Конструктивные особенности силовых установок бмп, бтр

 

Силовая установка БМП-2

Общее устройство силовой установки

 

Силовая установка является источником механической энергии, приводящей машину в движение.

Силовая установка БМП-2 включает в себя:

1. Двигатель УТД-20С1

2. Обслуживающие его системы: питания топливом и воздухом; смазки; охлаждения; подогрева; воздушного запуска.

Силовая установка размещается в носовой части корпуса машины, в силовом отделении.

Двигатель предназначен для преобразования тепловой энергии сгораемого топлива в механическую работу.

Он установлен в силовом отделении в общем силовом блоке (рис. 2.1) с главным фрикционом (ГФ), коробкой передач (КП) и планетарными механизмами поворота (ПМП).

Силовой блок крепится на трех опорах: двух передних (бугелях) и одной задней (упругой) опоре. Бугели расположены в передней части машины. Основания бугелей приварены к нижнему лобовому листу корпуса. На бугели опираются цилиндрические картеры механизмов поворота и закрепляются в них с помощью болтов верхними наметками.

Третья, задняя опора упругая, состоит из кронштейна, который крепится болтами к опоре на днище машины в средней части силового отделения, и упругого кольца. Кольцо устанавливается на цилиндрическую горловину блок-картера двигателя и опирается на кронштейн.

Для предотвращения поперечного перемещения силового блока в средней части картера КП напротив передних опор установлены ограничительные болты.

Жесткое соединение элементов силового блока между собой обеспечивает надежную соосность валов двигателя и трансмиссии при недостаточно жестком днище БМП.

Передней частью двигатель установлен в сторону носовой части корпуса машины, наименование блоков (левый и правый), а также нумерация цилиндров ведутся со стороны, противоположной маховику. Вращение коленчатого вала двигателя – правое (по ходу часовой стрелки), если смотреть со стороны вала отбора мощности на привод компрессора.

 

Рис. 2.1 Установка силового блока в машине:

1 — двигатель; 2 — задняя опора силового блока; 3 — передняя опора силового блока; 4 — кронштейн задней опоры; 5 — коробка передач.

Техническая характеристика, общее устройство двигателя УТД-20С1, работа механизмов двигателя

Двигатель

 

Тип четырехтактный бескомпрессорный дизель

жидкостного охлаждения, с воспламенением

от сжатия, с непосредственным впрыском

топлива

 

Марка двигателя УТД-20С1

 

Число цилиндров 6

 

Расположение цилиндров V -образное с углом развала 120°

и вертикальным расположением

оси развала

 

Порядок нумерации цилиндров со стороны, противоположной

маховику

 

Порядок работы цилиндров 1л - 1пр - 2л - 2пр - 3л - 3пр

 

Диаметр цилиндра, мм 150

 

Ход поршня, мм 150

 

Рабочий объем цилиндров двигателя, л 15,9

 

Степень сжатия 15,8

 

Максимальная мощность,

при2600 об/мин, кВт (л.с.) 210-221 (285-300)

 

Максимальный крутящий момент,

при1500-1600 об/мин, Н м (кгс м) 883-1030 (90-105)

 

Частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин:

- эксплуатационная 1500-2600

- рекомендуемая эксплуатационная 1800-2400

- максимально допустимая на х.х. 2900

- минимально устойчивая на х.х. 700

 

Габаритные размеры, мм:

- длина 790

- ширина 1150

- высота 742

 

Масса сухого двигателя, кг 665

 

Гарантийный срок службы, ч 500

 

Двигатель УТД-20С1 (рис. 2.2 и 2.3) состоит из следующих механизмов:

- кривошипно-шатунного механизма (КШМ);

- механизма газораспределения (ГРМ);

- механизма передач (МП);

- уравновешивающего механизма (УМ).

 

 

 

Рис. 2.2. Двигатель (вид со стороны маховика):

1 — блок-картер; 2 — маховик; 3 — стрелка-указатель; 4 — датчик тахометра; 5 — головка блока; 6 — крышка головки блока; 7 — штуцер отвода охлаждающей жидкости; 8 — топливный фильтр тонкой очистки: 9 — выпускной коллектор; 10 — трубка высокого давления; 11 — топливный насос; 12 — топливоподкачивающий насос; 13 — стержень замера уровня масла в регуляторе; 14 — центробежный масляный фильтр; 15 — всережимный регулятор; 16 — рычаг управления топливным насосом; 17 — крышка лючка доступа к форсунке; 18 — впускной коллектор; 19 — генератор; 20 — воздухораспределитель; 21 — шестерня стартера.

