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

расположенных ребер приводит к хорошему использованию охлаждающего воздуха и снижению необходимого его количе­ ства. Этому способствует также отсутствие выпускных каналов

в головке цилиндра.

Цилиндр глубоко утоплен в картере и зафиксирован в своем положении по двум поясам: верхнему непосредственно под установочным фланцем и нижнему, где он уплотнен в картере резиновым кольцом. Пространство между цилиндром и стенка­ ми картера используется в качестве ресивера продувочного воздуха.

Благодаря фланцевому креплению цилиндра к картеру он может свободно удлиняться при нагреве, не испытывая напря­ жений и деформаций при затяжке болтов его крепления, наблю­ даемых в случае крепления цилиндра сквозными шпильками или

слое хрома составляет 0,01—0,02 мм, а поверхность канавок —

25—35% рабочей поверхности.

Температура стенок цилиндра-головки при работе дизеля на номинальной нагрузке не превышает 233° С.

Поршень, отлитый из алюминиевого сплава, представляет собой стакан, в дне которого расположена тороидальная камера сгорания с широкой горловиной. Стенки камеры по всему их периметру изолированы от стенок стакана для поддержания их высокой температуры, необходимой для обеспечения хорошего сгорания разнообразных топлив. Средняя часть дна опущена и опирается на внутренний стакан, удерживаемый в поршне замоч­ ным кольцом, расположенным под внутренним стаканом. В цен­ тре последнего выточено цилиндрическое углубление, являю­ щееся опорой втулки, в которую упирается верхняя головка шатуна, соединенная с указанной втулкой одним болтом.

При работе дизеля внешний стакан может медленно вра­ щаться вокруг внутреннего, несущего стакана, улучшая отвод тепловой энергии в стенки. Юбка поршня расширяется равно­ мерно, поэтому имеет цилиндрическую форму, сохраняя мини­ мальные зазоры между поршнем и цилиндром. Необходимость придания юбке овальной формы отпадает. Длина поршня в 1,53 раза больше его диаметра. Поршень снабжен тремя ком­ прессионными кольцами полуклинового типа с закругленными кромками и нулевым радиальным напряжением на концах, чтобы избежать захвата их в окнах шириной 29 мм. Оба маслосъемных кольца расположены в нижней части юбки поршня, причем верхнее уплотняющее без отверстий, а нижнее — с отверстиями. Этих колец достаточно, чтобы не допустить попадания масла во впускные каналы. Головка поршня охлаждается маслом, по­ даваемым по специальным каналам в нем, а дно поршня охлаж­ дается струями масла, направленными на его поверхность.

2 3 2

вращается во втулках, вставленных в отверстия в средней части картера между рядами цилиндров. На переднем конце привод­ ного вала свободно посажена шестерня, по бокам которой неподвижно посажено по одному фрикционному диску. Шестер­ ня приводного вала соединена с шестерней на валу продувочного насоса. При резком изменении числа оборотов дизеля фрикцион­ ные диски пробуксовывают относительно шестерни приводного вала и уменьшают динамическую нагрузку на зубья.

Шестерня продувочного насоса сделана заодно с валом, опирающимся на два подшипника скольжения, расположенные по бокам шестерни. На переднем конце вала продувочного насоса посажено центробежное колесо насоса. Передаточное число от коленчатого вала к валу насоса равно 10,9, так что при 2600 об/мин дизеля вал насоса делает 28340 об/мин.

Воздух в продувочный насос поступает сверху по патрубку в чашеобразном ресивере, привернутом к переднему торцу кор­ пуса насоса. От рабочего колеса насоса воздух, пройдя безло­ паточный диффузор (улитку), поступает в пространство между двумя стенками картера в развале цилиндров, откуда по кана­ лам в опорных фланцах цилиндров, указанных на продольном разрезе двигателя, и далее через шесть наклонных овальных окон в каждом цилиндре поступает в рабочее пространство ци­ линдров. Войдя в цилиндр, воздух направляется вверх к проти­ воположной стенке цилиндра, затем движется вверх, поворачи­ вает на 180° у головки и выходит через два боковых окна в стен­ ке цилиндра в общий трубопровод, расположенный с внешней боковой стороны каждого ряда цилиндров. Коэффициент подачи воздуха продувочным насосом равен 1,3.

Дизели разрабатывались как многотопливные, поэтому для них была применена камера сгорания с минимальным завихре­ нием воздуха в ней, изолированная от стенок поршня для по­ вышения ее температуры. Применена достаточно высокая сте­ пень сжатия (18,7). Для обеспечения бесперебойного воспламе­ нения смеси при работе дизеля на бензине и малых нагрузках введено дросселирование воздуха, подаваемого в цилиндры, при снижении нагрузки ниже 75%, осуществленное путем соедине­ ния рейки топливного насоса с заслонкой во впускном коллекто­ ре (перед нагнетателем). При работе двигателя на холостом

2 3 3

лоду в цилиндры поступает только Ѵз полного количества воз­ духа, так что температура воздуха в зоне горения остается близкой к температуре, наблюдаемой при полной нагрузке. Одновременно уменьшается мощность, потребляемая продувоч­

ным насосом.

