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

к увеличению хода поршня с соответствующим увеличением ли­ тража и появлению новой модели «Фольксваген 1300», конструк­ ция которой мало отличается от предыдущей модели (рис. 172). Но и этого увеличения литража оказалось недостаточно, по­ этому уже в начале 60-х годов был разработан двигатель с уве­ личенным диаметром цилиндра, получивший марку «Фольксва­ ген 1500». При сохранении конструкции основных элементов дви­ гателя предыдущих моделей компоновка двигателя существенно изменена. Для уменьшения высоты двигателя и получения ба­ гажника больших размеров изменено расположение вентилято­ ра. Вентилятор, установленный вертикально над двигателем и приводимый ремнем от коленчатого вала, был заменен на цент­ робежный вентилятор с рабочим колесом, посаженным на носок коленчатого вала. Это вызвало перемещение и других агрегатов двигателя. В таком виде двигатель «Фольксваген 1500» устанав­ ливается на автомобиле такой же марки и выпускается в боль­ шом количестве.

Семейство автомобилей этой фирмы замыкает автомобиль «Фольксваген 1600TL», полученный из модели 1500 путем не­ большого увеличения диаметра цилиндров, выразившегося в увеличении литража двигателя на 91 см3. Это в совокупности с некоторым повышением частоты вращения позволило значи­ тельно повысить мощность двигателя. Между двигателями фир­ мы Фольксваген есть большое сходство, объясняемое тем, что все они являются модификациями одного двигателя.

Различие между отдельными двигателями «Фольксваген» це­ лесообразно отметить при анализе их конструкций.

Двигатели «Фольксваген 1200 и 1300». Рассматриваемые мо­ дели применяются на автомобиле типа «Жук». Эти двигатели аналогичны друг другу по своей конструкции, но отличаются один от другого размерами цилиндров и ходом поршня, а также степенью их форсированное™ (рис. 172).

Конструкция двигателя «Фольксваген 1300», являющаяся усиленным и улучшенным вариантом двигателя «Фольксва­ ген 1200», отличается от последнего также и тем, что для первой был впоследствии принят коленчатый вал от двигателя «Фолькс­ ваген 1600», увеличено сечение впускных трубопроводов и др.

Охлаждение двигателя осуществляется от центробежного вентилятора, расположенного над цилиндрами и приводимого клиноременной передачей от коленчатого вала. Охлаждающий воздух забирается из-под капота. От вентилятора воздух на­ правляется кожухом (улиткой) вентилятора к цилиндрам и их головкам (рис. 173, а). Под кожухом имеется специальный рас­ секатель, разделяющий поток на две части. Каждая из этих ча-

31 6

Рис. 172. Двигатель «Фольксваген 1300»

Рис. 173. Схема воздушного тракта (а) и регулирования воздушного по­ тока (б) двигателей «Фольксваген 1200 и 1300»

3 1 7

стей идет на охлаждение двух цилиндров, расположенных с од­ ной стороны коленчатого вала.

Из межреберных каналов воздух выходит вниз в специаль­ ные сборники, из которых направляется вперед для обогрева ку­ зова или назад в окружающую среду. В одном из сборников помещен термостат (рис. 173, б), управляющий дросселем, вы­ полненным в виде воздухозаборного кольца вентилятора. Под действием термостата кольцо поворачивается на шарнире и из­ меняет размер щели между внутренней кромкой кольца и диском рабочего колеса, а значит и производительность вентилятора. Полное открытие кольцевой щели происходит при температуре выходящего воздуха 80°. Кроме размера щели изменяется так­ же кольцевой зазор между кольцом и кожухом вентилятора. Система регулирования действует автоматически. Так как связь между термостатом и кольцом механическая (с помощью ры­ чагов), то термостат должен обладать необходимой перестано­ вочной силой.

Испытания показали, что при температуре окружающей сре­ ды выше 20° С вход в рабочее колесо вентилятора остается все время открытым. Время прогрева двигателя (повышение темпе­ ратуры масла с 30 до 70° С) при закрытом входе и работе дви­ гателя на холостом ходу составляет 10—15 мин.

Рабочее колесо вентилятора посажено на вал генератора. В рабочем колесе имеется несколько отверстий, через которые просасывается небольшое количество воздуха, проходящего че­ рез генератор и охлаждающего его. Вентилятор имеет в 2,3 ра­ за большую частоту вращения, чем частота вращения коленча­ того вала. Натяжение ремня привода осуществляется сближени­ ем дисков шкива на валу генератора. Рабочее колесо имеет 16 загнутых назад лопастей. Производительность вентилятора при частоте вращения 7750 об/мин составляет около 1350 м3/ч при потреблении мощности около 2,5 л. с.

