Система питания
Система питания предназначена для подачи топлива в цилиндр двигателя в строго определенное время и в количестве, необходимом для поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала.
В дизельных двигателях для подачи в цилиндры строго отмеренной порции в определенный момент рабочего цикла служат топливные насосы высокого давления. Непосредственный ввод топлива в цилиндры, его распыление и равномерное смешивание с воздухом выполняется с помощью форсунок.
В цилиндры карбюраторного двигателя подается горючая смесь, приготовленная из бензина и воздуха, смешанных в определенной пропорции, с помощью механизмов и устройств, составляющих систему питания. Основными элементами этой системы являются топливные баки и бензопроводы, бензонасос, карбюратор и всасывающий коллектор.
Топливный насос (рис. 34) диафрагменного типа служит для подачи топлива из бака в поплавковую камеру карбюратора. Насос состоит из корпуса, головки и крышки, отлитых из цинкового сплава. Между фланцами головки и корпуса зажата диафрагма, состоящая из четырех слоев хлопчатобумажной ткани, пропитанной топливомаслостойким лаком. Средняя часть диафрагмы закреплена на тяге. В головке насоса расположены нагнетательный клапан и два впускных клапана, изготовленные из топливомаслостойкой резины.
Насос приводится в действие от эксцентрика распределительного вала рычагом, поворачивающимся на оси. При нажатии на наружный конец этого рычага выступом эксцентрика диафрагма насоса оттягивается (тягой) вниз. В полости над диафрагмой создается разрежение, под действием которого открываются впускные клапаны, и топливо, пройдя фильтр, заполняет полость над диафрагмой.
Когда выступ эксцентрика сходит с рычага, он с помощью пружины возвращается в исходное положение. Одновременно диафрагма под действием пружины прогибается вверх. Под давлением топлива, находящегося в полости над диафрагмой, закрываются впускные клапаны и открывается нагнетательный клапан; топливо, пройдя фильтр тонкой очистки с керамическим или сетчатым элементом, поступает в поплавковую камеру карбюратора.
Топливный фильтр грубой очистки имеет корпус или отстойник, в котором размещен фильтрующий элемент, состоящий из тонких пластин с выштампованными выступами. Благодаря выступам между пластинами образуются щели, в которых задерживаются механические примеси, присутствие которых возможно в бензине. В нижней части отстойника имеется закрытое пробкой сливное отверстие, через которое спускают отстой.
Всасывающий коллектор, по которому поступает топливная смесь от карбюратора к двигателю, крепится к блоку цилиндров через металлоасбестовую прокладку на шпильках. Перед поступлением в камеру сгорания смесь подогревается отработавшими газами, омывающими специальную камеру всасывающего коллектора.
Пламегаситель состоит из силуминового корпуса, в круговой выточке которого расположена сетка фильтра. Он крепится к всасывающей горловине карбюратора. Для удаления просочившихся в картер паров бензина и отработавших газов применяют принудительную вентиляцию. Картер через маслоналивной патрубок и специальную трубку соединен с пламегасителем, благодаря чему просочившиеся в картер пары бензина и отработавшие газы отсасываются.
Система охлаждения
Оптимальная интенсивность охлаждения двигателя обеспечивается механизмами и устройствами, составляющими систему охлаждения. Как перегрев, так и переохлаждение двигателя вредно отражается на его работе. При перегреве уменьшается наполнение цилиндров горючей смесью, что приводит к потере мощности, а при переохлаждении увеличиваются тепловые потери, износ стенок цилиндров и поршневых колец, а также расход топлива.
Для охлаждения катерных двигателей обычно применяют принудительную двухконтурную систему, состоящую из замкнутого контура, по которому циркулирует пресная вода, и контура проточной забортной воды.
Циркуляция пресной воды осуществляется по замкнутому контуру с помощью насоса центробежного типа, установленного на двигателе и приводимого в движение от шкива коленчатого вала клиновидным ремнем. Нормальная температура воды внутреннего контура поддерживается автоматически с помощью термостата, установленного в выходном патрубке головки цилиндров.