 

Рис. 2.3. Двигатель (продольно-поперечный разрез):

1 — головка блока; 2 — охлаждаемый выпускной коллектор; 3 — крышка головки блока; 4 — топливный насос; 5 — топливные трубки высокого давления; 6 — топливоподкачивающий насос; 7 и 14 — штуцера отвода охлаждающей жидкости; 8 — центробежный масляный фильтр; 9 — трубопровод отвода топлива и воздуха; 10 — шланг подвода масла к центробежному фильтру; 11 — топливный фильтр тонкой очистки; 12 — клапан выпускной; 13 — распределительный вал выпуска; 15 — крышка лючка; 16 — форсунка; 17 — впускной коллектор; 18 — распределительный вал впуска; 19 — поршень; 20 — клапан воздухопуска; 21 — маслонасос; 22 — штуцер подвода масла к маслонасосу; 23 — штуцер отвода масла из насоса к радиатору; 24 — гильза цилиндра; 35 — внутренний шатун; 26 — водяной насос; 27 — кран слива охлаждающей жидкости; 28 — входной патрубок водяного насоса; 29 — вильчатый шатун; 30 — блок-картер; 31 — коленчатый вал; 32 — вал уравновешивающего механизма; 33 — стакан переднего подшипника; 34 — вал отбора мощности; 35 — все-режимный регулятор; 36 — зажим подвода масла в главную магистраль двигателя от маслозакачивающего насоса; 37 — зажим подвода масла к топливному насосу; 38 — рычаг управления топливным насосом.

 

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

 

Кривошипно-шатунный механизм состоит:

а) неподвижные части:

- блок-картер;

- головки блоков;

б) подвижные части:

- коленчатый вал;

- маховик;

- шатунная группа;

- поршневая группа.

Блок-картер (рис. 2.4) предназначен для монтажа всех деталей, узлов и служит силовым остовом двигателя. Блок-картер отливается совместно с рубашками цилиндров с углом развала блоков 120° и представляет собой жесткую монолитную конструкцию тоннельного типа. Внутри блок-картер разделен оребренными поперечными перегородками на три цилиндровых отсека и полостьдля установки шестерен механизма передач. В тоннель, образованный расточками в перегородках, на роликовых коренных подшипниках устанавливается коленчатый вал.

В нижней части перегородок параллельно оси коленчатого вала сделаны расточкидля монтажа валауравновешивающего механизма.

С левой и правой сторон блок-картера сделано по три люкадля монтажа шатунов.

С правой стороны блок-картера обработаны фланцы для монтажа масляного насоса и нагнетающего патрубка водяного насоса.

С левой стороны блок-картера выполнено ложе для монтажа стартера. Выше ложа стартера на приливе крепится генератор.

Со стороны переднего торца на блок-картере имеется фланец, на который устанавливается стакан первого коренного подшипника и передняя крышка.

Сверху по оси развала блок-картера выполнен прилив с расточкой внутри, в которую устанавливается муфта опережения впрыска топлива. Продолжение этой расточки является опорой корпуса топливного насоса высокого давления. Вторая опора ТНВД — полубугель с двумя резьбовыми отверстиями. Сверху на приливе имеются два резьбовых отверстиядля отвода масла к механизму газораспределения, топливному насосу и воздушному компрессору машины. С торца прилива установлен штуцердатчика манометра.

Рис. 2.4. Блок-картер:

1 — резиновая прокладка; 2 — анкерная шпилька; 3 — трубки перепуска охлаждающей жидкости; 4 — сапун; 5 — шпильки крепления масляного фильтра; 6 — рым-болт; 7 — втулка отвода масла к механизму газораспределения; 8 — шпильки крепления двигателя к машине; 9 — втулка отвода масла к компрессору; 10 — шпильки крепления топливного фильтра; 11 — штуцер для замера давления масла; 12 — штифт; 13 — технологическая заглушка; 14 — передняя крышка; 15 — стакан первого подшипника; 16 — обойма коренной опоры; 17 — защитная сетка; 18 — пробка сливного отверстия; 19 — крышка люка; 20 — полубугели крепления стартера; 21 — гильза цилиндра; 22 — опора топливного насоса: а — канал главной магистрали; б — водяной канал; в — отверстие для слива масла из топливного насоса; д — отверстие для слива масла из полости уравновешивающего механизма; е — полости охлаждения гильз цилиндров; ж — прилив крепления генератора; и — цилиндровый отсек.