Двигатель снабжен сигнальным устройством, соединенным с нагрузочной лампой генератора и срабатывающим при обрыве ремня вентилятора.

Картер двигателя состоит из двух половин, отливаемых из магниевого сплава в кокиль и соединяемых друг с другом в вер­ тикальной плоскости шпильками. Нижняя часть картера, снаб­ женная с внешней стороны ребрами, выполняет роль поддона. Коленчатый вал без противовесов вращается на четырех под­ шипниках скольжения. На переднем конце коленчатого вала смонтирован и закреплен центральным болтом стальной махо­ вик. На его заднем конце посажена косозубая шестерня привода механизма газораспределения, шестерня с винтовыми зубьями привода распределителя и шкив привода генератора (с рабочим колесом вентилятора). Первая, третья и четвертая (дополни­ тельная) опоры имеют неразрезные подшипники, а вторая — разрезной подшипник (с вкладышами). Первый подшипник яв­

3 1 8

ляется упорным. Все подшипники изготовлены из алюминиевого сплава.

Литой распределительный вал, вращающийся на трех под­ шипниках скольжения, без втулок, расположен ниже коленчато­ го вала в одной с ним вертикальной плоскости. На заднем (фланцевом) конце распределитёльного вала укреплена косозу­ бая шестерня, изготовленная из магниевого сплава. Пустотелые штанги привода клапанов, изготовленные из легкого металла, расположены в зоне выхода охлаждающего воздуха из межре­ берных каналов. Кожухи штанг имеют на концах гофрировку для компенсации разницы в линейных размерах деталей при их расширении во время работы.

Цилиндры отлиты из чугуна вместе с ребрами. Для получе­ ния более равномерного распределения температур ребра по высоте цилиндра имеют неодинаковую высоту. Головка, общая на два соседних цилиндра, отлита из алюминиевого сплава. В нее запрессованы вставки сеДёл клапанов и ввернуты на резь­ бе втулки крепления свечей зажигания.

Камера сгорания имеет шатровую форму. Клапаны располо­ жены в плоскости, параллельной осям цилиндров, перпендику­ лярно направлению воздушного потока, и снабжены каждый од­ ной пружиной. Впускные патрубки двух цилиндров объединены в один, расположенный в середине головки; выпускные патруб­ ки, отдельные для каждого цилиндра, расположены по краям головки.

Головка вместе с цилиндрами крепится к картеру восемью шпильками (по четыре на каждый цилиндр). Между цилиндра­ ми и картером проложены бумажные прокладки, а между ци­ линдрами и их головкой — медноасбестовая прокладка.

Питание двигателя осуществляется от однокамерного карбю­ ратора, соединенного с цилиндрами длинными впускными трубо­ проводами, средняя часть которых для уменьшения конденсации топлива подогревается от специального трубопровода, по кото­ рому проходят отработавшие газы. В зависимости от назначения двигатель снабжается батарейным или магнетным зажиганием.

Двигатели «Фольксваген 1500 и 1600». Эти двигатели отли­ чаются друг от друга лишь диаметром цилиндра и связанными с этим изменениями размеров ряда деталей, поэтому рассмат­ риваемые ниже особенности их конструкции относятся к обоим этим двигателям (рис. 174). Кроме указанного, необходимо еще отметить наличие у каждого из упомянутых двигателей двух карбюраторов (по одному на каждый ряд цилиндров), в то вре­ мя как у двигателей «Фольксваген 1200 и 1300» по одному кар­ бюратору.

Конструкция двигателей «Фольксваген 1500 и 1600TL» ком­ пактна: контур их поперечного сечения имеет почти прямоуголь­ ную форму с высотой 412 мм, облегчающей их установку на автомобиле. Малая высота двигателя получена в основном пу-

3 1 9

Рис. 174. Поперечный разрез двигателя «Фольксваген 1500»

тем перенесения вентилятора из положения над двигателем не­ посредственно на коленчатый вал. Воздух от вентилятора по специальным рукавам направляется к цилиндрам и их головкам, к масляному радиатору и в кузов для его обогрева.

