
книги из ГПНТБ / Поспелов Д.Р. Конструкция двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением
.pdfѵ~г т\ r-f
r*/ l e r n с л о в
КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
Д. Р. Поспелов
КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
М о с к в а
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1 9 7 3
П 62 УДК 621.43-712-1)
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ "
НАУЧі Ю-ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА « С О
?3 ~
Поспелов Д. Р. Конструкция двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. М., «Машиностроение», 1973, 352 с.
В книге описаны конструкции двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. Дан краткий анализ развития этих дви гателей за рубежом и в СССР и связанных с этим проблем. Опреде лены конструктивные, рабочие и эксплуатационные показатели этих двигателей. Оценены достоинства и недостатки двигателей с воздуш ным охлаждением, рассмотрены перспективы улучшения их показа телей.
Отмечены особенности конструкции карбюраторных двигателей и дизелей с воздушным охлаждением: конструктивные схемы двига телей и их охладительных трактов, компоновка двигателей и разме щение агрегатов на них. Подробно рассмотрены конструкции основ ных характерных деталей этих двигателей: ребристого цилиндра, его головки и др. Дан анализ ряда современных конструкций двигате лей с воздушным охлаждением.
Рассмотрены особенности конструкции осевых и центробежных вентиляторов, применяемых на двигателях данного типа.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, специализирующихся в области двигателестроения. Табл. 51, ил. 194, список лит. 9 назв.
Рецензент канд. техн. наук К. А. Шарапов
334—167 п 167—73
038(01)—73
© Издательство «Машиностроение», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В 1961 г. автором в Машгизе выпущена книга «Двигатели внутреннего сгорания с воздушным ох лаждением», где излагались теория, расчет и конст рукция двигателей. Время, прошедшее после выпуска этой книги, характеризовалось значительным разви тием двигателей с воздушным охлаждением: появи лись новые методы расчета и исследования систем воздушного охлаждения, обеспечивающие получение их оптимальных параметров, новые конструкции дви гателей с воздушным охлаждением, приспособленных к условиям массового производства. Накопленный за этот период материал по теории и расчету был осно вой для второго издания книги, выпущенной издатель ством в 1971 г. под названием «Двигатели внутренне го сгорания с воздушным охлаждением. Теория и рас чет».
Вопросы конструкции, а частично и вопросы экс плуатации двигателей с воздушным охлаждением, ин тересующие более широкую аудиторию, чем вопросы теории и расчета, составляют тему настоящей книги. Существенная новизна публикуемого материала, от личная от первого издания, система его изложения, дающая возможность подробно описать и сравнить каждый элемент конструкции, позволили считать на стоящую книгу самостоятельным изданием, хотя и развивающим тему первого издания книги.
Общим оценочным показателем совершенства лю бой конструкции является ее технический уровень, ха рактеризуемый комплексом показателей: конструктив ных, рабочих и эксплуатационных. Определению их
3
значений в данной книге уделено основное внимание. Много места отведено также анализу конструкций вы пускаемых двигателей.
Особенности конструкции современных двигателей рассмотрены с учетом высокого уровня технологии массового производства в двигателестроении и повы шенных требований к эксплуатационным качествам современных машин.
Эти положения учтены при анализе конструкций основных характерных деталей двигателей данного ти па: ребристых цилиндров, их головок, вентиляторов и других деталей и узлов.
Г л а в а I
РАЗВИТИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ
РАЗВИТИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ЗА РУБЕЖОМ
Попытки применения двигателей с воздушным охлаждением на автомобилях начались вскоре после окончания первой миро вой войны. Вначале мотоциклетные двигатели устанавливались на трехколесных автомобилях. Выяснилось, что для создания нормальных условий работы двигателя необходимо улучшить его охлаждение путем принудительной подачи охлаждаю щего воздуха. Это привело к созданию автомобильного карбю раторного двигателя с воздушным охлаждением от венти лятора.
