Двигатель Д-21 — дизельный, 4-тактный, бескомпрессорный, воздушного охлаждения

Двигатель — дизельный, 4-тактный, бескомпрессорный, воздушного охлаждения с непосредственным впрыском топлива.

Фильмы о ремонте двигателя Д-21

Перебираем двигатель Д-21. Часть 1, Часть 2, Часть 3
Замена колец Т-25
Регулировка клапанов Т-25, Т-16 Владимирец
Шлифовка коленвала двигателя Д-21
Установка коленвала на трактор Т-25
Разборка ЦПГ и притирка клапанов трактора Т-25. Часть 1, Часть 2
Самый легкий и простой способ регулировки зазоров клапанов трактора Т-25, Т-40
Замена коренных вкладышей не снимая двигатель трактора Т-25

Двигатель Д-21 — двухцилиндровая модель семейства дизельных двигателей воздушного охлаждения, разработанная Владимирским тракторным заводом. Двигатели этого семейства могут быть двух-, трех-, четырех- и шестицилиндровыми. У этих двигателей унифицированы детали кривошипно-шатунного механизма (поршень, шатун, поршневые кольца, шатунные и коренные вкладыши), все детали механизма газораспределения (за исключением распределительного вала), цилиндры и головки цилиндров. Общие виды двигателя Д-21 представлены на рис. 1, 2, 3, 4 и 5.

Рис. 1. Двигатель Д-21 (вид слева):

1 — счетчик моточасов; 2 — центрифуга; 3 — топливные фильтры; 4 — выпускной трубопровод; 5 — средний дефлектор; 6 — топливный насос; 7 — маховик; 8 — подогревательная свеча накаливания.

Рис. 2. Двигатель Д-21 (вид спереди):

1 — вентилятор; 2 — топливные фильтры; 3 — подогревательная свеча накаливания; 4 — центрифуга; 5 — щуп-масломер; 6 — пробка.

Рис. 3. Двигатель Д-21 (вид справа):

1 — картер двигателя; 2 — стартер; 3 — кожух вентилятора; 4 — хомут крепления вентилятора; 5 — редукционный клапан; 6 — поддон картера.

Рис, 4. Продольный разрез двигателя Д-21:

1 — масляный насос; 2 — шатун, 3 — поршень; 4 — вентилятор; 5 — головка цилиндра; 6 — клапан; 7 — картер; 8 — маховик; 9 — коленчатый вал.

Рис. 5. Поперечный разрез двигателя Д-21:

1 — маслоприемник; 2 — стартер; 3 — кожух вентилятора; 4 — впускной трубопровод; 5 — водогревательная свеча накаливания; 6 — выпускной трубопровод; 7 — цилиндр; 8 — картер; 9 — валик уравновешивающего механизма, 10 — пробка.

Двигатели Д-21 устанавливаются также на тракторные самоходные шасси Т-16М и на ряд других машин.
Все агрегаты, узлы и механизмы двигателя закреплены непосредственно на блок-картере, кожухе маховика и крышке распределительных шестерен.

Двигатель Д-21 устроен следующим образом. С левой стороны по ходу трактора (рис. 1) расположены топливная аппаратура в, впускной и выпускной 4 трубопроводы, средний дефлектор 5 и свеча подогрева 8 во всасывающем трубопроводе. На передней части двигателя (рис. 2) размещены маслозаливная горловина, осевой вентилятор 1 со встроенным генератором, направляющий аппарат которого закреплен на крышке распределения ленточным хомутом, счетчик моточасов, реактивная центрифуга 4, фильтры грубой и тонкой очистки топлива 2, щуп-масломер шкив привода вентилятора и генератора с метками ВМТ (верхняя мертвая точка), НМТ (нижняя мертвая точка) и Т (начало подачи топлива насосом).

С правой стороны находятся механизм привода декомпрессора, пусковой стартер 2 (рис. 3), форсунки и кожух 3 вентилятора. На задней стороне двигателя непосредственно к блок-картеру прикреплен кожух маховика.
Рабочий цикл дизеля Д-21 состоит из следующих тактов: впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска.

