50 и крышки из алюминиевого сплава. Для уменьшения теплопередачи между корпусом турбины и корпусом подшипников устанавливается экран 11 из жаростойкой стали.

В корпусе подшипников устанавливается маслосбрасывающии экран 14, который вместе с упругими разрезными кольцами 8 предотвращает утечку масла из полости корпуса.

Для устранения утечек воздуха в соединении "корпус компрессора — корпус подшипников" устанавливается резиновое уплотнительное кольцо 21.

Корпусы турбины и компрессора крепятся к корпусу подшипников с помощью болтов 12, 17 и планок 13, 18. Такая конструкция позволяет устанавливать их под любым углом друг к другу, что в свою очередь облегчает установку ТКР на двигатель.

Турбокомпрессор ТКР 7Н

На двигателях КамАЗ 740.11-240 устанавливается турбокомпрессор ТКР 7Н. В отличие от турбокомпрессора ТКР7С, в конструкции турбокомпрессора ТКР7Н применяется изобарный однозаходный корпус турбины и в качестве подшипника бронзовая моновтулка качающегося типа. Ротор турбокомпрессора состоит из колеса турбины с валом 16 колеса компрессора 8 и маслоотражателя 7, закрепленных на валу гайкой 6.

Ротор вращается в подшипнике 1, удерживающемся от осевого и радиального перемещений фиксатором 12, который с переходником 13 является одновременно и маслоподводящим каналом.

Турбокомпрессор ТКР 7Н: 1 — подшипник; 2 — экран; 3 — корпус компрессора; 4 — диффузор; 5, 18 — уплотнительные кольца; 6 — гайка; 7 — маслоотражатель; 8 — колесо компрессора; 9 — маслосбрасывающии экран; 10 — крышка; 11 — корпус подшипника; 12 — фиксатор; 13 — переходник; 14 — прокладка; 15 — экран турбины; 16 — колесо турбины; 17 — корпус турбины.

В корпусе подшипника 11 устанавливаются стальные крышки 10 и маслосбрасывающии экран 9, который вместе с упругими разрезными кольцами 5 предотвращает течь масла из полости корпуса подшипника.

Для уменьшения теплопередачи от корпуса турбины к корпусу подшипника между ними установлен чугунный экран 15 и две стальные прокладки 14 или чугунный экран 15 и окантованная асбостальная прокладка 14.

Ввиду того, что ротор турбокомпрессора балансируется с высокой точностью, полная разборка и обслуживание агрегата должны осуществляться на специализированных предприятиях, имеющих необходимое оборудование, инструменты и приборы.

Рекомендуемые режимы работы двигателя с турбонаддувом

Во избежание подсоса масла из турбокомпрессоров и попадания его в цилиндры двигателя, на проточные части компрессора и турбины, не рекомендуется длительная, более 10 минут, работа двигателя на режиме холостого хода с частотой вращения коленчатого вала менее 700 мин-1. Это приводит к закоксовыванию поршневых колец, загрязненности проточной части компрессора и нагарообразованию на проточной части турбины.

При вынужденной работе двигателя КамАЗ на оборотах холостого хода (прогрев, накачка воздуха в баллоны тормозной системы и т.п.) необходимо поддерживать частоту вращения коленчатого вала не менее 1000-1200 мин-1.

Перед остановкой двигателя после его работы под нагрузкой, необходимо установить режим холостого хода длительностью не менее 3-х минут во избежание перегрева подшипника турбокомпрессора и закоксовывания ротора. Резкая остановка двигателя после работы под нагрузкой запрещается.

Потеря мощности, дымление, высокий расход топлива, перегрев двигателя, высокая температура выхлопных газов, утечки масла из турбокомпрессора — это симптомы неполадок в работе систем, связанных с турбонаддувом.

Однако, всё это часто несправедливо относят к неисправности турбокомпрессора, так как дефекты других деталей двигателя приводят к аналогичным симптомам. Так как турбокомпрессор самонастраивающийся агрегат двигателя, только механические неисправности или загромождение воздушных и газовых каналов из-за грязи и посторонних предметов ухудшают его работу.

До замены турбокомпрессора определите вашу проблему, руководствуясь приведенной таблицей 4. Перед остановкой двигателя после его работы под нагрузкой, необходимо установить режим холостого хода длительностью не менее 3-х минут во избежание перегрева подшипника турбокомпрессора и закоксовывания ротора. Резкая остановка двигателя после работы под нагрузкой запрещается.

Система охлаждения двигателей КамАЗ,

Система охлаждения двигателей КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300

Система охлаждения двигателя КамАЗ жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Основными элементами системы (рис. Схема системы охлаждения) являются водяной насос 8, вентилятор 10, гидромуфта привода вентилятора, термостаты 22, включатель 15 гидромуфты, радиатор, кожух вентилятора, водяные трубы, жалюзи радиатора и расширительный бачок 20 с паровоздушной пробкой 21.

