СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-130

  Главная      Учебники - Двигатели     Автомобильный двигатель ЗИЛ-130 (А. М. Кригер) - 1973 год

 поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..

 

 

 

СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-130

 



Поршневые кольца не являются идеальным уплотнением для цилиндров поршневого двигателя. Вследствие наличия зазоров между торцами колец и кольцевых канавок, а также зазора в стыке (замке) поршневого кольца в картер двигателя из цилиндров проникает рабочая смесь и отработавшие газы. Кроме того, некоторая часть отработавших газов попадает в картер через зазоры между направляющими втулками и стержнями выпускных клапанов.

Отработавшие газы содержат пары воды, частично несгоревшее топливо, углекислый газ, сернистый газ и т. п. При попадании отработавших газов в картер в периоды, когда температура в нем невысокая, пары воды конденсируются, растворяя углекислый и сернистый газы, а также продукты частичного окисления углеводородов топлив, и образуют жидкую фазу, обладающую кислой реакцией и высокой химической активностью. При воздействии этой среды масло окисляется и осмоляется, образуется шлам, что резко ухудшает смазочные свойства масла и способствует износу деталей двигателя. То же самое наблюдается и при высоких температурах в картере, когда капельки масла взаимодействуют с проникшими в картер отработавшими газами.

При принудительной вентиляции из картера удаляются отработавшие газы, поэтому тормозятся процессы окисления масла, качество его становится более стабильным и износ трущихся деталей уменьшается. В случае применения такой вентиляции в картере может создаваться небольшое разрежение, вследствие чего уменьшается или полностью прекращается утечка масла через неплотности соединений.

Системы принудительной вентиляции картера можно разделить на две группы: системы с удалением картерных газов в атмосферу и системы с отсосом картерных газов во впускную трубу двигателя.

В настоящее время системы вентиляции с удалением картерных газов в атмосферу практически не применяются, чтобы не загрязнять воздух.

Системы вентиляции с отсосом картерных газов во впускную трубу двигателя используют на всех современных автомобильных карбюраторных двигателях. Эти системы делятся на бесклапанные, у которых отсос картерных газов осуществляется за счет разрежения перед карбюратором, создаваемого воздухоочистителем двигателя, и клапанные, у которых отсос картерных газов происходит под действием разрежения во впускной трубе после карбюратора. В последних системах для ограничения количества отсасываемых

во впускную трубу газов устанавливают клапаны, изменяющие сопротивление системы вентиляции при изменении разрежения во впускной трубе

В бесклапанных системах отработавшие газы вводятся или после воздухоочистителя (двигатели ГАЗ-20 и ГАЗ-51), или перед ним (двигатели ЗИЛ-164 и ЗИЛ-157К). Недостаток первой из этих систем — засорение карбюратора, наличие большого количества отложений во впускной трубе и на впускных клапанах. Вторая система в этом отношении значительно лучше, поскольку отложения улавливаются воздухоочистителем. Главный недостаток бесклапанных систем вентиляции — неудовлетворительная эффективность при малых расходах воздуха. Это можно объяснить различными закономерностями изменения разрежения на входе

в систему вентиляции картера и количества пропускаемых картерных газов. Сопротивление воздухоочистителя зависит от второй степени эффективного давления цикла, а количество пропускаемых газов — от первой. При работе двигателя с полностью открытой дроссельной заслонкой количество пропускаемых картерных газов практически не зависит от частоты вращения коленчатого вала, а на частичных нагрузках оно уменьшается прямо пропорционально увеличению разрежения во впускной трубе.

При увеличении износа деталей двигателя ЗИЛ-130 возрастает лишь абсолютное количество пропускаемых газов.

Если сопротивление воздухоочистителя мало (линия 3, рис. 51), то бесклапанная система вентиляции картера не обеспечивает полного отсоса картерных газов до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала не станет равной частоте вращения, соответствующей точке Адля нового двигателя, точке А" — для среднеизношенного двигателя и точке А' — для значительно изношенного двигателя. В последнем случае эта система вентиляции совершенно неэффективна.

 

Увеличение сопротивления воздушного тракта и воздухоочистителя (линии 2 и 1) несколько улучшает эффективность вентиляции, однако в области малых частот вращения и в этом случае эффективность системы вентиляции недостаточна. Такие же явления наблюдаются и на режимах частичных нагрузок. В зоне малых нагрузок (большие разрежения во впускной трубе) эффективность бесклапанной системы вентиляции ухудшается.

В клапанных системах вентиляции картера газы вводятся во впускную трубу двигателя после дроссельных заслонок карбюратора. Поскольку во впускной трубе разрежение изменяется в очень широких пределах и на некоторых режимах, например на режиме принудительного холостого хода, может достигать 600—650 мм рт. ст., необходимо регулировать количество отсасываемых газов.

