книги из ГПНТБ / Поспелов Д.Р. Конструкция двигателей внутреннего сгорания с воздушным охлаждением

Натяжение ремня осуществляется перемещением генератора. Вентилятор снабжен направляющим аппаратом. Внешнее его кольцо сделано из листовой стали.

Для улучшения пусковых качеств в камере сгорания установ­ лена свеча накаливания. В последнее время у двигателей этого семейства диаметр цилиндра увеличен до 90 мм, и они получили марку FL410.

Дизели семейств 712 и 812. За последние 10 лет конструкция этих дизелей изменилась мало, лишь введены необходимые изме­ нения, связанные с повышением мощности. У одно-и двухцилинд­ ровых моделей картер туннельного типа, центробежный вентиля­ тор сделан как одна деталь с маховиком, секции топливного насоса приводятся в действие от кулачков на распределительном валу; у трех-, четырех- и шестицилиндровых моделей картер кри­ вошипного механизма открытый, вентилятор осевой, приводимый клиноременной передачей от коленчатого вала, а топливный на­ сос сделан в виде самостоятельного агрегата. При этом вентиля­ торы трех- и четырехцилиндровых двигателей имеют одинаковый диаметр, но разные углы установки лопастей.

Дизели семейства 812 получены путем введения конструктив­ ных изменений в дизели семейства 712. Основное изменение — применение камеры сгорания, расположенной в поршне.

Дизели семейства 912. На дизеле применена неразделенная камера сгорания, расположенная в поршне, вместо вихревой, которая применялась на прототипе этого дизеля — дизеле се­ мейства 812. Топливо впрыскивается форсункой с четырехдыр­ чатым распылителем. Подбор формы и размеров камеры, пара­ метров топливоподающей аппаратуры и формы впускного кана­ ла обеспечили хороший эффективный к. п. д. (максимальное значение 0,395, а на номинальной нагрузке — 0,36). Высокая ча­ стота вращения обеспечила соответствующую литровую мощ­ ность.

Применение впускного канала специальной формы, соответст­ вующих размеров клапанов и фаз газораспределения дало воз­ можность получить коэффициент наполнения 0,85 на номиналь­ ной частоте вращения и 0,87 — на средней частоте вращения.

Компоновка двигателей и их агрегатов не отличается от ком­ поновки, принятой для других двигателей этой фирмы с рядным вертикальным расположением цилиндров. Однако имеется ряд конструктивных особенностей, представляющих интерес (рис. 122).

Картер кривошипного механизма обычного открытого типа, но имеет в верхней части дополнительную горизонтальную полку, повышающую его жесткость и уменьшающую деформацию ниж­ него конца цилиндра. Спереди картер закрыт крышкой распре­ делительных шестерен, отлитой из алюминия под давлением. К картеру привертывается масляный поддон, который в зависи­ мости от назначения двигателя делается в трех вариантах: ли-

202

тым, штампованным из стали и специальным, допускающим наклон двигателя до 45°.

Двигатель имеет самое малое относительное межцилиндровое расстояние (130 мм при диаметре цилиндра 100 мм) из всех дви­ гателей с воздушным охлаждением с механически необрабатыва­ емыми ребрами. Это усложнило охлаждение цилиндра и вызва­ ло необходимость в большем теплоотводе в поршень, охлаждае­ мый струей масла, подаваемого форсункой, установленной в поперечной перегородке картера кривошипного механизма. Фор­ сунки, по одной на каждый цилиндр, снабжены клапаном, отре­ гулированным на давление 1,5 кГ/см2. Каждая из них подает 1,52 г/'э.л.с. • ч масла через отверстие диаметром 0,8 мм.

Для отвода тепловой энергии от масла в окружающую среду через масляный радиатор проходит воздух в количестве 8 м3/э. л. с.-ч. Масляный радиатор устанавливается под направ­ ляющим кожухом вентилятора. У двух- и трехцилиндрового двигателя он выполнен в виде алюминиевой ребристой трубки,, а у четырех- и шестицилиндрового двигателей масляный радиа­ тор трубчато-ленточного типа. К радиатору присоединяется шланг с регулируемой заслонкой, по которому теплый воздух может подаваться в кабину. Повышение температуры воздуха в масляном радиаторе равно 30—40° С.

