
книги из ГПНТБ / Поспелов Д.Р. Конструкция двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением
.pdfа) |
|
|
|
6) |
|
Рис. 46. Сравнение степени оребрения |
цилиндров |
и их |
головок старых |
||
и современных |
двигателей |
с |
воздушным охлаждением: |
||
а — двигатель «Татра 57» |
(старый); б |
— |
двигатель |
«Татра |
603» (современный) |
Таблица 7
Данные о размерах ребристой поверхности цилиндров некоторых авиационных двигателей
Двигатель
Парамётр
Общая ребристая поверхность в см2 В том числе:
втулки ...........................................
головки ...........................................
Поверхности (общая):
ВСМ2!л. с............................
ВСМ.2)А ...........................................
Размеры стальных ребер втулки
в мм:
ш а г ..................................................
высота ...................................
толщина в основании...................
толщина у верш ины ...................
Размеры алюминиевых ребер голов-
ки цилиндра в мм:
ш а г ..................................................
высота ................- . .....................
толщина в основании . . . . . .
толщина у верш ины ...................
АрмсгроягСидля «Джегуар IV» |
Гном-Рон «Юпитер-1Ѵ» |
Гном-Рон <Юпитер-ѴІ> |
Райт «Уэрл-винд» J-6 |
4750 |
10153 |
8113 |
5500 |
3550 |
7890 |
6122 |
2916 |
(7 5 % ) |
(7 9 ,7 % ) |
( 7 5 ,4 % ) |
(5 3 % ) |
1200 |
2263 |
1991 |
2584 |
(2 5 % ) |
(2 2 ,3 % ) |
(2 4 ,6 % ) |
(4 7 % ) |
173 |
217 |
152 |
165 |
2690 |
3190 |
2545 |
3450 |
1 0 ,5 |
7 |
8 |
4 |
9 , 0 — 2 0 ,0 1 0 , 0 - 2 9 , 0 9 ,7 5 - 3 2 ,5 1 0 ,0 - 2 5 ,0
2 ,5 |
|
1 ,4 |
1 ,4 |
1 ,0 |
1 ,0 |
|
0 ,7 |
0 ,7 |
0 ,5 |
1 0 ,5 |
|
10 |
10 |
1 0 ,5 |
1 5 ,5 |
|
2 5 - 3 6 |
2 5 - 3 6 |
1 5 - 3 4 |
3 ,5 |
|
3 ,5 |
3 ,5 |
3 ,5 |
2 |
1 |
2 ,5 |
2 ,5 |
2 |
Таблица 8
Конструктивные схемы цилиндров
и во время работы двигателя, получаются одинаковые во всех точках по окружности цилиндра. Напряжения эти увеличиваются по мере нагрева двигателя, так как внешний пояс ребра остается более холодным, чем внутренние пояса, и препятствует расширению последних. При нормальном и равномерном охла ждении цилиндра его деформация (искривление оси и нарушение цилиндричности отверстия) минимальная. Отсутствие в ребрах вырезов исключает потери поверхности охлаждения. Шпильки крепления цилиндра при этом могут проходить через отверстия в ребрах, могут быть вынесены за пределы контура оребрения или ввернуты непосредственно в стенку цилиндра. В первом случае шпильки (болты) не только соединяют между собой цилиндр и его головку, но и крепят их к картеру кривошипного механизма, как например, на дизеле «Энфилд 100» (рис. 47); во втором случае может иметь место то же, что и в первом, но могут и соединяться между собой только цилиндр и его головка, как например, у дизелей «Петтер» (рис. 48); в третьем случае соединяются только цилиндр и его головка, как например, у- двигателя «Армстронг-Сидли» (рис. 49). Последний вариант лучше двух предыдущих в том отношении, что указанные выше напряжения сводятся к минимуму. Отсутствие в ребрах больших вырезов снижает аэродинамическое сопротивление цилинд-
101
ра, особенно в тех случаях, когда шпильки вынесены за его
пределы.
Схема 1 применяется на одноцилиндровых двигателях, где нет ограничений увеличению габарита цилиндра, и может быть применена в многоцилиндровых двигателях с клинообразными противолежащими цилиндрами, где межцилиндровые расстояния
А - А
Рис. 47. |
Цилиндр дизеля |
Рис. 48. |
Цилиндр |
дизеля |
«Энфилд 100» |
с круглым контуром |
«Петтер» |
АѴА с |
круглым |
|
оребрения |
контуром оребрения |
определяются особенностью конструкции коленчатого вала и всегда больше расстояний, необходимых по условиям размеще ния ребер.