 

В развале блок-картера на шпилькахкрепится блок топливных фильтров, блок масляных фильтров, сапун. Для демонтажа и монтажа блок-картера в верхней части ввернуты рым-болты.

В каждом блоке выполнено по три расточки, в которые вставляются гильзыцилиндров. Между наружной поверхностью гильзы и внутренней поверхностью расточки образуется кольцевая полостьдля протока охлаждающей жидкости.

Гильзыцилиндров изготовлены из высоколегированной стали. Внутренняя поверхность гильз азотируется. В верхней части гильзы имеется бурт с кольцевыми канавками для установки медного уплотнительного кольцагазового стыка.

Для перепуска воды из охлаждающих полостей гильз цилиндров в охлаждающую полость головок блоков на верхних плоскостях блоков выполнено по пятнадцать отверстий. Эти отверстия уплотняются резиновыми кольцами, надетыми на латунные трубки.

В верхние плоскости блоков ввернуто по восемь анкерных шпилекдля крепления головок блоков. С обеих сторон блоков имеются приливыс отверстиями для сшивных шпилек головок блоков.

Сапун (рис. 2.5) предназначен для сообщения внутренней полости блок-картера с атмосферой. Корпус сапуна выполнен в виде сварного цилиндра, внутри которого помещена фильтрующая набивка. Сверху сапун закрывается крышкой.

Рис. 2.5. Сапун:

1 — корпус; 2 — фильтрующая набивка; 3 —крышка.

 

На стенке заднего торца блок-картера имеется большой фигурный фланецсо шпилькамидля крепления картера коробки передач. С этой же стороны в блок-картере имеются горизонтальные расточкидля монтажа осей и подшипников шестерен механизма передач. В верхней части задняя стенка блок-картера переходит в коробку, связывающую блоки цилиндров.

Головка блока (рис. 2.6) отливается из алюминиевого сплава. Нижняя плита вместе с верхней и боковыми стенками образует замкнутую полость, внутри которой расположены прилитые к боковым стенкам и нижней плите головки впускныеи выпускныеканалы, колодец для монтажа форсунки. Пространство между стенками, каналами и колодцем форсунки служит водяной рубашкой охлаждения головки.

Головки блоков устанавливаются на выступающие над плоскостью блок-картера бурты гильз и стягиваются с блоком восемью анкерными и двенадцатью сшивными шпилькамикаждая.

 

 

Рис. 2.6. Головка блока:

1 — седла клапанов; 2 — уплотняющее медное кольцо; 3 — выпускной клапан; 4 — выпускное окно; 5 — пароотводной угольник; 6 — крышка головки блока; 7 — выпускной распределительный вал; 8 — крышки лючка; 9 — впускной распределительный вал; 10 — нажимная тарель клапана; 11 — замок тарели; 12 — направляющая втулка клапана; 13 — пружины клапана; 14 — головка блока; 15 — впускное окно; 16 — пусковой клапан; 17 — впускной клапан; 18 — сшивная шпилька.

 

Стык между плоскостью головки и буртами гильз уплотняется индивидуальными медными кольцами.

В нижней плоскости головки расточены три камеры сгорания, в каждой из которых имеются четыре отверстия, соединяющие камеру с впускнымии выпускнымиканалами. В расточки этих отверстий запрессованы стальные седла клапанов. К внутренним коническим поверхностям седел плотно прилегают фаски клапанов.

По оси каждой камеры сгорания расточены отверстия для установки форсунок.

Со стороны крепления впускного коллектора, ниже окна, на оси каждого цилиндра установлены пусковые клапанысистемы воздушного пуска двигателя.

Охлаждающая жидкость в рубашку головки подводится снизу из рубашечного пространства блок-картера. Охлаждающая жидкость из рубашки головки отводится через штуцер, который ввернут в головку в районе третьего цилиндра, а пар — через пароотводной угольник.

