Текст
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ АВИАЦИОННОГО МОТОРОСТРОЕНИЯ
АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
ТЯЖЕЛОГО ТОПЛИВА
?
1
СОСТАВЛЕНО БРИГАДОЙ ИНЖЕНЕРОВ:
Л. М. Белинкий
В. А. Будников
Н. И. Ворогушин
А. Д. Грачев
В. А. Константинов
Б. Ф. Коробов
А. Л. Пархомов
А. Д. Чаромский
под редакцией А. Д. Чаромскш#
Редактор Ф. С. Шаховской.
Техн, редактор Д. П. Юха.
Выпускающий С. Д. X а л ь с к и й. v
Сдано в набор 12/XI 1931 г. Подписано к печати 7/VII 1932 г. Инд. АА 50-5-2. Тир. 10000 экз.
Кол. печ. л. 17*/*. Кол. печ. знак, в л. 65304. Форм. бум. 72 X Ю6/16.
Уполномоченный Глав лита В-25996. Зак. 3842.
1-я типография Огиза РСФСР „Образцовая", Москва, Валовая, 28. '
ПРЕДИСЛОВИЕ
Дизелестроение становится основным направлением в опытно-исследовательскик
работах авиационного моторостроения.
Три факта сыграли решающую роль в истории авиационных двигателей тяжелого
топлива: 1) полет Юнкерса, 2) полет Паккарда и 3) 200-часовое испытание Бердмора-
Находясь еще в детском периоде своего развития, авиадизель привлек к себе
внимание лучших авиамоторных колструкторов и всех передовых американских
и европейских авиамоторных фирм. Правительства субсидируют и поддерживают
опытные работы по созданию авиационного дизеля. Если развитие авиационного бен-
зинового двигателя, в смысле конструктивных форм, было и остается прогрессивным
фактором для всего машиностроения, то развитие авиадизеля будет иметь огромные
положительные последствия для всего народного хозяйства в целом.
Работа на тяжелых топливах даст возможность с некоторым изменением ско-
ростного режима и небольшими конструктивными изменениями использовать авиа-
дизель в исключительно широких пределах (быстроходные суда, дирижабли, глиссеры,
аэросани и пр.).
Основной базой для аеиадизеля является авиамоторное производство. Тяжелое
дизелестроение осталось в стороне от прогресса авиадизелей, и это отнюдь не слу-
чайно. Величины скоростного режима, литровой мощности и удельного веса, т. е.
количественная характеристика авиадизелей, определяют собой их особую качествен-
ную характеристику по сравнению с тяжелыми дизелями. Будучи принципиально
едины, они в ряде основных элементов противоположны и имеют самостоятельные
базы и п^ти развития.
На сегодня было бы ошибочно думать, что авиационные двигатели на легких
топливах изжили себя целиком. В борьбе с авиадизелем бензиновый двигатель имеет
в резерве еще огромные возможности и многолетний опыт. Работа некоторых типов
по 1 000 час. без переборок, рекордный вес, близкий к 0,3 кг/л. с., при мощности
2 000 л. с.—это факты, которых нельзя не заметить. Переход на 2-тактный цикле
непосредственным впрыскиванием топлива может дать еще более поразительные
результаты. Поэтому в ближайшие годы бензиновый двигатель и авиадизель должны
развиваться параллельно.
Демобилизация внимания к бензиновому двигателю, к вопросам его дальней-
шего развития принесла бы огромный вред и была бы непоправимой ошибкой.
Авиадизель имеет еще большой вес и недостаточно надежную работу в экспло-
атеции. Большинство типов являются опытными, в эксплоатацию и массовое произ-
водство не внедрены. На сегодня авиадизеть при перелетах продолжительностью
менее 10 час. ни на каком типе самолетов не может еще конкурировать с бензино-
вым двигателем.
Но авиадизель имеет огромные перспективы и теоретически бесспорные пре-
имущества по сравнению с бензиновым двигателем. Поэтому, несмотря на большие
трудности, наше внимание должно быть сосредоточено на этой проблеме. При пра-
1*
3
вильной постановке дела, Опираясь на опыт бензинового моторостроения и органи-
чески увязывая конструкторскую работу с широкой экспериментальной работой, мы
можем, мы обязаны в два-три года догнать и перегнать в своих достижениях евро-
пейское и американское авиационное дизелестроение.
В Германии начали заниматься решением проблемы авиадизеля еще во время
мировой войны. Непрерывная работа ряда европейских и американских фирм в этом
направлении насчитывает 5—6 лет. Однако наше отставание измеряется 2—3 годами,
ибо мы уже можем опереться на некоторый опыт иностранного авиадизелестроения.