Первые работоспособные образцы таких двигателей были получены лишь в начале 20-х годов. К ним относятся двигатели чехословацкой фирмы Татра, германских фирм Фено мен, Крупп и Порше, американских фирм Франклин и Джизмси.
Чехословацкой фирмой Татра в 1923 г. был создан карбюра торный двухцилиндровый двигатель с воздушным охлажде нием для малолитражного легкового автомобиля «Татра 12». Диаметр цилиндра и ход поршня этого двигателя были равны соответственно 82 и 100 мм, а развиваемая двигателем мощ ность 12 л. с. Охлаждение двигателя производилось потоком воздуха от вентилятора и встречным потоком при движении автомобиля. От центробежного вентилятора, выполненного как одно целое с маховиком двигателя, охлаждающий воздух на правлялся к основаниям противолежащих цилиндров, проходил к их головкам и выходил наружу. Движение воздуха усилива лось эжекционным действием встречного потока, охлаждаю щего также головки цилиндров, выступавшие за пределы рамы автомобиля. Каждая головка с цилиндром была выполнена в ви де одной детали.
На базе первого двигателя была разработана конструкция карбюраторного четырехцилиндрового двигателя «Татра 30», так же с противолежащими цилиндрами, затем модели «Татра 52» и «Татра 57», причем у последних два противолежащих смежных цилиндра были изготовлены как одно целое с головками. Дру гие элементы предыдущих конструкций были сохранены без из менения.
5
На основе двигателя «Татра 57» в 1934 г. был разработан восьмицилиндровый двигатель «Татра 77» мощностью 60 л. с. с диаметром цилиндров 75 мм и ходом поршня 94 мм, устанавли ваемый в задней части автомобиля. В дальнейшем путем уве личения диаметра цилиндров до 80 мм мощность этого двига теля была повышена до 70 л. с. (двигатели «Татра 77А» и
«Татра 87»), В обоих последних двигателях с восемью клинообразно1
расположенными (с углом развала 90°) цилиндрами применены независимые центробежные вентиляторы (по одному на каждый ряд цилиндров), приводимые в движение ременной передачей от коленчатого вала. На двигателе «Татра 77» охлаждающий воздух двигался от основания к головке цилиндра; на двигателе «Татра 87» применена поперечная продувка. В соответствии с этим изменено направление вращения вентиляторов и относи тельное расположение их кожуха, выходная часть которого перенесена наверх. Это было сделано для направления основ ной массы охлаждающего воздуха к головкам цилиндров.
На основе двигателя «Татра 87» была разработана модель «Татра 97» с четырьмя противолежащими цилиндрами, а затем модель «Татра 600» с аналогичной схемой расположения ци линдров. В последние годы фирма выпускает двигатель «Татра 603» с поперечным обдувом цилиндров от осевого вентилятора.
В отличие от дизелей карбюраторные двигатели «Татра» имеют неразборные коленчатые валы обычной конструкции с опорами скольжения. Цилиндры так же, как и у дизелей, из
готовляют из чугуна, ребра |
выполняют точеными, причем |
по |
следние имеют различную высоту вдоль оси цилиндра. |
|
|
Из перечисленных моделей наибольший интерес представ |
||
ляет двигатель «Татра 603» |
(анализ его конструкции |
дан |
в гл. V I). |
|
дви |
Фирмой Феномен был разработан ряд карбюраторных |
гателей, которые находились в производстве, начиная с 1926 г. Все двигатели имели четыре вертикально расположенных ци линдра диаметром 74—90 мм, мощностью до 60 л. с. при 2800 обімин. Охлаждающий воздух подавался центробежным
вентилятором, рабочее |
колесо |
которого было |
укреплено непо |
||
средственно |
на коленчатом |
валу |
двигателя. Эти двигатели |
||
под маркой |
«Гранит» |
выпускались |
до начала |
второй мировой |
войны. После нее эта фирма, получившая название Робур-Верке, возобновила производство указанных двигателей под маркой «Гарант», улучшив их показатели.