На верхней плоскости головки установлены четыре подшипника распределительных валов газораспределительного механизма.

Головка блока закрыта сверху крышкой. Три люка на верхней полости крышки головки, закрываемые штампованными крышками, обеспечивают возможность установки и съема форсунок без снятия крышки головки. По оси штампованных крышек выполнены отверстия напротив форсунок для монтажа трубок объединенного слива топлива, просочившегося через форсунки. На боковой стенке крышки расположены три прилива с отверстиями для установки штуцеров трубопроводов высокого давления, по которым топливо подается к форсункам.

Коленчатый вал (рис. 2.7) — вращающаяся часть кривошипно-шатунного механизма. В процессе работы двигателя он воспринимает нагрузки через шатун и поршень от давления газов.

Коленчатый вал - трехколенный, четырехопорный - изготовлен из высококачественной легированной стали методом штамповки.

Три шатунные шейки вала расположены под углом 120° друг относительно друга. Шатунные шейки и коренные опоры соединены между собой щеками эллиптической формы. На продолжениях первой и второй щек крепятся противовесы. С одной стороны к валу крепится маховик, а с другой в полость первой коренной опоры запрессован хвостовик. На первую коренную опору устанавливается упорный роликовый подшипник, внутреннее кольцо которого прижато к фланцу. На наружное кольцо подшипника надевается стакан. Наружное кольцо стопорится в стакане разрезным упругим кольцом.

Остальные три опоры вала являются беговыми дорожками для роликов коренных радиальных подшипников. Коленчатый вал монтируется в сборе с коренными подшипниками и передним стаканом в нагретый до 80-90°С блок-картер.

В шатунных шейках коленчатого вала имеются полости, которые сообщаются между собой наклонными отверстиями.

Во внутреннюю полость коленчатого вала масло подводится от масляного фильтра двигателя через каналглавной масляной магистрали и отверстия в стакане первого подшипника. Из полости стакана масло проходит внутрь коленчатого вала и по отверстиям в нем — в полости шатунных шеек.

Для подвода масла к трущимся поверхностям вкладышей шатунов в шатунных шейках выполнены отверстия.

 

Рис. 2.7. Коленчатый вал:

1 — упорный роликоподшипник; 2 — хвостовик; 3 — противовесы; 4 — коленчатый вал; 5 — роликоподшипник; 6 — маховик; 7 — шестерня.

 

Со стороны носка на коленчатый вал установлена шестерня, от которой через механизм передач осуществляется привод узлов и агрегатов, обеспечивающих работу двигателя.

Маховик (рис. 2.7) предназначен для повышения равномерности хода двигателя; прокрутки коленчатого вала во время пуска двигателя электрическим стартером; облегчения проверки и регулирования в условиях эксплуатации и ремонта машины фаз газораспределения, воздухораспределителя и угла опережения подачи топлива (с помощью градуировки). Кроме того, маховик, имеющий противовес, является одним из элементов уравновешивающего механизма.

Маховик изготовлен из стали. По наружному контуру маховика нарезаны зубья, а на ободе нанесена градуировка с ценой деления один градус поворота коленчатого вала. Маховик крепится к хвостовику коленчатого вала в строго определенном положении, для чего один из фиксирующих штифтов расположен на большем радиусе, чем другие.

Шатунная группа (рис. 2.8) передает усилия от поршней на коленчатый вал. Совершает сложное движение, так как участвует в преобразовании возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

На двигателе УТД-20С1 применена система центральных шатунов. Шатунная группа состоит из вильчатогои внутреннегошатунов. Верхние головки вильчатых шатунов соединяются с поршнями левого блока, а внутренних — с поршнями правого блока. Нижняя головка вильчатого шатуна монтируется на шатунной шейке коленчатого вала, а по ее наружной поверхности работает нижняя головка внутреннего шатуна.

 

 

Рис. 2.8. Шатунная группа:

а — вильчатый шатун; б — нижняя головка внутреннего шатуна; 1 и 12 — штифты; 2 — крышка вильчатого шатуна; 3 и 14 — вкладыши; 4 — проставка; 5 — стержень вильчатого шатуна; 6 — втулка; 7 — поршневой палец; 8 — заглушка; 9 — болт; 10 — гайка; 11 — шплинт; 13 — крышка внутреннего шатуна; 15 — стержень внутреннего шатуна; 16 — болт.