Поэтому поставленная партией и правительством задача „догнать и перегнать пере-
довую капиталистическую авиамоторную технику в 2—3 года" и в отношении авиа-
дизелей технически выполнима.
В достижениях Юнкерса, Паккарда и др. нет никакого чуда Это — резулыат
упорной экспериментальной работы: Юнкере, например, сменил несколько десятков
вариантов поршней и внес сотни изменений в конструкцию в процессе опытнцх
испытаний; Паккард около двух лет работал над спытным цилиндром, доделывая и
совершенствуя машину в процессе опытных испытаний.
Некоторые наши товарищи думают, что решить проблему авиадизеля — это
значит начертить продольный и поперечный разрезы двигателя, сопроводив их
тщательным тепловым расчетом. Эти попытки иногда объясняются незнанием суще-
ства дела, а иногда ставкой на „авось выйдет!", и, преследуя самые благие цели,
объективно являются техническим авантюризмом.
Проблема авиадизеля в основном упирается в два тесно между собой связан-
ных затруднения:
1. рабочий процесс, 2. конструкцию.
Трудности рабочего процесса заключаются в следующем:
1. Использование всего заключенного в объеме цилиндра воздуха (работа
на а <; 1), что дало бы соответственно высокие значения среднего индикаторного
давления. В лучшем случае удается использовать до 8О°/о воздуха (вернее кисло-
рода), и тогда мы имеем примерно на 2О°/о меньшие значения рр чем при а — 1.
2. Величина периода индукции по времени велика и это в значительной мере
обусловливает высокие скорости нарастания давления (ударная нагрузка) и боль-
шую величину максимальных давлений, что в свою очередь создает ряд конструк-
тивных и технологических затруднений.
3. Догорание по линии расширения на высоких оборотах двигателя, что пере-
напрягает температурный режим машины.
4. Трудности в достижении устойчивого режима работы.
Эти трудности полностью и целиком преодолимы, но,, разумеется, не сами по
себе, а путем упорной опытно-экспериментальной работы. Эту работу рациональнее
и грамотнее вести на одном опытном цилиндре, который предшествует мощной мно-
гоцилиндровой машине. Этот путь, кажущийся длинным, по сути дела является
самым коротким, ибо он самый верный. Очень беспомощно выглядят попытки до-
биться решения проблемы путем „точного теплового расчета". Известно, что ника-
кого труда не составляет насчитать величину среднего индикаторного давления по-
рядка 6—9 KzjcM2, но трудность заключается в том, чтобы получить эту величину
на машине и чтобы машина при этом проработала устойчива и надежно 100—200 ча-
сов на оборотах 1500—1800.
Не случайно на сегодня вопросы развития и усовершенствование авиацион-
ного двигателя решаются физикой, химией, коистоуированием, производством и
технологией.
4
Можно пожалеть, что физика и химия в это дело еще очень слабо вовле-
чены. В деле решения проблемы авиадизеля их роль должна быть исключительно
плодотворна. На сегодня еще нередки попытки, по существу реакционные, загнать
живую физико-химическую действительность процесса в какую-нибудь из суще-
ствующих формул. Вместо научного анализа процесса, с учетом всего многообразия
и всей противоречивости действующих факторов, с учетом сложнейшей динамики
явления часто пытаются упростить метод исследования, сведя его к схоластике
голой формулы.
Второй ошибкой является попытка компенсировать недостатки процесса хоро-
шей конструкцией. В частности это выдвигается как один из методов „догнать и
перегнать бензиновый двигатель". Рикардо в ряде своих выступлений, анализируя
пути развития авиадизеля, приходит к выводу, что двухтактный цикл уравняет
авиадизель с бензиновым двигателем в отношении веса на единицу мощности.
Чтобы согласиться с Рикардо, надо предположить, что конструктора бензиновых
двигателей, читая английские рефераты, будут почивать на лаврах четырехтактного
цикла. Но так как это предположение ничего общего с действительностью не
имело бы, то данная концепция является методически неверной. Мы обязаны
добиться высокоэффективного процес.а, близкого к процессу бензинового двига-
теля, т. е. работы на а 5=1, с pz^10 кг]см2, с pz=60—70 кг/см2 со скоростью
нарастания давления порядка 3—4 кг] см2 на 1° поворота коленчатого вала, без
догорания по линии расширения и с устойчивым режимом работы на высокоско-
ростном режиме.