Схема системы охлаждения: 1 — паровоздушная трубка от радиатора к расширительному бачку; 2 — трубка отвода жидкости из компрессора в расширительный бачок; 3 — компрессор; 4, 6 — водяные трубы соответственно правая и левая; 5 — водяная соединительная труба; 7 — перепускная труба термостатов; 8 — водяной насос; 9 — колено отводящего патрубка водяной трубы; 10 — вентилятор; 11 — водомасляный теплообменник; 12 — подводящая труба правого ряда цилиндров; 13 — патрубок подводящей трубы; 14 — головка цилиндра; 15 — включатель гидромуфты привода вентилятора; 16 — коробка термостатов; 17 — патрубок отвода охлаждающей жидкости из бачка в насос; 18 — патрубок отбора охлаждающей жидкости в отопитель; 19 — перепускная труба из расширительного бачка в водяной насос; 20 — расширительный бачок; 21 — паровоздушная пробка; 22 — термостаты.

Во время работы двигателя циркуляция охлаждающей жидкости в системе создается насосом. Жидкость из насоса нагнетается в полость охлаждения левого ряда цилиндров, и через трубу 12 в полость охлаждения правого ряда цилиндров. Омывая наружные поверхности гильз цилиндров, охлаждающая жидкость через отверстия в верхних привалочных плоскостях блока цилиндров поступает в полости охлаждения головок цилиндров. Из головок цилиндров нагретая жидкость по трубам 4 и 6 поступает в коробку 16 термостатов, из которой в зависимости от температуры направляется в радиатор или на вход насоса. Часть жидкости отводится от патрубка 13 в водомасляный теплообменник 11, в котором происходит передача тепла от масла в охлаждающую жидкость. Из теплообменника жидкость направляется в водяную рубашку блока цилиндров в зоне расположения четвертого цилиндра.

Температура охлаждающей жидкости на выходе из двигателя должна поддерживаться пределах 85-90 °С. Тепловой режим двигателя регулируется автоматически термостатами и включателем гидромуфты привода вентилятора, которые управляют направлением потока жидкости и работой вентилятора в зависимости от температуры охлаждающей жидкости на входе в двигатель.

Водяной насос центробежного типа установлен на передней части блока цилиндров слева.

Вентилятор осевого типа, металлический, пятилопастный, диаметром 660 мм крепится четырьмя болтами к ступице ведомого вала гидромуфты. С вентилятором двигателя мод. 740.10 не взаимозаменяем.

Кожух вентилятора способствует повышению эффективности вентилятора. Кожух изготовлен штамповкой из тонколистового металла.

Радиатор четырехрядный, для повышения теплоотдачи охлаждающие ленты выполнены с жалюзийными просечками, крепится боковыми кронштейнами через резиновые подушки к лонжеронам рамы, а нижней тягой к первой поперечине рамы.

Жалюзи радиатора установлены перед радиатором. Управление жалюзи осуществляется ручкой тяги привода, расположенной на панели приборов. При полностью утопленной ручке жалюзи открыты, при полностью вытянутой - закрыты.

Жалюзи способствуют ускорению прогрева двигателя при пуске и поддержанию теплового режима двигателя при низких температурах окружающего воздуха.

Расширительный бачок 20 (рис. Схема системы охлаждения) установлен на двигателе с правой стороны по ходу автомобиля и соединен перепускной трубой 19 с входом водяного насоса, паровоздушной трубкой 1 с верхним бачком радиатора и трубкой 2 отвода жидкости из компрессора.

Гидромуфта привода вентилятора передает крутящий момент от коленчатого вала к вентилятору и гасит инерционные нагрузки, возникающие при резком изменении частоты вращения коленчатого вала. Гидромуфта расположена соосно с коленчатым валом.

Включатель гидромуфты управляет работой гидромуфты привода вентилятора. Через него масло поступает в гидромуфту. Включатель установлен в передней части двигателя на патрубке, подводящем охлаждающую жидкость к правому ряду цилиндров.

Обслуживание системы охлаждения

Заправка двигателя охлаждающей жидкостью производится через заливную горловину расширительного бачка. Перед заполнением системы охлаждения надо предварительно открыть кран системы отопления.

Проверка уровня жидкости производится визуально на холодном двигателе. Нормальный уровень должен находится между отметками "MIN" и "МАХ" на боковой поверхности бачка.

Для слива охлаждающей жидкости следует открыть сливные краны нижнего колена водяного трубопровода, теплообменника и насосного агрегата предпускового подогревателя, подводящей трубы отопителя кабины и отвернуть пробку расширительного бачка.