 

Вкладыши являются подшипниками скольжения шатунов. Они изготавливаются из стали, внутренняя поверхность вкладышей залита тонким слоем свинцовистой бронзы и для лучшей приработки освинцованы. Половинки вкладышей фиксируются от проворачивания штифтами. Окончательная расточка вкладышей производится после установки их в головки шатунов.

В верхние головки вильчатых и внутренних шатунов запрессованы бронзовые втулки, служащие подшипниками для поршневых пальцев. Палец смазывается разбрызгиванием масла через шесть отверстий в верхней головке шатуна.

Поршневая группа (рис. 2.9) служит для восприятия давления газов и передачи его через шатун коленчатому валу.

Поршневая группа состоит из поршня, поршневых колец, поршневого пальца и заглушек.

 

 

Рис. 2.9. Поршневая группа:

1 — поршень; 2 — поршневой палец; 3 — заглушка; 4, 5, 6 — поршневые кольца; а — углубления; б — отверстия.

 

Поршеньотштампован из алюминиевого сплава. Для уменьшения тепловой нагрузки на днище поршня нанесен гальваническим способом тонкий твердый теплоизоляционный слой.

Днищу поршня придана специальная форма, способствующая эффективному смесеобразованию и сгоранию впрыскиваемого топлива.

С внутренней стороны на юбке поршня имеются две бобышки. В расточки бобышек при сочленении поршня с шатуном вставляется поршневой палец.

Для уменьшения веса поршня с внутренней и наружной сторон юбки выполнены выемки.

По поверхности поршня проточены пять канавок, четыре из которых расположены выше отверстия под поршневой палец, а одна — ниже. Четвертая и пятая канавки имеют фаски с маслосточными отверстиями. В канавки поршня устанавливаются поршневые кольца.

Два верхних кольца —уплотняющие, стальные, трапецеидального сечения, поверхность которых покрыта хромом.

Третье и четвертое кольца комбинированные, т.е. наряду с уплотнением от прорыва газов служат для удаления лишнего масла с зеркала гильз цилиндров.

Комбинированные кольца конического сечения изготовлены из специального чугуна. Кольца покрыты тонким слоем твердого хрома.

Пятое кольцо —маслосбрасывающее — также изготавливается из специального чугуна.

Поршневой палец — плавающего типа, стальной, цементированный по наружной поверхности, внутри пустотелый. В бобышки поршня палец устанавливается с натягом. С обеих сторон в поршневой палец устанавливаются бронзовые заглушки, ограничивающие его осевое перемещение и предохраняющие зеркало цилиндра от задира торцами пальца.

Работа кривошипно-шатунного механизма

Поршень, воспринимая давление газов в камере сгорания, перемещается вниз (от ВМТ к НМТ) и воздействует через палец на шатун. Шатун, действуя на шатунную шейку, обеспечивает проворот вала (благодаря наличию плеча между шатунной и коренной шейками).

Воспламенение рабочей смеси в цилиндрах в строго определенной последовательности (1л - 1п - 2л - 2п - 3л - 3п) обеспечивает непрерывное вращение коленчатого вала, т.е. возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Механизм газораспределения (рис. 2.10) служит для обеспечения наполнения цилиндров воздухом и очистки их от отработавших газов в порядке, соответствующем рабочему циклу двигателя.

Механизм газораспределения клапанного типа с верхним расположением клапанов и верхним расположением распределительных валов, т.е. и клапаны, и распредвалы смонтированы на головках блоков.

Механизм газораспределения состоит из:

- распределительных валов с шестернями привода (4 шт.);

- клапанов впуска и выпуска (12 + 12 шт.).

Рис. 2.10. Механизм газораспределения:

1 — шестерня привода газораспределения; 2 — гайка регулировочной втулки;

3 — стопорное кольцо; 4 — регулировочная втулка; 5 — шестерня распределительного вала; 6 — крышка упорного подшипника; 7 — распределительный вал выпуска; 8 — распределительный вал впуска; 9 — крышка подшипника распределительного вала; 10 — впускные клапаны; 11 — основание упорного подшипника; 12 — замковое кольцо.