Проблема конструкции сводится, во-первых, к рациональному усвоению всего
опыта, который накоплен бензиновым моторостроением как в отношении конструк-
тивных форм, так и в отношении технологии и производства; во-вторых, к решению
ряда конструктивных и технологических задач, вытекающих из наличия высоких
максимальных давлений, высоких скоростей нарастания давления и высокого темпера-
турного режима (силовая схема, картер, подшипники, поршни и пр.).
На основании обширных опытных данных следует, что и вопросы процесса,
и вопросы конструкции во всех своих элементах при правильной методической уста-
новке, на основе единства теории и практики, являются разрешимыми.
Следующим важнейшим условием разрешения проблемы авиадизеля является
концентрация сил и средств в едином центре. История нашего опытного строитель-
ства по авиационным двигателям чрезвычайно поучительна именно в этом отноше-
нии. Работа в нескольких центрах привела к тому, что мы и опыта накопили мало
и средств потратили много, а результаты получили более чем скромные. Ошибок
повторять не следует.
В этой книге, написанной ударной бригадой инженеров отдела нефтяных дви-
гателей Института авиационного моторостроения в составе т.т. Белинкого Л. М.,
Будникова В. А., Грачева А. Д., Ворог ушина Н. И., Константинова В. А., Коро-
бова Б. Ф., Орлина А. С., Пархомова А. Л. и Чар мского А. Д., дано освещение
ряда вопросов, связанных с проблемой авиадизеля.
Основной упор мы взяли на вопросы конструкций. Не случайно здесь нет
теоретической разработки теплового процесса. Если при проектировании бензинового
двигателя конструктор задается определенной величиной среднего эффективного дав-
ления, опираясь на опыт подобного двигателя, то при проектировании авиадизеля
единственным источником, из которого конструктор может взять те или иные исход-
ные величины, является предварительная работа с опытным двигателем.
В своей работе мы не могли предложить наилучших форм конструкций, ибо
5
на сегодня их еще не существует, и не могли указать безошибочного решения
целого ряда вопросов, ибо это решение можно найти лишь в процессе широкого
накопления опыта.
На тему об авиадизеле написано в общей сложности очень много. Но это
написанное разбросано по сотням иностранных журналов и книг, составляя по сути
дела монополию немногих; широкой же массе наших читателей об авиадизеле почти
ничего неизвестно.
Ударить по монополии и сделать имеющийся материал доступным для широ-
кой массы рабочих, инженеров, техников и студентов — была наша первая задача.
Огромный интерес, проявляемый к авиационному дизелестрсению, и величайшие
перспективы, которые открываются в этой области, дают возможность широкой
мобилизации лучших сил на решение задачи перевооружения воздушного флота на
новый тип мотора. Удовлетворить этот интерес и помочь товарищам, вступающим
на путь решения этой проблемы, в деле их специализации — была наша вторая
задача.
Иностранная техническая литература, большей частью субсидируемая отдель-
ными фирмами или объединениями, не может быть достаточно объективной и добро-
совестной в оценке отдельных конструкций или опытных данных. Законы капита-
листического общества сильнее добродетели господ профессоров, пишущих рефе-
раты и обзоры, и смешно требовать от той или иной фирмы, чтобы она похвально
отозвалась о конструкциях своих конкурентов в ущерб своим собственным конструк-
циям и чтобы субсидируемый ею научный орган был на высоте объективности.
Иностранная техническая литература не может не служить целям конкуренции
и рекламы, но она делает это с большой натренированностью.
Поэтому наши товарищи часто попадаются на удочку явно вздорных сентен-
ций, размахивая руками по поводу новейших „сверхдостижений", которые на про-
верке оказываются часто весьма преувеличенными.
Дать проверенный материал и снабдить его возможными критическими оцен-
ками— было нашей третьей задачей.
Насколько мы справились с этими задачами, нам самим судить трудно.
А. Чаромский.
СОДЕРЖАНИЕ
»
Стр.