Термостат состоит из гофрированного латунного цилиндра, в котором имеется небольшое количество легко испаряющейся жидкости (70% этилового спирта и 30% воды), корпуса и клапана. Когда температура охлаждающей жидкости в системе ниже 75 °C, клапан закрыт и жидкость циркулирует по перепускному каналу, минуя холодильник. При повышении температуры жидкость в гофрированном цилиндре испаряется, под действием возрастающего давления ее паров цилиндр удлиняется и открывает клапан, позволяя жидкости циркулировать через холодильник.
Проточная вода засасывается насосом из-за борта и направляется по трубопроводам для охлаждения радиатора воды замкнутого контура, масляного радиатора, редуктора, а затем идет за борт.
Смазочная система
Смазка двигателя снижает потери мощности, способствует охлаждению таких деталей, как шатунные подшипники, поршневые пальцы, а также защищает детали от коррозии и преждевременного износа.
Для подвода масла к трущимся поверхностям деталей двигателя служит смазочная система, в состав которой входят маслозаборник, насос, фильтры, масляный радиатор, маслопроводы. На катерных двигателях применяют комбинированную смазочную систему, т. е. наиболее нагруженные детали — коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала смазываются под давлением, а остальные детали — разбрызгиванием или самотеком. Масло, вытекающее через зазоры в подшипниках коленчатого и распределительного валов, разбрызгивается вращающимися деталями и в виде капелек и масляного тумана оседает на стенках гильз, кулачках распределительного вала, толкателя и других деталях.
Циркуляция масла происходит в определенной последовательности. Из поддона картера двигателя масло забирается шестеренным насосом через маслозаборник, снабженный сетчатым фильтром, и подается в полнопоточный масляный фильтр, после которого оно поступает в главную масляную магистраль, откуда по каналам в блоке двигателя — к коренным подшипникам коленчатого вала и подшипникам распределительного вала.
Часть масла, забираемого насосом из картера, через перепускной клапан поступает в водомасляный радиатор и, охлаждаясь, сливается в картер. В картер стекает все отработанное масло, и весь цикл смазки повторяется. Следует отметить, что для каждого типа двигателя необходим определенный сорт масла. Поэтому нужно строго придерживаться требований заводских инструкций по эксплуатации установленного на картере двигателя.
Масляный насос (рис. 35) шестеренного типа служит для нагнетания масла к деталям, требующим принудительной смазки. Масло при вращении шестерен засасывается в полость всасывания, заполняет впадины между зубьями и переносится вдоль стенок корпуса насоса в полость нагнетания.
Ведущая шестерня — стальная, закреплена на конце приводного вала, который получает вращение от распределительного вала двигателя. Ведомая шестерня — металлокерамическая, свободно вращается на оси, запрессованной в корпусе.
Для предохранения смазочной системы двигателя от чрезмерного давления в крышке масляного насоса расположен редукционный клапан.
Система зажигания
Система зажигания служит для создания тока высокого напряжения, распределения его по цилиндрам двигателя и воспламенения рабочей смеси в камере сгорания в определенные моменты.
Источниками электроэнергии служат аккумуляторная батарея и генератор, включенные в схему электрооборудования двигателя параллельно. Однако питание всех потребителей возможно только от одного из них: при пуске двигателя и работе его при малой частоте вращения коленчатого вала — от аккумуляторной батареи, с увеличением частоты вращения вала — от генератора. С включением генератора в сеть электрический ток начинает поступать от него для зарядки аккумуляторной батареи.