 

Впускной и выпускной распределительные валы (рис. 2.10) установлены в четырех подшипниках на верхней плоскости головки цилиндров.

На концах распределительных валов монтируются шестерни, находящиеся между собой в зацеплении. Шестерни распределительных валов получают вращение от механизма передач. Шестерни соединены с распределительными валами регулировочными втулками и прижаты к упорным буртам валов гайками, которые фиксируются стопорными кольцами. Снаружи регулировочные втулки имеют треугольный шлиц, а внутри — прямоугольный и служат для регулировки фаз газораспределения. Каждый распределительный вал имеет по три пары кулачков. Профили впускных и выпускных кулачков одинаковы.

Распределительные валы полые, канал внутри служит маслопроводом. Для выхода масла к подшипникам в каждой опоре и шейке вала выполнено отверстие. В затылках кулачков выполнены отверстия для смазки кулачков и тарелей клапанов.

Масло к распределительным валам подводится через канал в оси промежуточной шестерни, вертикальный канал в головке блока и каналы в упорном подшипнике.

Клапаны впуска и выпуска (рис. 2.11) одинаковы по устройству и отличаются один от другого размерами грибков и материалом. Выпускной клапан имеет меньший диаметр и изготовлен из жаропрочной стали.

На каждый цилиндр в головке блока устанавливается два впускных и два выпускных клапана.

Рис. 2.11. Клапан: 1 — стержень; 2 — милая пружина; 3 — большая пружина; 4 — замок; 5 — тарелка; а и б — насечки.

Рис. 2.12. Схема расположения кулачка при замере и регулировании теплового зазора.

 

Клапан состоит из стержня с грибком, тарелки, замка и двух пружин. В стержне клапана выполнено резьбовое отверстие для ввертывания тарели клапана. Резьбовое соединение позволяет устанавливать необходимый зазор (рис. 2.12) между тарелью клапана и затылком кулачка распределительного вала при регулировке фаз газораспределения. Этот зазор должен быть в пределах 2,24-2,34 мм.

Положение тарели после регулирования фиксируется замком. Замок посажен на трехгранный конец стержня клапана. Две концентрические пружины прижимают торцовые шлицы замка к шлицам тарелки.

Работа механизма газораспределения

При работе двигателя распределительные валы получают вращение от коленчатого вала через механизм передач. При вращении распредвала кулачок набегает на тарелку клапана и, преодолевая сопротивление пружины, опускает клапан, открывая входное (выходное) окно. При сбегании кулачка клапан садится в седло под действием пружины.

Открывание и закрывание клапанов происходит в строго определенной последовательности в соответствии с диаграммой фаз газораспределения.

Фазы газораспределения

Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов в соответствии с положением поршня и тактом двигателя называется фазами газораспределения, а их графическое изображение — диаграммой фаз газораспределения (рис. 2.13).

В целях лучшего наполнения цилиндров воздухом и более полной их очистки от отработавших газов клапаны открываются в конце предыдущего такта, а закрываются в начале последующего такта. То есть впускные клапаны открываются в конце такта выпуска, при подходе поршня к ВМТ, а закрываются в начале такта сжатия, при движении поршня к ВМТ.

Выпускные клапаны открываются в конце рабочего хода, при подходе поршня к НМТ, а закрываются в начале такта впуска, при движении поршня к НМТ.

По углу поворота коленчатого вала впускные клапаны открываются за 20° до ВМТ, а закрываются через 48° после НМТ. Выпускные клапаны открываются за 48° до НМТ и закрываются через 20° после ВМТ. Общая продолжительность открытого состояния каждого клапана одинакова — 248° (20° + 180° + 48° = 248°).

Рис. 2.13. Диаграмма фаз газораспределения двигателя УТД-20С1.

 

Механизм передач (рис. 2.14) служит для передачи вращения от коленчатого вала к распределительным валам механизма газораспределения, валу уравновешивающего механизма и навесным агрегатам, обеспечивающим работу двигателя.

Рис. 2.14. Механизм передачи:

1 — шестерня уравновешивающего механизма; 2 — крышка; 3 — шестерня коленчатого вала; 4 — коленчатый вал; 5, 10, 12, 17 и 18 — промежуточные шестерни; 6 — шестерня привода масляного насоса; 7 — шестерни распределительных валов правого блока; 8 — промежуточная шестерня привода газораспределения правого блока; 9 — блок шестерен (привод тахометра); 11 — шестерня привода топливного насоса: 13 — блок шестерен (привод воздухораспределителя); 14 — шестерня привода газораспределения; 15 — шестерни распределительных валов левого блока; 16 — блок шестерен; 19 — шестерня привода генератора и вентилятора.