Другая германская фирма Крупп, начавшая работы по дви гателям с воздушным охлаждением несколько позже (в конце 20-х годов), также разработала ряд моделей карбюраторных
1 Здесь и далее используется термин клинообразное вместо Ѵ-образное.
6
двигателей с четырьмя и восемью цилиндрами с рядным и го ризонтальным их расположением (диаметр цилиндра до 100 мм, мощность до 120 л. с. при 3000 об/мин). Автомобили с двига телями «Крупп» выпускались небольшими сериями в течение ряда лет.
Фирмой Фольксваген на основе работ фирмы Татра в сере дине 30-х годов был разработан одноименный автомобиль с че тырехцилиндровым двигателем с противолежащими цилиндра ми. Автомобиль находился в производстве до начала второй мировой войны. После нее производство этого автомобиля было возобновлено и значительно расширено. В настоящее время оно самое массовое в Европе (см. анализ конструкций двигателей этой фирмы).
Австрийской фирмой Штейф перед второй мировой войной был разработан автомобиль типа «Джип», снабженный восьми цилиндровым карбюраторным двигателем с воздушным охлаж дением, имевшим клинообразное расположение цилиндров. Рас положенные над двигателем вдоль по продольной оси два цент робежных вентилятора, последовательно соединенные друг с другом и приводимые ремнем от коленчатого вала, подавали охлаждающий воздух. Производство этого автомобиля было пре кращено незадолго до окончания второй мировой войны.
Итальянская фирма Фиат в конце 50-х годов начала выпуск малолитражного автомобиля с двигателем воздушного охлаж дения.
Американской фирмой Франклин в конце 20-х годов был раз работан автомобиль с шестицилиндровым двигателем с рядным вертикальным расположением цилиндров, охлаждаемых центро бежным вентилятором, рабочее колесо которого посажено на носке коленчатого вала.
В связи с трудностями обеспечения нормального теплового состояния двигателя и получения при этом заданных показате лей его работы двигатель оказался неконкурентноспособным в сравнении с двигателями, имевшими жидкостное охлаждение, поэтому он не достиг стадии уже начавшегося в то время в авто мобильной промышленности массового производства, и его про изводство было прекращено.
В ГДР после второй мировой войны начато производство ма лолитражного автомобиля «Трабант» с двухтактным карбюра торным двигателем воздушного охлаждения.
Таким образом, как до второй мировой войны, так и после нее основное производство карбюраторных автомобильных дви гателей с воздушным охлаждением было и остается сосредото ченным в европейских странах.
В настоящее время массовое или серийное производство ав томобилей с двигателями воздушного охлаждения налажено в ФРГ (фирмы Фольксваген, Порше, NSU и др.), во Франции (фирма Ситроен), в Чехословакии (завод «Татра»), Италии
7
(фирма Фиат), Австрии (фирма Штейр) и в ГДР (завод «Робур-
Верке»).
Производством карбюраторных двигателей с воздушным ох лаждением для других целей (стационарные и передвижные установки, вспомогательные судовые установки и др.) занято большое количество фирм и предприятий во многих странах
мира.
В США в 60-х годах фирмой Шевроле (корпорация Джиэмси) начато производство автомобилей «Корвейр» с шестицилиндровым двигателем, с противолежащими цилиндрами. Выпуск этого автомобиля, мощность двигателя которого повышена по сравнению с первоначальной, продолжался некоторое время. Повышение мощности осуществлено главным образом путем наддува, и, таким образом, этот двигатель можно считать пер вым среди карбюраторных двигателей с воздушным охлажде нием, на котором применен наддув.
Авиационная фирма Континентал еще до второй мировой вой ны наладила производство мощных (до 1400 л. с.) многоцилинд ровых карбюраторных двигателей с воздушным охлаждением для наземных машин, которое продолжалось и в течение войны. Некоторые из моделей выпускались в течение ряда лет и после второй мировой войны.