При такте впуска поршень перемещается от верхней к нижней мертвой точке, при этом впускной клапан открыт и в цилиндр двигателя через воздухоочиститель и впускной трубопровод засасывается чистый воздух.

При такте сжатия поршень перемещается от нижней к верхней мертвой точке, впускной и выпускной клапаны закрыты. Воздух, поступивший в цилиндр, сжимается до 42 ат и температура его повышается до 650—700 В конце такта сжатия за 22—24° (по углу поворота коленчатого вала) до прихода поршня в верхнюю мертвую точку в камеру сгорания под давлением 170—175 ат впрыскивается мелкораспыленное топливо. Температура в камере сгорания достигает 1750°, а давление возрастает до 72 ат. Под действием этого давления поршень перемещается к нижней мертвой точке, и таким образом происходит рабочий ход. Клапаны при рабочем ходе закрыты.

При такте выпуска поршень снова перемещается к верхней мертвой точке и через открытый выпускной клапан выталкивает из цилиндра отработанные газы и очищает цилиндр. При дальнейшем вращении коленчатого вала все такты повторяются в той же последовательности. Порядок работы цилиндров 1—2—0—0.

В связи с тем, что колена коленчатого вала размещены один относительно другого через 180°, рабочий ход во 2-м цилиндре всегда совершается через 180° после рабочего хода в 1-м цилиндре, т. е. в двигателе совершаются два рабочих хода кряду.

Затем этот цикл повторяется через 540°, т. е. рабочий ход в 1-м цилиндре совершается через 540° после рабочего хода во 2-м цилиндре. Это вызывает неравномерность вращения коленчатого вала двигателя, которая снижается в значительной мере с помощью маховика, вес которого специально подобран.

При работе двигателя в кривошипно-шатунном механизме возникают силы от давления газов и инерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма, силы трения и полезного сопротивления на валу двигателя.
Силы инерции разделяются на силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно, и силы инерции масс, движущихся вращательно.

Силы от давления газов в цилиндрах двигателя проявляются в виде крутящего момента на коленчатом валу двигателя и момента, опрокидывающего двигатель, который воспринимается опорами двигателя и передается на раму трактора. Опрокидывающий момент по величине равен крутящему моменту на коленчатом валу двигателя и направлен в обратную сторону.

Силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно, проявляются в виде двух моментов — крутящего и опрокидывающего и свободной силы, действующей вдоль оси цилиндра, которая воспринимается опорами двигателя.

Силы инерции масс, движущихся вращательно, проявляются в виде центробежной силы, постоянной по величине, направленной по радиусу кривошипа коленчатого вала и приложенной в центре шатунной шейки. Центробежные силы через коренные подшипники передаются на блок-картер и далее воспринимаются через опоры двигателя рамой трактора.

Двигатель будет уравновешенным, если при установившемся режиме его работы на опоры двигателя и через них на раму трактора воздействуют постоянные по направлению и величине усилия.

Уравновешивающий механизм при работе двигателя создает силы, равные по величине и противоположные по направлению неуравновешенным силам, что снижает их вредное воздействие.

Остов двигателя состоит из блок-картера, цилиндров, головок цилиндров, картера маховика, крышки распределительных шестерен и переднего листа. К этим основным деталям крепятся все другие узлы, агрегаты и детали двигателя.

Рис. 6. Блок-картер (вид сзади):

1 — постель третьего подшипника; 2 — установочный штифт; 3 — отверстие под анкерную шпильку; 4 — отверстие под цилиндр; 5 — отверстие под толкатель; 6 — бобышка крепления редукционного клапана; 7 — задняя опора распределительного канала; 8 — крышка третьего коренного подшипника.

Рис. 7. Блок-картер (вид спереди):

1 — палец промежуточной шестерни; 2 — штифт; 3 — отверстие для подвода масла; 4 — отверстие для подвода масла к головкам цилиндров; 5 — отверстие под трубку масляного манометра.