Водяной насос двигателей КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300

Водяной насос (рис. Водяной насос) центробежного типа установлен на передней части блока цилиндров слева.

Насос водяной: 1 — шкив; 2 — болт; 3, 10 — шайбы; 4, 6 — подшипники; 5 — пресс-масленка; 7 — манжета; 8 — уплотнительное кольцо с обоймой; 9 — вал; 11 — колпачковая гайка; 12 — упорное кольцо; 13 — уплотнение (сальник); 14 — крыльчатка; 15 — корпус; 16 — пылеотражатель.

Вал 9 вращается в подшипниках 4 и 6 с односторонним резиновым уплотнителем. Для дополнительной защиты от проникновения охлаждающей жидкости в подшипники установлена резиновая манжета 7.

Сальник 13 препятствует вытеканию охлаждающей жидкости из полости насоса. Сальник запрессован в корпус 15 насоса, а его графитовое кольцо постоянно прижато пружиной к упорному стальному кольцу 12. Между упорным кольцом и крыльчаткой 14 установлено уплотнительное резиновое кольцо 8 в тонкостенной латунной обойме. Высокое качество изготовления торцев графитового и упорного кольца обеспечивает надежное контактное уплотнение полости насоса.

При эксплуатации периодически (при сезонном обслуживании) следует пополнять смазку Литол-24 с помощью пресс-масленки 5 до появления ее из контрольного отверстия.

Для проверки исправности торцевого уплотнения в корпусе насоса имеется дренажное отверстие. Течь жидкости через это отверстие свидетельствует о неисправности уплотнения насоса. Закупорка отверстия не допускается, так как проводит к выходу из строя подшипников.

Расширительный бачок двигателей КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300

Расширительный бачок 20 (рис. Схема системы охлаждения) установлен на двигателе КамАЗ с правой стороны по ходу автомобиля и соединен перепускной трубой 19 с входом водяного насоса, паровоздушной трубкой 1 с верхним бачком радиатора и трубкой 2 отвода жидкости из компрессора.

Расширительный бачок служит для компенсации изменения объема охлждающей жидкости при ее расширении от нагревания, а также позволяет контролировать степень заполнения системы охлаждения и способствует удалению из нее воздуха и пара. Расширительный бачок изготовлен из полупрозрачного сополимера пропилена. На горловину бачка навинчивается пробка расширительного бачка 21 с клапанами впускным (воздушным) и выпускным (паровым).

Выпускной клапан, нагруженный пружиной, поддерживает в системе охлаждения избыточное давление до 65 кПа (0,65 кгс/см2), впускной клапан, нагруженный более слабой пружиной, препятствует созданию в системе разряжения при остывании двигателя. Впускной клапан открывается и сообщает систему охлаждения с окружающей средой при разряжении в системе охлаждения 1-13 кПа (0,01-0,13 кгс/см2).

Эксплуатация автомобиля без пробки расширительного бачка не допускается.

Гидромуфта привода вентилятора двигателей КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300

Гидромуфта привода вентилятора (см. рис.) передает крутящий момент от коленчатого вала к вентилятору и гасит инерционные нагрузки, возникающие при резком изменении частоты вращения коленчатого вала. Гидромуфта расположена соосно с коленчатым валом.

Гидромуфта привода вентилятора: 1 — передняя крышка; 2 — корпус подшипника; 3 — кожух: 4, 8, 13, 19 — шариковые подшипники; 5 — трубка корпуса подшипника; 6 — ведущий вал; 7 — вал привода гидромуфты; 9 — ведомое колесо; 10 — ведущее колесо; 11 — шкив привода генератора и жидкостного насоса; 12 — вал шкива; 14 — упорная втулка; 15 — ступица вентилятора; 16 — ведомый вал; 17, 20 — манжеты; 18 — прокладка; 21 — маслоотражатель.

Передняя крышка 1 блока и корпус 2 подшипника соединены винтами и образуют полость, в которой установлена гидромуфта.

Ведущий вал 6 в сборе с кожухом 3, ведущее колесо 10, вал 12 и шкив 11, соединенные болтами, составляют ведущую часть гидромуфты, которая вращается в шариковых подшипниках 8 и 19. Ведущая часть гидромуфты приводится во вращение от коленчатого вала через шлицевой вал 7. Ведомое колесо 9 в сборе с валом 16, на котором закреплена ступица 16 вентилятора, составляют ведомую часть гидромуфты, вращающуюся в шариковых подшипниках 4 и 13. Гидромуфта уплотнена резиновыми манжетами 17 и 20.

На внутренних тороидальных поверхностях ведущего и ведомого колес отлиты радиальные лопатки. На ведущем колесе их 33, на ведомом 32. Межлопаточное пространство колес образует рабочую полость гидромуфты.