Топливо подается одноплунжерным насосом «Америкен-Бош» с плунжером диаметром 10 мм и впрыскивается через форсунку «Бендикс» с четырьмя отверстиями диаметром 0,35 мм и углом между ними 140°. Топливный насос расположен над картером маховика и приводится от поперечного вала в задней части двигателя.

Подкачивающий насос, сделанный заодно с насосом, подает топлива в 4 раза больше максимально необходимого. Давление подаваемого топлива (3,15 кГ/см2) выше обычного, что предот­ вращает кавитацию на всасывании.

Охлаждающий воздух просасывается через межреберные каналы осевым вентилятором, расположенным между рядами цилиндров. Вращающийся вал вентилятора расположен в гори­ зонтальной плоскости. За рабочим колесом установлен спрям­ ляющий аппарат. Вентилятор приводится во вращение зубчатой конической передачей от того же вала, что и продувочный насос. Пара конических шестерен смонтирована в специальном картере, установленном на выступе картера дизеля между рядами цилин­ дров и привернутом к нему болтами.

Вал вентилятора вращается на шарикоподшипниках, смон­ тированных в корпусе, привернутом к картеру конической передачи. На конце вала на игольчатом подшипнике вращается рабочее колесо. На валу вентилятора неподвижно укреплена гидромуфта, управляемая термостатом «Вернатерм», что уменьшает расход мощности на привод при низких температу­

2600 об/мин дизеля и при повышении статического давления до 101,6 кГ/м2 (передаточное число 1,95) подает 25 мъ/э. л. с. •ч воз­ духа, т. е. приблизительно в 2 раза меньше обычного для дизелей с воздушным охлаждением.

Дефлекторы на входе воздуха в межреберные каналы ввиду подачи охлаждающего воздуха просасыванием установлены на внешних сторонах дизеля и выполнены в виде'коробок с прямо­ угольными окнами. К окнам на левой стороне дизеля присоеди­ нен масляный радиатор. Воздух сначала проходит через масля­ ный радиатор, а затем через указанные окна входит в межре­ берные каналы.

Для облегчения пуска в каждом цилиндре установлена свеча накаливания. Верхушка ее обдается струей топлива, выходящего из форсунки. Отсюда пламя распространяется по всему объему камеры сжатия. Отсутствие завихрений воздуха в камере сго­

2 3 4

рания улучшает работу свечи. Наличие свечи наряду с высокой степенью сжатия обеспечивает надежный пуск дизеля через 2 сек после нажатия кнопки стартера при температуре окружаю­ щей среды до —54° С.

Дизель устойчиво работает на холостом ходу на различных топливах при температуре окружающего воздуха —40° (но при этом необходимо закрывать шторками вентилятор).

ДИЗЕЛИ «ЛИСТЕР»

Фирма Листер (Англия) выпускает несколько семейств дизелей с воздушным охлаждением универсального назначения (табл. 28). Начав с дизелей малой мощности, фирма постепенно расширяла ее диапазон и теперь производит дизели мощностью до 180 л. с. Одним из последних является семейство J. Дизели этого семейства обладают следующими конструктивными особен­ ностями (рис. 133).

Таблица 28

Четырехтактные дизели «Листер» с камерой в поршне и вертикальными цилиндрами

2 3 5

Дизели имеют тороидальную камеру сгорания, расположен­ ную в поршне и полученную в окончательном виде механической

обработкой выемки в поршне.

Картер кривошипного механизма отливается из чугуна. Плоскость присоединения поддона опущена значительно ниже оси коленчатого вала. Внутреннее пространство картера сое­ динено со впускным каналом каждой головки цилиндра, благо­ даря чему в этом пространстве поддерживается разрежение 40—80 мм вод. ст. Поддон отштампован из стали. С картером

Рис. 133. Дизель «Листер» JA6

он соединяется через резиновую прокладку круглого сечения, что устраняет необходимость в подтяжке болтов крепления под­ дона. Болты затягиваются так, что металлические поверхности контактируют друг с другом. Подобное уплотнение применено также и для уплотнения крышки клапанного механизма и для

масляного фильтра.

Стальной коленчатый вал опирается на полное количество

опор.

Ребристые цилиндры, отлитые из чугуна, установлены на картере на малых расстояниях друг от друга. На них установ­ лены индивидуальные головки цилиндров. Каждая головка отливается из двух частей (рис. 134): нижней, из алюминиевого сплава в кокиль, и верхней, являющейся картером клапанного механизма и отливаемой из чугуна. Эта деталь непосредственно воспринимает усилия затяжки длинных шпилек крепления го­ ловки вместе с цилиндром к картеру кривошипного механизма.

