Схемы дизелей

В дизелях теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в работу перемещения поршней в цилиндрах.  Заключенный  в цилиндр поршень может совершать только прямолинейное возвратно--поступательное движение от одного крайнего положения к другому. А коленчатый вал, передающий мощность дизеля нагрузочному устройству (потребителю), совершает вращательное движение. Как преобразовать прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала двигателя?Для этого применяется шатунно-кривошипный механизм, схема которого представлена на рис. 14.

Рис. 14. Схема кривошипно-шатунного механизма поршневого двигателя

Благодаря разности давлений газов над и под поршнем он перемещается в цилиндре. При этом энергия расширения газов преобразуется в энергию движения поршня и других деталей двигателя, соединенных с ним. Чтобы «передать» силу давления газов дальше на коленчатый вал, необходим шатун - стержень, верхний конец которого шарнирно соединяют с поршнем (посредством поршневого пальца), а нижний — с коленчатым валом через кривошип (колено), являющийся частью вала. Поршневой палец представляет собой отшлифованное цилиндрическое тело, вставляемое в отверстия поршня и верхней головки шатуна. Если начать двигать поршень, то вместе с ним придет в движение и шатун, который через кривошип заставит коленчатый вал вращаться. Если же вращать коленчатый вал, то его кривошип будет перемещать шатун, а значит, и поршень: все детали шатунно-кривошипного механизма связаны между собой. Таким образом, шатун служит для передачи усилия от поршня коленчатому    валу   и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения во вращательное. Во время работы дизеля шатуны похожи как бы на стальные руки, неутомимо вращающие коленчатый вал. Каждая из подвижных деталей шатунно-кривошипного механизма совершает различные виды движения относительно неподвижного цилиндра: коленчатый вал с кривошипом — чисто вращательное движение, поршень — поступательное, а шатун  — сложное. Все тепловозные дизели являются многоцилиндровыми. Число цилиндров в одном ряду может доходить до двенадцати. Цилиндры по отношению друг к другу могут быть размещены в один ряд вертикально (см. рис. 14 и 15) или в два ряда V-образно (расположение цилиндров в поперечном разрезе напоминает латинскую букву V, рис. 16). Вертикальные однорядные шестицилиидровые дизели ПД1М установлены   на  тепловозах  ТЭМ2; Д50— на тепловозах ТЭ1 и ТЭ2, а 2Д50М - на ТЭМ1. Среди дизелей с вертикальным однорядным расположением цилиндров особое место занимают двигатели со встречно-движущимися или расходящимися поршнями (см. рис. 15).

Рис. 15. Схема шатунно-кривошипного механизма дизеля со встречно движущимися поршнями

Это означает, что в каждом цилиндре друг против друга движутся два поршня, соединенных шатунами с верхним и нижним коленчатыми валами. Такие однорядные десятицилиндровые дизели 2Д100 мощностью 1470 кВт (2000 л. с.) установлены на тепловозах ТЭЗ. Десятицилиндровые дизели 10Д100 мощностью 2206 кВт (3000 л. с.) установлены на тепловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10, ТЭП10, ТЭП10Л.

Рис. 16. Схема шатунно-кривошипного механизма V-образного дизеля

В V-образных дизелях шатуны двух смежных цилиндров действуют на один кривошип. V-образное расположение цилиндров имеют шестнадцатицилиндровые дизели 11Д45 и 2А-5Д49 пассажирских тепловозов соответственно ТЭП60 и ТЭП70; 1А-5Д49  грузовых  тепловозов  2ТЭ116  и ТЭ109; 2Д70 тепловозов 2ТЭ116, 2ТЭ109 и 2ТЭ40. Двенадцатицилиндровые V-образные дизели 14Д40 установлены на грузопассажирских тепловозах М62, а дизели М753 — на  тепловозах  ТГМЗ. Во всех тепловозных дизелях каждый цилиндр располагается так, чтобы его продольная ось пересекалась с осью вращения коленчатого вала, как это видно из рис. 14 — 16. Характерной особенностью любого дизеля является то, что все детали шатунно-кривошипного механизма, совершая движения в определенной последовательности (рис. 14, а, б, в,), неизменно возвращаются в исходное положение. Так, поршень, двигаясь сверху вниз, начнет двигаться обратно после того, как коленчатый вал сделает пол-оборота. Еще через полоборота вала поршень займет свое исходное положение. Когда поршень приходит в одно из двух крайних положений, то направление шатуна (в простом шатунно-кривошипном механизме) совпадает с направлением кривошипа; шатунно-кривошипный механизм становится как бы «врастяжку» (см. рис. 14, а и в). В этом случае, как бы велика ни была сила давления газов на поршень, он не сдвинется с места и коленчатый вал в движение не придет. Усилие от действия газов на поршень будет только сжимать детали шатунно-кривошипного механизма, но коленчатый вал дизеля останется неподвижным;вот почему крайние положения поршня и кривошипа называются мертвыми положениями, или мертвыми точками — внутренней и наружной. Внутренняя мертвая точка (в. м. т.) соответствует положению поршня в цилиндре, при котором расстояние поршня от оси коленчатого вала достигает наибольшего значения (см. рис. 14, а — поршень находится в самой верхней точке). Оно называется внутренним потому, что кривошип (колено)  «смотрит» внутрь цилиндра. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя наименьшее — кривошип «смотрит» наружу цилиндра (см. рис. 14, в)—соответствует наружной мертвой точке (н. м. т.). Если имеется один коленчатый вал, расположенный ниже цилиндров, то наружная мертвая точка является нижней, а внутренняя — верхней. Положения в. м. т. и н. м. т. определяются длиной шатуна и радиусом кривошипа. Длиной хода поршня, или просто ходом поршня (см. рис. 14, а), называется расстояние по оси цилиндра между двумя мертвыми точками в. м. т. и н. м. т., равное удвоенному радиусу кривошипа. Ход поршня и диаметр цилиндра являются важнейшими характеристиками дизеля, определяющими его размеры и способность развивать требуемую мощность. В цилиндре двигателя внутреннего сгорания образуется рабочая полость, ограниченная поршнем, стенками цилиндра и его крышкой. Когда поршень находится в н.м.т., в цилиндре образуется максимальный по своей величине объем (см. рис. 14, в); когда же поршень находится в в. м. т., объем уменьшается до минимума (см. рис. 14, а). При наличии в каждом цилиндре двух поршней рабочая  полость    образуется    между днищами верхнего и нижнего    поршней и стенками цилиндра. Объем цилиндра, освобождаемый поршнем при движении от одной мертвой точки к другой, называетсярабочим. Например, ход поршня у дизелей 2Д50М, ПД1М равен 330 мм, диаметр цилиндра — 318 мм; ход поршня и диаметр цилиндра дизелей типа Д49 одинаковы и равны соответственно 260 мм. Эти размеры определяют и рабочий объем одного цилиндра, который в первом случае оказывается равным примерно 26 л, а во втором случае около 14 л.