Такое регулирование осуществляется с помощью специального клапана, установленного между впускной трубой двигателя и полостью масляного картера.

Клапаны системы вентиляции картера можно разделить по способу регулирования отсоса картерных газов на двухрежимные и непрерывного регулирования. К типу двухрежимных можно отнести клапан вентиляции картера двигателя ЗИЛ-130 (рис. 52, б). В корпусе 1 расположен золотник 3, верхняя часть которого выполнена в виде ступенчатого цилиндра со ступеньками диаметром 3,2 и 5,8 мм. В крышке 4 имеется дросселирующее отверстие диаметром 6,8 мм, в которое при нижнем положении золотника входит его цилиндрическая часть диаметром 3,2 мм. Это положение золотника соответствует максимальному проходному сечению, площадь которого равна 19,7 мм2. Наличие разрежения во впускной трубе двигателя создает перепад давлений ркл на клапане, под действием которого золотник 3 может подниматься. Когда перепад давлений достигает 90—100 мм рт. ст., подъемная сила становится больше веса золотника 3 и он скачкообразно поднимается в крайнее верхнее положение.

 

 

Рис. 51. Влияние сопротивления воздухоочистителя и количества пропускаемых картерных газов q на эффективность бесклапанной системы вентиляции картера при полной и частичных нагрузках:
I, II и III — соответственно новый, среднеизношенный и сильнонзношенный двигатели; 1, 2 и 3 — соответственно очень грязный, грязный и чистый воздухоочистители

 

 

 

 

Рис. 52. Типы клапанов системы вентиляции картера, испытанных на двигателе ЗИЛ-1

 

 

 

 

Рис. 53. Влияние на характеристику клапана различных факторов:
а — кольцевой щели; б — взаимного положения золотника и крышки; 1, 2 и 3 — соответственно максимальная, средняя и минимальная кольцевые щели; 4, 5 и 6 — поднятие крышки клапана относительно золотника соответственно и а 2; 1 и 0 мм

 

 

 

 

При верхнем положении золотника в дросселирующее отверстие крышки 4 входит его цилиндрическая часть диаметром 5,8 мм, вследствие чего проходное сечение клапана уменьшается До 3,77 мм2. В верхнем положении золотник находится до тех пор, пока перепад давлений (или, что почти одно и то же, разрежение во впускной трубе) больше 90—100 мм рт. ст.

Характеристику двухрежимного золотникового клапана можно изменять, изменяя вес и диаметры золотника, положение его верхней ступенчатой части относительно крышки, а также диаметр и форму дросселирующего отверстия в крышке 4 (рис. 52, д) клапана. На рис. 53, а показано влияние на характеристику кла-пана кольцевой щели между отверстием в крышке клапана и верх-ней ступенчатой частью золотника. Значительное изменение кольцевой щели при открытом клапане (левые ветви характеристик) мало влияет на его пропускную способность, поскольку при нижнем положении золотника основными дросселирующими отверстиями являются две сегментообразные щели, образованные отверстием в корпусе клапана и двумя фрезерованными пазами на боковой поверхности золотника, а также кольцевой зазор между наружной поверхностью золотника и корпусом клапана. Изменяя площадь сегментообразных щелей можно изменять пропускную способность клапана в зоне особо малых перепадов давлений, поскольку эти щели определяют площадь отверстия. При увеличении площади щелей от 0 до 50 мм2 пропускная способность клапана возрастает с 75 до 90 л/мин. Еще большее влияние на пропускную способность открытого клапана оказывают кольцевой зазор между наружной поверхностью золотника и корпусом клапана, а также вес золотника, поскольку они определяют работу клапана при перепадах давлений до 40—50 мм рт. ст.

 

 

После подъема золотника в верхнее положение характеристика клапана изменяется. При этом количество воздуха <7КЛ, просасываемое через клапан, после резкого уменьшения, возрастает. При разрежении перед клапаном более 250 мм рт. ст. существует линейная зависимость между площадью кольцевой щели и с/кл.

Характеристика пропускной способности клапана при нижнем положении залотника зависит от начального положения верхней цилиндрической части золотника в отверстии крышки клапана. На рис. 53, б линии 4, 5 и 6 соответствуют трем последовательным положениям золотника относительно крышки. В исходном положении (линия 6) момент подъема золотника соответствовал разрежению 70 мм рт. ст., количество просасываемого воздуха при этом перепаде давлений равно 80 л/мин.

Последовательное поднятие крышки клапана относительно золотника на 1 мм (линия 5) и на 2 мм (линия 4) сопровождается перемещением момента подъема золотника до перепадов давлений соответственно 80 и 90 мм рт. ст., а пропускная способность клапана возрастает соответственно до 105 и 115 л/мин. При этом между относительным положением золотника и крышки и разрежением, при котором закрывается клапан, существует линейная зависимость.