2 3 6

головки в направлении потока охлаждающего воздуха. По кра­ ям головки также устроены граничные вертикальные ребра. Верхние поверхности патрубков снабжены вертикальными реб­ рами. Патрубки с трубопроводами соединены общими фланцами. Оба патрубка выведены в сторону входа охлаждающего воздуха. Форсунка расположена за впускным патрубком со стороны вы­ хода охлаждающего воздуха и наклонена к направлению его

течения, однако она обдувается лишь незначительно нагретым воздухом, так как воздух, обдувающий выпускной патрубок, выходит непосредственно в окружающую среду, не обдувая фор­ сунку. Последняя расположена под крышкой клапанного меха­ низма и защищена от загрязнения во время работы.

Стойка коромысел, отлитая из чугуна, притянута к основанию клапанного механизма двумя шпильками крепления головки к картеру. Между головкой и цилиндром положена медная про­ кладка, а между цилиндром и картером — стальная прокладка.

Поршень, отливаемый из алюминиевого сплава, снабжен тре­ мя компрессионными и двумя маслосъемными кольцами.

Кроме поршня и стеблей клапанов, все трущиеся поверхности деталей смазываются под давлением. Масло охлаждается в радиаторе. Он соединен с масляной магистралью двумя гибкими шлангами. В холодную погоду масло идет по байпасу мимо радиатора. При работе дизеля на полной нагрузке температура масла на 55° С выше температуры окружающей среды. Расход

2 3 7

выпуске дизелей с одним или с тем и другим видом охлаждения указанная унификация также снижает стоимость изготовления мелкосерийной модели. У ранних дизелей этой фирмы (AK'D-1105) применялась предкамера, сделанная из двух дета­ лей: верхнего чугунного ребристого корпуса и нижней, изго­

с четырехдырчатым распылителем. В остальном дизели разных семейств с одинаковым расположением цилиндров подобны друг другу по своей конструкции.

Открытые внизу картеры кривошипного механизма имеют большую высоту, полученную путем увеличения расстояния от оси коленчатого вала до плоскости присоединения поддона. Это необходимо для повышения жесткости картера, особенно при шести цилиндрах, и для применения наддува, без последую­ щих конструктивных изменений дизеля. Картеры отливаются из чугуна.

Головки цилиндров отливаются из алюминиевого сплава, при этом у дизелей с неразделенной камерой сгорания головка отличается от головки, применяемой на дизелях с предкамерой, наличием газовых каналов специальной формы, создающей более интенсивное завихрение входящего в цилиндр воздуха (рис. 137). Так как площадь поперечного сечения впускного

240

канала равна около 80% площади проходного сечения этого кла­ пана, то указанная форма не приводит к значительному ухудше­ нию наполнения цилиндров. Впускной и выпускной патрубки отделены друг от друга воздушным каналом, что улучшает равномерность охлаждения всех частей головки и уменьшает ее деформацию. Отверстия для штанг привода клапанов сделаны в стенках патрубков, что уменьшает аэродинамическое сопротив­ ление головки. Головка вместе с цилиндром крепится к картеру сквозными болтами.

Поршень охлаждается струей масла, подаваемого на его дно из системы смазки через насадок, укрепленный на картере. Для поддержания температуры масла в системе смазки преду­ смотрен масляный радиатор, обдуваемый параллельным потоком воздуха от вентилятора системы охлаждения. Масляные поддоны приспособлены для работы при наклоне дизеля.

Охлаждающий воздух подается осевым вентилятором боль­ шого диаметра без направляющего аппарата с невысоким чис­ лом оборотов, благодаря чему он менее шумен в работе. Венти­ лятор приводится ременной передачей от шкива на коленчатом валу. Производительность его не регулируется. По требованию заказчика может быть установлено устройство для автоматиче­ ского останова дизеля при обрыве приводного ремня или сигна­ лизатор перегрева дизеля.

У дизелей с предкамерой для улучшения пуска в холодную погоду в камере сгорания установлена свеча накаливания стерж­ невого типа. Поэтому их пусковая частота вращения (около 80 об/мин) почти в 2 раза ниже, чем у дизелей с неразделенной камерой сгорания.

Наряду с дизелями, имеющими вертикально расположенные цилиндры, выпускаются и дизели с клинообразным расположе­ нием цилиндров.

ДИЗЕЛИ «ОНАН»

Фирма Онан (США) выпускает ряд моделей маломощных стационарных карбюраторных двигателей и дизелей с воздуш­ ным охлаждением (табл. 30). Все дизели имеют предкамеру (рис. 138) большого объема (55%), в которую топливо подается обычной штифтовой форсункой.

Компоновка двигателя и конструкция его элементов просты и типичны для двигателей этого типа. Особенность конструкции деталей, характерных для воздушного охлаждения, состоит в следующем. Цилиндр имеет высокие ребра со сравнительно большим шагом, головка цилиндра так же, как и цилиндр, отлита из чугуна. Ребра направлены параллельно оси коленчатого вала и наклонены к основанию головки. Головка с таким расположе­ нием ребер применима для одно- и двухцилиндровых с проти­ волежащими цилиндрами двигателей. Шаг ребер головки больше, чем шаг ребер цилиндра. Контур головки имеет трапе-

Таблица 30

Четырехтактные дизели «Онан» с предкамерой

Рис. 138. Дизель «Онан»

2 4 2