 

Механизм передач состоит из прямозубых цилиндрических шестерен, установленных на подшипниках качения в специальной полости блок-картера. Шестерни изготовлены из легированной стали и смазываются разбрызгиванием масла, которое сливается из-под крышек, закрывающих газораспределительные механизмы правой и левой головок блоков.

Привод всего механизма передач осуществляется от шестерни коленчатого вала.

От этой шестерни приводится во вращение шестерня-противовес вала уравновешивающего механизма с передаточным отношением, равным единице.

Привод шестерни распределительных валов газораспределительного механизма к блоку шестерен воздухораспределителя и шестерни топливного насоса высокого давления осуществляется через ряд промежуточных шестерен со строго определенным передаточным отношением, равным 0,5. Такое передаточное отношение объясняется тем, что у двигателя УТД-20С1 весь рабочий цикл происходит за четыре такта, т. е. за два оборота коленчатого вала.

Привод блока шестерен датчика электрического тахометра осуществляется через ряд промежуточных шестерен также с передаточным отношением 0,5.

Привод шестерни масляного и водяного насосов и шестерни привода генератора осуществляется через промежуточные шестерни с передаточным отношением 1,2 и 2,562 соответственно.

Для регулирования угла опережения впрыска топлива шестерня соединяется с муфтой привода ТНВД с помощью регулировочной втулки. Втулка имеет такое же устройство, как и регулировочные втулки, установленные на распределительных валах газораспределительного механизма.

Уравновешивающий механизм (рис. 2.15) предназначен для уравновешивания инерционных сил, возникающих при работе двигателя.

Инерционные силы — силы давления газов на поршень и инерционные силы движущихся масс за время рабочего цикла изменяются по величине и направлению, вызывая вибрацию на опорах.

Эти силы уравновешиваются двумя противовесами, закрепленными на щеках первой шатунной шейки: противовеса, образуемого местной выборкой металла на ободе маховика, и специальным уравновешивающим механизмом, вал которого вращается с угловой скоростью коленчатого вала, но в противоположном направлении.

 

Рис. 2.15. Уравновешивающий механизм двигателя.

Уравновешивающий механизм состоит из вала с закрепленными на его концах двумя противовесами, один из которых является шестерней, входящей в зацепление с шестерней коленчатого вала.

Противовесы установлены на валу в одной плоскости, но в противоположном друг относительно друга положении на шпонках и стягиваются гайками. Во избежание самоотворачивания гайка со стороны шестерни имеет левую резьбу. Гайки стопорятся отгибными шайбами.

Вал устанавливается в расточках блок-картера на трех подшипниках качения, со стороны шестерни-противовеса установлены шарико и роликоподшипники, со стороны противовеса — сферический двухрядный роликоподшипник.

Подшипники вала уравновешивающего механизма смазываются разбрызгиванием.

При работе двигателя крутящий момент передается от ведущей шестерни коленчатого вала на вал уравновешивающего механизма и, так как диаметры шестерен равны, вал уравновешивающего механизма вращается с тем же числом оборотов, что коленчатый вал, но в обратном направлении. Этим достигается сглаживание инерционных колебаний и повышение равномерности вращения коленчатого вала.

Принцип работы двигателя

При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндре создается разряжение, под действием которого через открытые впускные клапаны поступает свежий заряд воздуха.

При движении поршня вверх (и закрытых клапанах) воздух сжимается и за 24 - 27° до ВМТ в цилиндр впрыскивается мелкораспыленное топливо.

Топливо смешивается с воздухом, самовоспламеняется, давление резко возрастает, действуя на поршень.

Поршень перемещается к НМТ, воздействуя на шатунную шейку через шатун, и проворачивает коленчатый вал (совершается рабочий ход).

В конце рабочего хода открываются выпускные клапаны и при движении поршня к ВМТ отработавшие газы выталкиваются в атмосферу.