Невысокие температуры поршня, изготовленного из заэвтектического сплава с малым коэффициентом линейного расшире­ ния, дали возможность снизить зазор между юбкой поршня и цилиндром до 0,08 мм. Температура поршня у верхней канавки под компрессионное кольцо не превышает 220° С на номиналь­ ной нагрузке двигателя. Первое компрессионное кольцо, имею­ щее в сечении равнобочную трапецию, хромировано, после чего подвергнуто шаровому хонингованию; второе и третье кольца ферроксированы. Разрезное маслосъемное кольцо с хромирован­ ными выступами снабжено расширителем.

Цилиндр имеет прерывистые ребра по всей его высоте, кроме верхнего ребра, которое для получения необходимой жесткости сделано монолитным.

Головка цилиндра (рис. 123) изготовлена из алюминиевого сплава, установлена на цилиндре без прокладки и притянута вместе с ним к картеру четырьмя болтами с резьбой М12, изго­ товленными из стали с пределом прочности 125 кГ/мм2. Резьбо­ вой конец болта глубоко входит в тело картера для уменьшения деформации цилиндра. Между цилиндром и картером проложена стальная прокладка.

Клапаны наклонены друг к другу и к оси цилиндра для получения в головке необходимых сечений для охлаждающего воздуха и снабжены устройством для их вращения. Головки бол­ тов крепления головки с цилиндром к картеру со стороны выхода охлаждающего воздуха утоплены во впускном и выпускном каналах. Форсунка расположена в месте, обеспечивающем ее

20 4

хорошее охлаждение; под форсунку положена теплоизолирую­ щая прокладка. Вращающиеся клапаны приводятся через пусто­ телые штанги из легкого металла, по которым подается масло к клапанному механизму.

Прокладка под крышку клапанной коробки изготовляется из полиамида. Впускной и выпускной трубопроводы, расположен­ ные со стороны выхода охлаждающего воздуха, делаются штам­ пованными из стали или литыми из чугуна, в зависимости от назначения двигателя.

Охлаждающий воздух подается осевым вентилятором, снаб­ женным направляющим аппаратом и приводимым клиноременлой передачей от шкива на носке коленчатого ва­ ла. Шкив притянут к тор­ цу коленчатого вала од­ ним болтом через шестер­ ню привода механизма газораспределения и мас­ ляного насоса. К тыльно­ му торцу приводного шки­ ва через слой навулканизированной резины при­ креплен гаситель кру­ тильных колебаний. При­ нятая конструкция соеди­ нения шкива с коленча­ тым валом требует точно­

го изготовления всех сопряженных поверхностей. Устройство для автоматической остановки двигателя при обрыве ремня при­ меняется только по заказу. Легкосъемный кожух направляет воздух от вентилятора к цилиндрам и их головкам.

Вентилятор делает 6000 об/мин и потребляет 6% номиналь­ ной мощности двигателя. Выходящий воздух может быть собран в один канал для обогрева кузова. Доля тепловой энергии, отво­ димой в цилиндр, его головку и в масло, составляет 27—30% от тепловой энергии потребляемого двигателем топлива. Для отво­ да этой энергии подается 44 м3/э.л. с.-ч воздуха, в том числе на

Для уменьшения шумности работы двигателя зазор в шатун­ ных подшипниках уменьшен с 0,05 до 0,04 мм и в коренных подшипниках — с 0,11 до 0,098 мм. Уровень шума двигателей

2 0 5

этого семейства такой же, как у двигателей с жидкостным охлаждением, но доля более высоких частот у первых выше.