Рабочая смесь, сжатая в цилиндре карбюраторного двигателя, воспламеняется электрической искрой, проскакивающей между электродами свечи. Сжатый газ обладает повышенным электрическим сопротивлением, поэтому безотказное воспламенение смеси может происходить только при наличии искры, обладающей большой пробивной способностью. Для этого в системе электрооборудования необходимо преобразовать ток низкого напряжения (12 В), полученный от аккумулятора или генератора, в ток высокого напряжения (20—24 тыс. В). Получение тока высокого напряжения и распределение его по цилиндрам осуществляются устройствами системы контактного или контактно-резисторного батарейного зажигания.
В контактную систему батарейного зажигания (рис. 36) входят следующие устройства: источники тока, катушка зажигания 6, прерыватель с конденсатором 4, распределитель 17, свечи зажигания 15, выключатель зажигания 11, которые соединены между собой проводами и образуют две цепи — низкого и высокого напряжения.
Цепь низкого напряжения питается током от аккумуляторной батареи или генератора; в нее последовательно включены прерыватель, первичная обмотка катушки зажигания с добавочным резистором и выключатель зажигания (он же выключатель стартера).
В цепь высокого напряжения включены вторичная обмотка катушки зажигания, распределитель, провода высокого напряжения и свеча зажигания.
При включенном выключателе 11 зажигания и замкнутых контактах 2 прерывателя по цепи низкого напряжения проходит ток от аккумуляторной батареи или генератора. Ток низкого напряжения (12 В) проходит по схеме: «+» аккумуляторной батареи — амперметр — зажим АМ выключателя — контактная пластина 12 — пружинящий контакт 13 — зажим КЗ выключателя — дополнительный резистор 10 — первичная обмотка 7 катушки зажигания — зажим 5 — рычажок 3 прерывателя — контакты 2 прерывателя — корпус — «—» аккумуляторной батареи.
Ток, проходящий по первичной обмотке 7 катушки зажигания, создает вокруг нее сильное магнитное поле. Когда кулачок 1 набегает своим выступом на рычажок 5, происходит размыкание контактов 2 прерывателя. В этот момент прерывается ток в цепи низкого напряжения. Магнитное поле вокруг первичной обмотки 7 исчезает и, пересекая витки вторичной обмотки 8 катушки, индуцирует в них э. д. с. до 24 тыс. В. Индуцируемая э. д. с. создает между электродами свечи зажигания 15 искровой разряд, и во вторичной цепи начинает проходить ток высокого напряжения.
Ток высокого напряжения (24 тыс. В) проходит по схеме: вторичная обмотка 8 катушки зажигания — подавительный резистор 9 в крышке распределителя — электрод ротора 18 распределителя — электрод крышки 17 — подавительный резистор 16 — зазор между электродами свечи зажигания 15 — корпус — аккумуляторная батарея — амперметр — зажим АМ выключателя зажигания — зажим КЗ выключателя — дополнительный резистор 10 — первичная обмотка 7 — вторичная обмотка 8 катушки зажигания.
За два оборота коленчатого вала двигателя кулачок 1 поворачивается на один оборот и вызывает четыре размыкания контактов прерывателя. Ротор 18, установленный в кулачке 1 прерывателя, совершает один оборот и распределяет четыре импульса высокого напряжения по свечам зажигания в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя.
При пуске двигателя стартером происходит замыкание контактов реле 14 включения и ток из аккумуляторной батареи проходит через замкнутые контакты реле в первичную обмотку 7 катушки зажигания, минуя выключатель 11 зажигания и дополнительного резистора 10.
Аккумулятор — химический источник тока, в котором накопление электрической энергии происходит путем превращения ее в химическую при заряде, т. е. пропускании тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Аккумулятор состоит из двух электродов, погруженных в раствор электролита. В зависимости от электролита различают кислотные (свинцовый аккумулятор) и щелочные электрические аккумуляторы.
Кислотный аккумулятор в заряженном и исправном состоянии имеет напряжение около 2 В. На катерах для питания потребителей необходим ток напряжением 12 В, поэтому шесть аккумуляторов соединяют последовательно свинцовыми мостиками в батарею. Аккумуляторная батарея (рис. 37) служит для питания электроэнергией приборов зажигания, пуска, освещения при неработающем двигателе. При работающем двигателе аккумуляторная батарея питает потребители одновременно с генератором, когда потребляемая сила тока превышает силу тока, отдаваемого генератором.