Инж.-мех. А. Д. Чаромский,— Проблема авиационного двигателя на тяжелом
топливе .................................................................. 9
1. Общие требования к авиационным двигателям.............................. 9
2. Авиационные двигатели на легком топливе................................ 9
3. Двигатели на тяжелом топливе.......................................... 16
4. Процесс горения в двигателях тяжелого топлива......................... 21
5. Детонация............................................................. 26
6. Топлива............................................................... 28
7. Системы смесеобразования и камеры сгорания............................ 34
8. Опыты по испытанию быстроходных дизелей и вопрос о характеристике..... 43
9. Направления в развитии................................................ 49
Инж.-мех. Б. Ф. Коробов, — Авиационный двигатель Юнкерса на тяжелом
топливе.................................................................. 62
1. Рабочий процесс двигателя........................................... 62
2. Развитие конструкции . ................................._............. 62
3. Авиационный двигатель F0 1. Основные дшные и конструкция.............. 66
4. Динамика.............................................................. 67
5. Продувка.......................................................... .... 68
6. Насосы и форсунки.................................................... 69
7. Охлаждение...................•........................................ 70
8. Работа двигателя на самолете.......................................... 70
9. Испытание двигателя................................................... 71
10. Дальнейшее развитие JUMO-4 650 л. с................................ 72
11. Общие выводы по авиационному дизелю Юнкерса........................... 73
Инж.-мех. Л. М. Б ел инки й и А. Л. Пархомов, —Авиадизель Паккард ... 74
1. Основные данные....................................................... 75
2. Картер................................................................ 77
3. Диафрагма............................................................. 77
4. Задняя крышка картера................................................. 77
5. Крепление цилиндров................................................... 78
6. Цилиндры.............................................................. 81
7. Головка цилиндра...................................................... 81
8. Клапаны............................................................... 85
9. Поршни ............................................................... 86
10. Шатунный механизм..................................................... 87
11. Коленчатый вал........................................................ 88
12. Нефтяной насос и форсунка............................................. 89
13. Клапанное распределение............................................... 91
14. П ивод топливных насосов и их регулировка............................ 92
15. Воздушные заслонки всасывающих патрубкоз.............................. 94
16. Масляная помпа.................................•...................... 95
17. Циркуляция смазки................................................... . 95
18. Втулка винта.......................................................... 96
19. Стартер и запальные свечи............................................. 97
20. Литература............................................................100
Инж.-мех. Н. И. Ворогуши н, — О семействе двигателей Бердмор.................101
Инж. А. Л. П а рх о м о в, — Авиационный двигатель Дизель-Клерже.............132
Инж. А. Д. Грачев и В. А. Константинов, — Опытные конструкции
авиационных двигателей тяжелого топлива............................139
1. Двигатель Фиат AN1................,...................................139
2. Бристоль — опытный авиационный двигатель тяжелого топлива.............140
3. Двигатель Сэнбим......................................................142
4. Нефтяная модификация двигателя У осп..................................143
5. Двигатель Статакс тип. S3.............................................145
6. Итальянский 2-тактный авиади зель двойного действия...• •.............146
7. Двигатель Аттендю.................................................... • 149
7
Стр.
8. Двигатель Гаруффа..................................................... 151
9. Двигатель тяжелого топлива Жальберт.....................................152
Инж. В. А. Будников, — Распыливание топлива в бескомпрессорных дви-
гателях ................................................................. 155
Инж.-мех. Б. Ф. Коробов, — Форсунки и насосы бескомпрессорных бы-
строходных дизелей.........................................................180
Часть I. Форсунки
1, Назначение и типы форсунок..............................................IsO
2. Закрытые форсунки.......................................................180
а) Закрытые форсунки с одним отверс нем..................................182
б) Закрытые форсунки с несколькими отверстиями..........................182
в) Форсунки с Кольцовой щелью............................................183
г) Форсунки со штифтом................................................. 184
3. Открытые форсунки.......................................................184
а) Открытые форсунки с одним отверстием..................................186
б) Открытые форсунки с несколькими отверстиями...........................186
4. Сравнение открытых и закрытых форсунок..................................188
5. Исследовательские работы по форсункам . . •.............................190
Часть II. Насосы
1. Предъявляемые требования и детали устройства.......................... 197
2. Способы регулировки подачи..............................................199
3. Насосы с регулировкой перепуском топлива................................200
4. Насосы с переменным ходом плунжера................-.....................207
5. Насосы с дросселирующей иглой........................ ..................212
6. Факторы, определяющие работу насосов и форсунок.........................213
А .