Цилиндр по указанной схеме нельзя отлить с малым шагом в двух половинах формы с разъемом последней по оси цилиндра, так как в плоскости разъема ребра получаются толстыми, а межреберные каналы узкими. Литье же с применением набора тонких стержней-колец толщиной, равной межреберному расстоя-
102
нию, сложно. Также сложно и получение отверстий в ребрах при литье или сверлением (при изготовлении их из чугуна).
Для упрощения изготовления цилиндра в местах расположе ния шпилек делают вырезы в ребрах (схема 2), как это выпол нено у карбюраторных двигателей МеМЗ (рис. 50), «Шевроле» (рис. 51), у дизеля SAME-954V (рис. 52) и у многих других двигателей. Однако при этом теряется часть поверхности ребер,
повышается |
аэродинамичес |
|
||||||
кое сопротивление, |
появля |
|
||||||
ется деформация |
цилиндра |
|
||||||
(отверстие |
его |
|
становится |
|
||||
«квадратным») |
при затяжке |
|
||||||
шпилек |
и во время |
работы |
|
|||||
двигателя. Для |
уменьшения |
|
||||||
этого недостатка |
у двигате |
|
||||||
лей МеМЗ и «Шевроле» вы |
|
|||||||
резы под шпильки |
сделаны |
|
||||||
не во всех ребрах; |
верхние |
|
||||||
ребра в зоне камеры сгора |
|
|||||||
ния оставлены целыми |
и в |
|
||||||
них сделаны |
отверстия под |
|
||||||
шпильки крепления. |
шесть |
|
||||||
У дизелей |
SAME |
|
||||||
шпилек |
крепления. |
Кроме |
|
|||||
вырезов |
под |
эти |
шпильки |
|
||||
сделаны еще вырезы под ко |
|
|||||||
жухи штанг привода клапа |
|
|||||||
нов. При наличии такого чи |
|
|||||||
сла вырезов теряется значи |
|
|||||||
тельная |
часть |
|
поверхности |
|
||||
ребер, а цилиндр становится |
Рис. 49. Цилиндр дизеля |
|||||||
недостаточно жестким. |
Для |
«Армстронг-Сидли» с круглым конту |
||||||
устранения этого недостатка |
ром оребрения |
|||||||
увеличена |
высота |
ребер, а |
|
стенки цилиндра сделаны толще. Наилучшим же способом уст
ранения этого недостатка является разрезание ребер |
на более |
или менее равные участки по окружности цилиндра |
(схема 3), |
как это сделано у цилиндра дизеля «Вархаловски» |
(рис. 53). |
Иногда места разрывов в одном ребре смещают относительно таких же мест в соседних ребрах. Цилиндр получает вид втулки, снабженной множеством коротких ребер, как это сделано у ци линдра дизеля «Хатц» (рис. 54). Цилиндр подобной конструкции лучше, чем другие, сохраняет свою форму при нагреве во время работы. При наличии разрывов изменяются условия образования пограничных слоев у поверхностей ребер; около каждого разры ва пограничный слой разрушается и начинается образование нового слоя. В местах разрывов происходит хорошее перемеши вание частиц воздуха, что приводит к повышению теплоотдачи
103
ребер. Цилиндры с прерывистыми ребрами значительно более
сложны в изготовлении.
Ввиду больших размеров цилиндра с круглым очертанием оребрения применение его на двигателе с несколькими цилин драми, расположенными в ряд, приводит к увеличению длины этого двигателя. В этом случае ребра двух соседних цилиндров
Рис. 50. Цилиндр двигателя |
Рис. |
51. Цилиндр |
двигате |
||
МеМЗ-966 с круглым контуром ореб |
ля |
«Шевроле |
Корвейр» |
||
рения и вырезами под шпильки (бол |
с круглым контуром оребре |
||||
ты) и под кожухи штанг привода |
ния и вырезами под шпиль |
||||
клапанов |
ки |
(болты) |
и под |
кожухи |
|
|
штанг привода клапанов |
||||
срезают по высоте (схемы 4—6), как это сделано |
у |
цилиндров |
|||
дизелей «Татра» (рис. 55) и SAME-DA1154 (рис. 56). |
|
|
|||
Но и при наличии указанных срезов у ребер цилиндры чаще |
|||||
всего делаются с вырезами под шпильки их крепления |
(схема 5), |
||||
как это сделано у цилиндров дизелей |
«Дейтц» |
(рис. |
57) и |
Д-37Е (рис. 58).