Электрический ток возникает в изолированных одна от другой положительных и отрицательных пластинах, погруженных в электролит — раствор химически чистой серной кислоты в дистиллированной воде. Каждая пластина состоит из свинцовой решетки, в которую вмазывается активная масса из свинцовистого порошка. Для увеличения емкости аккумулятора несколько одноименных пластин (соединенных между собой параллельно) соединяют в полублоки, которые в свою очередь объединяют в блоки так, чтобы каждая положительная пластина находилась между двумя отрицательными.
Между положительными и отрицательными пластинами ставят сепараторы — прокладки из микропористой пластмассы (мипор, мипласт) или из стекловолокна, пропускающие электролит. Блоки пластин устанавливают в отсеки бака аккумуляторной батареи, изготовленного из эбонита или кислотостойкой пластмассы. Бак аккумуляторной батареи после установки в него блока пластин закрывают сверху крышкой с отверстиями для выводных штырей и отверстием для заливки электролита и контроля за его уровнем. Два крайних штыря батареи называются выводами. На торце плюсового вывода выбивают знак «+», а на торце минусового — знак «—».
В маркировке аккумуляторных батарей первая цифра означает число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее, определяющих номинальное напряжение, буквы СТ — батарея стартерная, а число после букв — номинальную емкость в ампер-часах. Последние буквы обозначают материал бака (Э — эбонит, Т — термопласт, П — асфальтопековая масса), материал сепараторов (Р — мипор, М — мипласт, С — стекловолокно).
На катерных двигателях в качестве основного источника электроэнергии устанавливается трехфазный генератор переменного тока, имеющий выпрямительный блок из кремниевых диодов. Генератор типа Г250 состоит из стартера, ротора, двух алюминиевых крышек, выпрямительного блока диодов и шкива с крыльчаткой (рис. 38).
На стальном сердечнике статора, набранном из стальных изолированных друг от друга пластин, закреплена обмотка, распределенная на три фазы, каждая из которых имеет шесть последовательно соединенных катушек. Каждый конец из трех фаз соединяется в один нулевой вывод.
На валу ротора напрессованы два стальных наконечника. Одна половина наконечника ротора имеет северный магнитный полюс, а другая половина — южный полюс. Между наконечниками установлена стальная втулка с обмоткой возбуждения, концы которой припаяны к двум изолированным от вала латунным контактным кольцам.
Две графитовые щетки, установленные в щеткодержателе, прижимаются к контактным кольцам пружинами. Одна щетка соединена с корпусом, а другая, изолированная от него, присоединена к выводу Ш.
На крышке имеются два вывода «—» и «+», соединенные с контактными пластинами выпрямительного блока. Охлаждаются обмотки, диоды и подшипники генератора воздушным потоком, создаваемым крыльчаткой шкива.
Принцип действия генератора заключается в следующем. При включенном зажигании по обмотке возбуждения проходит ток от аккумуляторной батареи, что вызывает сильное намагничивание стальных наконечников ротора. Когда ротор вращается, под зубцами сердечника статора проходит то северный, то южный полюс ротора и магнитные линии пересекают катушки обмотки статора, индуцируя в них переменный ток. Для преобразования переменного тока в постоянный используются диоды.
Генераторы переменного тока в настоящее время получили широкое распространение, так как они проще по конструкции, надежнее в работе, меньше по размерам по сравнению с генераторами постоянного тока, которые пока еще довольно часто встречаются на ряде двигателей.