Инж-мех. А. С. Орлин, — Продувка 2-тактных двигателей..........................218
1. Классификация методов расчета продувки. Приближенные способы...........219
2. Фазы процесса...........................................................220
3. Период выхлопа..........................................................220
4. Период продувки.........................................................223
5. Пример расчета № 1......................................................224
6. Пример расчета №2.......................................................227
7. Коэфициент наполнения продувки........................................ 230
8. Продувка и наддув.......................................................231
Инж.-мех. Б. Ф. Коробов, — Быстроходные дизели неавиационного наз-
начения ...................................................................234
1. Компрессорные двигатели.............................................. . 234
а) Майбах................................................................235
2. Форкамерные двигатели.................................................. 236
а) Бечц................................................................ 237
б) Дейц................................................................ 239
в) Хилл . . .А........................................................ . 241
г) Керлинг...............................................................242
д) Ганц.................................................................245
е) Листер.............•..................................................246
3) Дтигатели непосредственного впрыскивания . 247
а) МАИ...................................................................247
б) Юнкере........................................................... . . 250
в) Линке-Гофман '.......................................................251
г) Крупп............................................................... 254
д) Оберхэнсли.....................................7*.....................255
е) Рикардо...............................................................257
ж) Трейбер..............................................................260
з) Рено...........•......................................................261
и) Майбах GO-5..........................................................261
4. Двигатели с вспомогательной воздушной камерой...........................233
а) Заурер................................................................265
б) АЕС................•..................................................266
в) MWM...................................................................270
5. Двигатели с малыми степенями сжатия.......................271
а) Крупп.................................................................271
б) Дорнер...............................................................272
в) Гессел ман......................................................... . 273
Инж.-мех. А. Д. Чаромский.
ПРОБЛЕМА АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
НА ТЯЖЕЛОМ ТОПЛИВЕ
1 Общие требования к авиационным двигателям
Как известно, авиационный двигатель должен удовлетворять трем основным
условиям: 1) легкость, 2) надежность и 3) долговечность. Кроме того от него
требуются:
1. Устойчивость работы на всех эксплоатационных и опытных режимах (малые
обороты, эксплоатационная, номинальная и максимальная мощности и режим полного
дросселя), что обусловливается работой всасывающей и смесеобразовател1ной системы
(карбюратор или насосы и форсунки, трубопроводы, клапаны), охлаждающей системы
конструктивными формами пространства сгорания, топливом и системой зажигания.
2. Приемистость, т. е. быстрый и спокойный переход с одного режима на
другой по дроссельной характеристике, что требует гибкой и четкой работы системы
всасывания, зажигания и смесеобразования.
3. Наименьший расход горючего, что связано с полным и высокоэффективным
сгоранием и отсутствием догорания, а также чистый бездымный выхлоп.
4. Наименьший расход смазочного, что обусловливается качеством конструкции
в целом и качеством масла.
5. Компактность конструкции, удобство закрытия капотом и установки на само-
лете и возможно меньшие габаритные размеры.
6. Легкость пуска в ход.
7. Удобство обслуживания
8. Уравновешенность.
С точки зрения рационального использования машины ее мощность, вес, вы-
сотность, удельный расход горючего, степень надежности и долговечности выби-
раются в зависимости от типа и назначения самолета.
Спортивный или учебный самолет, пассажирский самолет, истребитель, развед-
чик, легкий бо бардировщик, тяжелый бомбардировщик, дирижабли различных на-
значений и пр. предъявляют к двигателю ряд специфических требований в отноше-
нии мощности, радиуса действия, расхода, а следовательно и полетного веса.
До настоящего времени эти требования не стандартизованы, но с известным
приближением, учитывая уровень развития самолетостроения, они могут быть пред-
ставлены, как показано в табл. 1.
В настоящее время некоторые типы моторов, осуществленные в виде ряда
модификаций (без редуктора, с редуктором; без нагнетателя, с нагнетателем), с раз-
ными степенями сжатия и скоростным режимом, применяются в ряде стран Европы
и Америки на истребителях, разведчиках, бомбардировщиках и на пассажирских
самолетах, что указывает на то, что один и тот же тип мотора, имеющий соответ-
ствующую мощность, может обслуживать ртд различных типов самолетов.
2 . Авиационные двигатели на легком топливе
В начальный период своего развития авиационный двигатель создавался на базе
автомобильного производства. Впоследствии авиамоторное производство разверну-
лось в самостоятельную отрасль машиностроения.