Картер кривошипного механизма состоит из двух половин, отливаемых из магниевого сплава в кокиль и соединенных меж­ ду собой в вертикальной плоскости, проходящей по осям колен­ чатого и распределительного валов. Отверстия для установки цилиндров смещены в одной половине относительно отверстий в другой половине на толщину щеки коленчатого вала и ширину его шатунной шейки.

Широкий, но мелкий масляный поддон, отлитый как одно це­ лое с картером кривошипного механизма, снабжен охлаждаю­ щими ребрами. Коленчатый вал без противовесов имеет четыре основных и один дополнительный коренной подшипник и четыре шатунных подшипника. На переднем (по направлению движения автомобиля) конце коленчатого вала смонтирован и закреплен центральным болтом стальной маховик. На заднем конце колен­ чатого вала посажена косозубая шестерня привода механизма газораспределения, шестерня с винтовыми зубьями привода рас­ пределителя, рабочее колесо вентилятора и шкив привода гене­ ратора. Первый (от маховика), третий и четвертый (дополни­ тельный) подшипники представляют собой втулки, а второй под­ шипник — вкладыши. Первый подшипник является упорным. Все подшипники изготовлены из алюминиевого сплава.

Литой распределительный вал на трех подшипниках сколь­

товленная из магниевого сплава. Пустотелые штанги толкателей, изготовленные из легкого металла, находятся в зоне выхода охлаждающего воздуха. Кожухи штанг толкателей имеют гоф­ рировку по концам для компенсации разницы в линейных раз­ мерах при расширении деталей от нагрева во время работы.

Цилиндры отлиты из чугуна в корковые формы вместе с реб­ рами, не подвергаемыми механической обработке. Для получе­ ния более равномерного распределения температур ребра по вы­ соте цилиндра имеют различную высоту.

Головка, общая на два смежных цилиндра, отлита из алю­ миниевого сплава. В нее запрессованы металлокерамические вставки гнезд клапанов и ввернуты втулки крепления свечей за­ жигания. В головки запрессованы бронзовые направляющие втулки клапанов. Головка вместе с цилиндрами крепится к кар­ теру сквозными шпильками. Между цилиндром и картером по­ ложена бумажная прокладка. Камера сгорания имеет клино­ видную форму. Клапаны наклонены к осям цилиндров под 9° 30', расположены в одной плоскости перпендикулярно направ­ лению воздушного потока и снабжены каждый одной пружиной.

Впускные патрубки двух цилиндров объединены общим входом, расположенным в середине головки; выпускные патрубки, от­ дельные для каждого цилиндра, расположены по краям го­ ловки.

Питание двигателя осуществляется от одного или двух кар­ бюраторов, расположенных над двигателем и соединенных с ци­ линдрами впускными трубопроводами со сплюснутым по высоте сечением. Выпускные трубопроводы, по одному на каждый ряд цилиндров, выведены вниз, оребрены и снабжены литыми чех­ лами для подогрева воздуха, подаваемого для отопления кузова.

Рис. 175. Установка вентилятора на двигателе «Фольксваген 1600»

Охлаждающий воздух подается центробежным вентилятором (рис. 175), рабочее колесо которого посажено на конец коленча­ того вала. Между рядами цилиндров воздух распределяется спе­ циальным спиральным кожухом с двумя выходами. Рабочее ко­ лесо вентилятора изготовлено из стального листа и имеет 30 лопастей. У двигателя «Фольксваген 1500» диаметр входного отверстия равен 180 мм, внешний диаметр колеса 310 мм, ширина колеса на этом диаметре 30 мм. При 3800 об/мин вентилятор подает воздуха 1800 мъ/ч, что при мощности двигателя 45 л. с. составляет 40 мъ/э. л. с. • ч.

ДВИГАТЕЛИ «ХОНДА»

Фирма Хонда (Япония) выпускает микролитражные автомо­ били, снабжаемые высокофорсированными двигателями с воз­ душным охлаждением (табл. 50).

Двигатель «Хонда 1300» (рис. 176) устанавливается в перед­ ней части автомобиля перпендикулярно направлению его дви­ жения.

Конструкция двигателя и его установка на автомобиле вы­ полнялись с целью удовлетворения двух основных требований,

322

Конструкция двигателя «Хонда 1300» коренным образом от­ личается от конструкции других двигателей этой фирмы, пере­ численных в табл. 50.