Катушка зажигания служит для преобразования тока низкого напряжения в импульсы тока высокого напряжения, создающие искровой заряд между электродами зажигания. Она состоит из стального корпуса; сердечника и магнитопровода, выполненных из тонких листов электротехнической стали; первичной обмотки (330 витков) медного изолированного провода диаметром 0,7 мм; вторичной обмотки (22 500 витков) медного изолированного провода диаметром 0,07 мм; резистора и фарфорового изолятора. Внутренняя полость корпуса катушки заполнена трансформаторным маслом.
Прерыватель-распределитель (рис. 39) предназначен для прерывания тока высокого напряжения в цепи катушки зажигания, распределения импульсов тока высокого напряжения по свечам цилиндров двигателя и обеспечения установленного момента зажигания рабочей смеси. Он состоит из объединенных в общем корпусе прерывателя тока низкого напряжения, распределителя тока высокого напряжения, центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания.
Прерыватель представляет собой диск, на котором установлен на изолированной оси подвижной контакт, соединенный с индукционной катушкой. Под воздействием пружины подвижной контакт прижимается к неподвижному, соединенному с «массой». Размыкаются контакты кулачком с выступами, насаженным на валик прерывателя. Число выступов соответствует числу цилиндров двигателя.
Для ослабления искрения параллельно контактам прерывателя включается конденсатор. Он состоит из двух полос парафинированной бумаги и двух полос алюминиевой фольги, скатанных в виде рулона. Одна полоса фольги соединяется с футляром конденсатора, другая — с подвижным контактом.
Распределитель состоит из ротора и крышки, которая крепится к корпусу прерывателя двумя защелками. В ротор, установленный на лыске в верхней части кулачка, сверху вмонтирована контактная пластина. В середине крышки распределителя размещено центральное гнездо для ввода провода высокого напряжения от катушки зажигания к контактной пластине ротора. В боковых выводах крышки установлены высоковольтные провода от свечей зажигания и боковые контакты, в центре помещен угольный контакт с пружиной для соединения центрального контакта с пластиной ротора. Ротор, вращающийся вместе с кулачком, соединяет поочередно центральный контакт с боковыми контактами, замыкая цепь высокого напряжения через свечи тех цилиндров, где в данный момент должно происходить воспламенение рабочей смеси.
Распределитель снабжен центробежным и вакуумным регуляторами, с помощью которых автоматически изменяется опережение зажигания. Центробежным регулятором регулируется опережение зажигания в зависимости от частоты вращения двигателя, а вакуумным — в зависимости от нагрузки. Кроме того, имеется также специальное приспособление — октан-корректор — для установки опережения зажигания вручную, в зависимости от склонности топлива к детонации.
Свечи зажигания служат для подвода импульсов высокого напряжения, необходимого для образования электрической искры, в камеры сгорания цилиндров. Для карбюраторных двигателей применяют неразборные свечи с керамическим изолятором. Свеча (рис. 40) состоит из стального корпуса с нарезной частью и боковым электродом, центрального электрода с изолятором. Между корпусом и изолятором поставлена теплоотводящая шайба, которая обеспечивает хороший отвод теплоты от изолятора на корпус и надежную герметизацию изолятора относительно корпуса. Герметизация цилиндра двигателя обеспечивается уплотнительным кольцом.
При высоких температурах, в условиях которых работает свеча, изолятор должен обладать электрической и механической прочностью. Эти требования обеспечиваются материалом, из которого изготовляется изолятор. Для улучшения изоляционных свойств и уменьшения отложений влаги верхнюю часть изолятора глазируют. Центральный электрод выполняют из хромистой или хромотитановой проволоки, а боковой — из никель-марганцевой.
Бесперебойное искрообразование свечи гарантируется при температуре нижней части изолятора, равной 500—600° С. При этой температуре, называемой температурой самоочищения, (частицы масла, забрасываемые при работе двигателя на электроды и на изолятор свечи, быстро сгорают, не оставляя нагара.