Срезание вершин ребер в направлении оси коленчатого вала применяется и по отношению к цилиндрам с разрезными ребра ми (схема 6), как это выполнено на цилиндрах дизеля «Порше» АР-22 (рис. 59).
104
0010
CQ я о
¥ § X
|
і |
5 |
|
|
I |
о |
|
|
о |
|
|
|
|
g |
«в =5 |
|
|
5 |
со о |
I—Г |
к^ |
§ “ § |
|
11J |
|||
□ «ао |
2 |
*о |
|
|
со • |
* в ч |
|
. 5Щ |
|
|
|
СМ |
^ |
|
|
ю |
|
в Э |
|
|
< |
|
|
|
оо |
»8 g |
|
►3-смs |
- °*2 |
||
|
\о с |
||
|
(U« |
||
Дп к |
|
|
|
X |
о а, |
|
|
а |
ч о |
|
|
о. SЯ
X2
SS
со
о
вс
со
105

л' к
2 8 S
LO о |
S |
|
|
а- °з |
чс |
|
|
н |
х |
^ |
|
£ |
о |
а |
|
О» Р " |
« |
|
|
<=(£■ |
л |
си |
|
V |
X |
||
|
|
_ |
Ч со |
^n S ^ |
|
||
D |
_, ,х я я |
||
че- |
S Ю Оч со |
||
сиXл>"о |
|
СС |
|
= Uо я Ь |
|||
2 |
Ч |
^ 2 2 |
|
Ч >> с |
Р |
||
|
CL |
|
|
|
а . |
|
СО |
Ч |
о |
К о. Д |
|
а , |
^ |
S а>5 |
|
|
|
сз'О р |
|
|
|
со5І |
|
-2 —О)) |
Q- |
||
5аз л |
|
||
^.-J= янr л |
|
||
|
э со |
|
|
|
I—{• |
ш |
|
Ю$ |
|
||
* |
|
||
|
^ |
|
|
о ;Ы к |
|
X<И
аК О . X
:ю fc о о. X s
з« -г |
KfA |
СО |
я |
|
§ |
|||
$ |
|
5 |
||||||
|
|
|
о |
° |
5 |
|
|
|
з*а»< * о я 4 °- |
||||||||
*gp |
«£ |
|
О |
О 'Й |
||||
5Sw |
я |
* |
|
* |
|
Оч |
||
|
NH Я |
|||||||
5 4 g |
5 |
* |
s |
|||||
i |
|
3 |
■ i , |
<ы |
X |
° |
|
CQ |
|
си 3 |
§ |
||||||
|
|
|
> |
. £ |
|
| |
|
|
|
|
|
yO Я |
5 |
|
|
||
|
|
|
ж |
V X |
|
|
||
|
|
|
О |
О.соS |
|
|
||
|
|
|
О |
со |
X |
|
||
' |
с—К |
соСО |
|
|
|
|
||
I |
>» X |
я |
X |
|
|
|
|
|
: |
си я |
|
* |
« |
|
|
|
|
t * |
С и |
я |
ч s |
|
|
|
||
£ |
о) |
* |
|
|
|
|||
|
и |
\о |
|
О |
со |
|
|
|
L |
S.5 |
X |
CL |
|
|
|
||
|
о |
|
|
|
||||
|
4 ° з |
X |
^ |
|
|
|
||
: § ä |
S |
X |
о о- |
|
|
|
||
|
а> |
о |
я |
° я |
|
|
|
|
' я |
а я |
|
|
|
|
|
||
|
х |
>> со |
|
|
|
|
|
|
|
^ |
X |
О- |
|
|
|
|
|
I1НX |
О |
<-> |
|
|
|
|
|
|
X |
~ |
|
|
|
|
1 0 6
9-9 |
560 |
~ШШг
107
Рис 58 Цилиндр дизелей Д-37Е с круглым кон- |
Рис. 59. Цилиндр дизеля «Порше» АР-22 с разрезан- |
|
туром оребрения. вырезами под шпильки крепле- |
ными по окружности |
ребрами, разрезы в соседних |
ния и срезами ребер в направлении оси коленча- |
ребрах смещены один |
относительно другого по ок- |
того вала |
|
ружности |
Применение цилиндра с прямоугольной формой контура оребрения (схемы 7—9) дает возможность увеличить поверх ность ребер при тех же межцилиндровых расстояниях. Однако сделать ребра целыми (как на схеме 7) не представляется воз можным, так как это привело бы к чрезмерной деформации цилиндра при его нагреве, а выполнение его по схеме 8 дало бы лишь незначительное увеличение поверхности. Поэтому более
Рис. СО. Цилиндр дизелей «Гюльднер 2LD» с прямоугольным контуром оребрения
рационально выполнять цилиндр по схеме 9, т. е. с разрезными ребрами, как это сделано у дизелей «Гюльднер 2LD» (рис. 60)
иMWM AKD-12 (рис. 61).