В последние годы получили достаточно широкое развитие работы по двигателям с воздушным охлаждением в Японии. Сначала по лицензиям некоторых европейских фирм, а затем и на основе самостоятельных разработок японские фирмы Хонда, Кавасаки, Тойота и Мицубиси организовали производство мало литражных автомобилей с карбюраторными двигателями воз душного охлаждения.
Хотя в связи с общим ростом выпуска автомобилей в этой стране и в других странах удельный вес автомобилей с двигате лями воздушного охлаждения, по-видимому, не увеличился, вы пуск таких автомобилей продолжает расти.
Значительно более широкого распространения двигатели с воздушным охлаждением достигли на всевозможных стационар ных и передвижных установках малой мощности. По ориентиро вочным данным, двигатели с воздушным охлаждением как в ев ропейских странах, так и в США составляют не менее трех чет вертей от общего количества этих маломощных двигателей.
Более широкое, чем на автомобилях, распространение дви гателей с воздушным охлаждением объясняется более низкими требованиями к комфорту, в частности в отношении шума работы, а также упрощением конструкции моторной установки (укорочение опорной плиты, отъем мощности с любого конца ко ленчатого вала и др.) и ухода за ней, более ощутимыми при использовании двигателей с воздушным охлаждением в качестве силового агрегата на специальных установках по сравне
8
нию с использованием их на |
автомобиле |
(особенно на лег |
|||
ковом). |
развития |
дизелей |
с воздушным |
охлаждением |
|
История |
|||||
сходна с |
историей |
развития |
карбюраторных |
двигателей |
|
с тем же видом охлаждения, однако темпы |
развития первых |
||||
оказались значительно более высокими, чем вторых. |
|
Одним из первых дизелей с воздушным охлаждением счита ют четырехтактный дизель мощностью 75 л. с., разработанный австрийской фирмой Австро-Даймлер-Пух в 1927 г. Он имел четыре вертикально расположенных цилиндра, охлаждаемых одним центральным вентилятором, рабочее колесо которого по сажено непосредственно на коленчатом валу. Особенность охлаждения этого двигателя состояла в том, что охлаждающий воздух от вентилятора поступал по направляющему кожуху, расположенному над головками цилиндров, к головкам и от них проходил вертикально вниз вдоль осей цилиндров. Двигатель не дошел до стадии серийного производства.
В 1934 г. германской фирмой Крупп на основе карбюратор ного двигателя был разработан четырехцилиндровый предка мерный дизель с воздушным охлаждением мощностью 60 л. с. Воздух подавался центробежным вентилятором, рабочее колесо которого посажено на коленчатом валу. Этот двигатель нахо дился некоторое время в серийном производстве.
Во время второй мировой войны германской фирмой Дейтц, использовавшей опыт других фирм, на базе четырехцилинд рового дизеля с вертикальными цилиндрами и жидкостным ох лаждением был разработан дизель с воздушным охлаждением мощностью 75 л. с. Межцилиндровые расстояния были сохране ны, и, таким образом, получился двигатель (а на его основе разработан целый ряд двигателей) с самыми малыми относи тельными межцилиндровыми расстояниями, которые существуют до настоящего времени. Выпуск дизелей этой фирмы значитель но больше, чем выпуск любой другой зарубежной фирмы.
В 50-х годах производство дизелей с воздушным охлаждени ем было налажено целым рядом фирм ФРГ (Хатц, Порше, Гюльднер, MWM, Эйхер и многими другими), Англии (Растон, Листер, Петтерс, Энфилд и др.), Италии (SAME, Ломбардини, Ченто (Феррара) и др.), Франции (Альстом, Вендевр и Др.), заводом «Татра» в ЧССР, заводом «Робур-Верке» в ГДР и фир мами других европейских стран, а несколько позже и в Японии (Мицубиси и др.).
В США приблизительно в это же время начато производство мощных четырехтактных дизелей с воздушным охлаждением корпорацией Континентал, а в 60-х годах — производство четы рехтактных двигателей фирмой Лайкоминг, входящей в корпо рацию Континентал.
Двигатели этих двух фирм отличаются высокой степенью форсированное™ и малой удельной массой.
9