книги из ГПНТБ / Поспелов Д.Р. 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

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

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

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

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