Требования большой мощности и малого веса заставили конструкторов итти
по линии высокого скоростного режима, высокой литровой мощности и больших
напряжений в деталях конструкции. Это в свою очередь требует высококачествен-
ных материалов и высококачественных технологических процессов (термическая
9
Таблица 1
Требования к моторам для различного типа самолетов
№ по поряд- ку Тип са молета Число мото- ров Мощность моторной группы в л. с. Удельный вес мотора в кг\л. с. Высотность в м Продолжит, нспрерывн. работы в часах Продолжит, между пере- борками в часах
1 Спортивные самолеты 1 25 — 50—100 — 250 — 500 2-0,7 3 — 20 250 — 500
2 Гоночные самолеты 1 1 000 — 2 500 0,5 - 0,3 S'— 2 — 4 —
3 4 Пассажирские и фрахтовые само- 1 75 — 200 1,2 —0,8 f— 3—5 200 —500
леты . . . . 1 — 12 150 — 10000 1,0 - 0,6- 0 /-1 500 4—10 250 — 75J
5 Истребители 1— 2 400 — 1 000 0,7 - 0,6 5 000 — Ю 000 2 — 5 200 — 400
6 Ближние разведчики 1 450 - 850 0,7 —0,6 4 000-- 8 000 4-8 250 — 450
7 Дальние разведчики 1— 2 550 — 1 500 0,8 —0,0 4 000 — 8 000 5 — 12 300 - 500
8 Легкие бамбардирозщики 1 400 — 1 000 \ 0,8 —0,0 4 000-- 8 000 4 — 8 300 — 500
9 Средние бомбардировщики .... 1— 2 650 -2 000 0,7— 0,0 4 000 — 6 000 4-8 300 — 500
10 Тяжелые бомбардировщики .... 2 — 12 2000 — 8 0 И 0.65—0,0 2 000— 6000 6 — 15 400 — 600
И Дири + аб'и • 1— 7 65 — 5000 / ! 2,5 —1,0 •г- 10—100 500— 1 000
Ж
обработка, литье, механическая обработка); поэтому развитие и усовершенствование
авиационных двигателей было обусловлено непрерывным накоплением опыта констру-
ирования, достижениями технологии и металлургии; вместе с тем это развитие было
двигающим фактором для технологии и металлургии.
По величине напряжений, весов, удельных мощностей и средних эффективных
давлений в настоящее время авиационные дви отели на легких топливах занимают
первое место во всем машиностроении. Приведенная табл. 2, в которой даны сред-
ние величины, а также нижние и верхние пределы величин для ряда деталей по пяти
группам двигателей (стационарные дизели, легкие дизели и двигатели для грузо-
виков, двигатели для легковых автомобилей, мотоциклы и авиационные двигатели),
показывает, что по величине напряжений, литровой мощности, среднего эффектив-
ного давления, за небольшим исключением, относящимся к высокооборотным типам
мотоциклетных моторов, авиационные двигатели стоят на первом месте. Особенно*
это относится к величине KV, характеризующей степень напряженности трущихся
поверхностей, которая в некоторых современных двигателях, в случае применения
кг • м
подшипников с заливкой из свинцовистой бронзы, достигает 800 —-х---— и более.
CJvt “ Сс-Л<
Для характеристики достигнутых современными авиационными двигателями кон-
структивных форм здесь приведены разрезы ряда конструкций (фиг. 1—27, см. при-
ложение в конце книги) и дана табл. 3 основных данных по некоторым авиационным
двигателям на легких топливах.
Основной вывод, который можно сделать из приведенной таблицы, заклю-
чается в следующем: для авиационного двигателя класса мощности 500—1000 л. с.
достигнута величина среднего эффективного давления, равная 10 ат, удельный вес
около О^кг/л-с., высотность — 5 000 м, литровый вес—13 кг\л и продолжитель-
ность между переборками — 250—500 час. Эти величины и являются тем уровнем,
к которому должно подтягиваться все авиационное моторостроение.
Необходимо указать, что эти данные в настоящее время уже значительно
превзойдены форсированными моторами гоночного типа: например Рольс-Ройс —
2 200 л. с., удельный вес 0,325 кг/л. с. Разумеется, еще далеко не исчерпаны
все возможности для дальнейшего развития, и приведенные величины отнюдь не
являются предельными.
Авиационный двигатель развился в основном, как 4-тактный двигатель. Высо-
кое среднее эффективное давление без применения наддува, высокая эффективность
рабочего процесса достигнуты благодаря системе смесеобразования, которое про-
исходит в течение более 360° по углу поворота коленчатого вала (ход всасывания
и ход сжатия плюс предварение и запаздывание) и таким образом дает возмож-
ность работать на а меньше 1, т. е. при некотором избытке топлива использовать
весь заключенный в цилиндре объем воздуха, или, другими словами, создать условия,
при которых весь кислород вступает в реакцию горения.
Кроме этого важнейшими преимуществами двигателей на легких топливах
являются следующие:
1. Возможность работать, благодаря электрической системе зажигания, на
малых степенях сжатия, что дает малые значения максимальных давлений вспышки.
2. Осуществление рабочего процесса с одинаковым значением а по всему
объему камеры сгорания, что дает возможность работать на высоких оборотах
с небольшим догоранием по линии расширения.