По специальному требованию двигатель снабжается уравно­ вешивающим механизмом для уравновешивания сил инерции второго порядка. Коленчатый вал имеет полное количество опор. На переднем его конце посажен шкив привода вентилятора и генератора, а у шестицилиндрового двигателя — и демпфер крутильных колебаний, привернутый одним болтом диаметром 24 мм. У трех- и четырехцилиндровых двигателей возможен съем 100% мощности с любого конца коленчатого вала; у шести­ цилиндрового двигателя с переднего конца возможен съем 60% мощности.

В последнее время фирмой разработаны также пятицилиндро­ вая и шестицилиндровая с наддувом модели этого семейства.

Дизели семейств 714, 814, 914. Дизели семейства 714 полу­ чены путем увеличения диаметра цилиндра дизелей семейства 614 со ПО до 120 мм и изменением конструкции соответствую­ щих деталей. При этом сохранено полное конструктивное подо­ бие между дизелями указанных семейств. Все дизели этого семейства снабжены гидромуфтой привода вентилятора, обеспе­ чивающей автоматическое регулирование его производительно­ сти путем изменения частоты вращения в зависимости от температуры окружающей среды и нагрузки двигателя.

По сравнению с дизелями семейства 614 у дизелей семейства 714 усилено оребрение центральной (между патрубками) зоны головки цилиндра и улучшено расположение бобышек под бол­

сгорания применена камера в поршне с соответствующим изменением топливной аппаратуры.

На всех двигателях этих семейств применяется один осевой вентилятор, приводимый шестеренной передачей от заднего конца коленчатого вала, где расположены шестерни механизма газораспределения. Привод осуществлен через промежуточный вал, вращающийся в шарикоподшипниках. В ступице вентиля­ тора расположена гидромуфта для изменения частоты вращения вентилятора (см. гл. VII). Степень наполнения гидромуфты маслом из системы смазки двигателя регулируется термодатчи­ ком, установленным в потоке воздуха, выходящего из межре­ берных каналов цилиндров.

К верхней части картера двигателя в пространстве между цилиндрами прикреплен специальный литой чашеобразный кожух, в котором размещены топливный насос и вал привода вентилятора. Этот кожух рассекает на две части воздушный поток от вентилятора, направляет его к двум рядам цилиндров

206

и служит защитным устройством от загрязнения топливного насоса. К картеру дизеля крепится глубокий масляный поддон с гофрированной нижней поверхностью, способствующей луч­ шему охлаждению масла.

Анализ конструкции головки цилиндра дизелей этого семейства с вихревой камерой дан в гл. IV. Конструкция головки достаточно сложна, что является следствием применения вихре­ вой камеры сгорания. Необходимое проходное сечение для

Рис. 124. Общий вид дизеля «Дейтц» F8L413

охлаждающего воздуха, особенно над камерой сгорания, обра­ зуется за счет большого расстояния между головкой и основа­ нием клапанной коробки. Воздух входит с боковых сторон голов­ ки и попадает в каналы, образованные высокими ребрами,, идущими от основания головки. Съемная клапанная коробка и вертикальное расположение центральных ребер создают воз­ можность отливки головки в кокиль. Чугунная камера сгорания, заливаемая в головку, сделана как одна деталь со штуцером крепления форсунки. В головку запрессовываются чугунные

вставки седел клапанов.

Цилиндры дизелей имеют часто расположенные ребра и малую ширину в направлении оси коленчатого вала, что являет­ ся следствием перехода с жидкостного охлаждения на воздуш­ ное, без изменения межцилиндровых расстояний. Втулка

20?

цилиндра имеет на внешней стороне двойной конус, расширяю­ щийся в направлении от средней части цилиндра двигателя

кего концам.

Удизелей с вихревой камерой сгорания поршень имеет

плоское дно. Поверхность поршня выше верхнего маслосъемно­ го кольца имеет мелкие круговые канавки.