Уцилиндра двухтактного дизеля, когда ребра на внешней
поверхности цилиндра рассечены продувочными каналами и кон струкция цилиндра получается и без того достаточно сложной, ребра делаются без дополнительных разрезов, как у двигателя «Оренштейн-Коппель 113R2DL» (рис. 62).
Однако при достаточно большом межцилиндровом расстоя нии цилиндр двухтактного двигателя также может быть выпол нен с круглым контуром оребрения, как например, у дизеля «Штиль» (рис. 63).
108
При некруглой форме очертания ребер (у большинства двигателей с воздушным охлаждением) условия обтекания цилиндра ухудшаются: скорость воздуха по длине канала резко изменяется, образуются вихри. В этом случае сечение межребер ного канала, расположенное в плоскости, проходящей через оси цилиндров, оказывается минимальным, т. е. является дроссели
рующим |
сечением, |
а скорость |
воздуха в нем — максимальной. |
|||||||
При |
дальнейшем |
обтекании |
цилиндра |
|
||||||
скорость |
охлаждающего |
воздуха |
падает, |
|
||||||
достигая минимума около выходного ка |
|
|||||||||
нала, затем снова возрастает в выходном |
|
|||||||||
сечении, образуемом дефлекторами. |
|
|||||||||
Для |
уменьшения |
габарита |
и |
массы |
|
|||||
двигателя цилиндры подавляющего боль |
|
|||||||||
шинства двигателей с воздушным охлаж |
|
|||||||||
дением имеют не только некруглую фор |
|
|||||||||
му контура, но даже и несимметричную |
|
|||||||||
относительно |
вертикальной |
|
плоскости, |
|
||||||
проходящей по оси коленчатого вала. Так, |
|
|||||||||
например, на дизелях «Ченто (Феррара)» |
|
|||||||||
ѴМ (рис. 64) ребра |
со стороны |
выхода |
|
|||||||
охлаждающего воздуха |
почти полностью |
|
||||||||
удалены |
для обеспечения |
прохождения |
|
|||||||
кожухов штанг |
толкателей |
и |
шпильки |
|
||||||
крепления цилиндра. У двухцилиндрового |
|
|||||||||
дизеля «Дэвид-Браун 2D» |
значительная |
|
||||||||
асимметричность контура |
(рис. 65) объ |
Рис. 61. Цилиндр |
||||||||
ясняется особенностью схемы воздушного |
||||||||||
дизелей |
||||||||||
тракта |
(см. также рис. 77). |
|
|
|
MWM AKD-12 с пря |
|||||
Испытания показали, что асимметрич |
моугольным конту |
|||||||||
ность формы и наличие вырезов в ребрах |
ром оребрения |
не приводят к существенной неравномер ности температур в стенке цилиндра по его окружности, так как
тепловая энергия быстро |
распространяется внутри стенки от |
||||||||
точек с высокой к точкам с низкой температурой. |
|
|
|
||||||
|
|
Форма сечения охлаждающих ребер |
|
|
|||||
При рассмотрении вопроса о наиболее рациональной |
форме |
||||||||
сечения ребер за критерий |
обычно |
принимается |
теплоотдача |
||||||
с единицы массы ребра. |
|
|
|
|
|
|
|
||
В табл. |
9 изображены |
возможные, |
формы |
сечения |
ребер. |
||||
В основе |
их |
лежат три |
классические |
формы: |
круговая, тре |
||||
угольная |
(с |
радиусом или |
срезом |
у вершины |
ребра) |
и пря |
моугольная. Остальные формы являются производными от указанных. Круговая форма наиболее рациональна в от ношении использования материала, а возможно из-за мень-
109