Среди автомобильных двигателей есть двигатели со скоростным режимом
порядка 5 000 и выше об./мин.
3. При применении наддува мощность, затрачиваемая на компрессор, исполь-
зуется с высоким коэфициентом полезного действия вследствие того, что весь
нагнетаемый воздух участвует в процессе сгорания.
4. Возможность осуществления малого веса двигателя на единицу мощности
„ 900 g
(у =----—, где g литровый вес, ре — среднее эффективное давление, п — число
оборотов в минуту), так как литровый вес, зависящий от рг, может быть доста-
точно малым, а произведение ре- п имеет большую величину.
Розможности для дальнейшего развития заключаются в следующем:
U
к
о
Таблица 2
Сравнительные величины напряжений, данные распределения, литровой мощности и среднего эффективного давления
для пяти групп двигателей внутреннего сгорания
d Е О* 2 Данные Расчетные формулы Стационар- ные дизел Ртах = 40 ат при 4 тактах, Ртах = 35 ат при 2 тактах Грузовики, легкие дизели Легковые автомобили Мотоциклы Авиадви- гатели
1 Ход поршня/диаметр поршня . . . S)D 1.4 1.2 - 1,6 1,4 1,2 — 1,6 1,5_ 1,2 —1,7 _1,1_ 1,0 — 1,3 1,2 0,9 —1,5
2 Стенки цилиндра Sz о D (Кг + 0,4ртах J \ 2 \И Кг-1,3ртах ,. - „ с» ^Ртах или Sz кг СМ~ 230 150 — J00 250 190 — 400 250 130 — 400 200 8о —300 600 300 - 900
3 Вес поршгя/пл^щадь поршня . . . G,JF в 0,15 0,05 — 0,80 0,025 и,015 — 0,04 0,012 0,007 — 0,017 0,013 0,009 — 0,017 0,013 0,009 — 0,017
4 Вес шатуна/площадь поршня . . . Ош F V 0,15 0,0э — 0,30 0,035 0,02 — 0,05 0,02 0,008 — 0,028 0,009 0,006—0,01 0,016 0,007 — 0,03
5 Давление поршня на стенки цилиндра zz 1 z Ка' - d: "l п ,0 1,2 —2,5 2,3 1,6 —3,0 2,5 1,8 —3,3 2,7 1,9 —3,7 4,0 2,8 —6,8
6 Напряжение в днище поршня is * Ртах Кь 4-82 » оиО 200 1 300 Легкий металл 700 250 — 1Ш0 Чу. 1500 гун 900 — 2 5и0
7 Напряжение в поршневых пальцах 1 ~0,5РтаЛ2 4? ' V 800 1500 ,2 000 3 000 3 000
800 — 1 8б0 биО — 2 200 1000 — 3500 1 850 - 4 0U0 2 000 — 4 000
Aft w
8 Палеи, скользящий в шатуне р К~~ d • 1 * 150 120 — 280 | 180 140 — 210 200 180 — 270 250 200 — ЗиО 300 180 — 600
9 Палец,закрепленный в шатуне II &3 * 250 180 — 330 28 180 — 380 ззи 190 — 400
10 Палеи, закрепленный в поршне ьг__£ддах К 2-rf-/' » 230 130 — 300 250
11 Палец, скользящий в поршне ^тах К 2-d-l' V 180 140 — 240 /00 110 — 270 250 180 — 380 250 170 — 310
12 Шатун — 1,4 5 3,6 — 4,9 1/4 2,9 — 4,о 1/4,2 3,6-4,7 1 1/4 3, —4,8 1/3,5 3,1 — 4,3
13 Шатун (продольный изгиб) /2D 1 * max 9 20 6 —оО 12 4 — 50 10 3-37 1 12 8—28
’14 — Шатун у/ ^шах А- Г
15 Нижняя головка шатуна „ Pb-lg-6 У 12-Й-Л2
16 Верхняя головка шатуна К * г~ 1-F”
17 Болты шатунные „ рь-4 * Л-82-П
18 Коленчатый ват, шейка шатуна м _ Аа Kb—
19 То же • к Del,
20 Коренная шейка к' - А'а Кь— уу
21 То же
22 / Щека _А{а — е) Kb w „ -А,а ил и Кь
23 Средняя скорость газа в клапанах Cm F f
24 Открытие впуска •
25 Закрытие впуска
26 Открытие выпуска
27 Закрытие выпуска
28 Литровая мощность w Ne vh
29 Среднее эффективное давление । П Л W0-Ne Для 4 тактов pe = Для 2 тактов n-Vff
• 600 800 800 1 200 1 200
400 — 1 000 400 — 1 500 450— 1200 80J — 1 400 800— 1 800
« 300 800 1500 Растяжение 2 500
100 — 800 200 — 2 000 200 — 3 0 J0 300 1200 — 4 000
я 100 15U 300 300 500
30 — 400 50 — 300 90 — 600 120 - 430 100 — 2 01.0
я 600 6 0 1 200 1200
200 — 1 600 200 — 1 300 ООО — 1 900 400 - 1 700
» 1 000 800 8о0 2 000 1 ООП
700 - 1 800 400— 1600 300 — 1900 1 800 — 3 000 500 - 2 200
100 80 80 100
70 — 140 60-110 50 — 105 60 — 130
» 1000 80) 800 2 000 1000
600— 1 900 250 — 1 300 150— 1 600 1 100 — 3 000 500 — 2 200
9 40 50 50 60
25 — 90 3 ) — 80 25—100 40 — 70
800 800 800 2 000 1 200
250 - 1 200 500 — 1 500 400 - 1 5J0 1700 —2 800 300 — 2 700
м сек 40 70 80 80 90
30 — 80 50 — 115 40 — 115 50— НО 60— 125
10 — 30° перед, в. м. т. 20° перед в. м. т., до 90° после в. м. т.