Крутящий момент с ведущего колеса 10 гидромуфты на ведомое 9 передается при заполнении рабочей полости маслом. Частота вращения ведомой части зависит от количеств масла, поступающего в гидромуфту.

Включатель гидромуфты двигателей КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300

Включатель гидромуфты (см. рис.) управляет работой гидромуфты привода вентилятора. Через него масло поступает в гидромуфту. Включатель установлен в передней части двигателя на патрубке, подводящем охлаждающую жидкость к правому ряду цилиндров.

Включатель гидромуфты

Включатель имеет три фиксированных положения и обеспечивает работу вентилятора в одном из режимов:

автоматический - рычаг включателя установлен в положение "А"(рис. Положение включателя гидромуфты привода вентилятора). При повышении температуры охлаждающей жидкости, омывающей термосиловой датчик 7 (рис. Включатель гидромуфты), начинается плавление активной массы, находящейся в его баллоне, которая, увеличиваясь в объеме, перемещает поршень датчика и шарик 9. При температуре жидкости 86-90°С шарик 9 открывает масляный канал в корпусе включателя. Масло из главной магистрали двигателя по каналам в корпусе включателя, блоке и его передней крышке, трубке 5 (рис. Гидромуфта привода вентилятора) и каналам в ведущем валу поступает в рабочую полость гидромуфты. При этом крутящий момент от коленчатого вала передается крыльчатке вентилятора. При температуре охлаждающей жидкости ниже 86 °С шарик под действием возвратной пружины перекрывает масляный канал в корпусе, и подача масла в гидромуфту прекращается. При этом находящееся в гидромуфте масло через отверстие в кожухе 3 сливается картер двигателя и вентилятор отключается;

вентилятор отключен - рычаг выключателя установлен в положение "О" (рис. Положение включателя гидромуфты привода вентилятора); масло в гидромуфту не подается, при этом крыльчатка может вращатьсяс небольшой частотой под действием сил трения, возникающих при вращении подшипников и манжеты гидромуфты;

вентилятор включен постоянно - рычаг включателя установлен в положение "П"; в этом случае масло в гидромуфту подается постоянно независимо от температуры охлаждающей жидкости, лопасти вентилятора вращаются постоянно с частотой приблизительно равной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Положение включателя гидромуфты привода вентилятора

Основной режим работы гидромуфты автоматический.

При отказе включателя гидромуфты в автоматическом режиме (характеризуется перегревом двигателя) необходимо включить гидромуфту в постоянный режим (установить рычаг включателя в положение "П") и при первой возможности устранить неисправность включателя.

Термостаты двигателей КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300

Термостаты (см. рис. Термостат) с твердым наполнителем и прямым ходом клапана предназначены для автоматической регулировки теплового режима двигателя, размещены в коробке 16 (рис. Схема системы охлаждения), закрепленной на переднем торце правого ряда блока цилиндров.

Термостат

На холодном двигателе вход жидкости в радиатор перекрыт клапаном 5, а вход в перепускную трубу к водяному насосу открыт клапаном 1. Охлаждающая жидкость циркулирует минуя радиатор, что ускоряет прогрев двигателя.

При достижении температуры охлаждающей жидкости 80°С активная масса 10, заключенная в баллоне 9, плавится, увеличиваясь в объеме, и выдавливает шток 8. При этом баллон 9 перемещается вправо, открывая клапан 5, а клапан 1 закрывает вход жидкости в перепускную трубу к водяному насосу. Охлаждающая жидкость начинает циркулировать через радиатор. В диапазоне температур 80-93°С клапаны 1 и 5 открыты частично, охлаждающая жидкость проходит через радиатор и перепускную трубу на вход к насосу. При температуре 93°С клапан 5 открывается полностью, а клапан 1 закрывается, при этом вся жидкость циркулирует только через радиатор.

При снижении температуры охлаждающей жидкости до 80°С и ниже объем активной массы уменьшается и клапан 1 и 5 под действием пружин 4 и 2 термостата занимают первоначальное положение.

Контроль температуры охлаждающей жидкости в системе осуществляется по указателю на панели приборов.

При возрастании температуры в системе охлаждения до 98-104°С на щитке приборов загорается контрольная лампа аварийного перегрева охлаждающей жидкости.

Регулировка натяжения ремней двигателей КамАЗ 740.11-240, 740.13-260, 740.14-300

Регулировку натяжения ремней привода генератора и водяного насоса выполнить следующим образом:

ослабить гайки крепления передней и задней лап генератора, болт 2 (см. рис.) крепления планки и болт 1;

переместив генератор, натянуть ремни;

затянуть болт 1, болт 2 крепления планки, гайки крепления передней и задней лап генератора.

После регулировки должно быть проверено натяжение: правильно натянутый ремень при нажатии на середину наибольшей ветви с усилием 40 Н (4 кгс) должен иметь прогиб 15-22 мм