Таким образом, характеристика двухрежимного клапана системы вентиляции двигателя ЗИЛ-130 в области малых разрежений, т. е. при нижнем положении золотника, зависит от: относительного положения верхней ступенчатой части золотника в отверстии крышки клапана; площади кольцевой щели и веса золотника; площади сегментообразных щелей.

Следовательно, можно осуществить независимый выбор характеристик открытого и закрытого клапана.

В области малых разрежений, характерных для работы двигателя с малой частотой вращения при полностью открытой дроссельной заслонке, необходимо изменять площадь сегментообразных щелей и кольцевой щели при нижнем положении золотника. В области больших разрежений, характерных для режимов частичного открытия дроссельной заслонки, следует изменять площадь кольцевой щели в крышке клапана при верхнем положении золотника. В области переходных разрежений нужно воздействовать на вес золотника и величину кольцевой щели между корпусом и золотником.

Момент закрытия клапана следует подбирать, изменяя относительное положение крышки и золотника.

Надежность клапанной системы вентиляции можно повысить, применив вместо двухрежимного клапана клапан с непрерывным регулированием. В этом случае в конструкцию клапана вводится пружина, которая создает сопротивление движению золотника.

На двигателе ЗИЛ-130 были испытаны клапаны с непрерывным регулированием нескольких типов. Некоторые из них показаны на рис. 52, а—г. В клапане, изображенном на рис. 52, а, золотник

представляет собой штампованный конус; в других клапанах (рис. 52, б и г) золотник выполнен точеным, а форму его подбирали из условия получения нужной характеристики. В клапане, приведенном на рис. 52, в, в качестве золотника использован стальной шарик. Изменение проходного сечения осуществляется профилированным конусом 5 золотника, внутри которого перемещается шарик.

Клапан, который показан на рис. 52, а, в области разрежений, меньших 200 мм рт. ст., не обеспечивает эффективную вентиляцию картера двигателя. В области больших разрежений возможный расход газа через этот клапан значительно превышает фактическое количество газа, поступающего в картер двигателя, что нецелесообразно. Изменить характеристику этого клапана путем изменения формы золотника невозможно, так как золотники нужной формы нельзя изготовить методом штамповки. Это можно выполнить лишь методом точения, как это сделано в других клапанах (рис. 52, б и г).

Приемлемую для двигателя ЗИЛ-130 характеристику имеет клапан, изображенный на рис. 52, б, с пружиной, жесткость которой равна 0,15 кгс/см. В этом случае максимальное количество отсасываемых газов достигает ~120 л/мин. При разрежениях во впускной трубе свыше 250 мм рт. ст. у изношенного двигателя количество отсасываемых газов примерно на 10 л/мин больше количества пропускаемых в картер газов.

Характеристика клапана, приведенного на рис. 52, а, при правильно выбранном профиле конуса 5 золотника близка по форме к характеристике клапана, показанного на рис. 52, б.

Характеристика клапана, данного на рис. 52, г, принципиально ничем не отличается от характеристик клапанов, изображенных на рис. 52, бив, при разрежениях во впускной трубе свыше 100 мм рт. ст. В зоне малых разрежений характеристика первого клапана более пологая, чем характеристика клапанов, показанных на рис. 52, б и в. С увеличением кольцевого зазора между золотником 3 и крышкой 4 клапана возрастает крутизна левой ветви характеристики и количество отсасываемых газов в зоне высоких разрежений.

Клапанные системы вентиляции картера могут быть рассчитаны. Для расчета такой системы необходимо знать количество пропускаемых картерных газов и разрежение в точках присоединения системы вентиляции на всех режимах работы двигателя, в том числе и при полностью открытой дроссельной заслонке. При расчете задаются режимом, при котором картерные газы должны отсасываться полностью. Для автомобильных двигателей таким режимом является режим максимального крутящего момента при полностью открытой дроссельной заслонке. Расчет начинают с определения максимального проходного сечения клапана вентиляции, при этом пренебрегают сопротивлением магистралей, соединяющих клапан с картером и впускной трубой.

 

 

Разрежения во впускной трубе двигателя могут достичь 500— 600 мм рт. ст.; отношение давлений до и после клапана при таких разрежениях равно 2,9—4,7 (превышает критический перепад). В этом случае нельзя пренебрегать сжимаемостью газа. Поэтому для определения расхода газа через клапан необходимо пользоваться измененной формулой Сен-Венана—-Ванцеля (в м3/с)

Такие же уравнения могут быть получены для области больших перепадов давления с использованием уравнения Сен-Венана— Ванцеля.

Поскольку коэффициент расхода (г в приведенных выше уравнениях точно неизвестен, полученная форма золотника должна быть уточнена экспериментально. С этой целью изготовляют несколько макетных золотников с проходными сечениями в клапане,

площадь которых равна 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 от FK. С этими золотниками определяют характеристики клапана вентиляции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..