При температуре ниже 500° С на нижней части изолятора возможно отложение нагара, который вызывает утечку тока, а следовательно, перебои в работе двигателя. При температуре выше 700° С происходит преждевременное воспламенение рабочей смеси от соприкосновения с раскаленным изолятором, т. е. наступает калильное зажигание.
Чтобы предотвратить нагрев нижней части изолятора выше температуры самоочищения, у свечей, предназначенных для многооборотных двигателей с большой степенью сжатия, уменьшают длину нижней части изолятора и зазор между этой частью и корпусом, а также улучшают отвод теплоты от изолятора путем увеличения длины верхней части изолятора и образования ребер на ней.
Способность свечи поддерживать температуру самоочищения определяется калильным числом. Калильное число — отвлеченная величина, характеризующая способность свечи не вызывать калильного зажигания при работе двигателя. Для свечей установлен следующий ряд калильных чисел: 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. Чем больше калильное число, тем «холоднее» свеча зажигания. На быстроходных двигателях с большой степенью сжатия применяются свечи с большим калильным числом.
Пуск двигателя может быть произведен при некоторой минимально необходимой пусковой частоте вращения коленчатого вала, при которой возможно осуществить все условия для приготовления горючей смеси и ее воспламенения. Для запуска карбюраторного двигателя необходимо раскрутить коленчатый вал до частоты вращения 50—60 об/мин, а дизельного— до 100—200 об/мин.
Это достигается с помощью электростартера, конструкция которого позволяет при низком подводимом напряжении развивать большой крутящий момент во время пуска. Стартер (рис. 41) состоит из электродвигателя постоянного тока, механизма привода и тягового реле.
Для пуска ДВС на валу якоря стартера имеется шестерня, которая в момент пуска входит в зацепление с зубчатым венцом маховика и после пуска тут же разъединяется.
Стартер имеет четыре полюсных сердечника с установленными на них катушками обмотки возбуждения, распределенной на две параллельные ветви и включенной последовательно обмотке якоря, состоящего из вала, сердечника, обмотки и коллектора.
Обмотка якоря и обмотка возбуждения выполнены из медного провода большого сечения, поэтому обладают очень малым сопротивлением. При работе стартера по обмоткам проходит ток силой до 550 А, создающий сильное магнитное поле возбуждения, которое, взаимодействуя с магнитным полем обмотки якоря, вызывает вращение якоря с большим крутящим моментом, обеспечивающим быстрое вращение коленчатого вала двигателя.
Для передачи крутящего момента вала якоря на венец маховика служит муфта свободного хода, которая также предотвращает передачу вращения от маховика на якорь после пуска двигателя. Ввод шестерни привода в зацепление с венцом маховика и подключение электрической цепи обмоток стартера к аккумуляторной батарее при включении стартера обеспечивает тяговое реле. Включают и выключают цепи обмоток тягового реле с помощью реле включения.
Стартер работает следующим образом. При повороте ключа выключателя зажигания в положение, соответствующее включению стартера, замыкаются контакты выключателя зажигания и ток от аккумуляторной батареи через эти контакты поступает на обмотки тягового реле. Якорь тягового реле под действием электромагнитного поля обеих обмоток втягивается и при помощи рычага включения вводит шестерню в зацепление с венцом маховика.
В конце хода якорь реле при помощи контактного диска замыкает главные контакты реле (включая стартер) и дополнительный контакт, вследствие чего замыкается накоротко дополнительное сопротивление катушки зажигания. В момент замыкания главных контактов втягивающая обмотка замыкается накоротко, и якорь тягового реле удерживается во втянутом положении только удерживающей обмоткой.
После пуска двигателя и установки замка зажигания в исходное положение ток в цепи удерживающей обмотки реле прерывается и якорь тягового реле под действием возвратной пружины возвращается в первоначальное положение, выводя шестерню стартера из зацепления с венцом маховика. При этом контактный диск размыкает главные и дополнительные контакты тягового реле.
Литература
Спасательный катер. Устройство и эксплуатация. Печатин А. [1988]
