Системи очистки і подачи повітря та вилучення відпрацьованих газів

Повітроочисники

Система очищення повітря обмежує попадання в циліндри двигуна пилу, кількість якого у повітрі визначається багатьма факторами, у тому числі і видом сільськогосподарських робіт, машино-тракторним агрегатом, типом тракторного рушія і кліматичними умовами праці. В 1 м3 повітря може бути 0,0003... 1,5 г пилу, а в умовах значної запиленості—до 2 г/м3. При таких рівнях запиленості, в середньому за одну зміну (8... 10 годин) роботи трактора МТЗ-80, в циліндри двигуна Д-240 може потрапити більше 2 кг пилу, а трактора ХТЗ-17021 до 4 кг.

Пилинки мають розміри від десятих часток мікрона до сотень мікрон і складаються на 75% з кремнезему, який, потрапляючи в двигун, призводить до інтенсивного спрацювання деталей кривошипно-шатунного механізму та інших деталей. Найбільше спрацьовується дзеркало циліндрів, поршневі кільця, поршні, шийки колінчастого вала, вкладиші та ін. Якщо повітря не очищати, спрацювання тертьових поверхонь двигуна може зростати у 5...10 разів. Інтенсивність спрацювання деталей залежить від розмірів і властивостей абразиву. Найнебезпечніші частки з високою твердістю (кварцевий пил), у суміші з маслом вони діють як наждачна паста.

Щоб уникнути попадання пилу в камеру згоряння, на тракторних двигунах встановлюють повітроочисники. За способом очищення їх поділяють на інерційні, фільтруючі і комбіновані (поєднання двох перших). Тракторні повітроочисники розраховані на очищення повітря підвищеної запиленості. Вони мають багатоступінчасту очистку і збільшену висоту розміщення повітрозабирача.

На тракторних і комбайнових дизелях застосовують дво- і триступінчасті комбіновані повітроочисники. Триступінчаста система очищення повітря застосовується на дизелях Д-120, Д-240, Д-37Е, Д-144, Д-245.

Перший інерційний ступінь очистки (передочисник) складається з корпуса інерційної головки, труби, крильчатки і сітки.

Повітря, що засмоктується в циліндри, проходить через сітку 4 повітрозабірника і за допомогою напрямної крильчатки 3 завихрюється. Під дією відцентрових сил великі частинки пилу автоматично викидаються з повітроочисника через отвори 5. Пройшовши передочисник, через повітропровід повітря опускається вниз до масляної ванни 15. Під натиском повітряного потоку масло безперервно витискується з чаші 13 масляної ванни, частинки пилу в чаші вловлюються маслом і разом з ним переміщуються вниз. Потік повітря після контакту з маслом очищається від пилу і зволожується. Напрям руху повітря завдяки чаші різко змінюється, разом з краплинками масла воно проходить через фільтруючі елементи 12, 9 і 8. Масло зволожує фільтри і сприяє кращому очищенню повітря від дрібного пилу. З фільтруючих елементів масло стікає на стінки чаші, а далі — в піддон. Очищене повітря, пройшовши через фільтруючі елементи, проходить патрубком 7 до циліндрів двигуна.

Очищення повітря на дизелях СМД відбувається у двоступінчастих повітроочисниках сухого типу з фільтруючими елементами, паперовими фільтрпатронами, встановленими один в одний.

Для першого ступеня очищення повітря застосовується передочисник типу моноциклон. Конструкція такого передочисника для дизелів СМД-18Н і СМД-60 практично однакова, а розміри через різні витрати повітря різні, тому вони взаємно не замінюються.

Принцип дії передочисника: внаслідок розрідження, що виникає при такті впуску у циліндри, повітря через сітку 9 засмоктується у моноциклон, і пройшовши між лопатями завихрювача 8, набуває обертального руху. Під дією відцентрової сили важкі частинки пилу відлітають до стінок ковпака 4 і через щілини 5 викидаються назовні, а очищене повітря, змінивши свій рух на 180°, надходить у патрубок мошщиклона 2. У такому передочиснику затримується до 60% пилу, що потрапив з повітрям.

На тракторному дизелі СМД-18Н застосовують повітроочисники з горизонтальним розміщенням фільтр-патронів.

На дизелях типу СМД-60 застосовуются повітроочиснки з вертикальним розміщення фільтр-патронів. 

Фільтр-патрон повітроочисника складається із зовнішньої і внутрішньої металевих стінок, паперової фільтруючої штори, замкнутої всередині сіткою і двома днищами, які герметично скріплені епоксидною смолою або поліетиленом.

Для контролю за гранично допустимим засміченням фільтр-патронів тракторних і комбайнових дизелів передбачено індикатор ИЗВ-700.

На дизелях без газотурбінного наддуву він підключається до впускного колектора, а на дизелях з наддувом — до патрубка, який з’єднує повітроочисник і турбокомпресор.

Сигнальним пристроєм індикатора є барабан 5 з яскраво-червоними смугами. При забрудненні фільтр-патронів вище допустимої норми у вікнах ковпака 3 з’являються смуги, які вказують на необхідність проведення технічного обслуговування. Після виконаної роботи барабан індикатора повертають у початкове положення, для чого диск 4 з накаткою повертають за стрілкою до упору.

Турбокомпресор

Потужність двигуна можна підвищити до 30%, якщо в його циліндри додатково подавати стиснуте повітря і відповідну кількість палива, яке повністю згорить, виділивши більшу енергію.

На тракторних дизелях встановлюють турбокомпресори, призначені для нагнітання повітря під тиском у циліндри двигуна.