Вентиляторы дизелей с клинообразным расположением ци­ линдров устанавливаются перед ними так, что ось вентилятора находится в вертикальной плоскости, проходящей через ось ко­ ленчатого вала. Вентилятор крепится к крышке распредели­ тельных шестерен за корпус хомутом. Рабочее колесо и направ­ ляющий аппарат вместе с корпусом отливают из алюминиевого сплава.

Дизели семейства 413. Дизели этого семейства выпускаются

с1968 г. и отражают в себе самые последние достижения фирмы

вразработке дизелей с воздушным охлаждением.

Литровая мощность безнаддувных модификаций автомобиль­

нении среднего эффективного давления в безнаддувном варианте и значительном повышении его в дизелях с наддувом. Другим отличительным признаком этого семейства является высокий эф­ фективный к. п. д. при высокой частоте вращения. Наконец, важным для дизелей с воздушным охлаждением является зна­ чительное снижение уровня шума работы.

Наряду с указанными показателями дизели обладают хо­ рошими пусковыми качествами и работают на холостом ходу при низких частотах вращения.

Все вышеперечисленные улучшения рабочих показателей дизелей данного семейства получены в первую очередь благо­ даря применению на них новой, разработанной фирмой, камеры сгорания, расположенной в поршне, и отработке для нее пара­ метров топливоподающей аппаратуры.

Камера сгорания имеет цилиндрическую форму, сферическое дно и наклонена к оси цилиндра.

Форсунка установлена под углом к оси цилиндра, а две струи топлива, выходящие из отверстий распылителя, направлены па­ раллельно стенкам камеры, близко к последним, вследствие чего на стенки камеры попадает распыленное топливо.

Завихрения воздуха, поступающего в цилиндры, во впускном патрубке, а также в цилиндре в такте сжатия при указанном способе подачи топлива в цилиндр уменьшают жесткость работы до 4 кГ/см2 повышения давления на 1° поворота кривошипа и, как следствие этого, шум работы двигателя при хороших пуско­ вых качествах и индикаторных показателях двигателя.

Получению хороших эффективных показателей при высоких частотах вращения (максимальный эффективный к. п. д. 0,396,

208

удельный расход топлива 160 г/э.л.с.-ч при 1600 об/мин) спо­ собствовало применение новой камеры сгорания и других рассматриваемых ниже конструктивных решений. Уменьше­ ние S/D, не вызвав ухудшений связанных с ним эксплуатаци­ онных показателей, позволило уменьшить ширину и высоту двигателя (рис. 125), повысить жесткость коленчатого вала, что наряду с улучшением конструкции ребристого цилиндра позволило принять сравнительно большое (165:120 = 1,375) относительное расстояние между двумя соседними цилиндрами.

Рис. 125. Поперечный разрез дизелей «Дейтц» FL413

Для двигателей этого семейства принято клинообразное (под углом 90°) расположение рядов (рис. 124 и 125) цилиндров от­ носительно друг друга, что создает лучшие условия уравнове­ шенности самой массовой восьмицилиндровой модели этого семейства.

Для уменьшения ширины двигателя впускной и выпускной трубопроводы расположены так, что они почти не выходят за габариты головок цилиндров и крышек клапанного механизма, при этом выпускной трубопровод помещен в поток охлаждаю­ щего воздуха, выходящего из межреберных каналов, а впускной трубопровод удален от этого потока (он помещен над головками цилиндров и прижат к ним).

Для уменьшения высоты двигателя топливный насос сильно наклонен, а вентилятор опущен вниз так, что часть его активной площади перекрывается ребрами цилиндров, что незначительно ухудшает его работу.

В результате упомянутых конструктивных мер крышка, закрывающая пространство между рядами цилиндров, получи­ лась плоской, что позволило разместить над ней охладитель нагнетаемого в цилиндры воздуха у дизелей с наддувом. Улучшена также и компоновка турбокомпрессоров (по одному на каждый ряд цилиндров). Компактность конструкции дизеля и высокий уровень его рабочих пока­ зателей характеризуются значением мощно­ сти, приходящейся на 1 м3 пространства, за­

В существующем виде двигатели в боль­ шей мере отвечают условиям установки их на автомобилях. Этому условию соответст­ вует и конструкция масляного поддона, до­ пускающая значительный наклон двигателя (до 45°) в любом направлении.