Блок-картер (рис. 6 и 7) отливается из серого чугуна. Внутри картера имеются три опоры коренных подшипников коленчатого вала, две опоры подшипников распределительного вала и две опоры подшипников валика уравновешивающего механизма. На верхней плоскости блок-картера расположены два расточенных отверстия 4 для установки цилиндров, восемь резьбовых отверстий 3 для вворачивания силовых анкерных шпилек, крепящие головки цилиндров и цилиндры, и четыре отверстия 5 под запрессовку втулок толкателей.

Для предотвращения течи масла из картера между блок-картером и опорной поверхностью цилиндра ставится прокладка из медной фольги толщиной 0,3 мм. Для увеличения жесткости блок-картера его нижняя плоскость опущена на 126 мм ниже оси постелей под коренные подшипники коленчатого вала. Крышки коренных подшипников (бугели) фиксируются боковыми торцами (устанавливаются с натягом по боковым поверхностям) и каждая крышка крепится на двух шпильках с помощью гаек и замковой шайбы. Постели коренных подшипников расточены вместе с крышками, поэтому замена крышек на новые или перестановка их недопустимы. На каждой крышке нанесен порядковый номер, начиная от передней плоскости картера.

Крышки коренных подшипников устанавливаются в блок-картере при сборке двигателя таким образом, чтобы паз под ус вкладыша был обращен к правой стороне двигателя. Для удобства демонтажа каждая крышка имеет резьбовое отверстие M10, в которое вворачивается специальный съемник или болт.

Подшипниками распределительного вала служат втулки из антифрикционного чугуна, запрессованные в расточки блок-картера, каждая втулка имеет отверстие для подвода смазки к шейкам распределительного вала. Передняя втулка снабжена буртиком, в который упирается торец шестерни распределительного вала.

Подшипниками валика уравновешивающего механизма служат бронзовые втулки, которые имеют канавки по наружной поверхности и отверстия для подвода смазки к шейкам валика. На передней стенке (рис. 7) выполнены канал для подвода масла от первого коренного подшипника коленчатого вала к передней шейке распределительного вала, канал подвода масла к отверстию под палец промежуточной шестерни распределения, а от него — к пальцу 1 промежуточной шестерни привода валика уравновешивающего механизма и далее к переднему подшипнику валика уравновешивающего механизма и к шестерне привода топливного насоса. Отверстие 3 на фрезерованной площадке служит для подвода масла от масляного насоса в магистраль двигателя.

На той же стенке сделаны гладкие отверстия под установочные штифты 2, фиксирующие передний лист, и резьбовые отверстия кропления переднего листа.

На задней стенке размещены капали подвода масла от третьего коренного подшипника к задним подшипникам распределительного вала и валика уравновешивающего механизма и канал, выходящий па левую стенку блока в верхней задней части, для подсоединения трубки подвода масла к головкам цилиндров.

Здесь также предусмотрены два отверстия для запрессовки установочных штифтов 2, фиксирующих положение картера маховика относительно блок-картера.

На правой стенке блока внизу, в середине, имеется овальная фрезерованная бобышка для установки фирменной таблички, на которой указаны модель двигателя, его номер, год выпуска, мощность и число оборотов; в нижней части — фрезерованная плоскость для крепления передней опоры двигателя, а выше нее — бобышка 6 крепления редукционного клапана; в верхней части — две фрезерованные бобышки для крепления валиков декомпрессора.

На левой стенке внизу в передней части обработана плоскость для крепления передней опоры двигателя. В верхней задней части выполнено отверстие 4, от которого по трубке подводится масло к головкам цилиндров, и в середине вверху — резьбовое отверстие 5 М12 для присоединения трубки, связывающей масляную магистраль с манометром.

К нижней плоскости блок-картера крепится масляный картер.

Рис. 8. Цилиндр

Цилиндр (рис. 8) отливается из специального чугуна. На наружной поверхности цилиндра предусмотрены тонкостенные ребра охлаждения. По всей высоте цилиндра имеется 18 ребер. Расстояние между ребрами (шаг) 8 мм, толщина ребра у вершины 1,5 мм (у верхнего ребра 5 м, у нижнего 3 мм).