Турбокомпресор складається з відцентрового компресора і газової турбіни. Відпрацьовані гази по випускному трубопроводу потрапляють у камеру газової турбіни, потім на лопаті робочого колеса 20 і примушують його обертатися разом з валом 26. Далі відпрацьовані гази викидаються в атмосферу через випускну трубу. На валу 26 з протилежного боку закріплено колесо компресора 28, яке всмоктує повітря з атмосфери через повітроочисник і під надлишковим тиском 0,045...0,085 МПа нагнітає по випускному трубопроводу в циліндри двигуна, збільшуючи наповнення їх повітрям.

Колеса турбіни і компресора на номінальному режимі роботи двигуна обертаються з частотою 45000...90000 об/хв. Дизелі СМД-60, СМД-62 обладнані турбокомпресорами типу ТКР-11Н-1 з діаметром колеса компресора і турбіни 110 мм. Він складається з відцентрового одноступінчастого компресора з лопатковим дифузором і радіальної доцентрової турбіни. Корпус турбіни 16 відлито з чавуну, з двома вхідними каналами з фланцями, прикріплених до випускних колекторів за допомогою компенсаторів. У корпусі знаходиться вставка 22, яка утворює з сопловим вінцем 14 і колесом турбіни 20 проточну частину для проходу випускних газів. Корпус 1 компресора, відлитий з алюмінієвого сплаву, має центральний вхідний патру бок і спіральний канал равлик — з вихідним патрубком. У корпусі компресора розміщена алюмінієва вставка 3, виготовлена разом з лопатковим дифузором, утворює з каналом (равликом) і колесом 28 проточну частину компресора для проходження повітря із повітроочисника у ресивер дизеля. Корпус турбіни і компресора прикріплені до середнього корпуса 8, відлитого з алюмінієвого сплаву.

Вал 26 ротора турбокомпресора обертається у бронзовому підшипнику 27 типу коливної втулки. Підшипник установлений у центральній бобишці середнього корпуса з певним зазором, від обертання і осьового переміщення він утримується фіксатором 25. Шар масла у зазорі між підшипником і центральною бобишкою середнього корпуса виконує роль пружної підвіски. Колесо турбіни 20 із жаростійкого матеріалу, приварено до вала ротора 26. Колесо компресора 28 з алюмінієвого сплаву кріпиться на валу ротора спеціальною гайкою 31. Підшипник турбокомпресора змащується маслом з масляного фільтра по трубці 24. Із турбокомпресора масло по масловідвідній трубці зливається у картер дизеля.

У турбокомпресорі встановлено контактні газомасляні ущільнення, які складаються з втулок 17 і 19, масловідбивача 29, диска 4 ущільнення та ущільнювальних кілець 2 і 18. Для підвищення ефективності масляного ущільнення з боку компресора зона роботи ущільнювального кільця відокремлена від зони викиду масла із підшипника щитком 5, завальцьованим у диск ущільнення.

Гарячі відпрацьовані гази із циліндрів дизеля надходять під тиском через випускні колектори до газової турбіни. Розширюючись, гази обертають колесо турбіни з валом, на другому кінці якого знаходиться колесо компресора. Із турбіни гази через випускну трубу виходять в атмосферу. Відцентровий компресор усмоктує повітря через повітроочисник і подає під тиском у ресивер дизеля.

На дизелях СМД-31Т і СМД-І8Н установлюють турбокомпресори ТРК-8,5 різних модифікацій з діаметром колеса компресора 85 мм (колесо турбіни — 76 мм). Турбокомпресори ТКР-8,5 відрізняються від турбокомпресорів ТКР-11 меншими розмірами, масою і частотою обертання ротора.

Для підвищення потужності тракторних і комбайнових дизелів застосовують проміжне охолодження наддувного повітря. Необхідність використання проміжного охолодження зумовлена нагріванням повітря до 120...130°С після стиску у компресорі до 0,15...0,16 МПа. При подальшому підвищенні тиску після компресора (при форсуванні дизелів) до 0,19...0,21 МПа температура повітря значно зростає, а питома вага знижується. Для охолодження наддувного повітря і збільшення його заряду у циліндрах застосовують повітряний радіатор. Він складається з осердя з горизонтальним дворядним розміщенням плоскоовальних латунних трубок і двох бокових баків із змінною площею перерізу.

Система вилучення відпрацьованих газів

Відпрацьовані гази містять шкідливі для організму людини продукти згоряння палива. Крім того, відпрацьовані гази пожежонебезпечні і є однією основних причин шуму двигуна. Тому система видалення їх повинна відповідати вимогам охорони праці, особливо влітку при збиранні врожаю, забезпечувати ефективне глушіння шуму та відведення газів від робочого місця тракториста.

Випускна система тракторного двигуна складається з випускних колекторів, випускної труби, ежектора і глушника шуму випуску відпрацьованих газів. На сільськогосподарських тракторах найчастіше застосовують глушники з резонансною газовою камерою 6 циліндричної форми, всередині якої проходить труба 7 з кількома рядами поперечних отворів. Від співвідношення об’єму камери, кількості й розмірів отворів та площі прохідного розрізу труби залежать резонансні коливання і ступінь поглинання шуму.

До труби глушника зверху стяжним хомутом 5 кріпиться ежектор 4, який являє собою трубу із змінним розрізом. У найменшому розрізі труби ежектора встановлено (отвором у напряму газів) трубку, по якій передається розрідженість у пилезбирач бункера повітроочисника. Таким чином, пил і бруд відсмоктуються із бункера і разом з випускними газами викидаються в атмосферу. Зверху ежектора встановлюється кришка З, яка при непрацюючому двигуні закриває випускну трубу, запобігаючи попаданню атмосферних опадів.