Воспламенение горючей смеси в цилиндрах в порядке 1л - 1п - 2л - 2п - 3л - 3п приводит к непрерывному вращению коленчатого вала.

Таким образом, тепловая энергия, образующаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию движения поршня.

Своевременное открытие и закрытие клапанов обеспечивается газораспределительным механизмом, передача крутящего момента к механизмам двигателя и навесным агрегатам — механизмом передач, повышение равномерности вращения коленчатого вала — уравновешивающим механизмом, маховиком и противовесами.

 

Рабочий цикл двигателя

Двигатель УТД-20С1 является четырехтактным дизельным двигателем, в котором полный цикл работы совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала).

Такт — часть цикла, совершающаяся в течение одного хода поршня.

Рабочий цикл (рис. 2.16) двигателя состоит из четырех тактов:

- впуска;

- сжатия;

- рабочего хода;

- выпуска.

 

 

Рис. 2.16. Рабочий цикл двигателя:

а – такт впуска; б – такт сжатия; в – рабочий ход; г – такт выпуска.

 

Крайние верхние и нижние положения поршня в цилиндре, в которых вертикальная ось его находится на одной прямой с шатуном, и называются соответственно верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ).

В цилиндре двигателя различают:

- объем цилиндра, заключенный между ВМТ и НМТ, называется рабочим объемом цилиндра;

- объем цилиндра, заключенный над поршнем при положении его в ВМТ, называется объемом камеры сгорания (сжатия);

- объем цилиндра, заключенный над поршнем при положении его в НМТ, называется полным объемом цилиндра;

- сумма рабочих объемов всех цилиндров, выраженная в литрах, называется литражом двигателя;

- отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, называется степенью сжатия.

Такт впуска служит для наполнения цилиндра свежим зарядом воздуха. Совершается при движении поршня от ВМТ к НМТ. При этом в цилиндре создается разряжение (давление в цилиндре становится ниже атмосферного 0,8-0,9 кгс/см²) и наружный воздух через открытые впускные клапаны устремляется в цилиндр.

Для лучшего наполнения цилиндра клапаны впуска открываются за 20^о до подхода поршня к ВМТ, а закрываются после прохождения поршнем НМТ на 48^о. Таким образом, продолжительность впуска составляет 248^о по углу поворота коленчатого вала.

Такт сжатия служит для сжатия воздуха и подготовки условий самовоспламенения топлива. Начинается с момента закрытия клапанов впуска и выпуска при движении поршня от НМТ к ВМТ.

Поступивший в цилиндр свежий воздух сжимается в непрерывно уменьшающемся объеме надпоршневого пространства. Воздух в конце такта сжимается до давления 36-39 кгс/см². Температура воздуха при сжатии повышается до 550-600°С.

При положении поршня за 24-27^о до ВМТ в надпоршневое пространство впрыскивается в мелкораспыленном виде дизельное топливо.

Такт заканчивается в то время, когда поршень достигает ВМТ.

Такт рабочего хода. Благодаря высокой температуре сжатого воздуха впрыснутое в камеру сгорания топливо самовоспламеняется.

После того как поршень пройдет ВМТ, давление газов при сгорании топлива резко возрастает до 80-90 кгс/см², а температура – до1800-1900^оС.

Поршень под давлением газов движется к НМТ, воздействуя через шатун на кривошип коленчатого вала и совершая единственный рабочий такт из четырех – рабочий ход.

В результате расширения давление газов снижается до 2,5-3 кгс/см², а температура – до 700-800^оС.

Таким образом, тепловая энергия, создающаяся при сгорании газов, преобразуется в механическую энергию движения поршня.

Такт выпуска служит для очистки цилиндра от отработавших газов. Выпуск отработавших газов из цилиндра начинается с момента открытия выпускных клапанов, т.е. при положении поршня за 48^о до НМТ в такте рабочего хода.

От продуктов сгорания цилиндр очищается:

- при движении поршня к НМТ в такте рабочего хода за счет разности давлений в цилиндре и окружающей атмосфере (давление в цилиндре в момент открытия выпускных клапанов в 2,5-3 раза выше атмосферного);

- в результате выталкивания отработавших газов поршнем, движущемся к ВМТ в такте выпуска;

- за счет инерции потока и вытеснения его свежим воздухом при открытии впускных клапанов в такте впуска, когда поршень движется от ВМ