Для более равномерного охлаждения цилиндра высота ребер по окружности выполнена неодинаковой. Со стороны вентилятора ребра имеют меньшую высоту, а на противоположной стороне большую, так как здесь ребра обдуваются уже прогретым воздухом. Впереди и сзади (относительно двигателя) высота ребер уменьшена для сокращения длины двигателя. В углах цилиндра по вертикали ребер нет, а сделаны вырезы для размещения анкерных шпилек.

В нижней части цилиндра расположен опорный фланец. Поверхность ниже фланца обработана для установки цилиндра в расточку блок-картера.

Для повышения жесткости цилиндра и уменьшения концентрации напряжений переход от оребрений стенки цилиндра к опорному фланцу плавный — радиус 18 мм. Под фланец при установке в блок ставится прокладка из медной фольги толщиной 0,3 мм. Верхний торец цилиндра имеет две лабиринтные кольцевые канавки для улучшения уплотнения в стыке с головкой цилиндров.

Внутренняя поверхность цилиндра (зеркало) закалке не подвергается, так как цилиндр изготовлен из специального чугуна, обладающего высокой износостойкостью. Зеркало цилиндра обработано с высокой степенью точности и чистоты.

По внутреннему диаметру цилиндры разбиты на три размерные группы:

Обозначение размерной группы цилиндра выбито на обработанной наружной поверхности в нижней части цилиндра.

Рис. 9. Головка цилиндра:

1 — прокладка крышки клапанов; 2 — штифт; 3 — резьбовая вставка; 4 — шпилька стойки коромысел; 5 — шпилька малая стайки коромысел; 6 к 7 — шпильки; 8 — резьбовая пробка; 9 — выпускной клапан; 10 — тарелка пружины клапана; 11 — сухарь клапана; 12 — впускной клапан; 13 — пружина клапана; 14 — седло клапана; 15 — втулка клапана; 16 — опорная шайба пружины клапана.

Головка цилиндра (рис. 9) отлита из алюминиевого сплава АЛ-10В. Отливка термически обрабатывается. Головки отдельных цилиндров взаимозаменяемы. Для лучшего охлаждения головка имеет ребра внутри и снаружи. По высоте головки снаружи расположено 11 ребер. Расстояние между ребрами 6 мм у толщина ребра у вершины 2 мм. Для лучшего отвода тепла и большей жесткости головки нижняя стенка (плита) имеет толщину от 19 до 23 мм.

В средней части головки между всасывающим и выпускным отверстиями выполнен сквозной канал с вертикальным ребром, соединяющим нижнюю и верхнюю плиты для улучшения охлаждения перемычки между клапанами и форсунки. Со стороны верхней плиты в головку запрессованы направляющие втулки 15 клапанов, два штифта 2 для фиксации крышки клапанов, а также сделаны три резьбовых отверстия (два M10 и одно М8), в которые с натягом ввернуты шпильки 4 к5 крепления стойки оси коромысел. Со стороны нижней плиты в головку запрессованы седла 14 клапанов из жаростойкого специального легированного чугуна высокой твердости. На нижней плите предусмотрен уплотняющий поясок, обеспечивающий герметичное соединение газового стыка между цилиндром и головкой и сделана расточка глубиной 3 мм для центрирования головки на цилиндре.
Для установки и крепления форсунки в головку ввернута и раскернена стальная резьбовая вставка 3. Стык форсунки с головкой уплотняется медной прокладкой, надеваемой на корпус распылителя.

Впускной и выпускной каналы выходят на левую сторону головки и заканчиваются фланцами с ввернутыми шпильками 7 для крепления впускного и выпускного трубопроводов. Для крепления головки цилиндров выполнены четыре отверстия под анкерные шпильки. Смазка к клапанному механизму подводится через резьбовое отверстие, в которое вворачивается штуцер, соединенный с трубкой подвода смазки от блока.
В верхней плите головки есть два отверстия, в которые устанавливаются резиновые уплотнительные кольца с кожухами штанг толкателей. Торец кожуха штанги не должен выступать выше торца уплотнительного резинового кольца. На боковых поверхностях головки в верхней плите выполнены по два резьбовых отверстия для крепления переднего и заднего дефлекторов.