Картер кривошипного механизма отли­ вается из чугуна. Расстояние от оси колен­ чатого вала до плоскости прилегания поддо­ на равно 120 мм. К перегородкам картера привернуты высокие (около 118 мм) крыш-

Рис. 126. Цилиндр с поршнем и головкой дизелей «Дейтц» FL413

ки коренных подшипников. К переднему торцу картера прикреп­ лена крышка, а к заднему торцу — картер распределительных шестерен. К нижней плоскости прикреплен глубокий масляный поддон, исключающий нарушение подачи масла при наклонах двигателя.

В расточках картера уложен полноопорный коленчатый вал,, вращающийся в подшипниках скольжения. Диаметр коренных шеек вала 90 мм, а шатунных 75 мм. Вал снабжен четырьмя противовесами — по два у крайних шатунных шеек. На переднем конце его нарезаны зубья шестерни привода масляного насоса. Щека коленчатого вала, близлежащая к маховику, сделана на 15% толще остальных щек для уменьшения в ней концентрации напряжений. На заднем конце вала вырезаны спиральные зубья

210

шестерни привода механизма газораспределения, топливного насоса и вентилятора.

На каждой шатунной шейке смонтированы два шатуна про­ тиволежащих цилиндров. В каждой шатунной шейке просвер­ лено отверстие диаметром 28 мм для обеспечения начального 100%-ного балансирования вала. Нижняя головка шатуна имеет

Внутренняя поверхность поршня — гладкая, без ребер. Толщина его стенок минимально возможная. Все кольца, кроме верхнего, изолированы от его дна глубокой кольцевой выемкой. Стенки камеры сгорания также имеют малую толщину. Поршень при умеренной высоте имеет относительно малую массу.

На поршне установлены три компрессионных кольца высотой 3 мм и одно маслосъемное с пружинным расширителем.

Головка поршня от верхней плоскости и до маслосъемного кольца снабжена мелкими канавками с шагом 1 мм. О назна­ чении их говорилось в гл. IV.

Поршень охлаждается струей масла, подаваемой на его дно из калиброванной трубки, смонтированной в верхней части внутрикартерного пространства.

Подача струи масла на поршень снижает его температуру на 20° в зоне канавки под верхнее кольцо. У поршня дизелей с наддувом устроен кольцевой масляный канал, снижающий тем­ пературу верхней канавки на 50° по сравнению с температурой канавки поршня, не охлаждаемого маслом. Количество тепловой энергии, отводимой маслом от поршня, составляет 85 ккал/л. с.-ч для дизелей без наддува и 130 ккал/л. с.-ч — для дизелей с над­ дувом.

В отверстия картера на наклонных плоскостях устанавли­ ваются ребристые чугунные цилиндры, отлитые заодно с ребра­ ми и имеющие относительно малую высоту (ввиду малого отношения S/D) и поэтому высокую жесткость.

Под цилиндр положены стальные прокладки для регулиро­ вания зазора между поршнем и головкой цилиндра. Втулка цилиндра (рис. 126) имеет двойной конус (вверх и вниз от средней его части) для повышения его жесткости и улучшения отвода тепловой энергии в головку цилиндра и в картер. Тол­ щина стенки цилиндра в месте прилегания головки около 12,5 мм.

Верхние ребра цилиндра имеют прямоугольную форму в плане, а остальные — круглую, со срезами со сторон прилегания к соседним цилиндрам. Габаритные размеры сечения ребристой части цилиндра равны: в направлении оси коленчатого вала 163 мм и в перпендикулярном направлении — около 198 мм.

Каждое второе прямоугольное ребро сделано с разрывами, круглые ребра имеют разрывы по периметру, причем разрывы в одном ребре смещены относительно разрывов в соседнем ребре.