Блок цилиндров 10 отливается из алюминиевого сплава. В него запрессовывают чугунные гильзы отдельных цилиндров. Внешние поверхности блока оребрены и связаны перегородками со стенками, расположенными по контуру блока и образующими

ребрами, образующими внешний контур блока.

Недостаток подобной конструкции — сложность отливки и большой вес, достоинство — снижение шума работы двигателя и улучшение условий его охлаждения.

На блоке установлена единая на все цилиндры головка 2, отливаемая из алюминиевого сплава в виде одной детали с кла­ панной коробкой, накрываемой сверху общей литой крышкой 1. Клапаны одного цилиндра расположены в одной плоскости, пер­ пендикулярной оси коленчатого вала, под углом друг к другу и к оси цилиндра и приводятся через коромысла от одного верх­ него распределительного вала, который приводится цепью от звездочки на коленчатом валу.

Впускные патрубки головки выведены назад в сторону, про­ тиволежащую входу охлаждающего воздуха, а выпускные па­ трубки ■— вперед, в сторону подачи охлаждающего воздуха.

Камера сгорания имеет полусферическую форму. Головка отлита заодно с трубопроводом 8 для подвода к ней охлаждаю-

щего воздуха, причем сечение трубопровода разделено перего­ родками Ь на части, соответствующие цилиндрам так, что к каж­ дому цилиндру подводится одинаковое количество воздуха. Под­ водящий трубопровод с соединен с пространством d под дном

А-А

Рис. 170. Схема воздушного тракта двигателя «Хонда 1300»

клапанной коробки, а это пространство — с патрубком 6 выхода охлаждающего воздуха из головки.

Воздушное пространство головки с подсоединенными к ней патрубками герметично (см. разрез Г — Г). Внешние поверхно­ сти стенок оребрены (см. разрез В — В).

324

Головка крепится к блоку цилиндров восемью шпильками. Двигатель охлаждается воздухом, подаваемым вентилятором и дополнительно встречным потоком воздуха при движении авто­ мобиля.

Охлаждающий воздух подается центробежным вентилято­ ром 5 большого диаметра, рабочее колесо которого посажено на один из свободных концов коленчатого вала (с левой стороны, смотря в направлении движения автомобиля). Для повышения давления, создаваемого вентилятором, лопасти рабочего колеса загнуты вперед. Диффузор 4 больших размеров и специальной конструкции (с разделительной перегородкой) улучшает усло­ вия преобразования динамического давления воздуха, выходя­ щего из рабочего колеса, в статическое. Это особенно важно в связи с тем, что доля статического давления в общем давле­ нии (коэффициент реакции) у рабочего колеса принятого типа меньше, чем у колеса с выходящими радиально или загнутыми назад лопастями.

Движение воздуха в охладительном тракте происходит сле­ дующим образом. При неподвижном автомобиле воздух из окру­ жающей среды через щели а в облицовке капота и подводящий шланг 13 засасывается рабочим колесом вентилятора 5. Из диф­ фузора («улиты») вентилятора воздух под давлением поступает через окна в перегородке 9 в воздушное пространство е бло­ ка и по каналу с — в воздушное пространство головки цилин­ дров.

Из пространства е воздух поднимается вверх по отсекам f для каждого цилиндра и выходит в подкапотное пространство.

Часть воздуха, поступившая по каналам в воздушное прост­ ранство головки, проходит вдоль патрубков каждого цилиндра и собирается у выходного отверстия, через которое проходит в ру­ кав. В конце последнего, соединенном с пространством кузова, сделана качающаяся заслонка 7. Отсюда воздух при открытой заслонке входит в кузов, при закрытой заслонке (как показано на рисунке) выходит под капот и далее в окружающую среду, а при полуоткрытой заслонке воздух идет в обоих направле­ ниях.

Так как воздух, охлаждающий цилиндры, не направляется в кузов, то при нарушении плотности газового стыка между го­ ловкой и цилиндром прорвавшиеся из цилиндра газы могут по­ пасть лишь в подкапотное пространство.

При движении автомобиля встречный поток, проходя через щели в облицовке капота, набегает на выпускные трубопроводы, на внешние ребристые стенки цилиндров и головок и охлаждает их. Хотя задняя стенка блока не обдувается встречным потоком, образующееся под капотом сильное вихревое движение воздуха способствует охлаждению. Это необходимо при использовании большей мощности, чем та, на которую рассчитан вентилятор. Однако поскольку внешние стенки блока обдуваются охлаждаю-

325