Рис. 10. Картер маховика:

а — вид со стороны подсоединения двигателя к трансмиссии; б — вид со стороны подсоединения к картеру двигателя; 1 — корпус заднего каркасного сальника; 2 — задний сальник; 3 — рым-болт; 4 — гнездо для размещения заднего груза уравновешивающего механизма.

Картер маховика (рис. 10) предназначен для крепления двигателя к трактору, ограждения маховика, установки стартера. Отлит он из чугуна. В центре картера маховика имеется расточка для размещения заднего конца коленчатого вала двигателя. В этой расточке установлен корпус 1 заднего каркасного сальника 2, прикрепленный шестью болтами к картеру маховика. На верхней плоскости картера расположено резьбовое отверстие М12 для рым-болта 3. Снизу имеется фрезерованная плоскость под заднюю полку масляного картера. Картер маховика крепится к блок-картеру восемью шпильками с гайками и двумя болтами. В левой нижней части предусмотрено гнездо 4 для заднего груза уравновешивающего механизма.
Справа и слева на картере маховика сделаны лапы для установки двигателя на раме трактора при монтаже, используемые также при транспортировке двигателя. Передний лист и крышка распределительных шестерен. Передний лист отштампован из стали.

Рис. 11. Крышка распределительных шестерен:

1 — плоскость для кронштейна топливного фильтра; 2 — плоскость для корпуса масляного фильтра; 3 — фланец для маслозаливной горловины; 4 — отверстие под ось корпуса натяжного механизма; 5 — поверхность под вентилятор; 6 — установочный штифт; 7 — ухо; 8 — трубка для подвода масла.

Передняя и задняя его плоскости отшлифованы, Крышка распределительных шестерен (рис. 11) отлита из алюминиевого сплава. Передний лист и крышка крепятся к передней стенке блок-картера болтами. Между блок-картером и передним листом и крышкой устанавливаются паронитовые прокладки. Передний лист и крышка центрируются по двум установочным штифтам, запрессованным в переднюю стенку блок-картера. Это обеспечивает правильное зацепление шестерен привода масляного насоса. С левой стороны к задней плоскости переднего листа присоединен топливный насос, фланец которого входит в точно обработанное отверстие переднего листа. В переднем листе сделаны отверстия под штифты для крепления масляного насоса и отверстие для переднего конца коленчатого вала. В крышке устанавливается каркасный сальник, через который проходит передний конец коленчатого вала. В левой верхней части крышки распределительных шестерен отфрезерована плоскость 2 под масляный фильтр (центрифугу), который крепится пятью болтами и одной шпилькой с гайкой. На верхнем левом торце крышки обработана плоскость 1 для крепления кронштейна топливного фильтра. В середине с левой стороны обработан фланец 3 для установки маслозаливной горловины со счетчиком моточасов. В отверстие этого фланца входит фланец топливного насоса. В средней части крышки справа предусмотрено отверстие 4 диаметром 15 мм под ось корпуса натяжного механизма ремня вентилятора. В верхней части справа по ходу трактора имеется обработанная по радиусу поверхность со штифтом 6 для вентилятора двигателя. По краям этой поверхности сделаны два уха 7 с отверстиями под пальцы хомута крепления вентилятора. В крышку распределительных шестерен залиты три медные трубки 8 подвода масла от масляного насоса к масляному фильтру и через сверление в блок-картере ко второй коренной шейке коленчатого вала. Маленькая трубка в левой нижней части крышки подает масло от передней опоры валика уравновешивающего механизма к втулке шестерни привода топливного насоса. К нижней плоскости крышки и переднего листа крепится масляный картер двигателя. [Трактор Т-25. Устройство и эксплуатация. Герасимов А.Д. и др. 1972 г.]