5 “30° после н. м. т. 20 — 70° после н. м. т.
20 — 50° перед и. м. т. 35 — 70° пергд н. м. т.
0 — 20° после в. м. т. 5 — 30° послз в. м. т.
л. с. И 2>5 4такта 1,1-3,9 О 3,5 2такта 1,6-7,8 8 18 30 20 '
л 5,6 - 12,8 14 - 26 хля 4 тактов 12-39
кг см4- л ' 5,5 4TaKTJ 4,3-7,1 О 3,0 2такта 2Д=^т| 6 5,5 7,5 8
4,7 — 7,4 4,6 — 7,8 д 1Я 4 так,ов 6,8—10,7
ATZ № 25, 1930 г.
Таблица 3.
Основные данные по некоторым 1ийам авиационных Двигателей на легких топливах
№ по порядку f ФирМа Страна Наименование мотора Располо- жение цн* лнндра 1 Число цилиндров I Мощно
Ноиин, Число об/чия Мах.
1 S-t£ des Moteurs Salmson Франция 9AD звезда 9 40 2000
а Bayerische Motoren Werke, AG Германия BMWX и 5 60 2900 65
3 ABC Motors, Ltd Англия Hornet в ряд 4 76 1 875 82
4 Armstrong-Siddeley Motors, Ltd Genet звезда 5 83,1 2 200 89,2
5 Cirrus Aero-Engines, Ltd я „Cirrus" III в ряд 4 91,2 1 900 95,3
1 6 Siemens und Halske, AG Германия SH 14 звезда 7 95 1500 115
7 S-t4 Lorraine Франция 5Pb 5 ПО 1 650 167,3
8 Armstrong-Siddeley, Ltd Англия „Mongoose" 5 152 1 850
9 Wright Aeronautical Corp • . —САСШ Whirlwind" J6 167,с 2 000 223
10 Bristol Aeroplane C°, Ltd Англия „Titan" II 5 2J8 1 700
11 Armstrong-Siddeley Motors, Ltd Англия „Lynx" 7 218 2 000 233
12 Wright Aeronautical Corp- ........ САСШ „Whirlwind“-Seven R760 7 228 2 000
13 S-t£ des Moteurs Salmson Франция Salmson 9AB 9 230 1 700
14 S-td anonyme des Usines Renault .... Renault — 250 с. v. 250 1 700
15 Farman S-td des Avions в Farman 9EA 9 250 2 300 280
16 Skodory Zavody Чехо-Слов. Scoda 820 дв. звезда 14 300 1600 340
17 Wright Aeronautical Corp САСШ „Whirlwind R975 . звезда 9 304 2 000
18 Pratt and Whitney Aircraft C° „Wasp Junior" 9 304 2 000
19 Armstrong-Siddeley Motors, Ltd Англия „Jaguar" дв. звезда 14 365 2 000 385
20 Pratt and Whitney Aircraft, C° САСШ Wasp" звезда 431 2 100
21 Bristol Aeroplane C°, Ltd Англия „Jupiter" VI FL звезда 9 451 1 700 486,5
22 Bayerische Motoren Werke, AG ... Г« рмання BMW VI V —60° 12 500 1400 680
23 S-t£ Fran^aise Hispano-Suiza Франция Hispano-Suiza MC 1 я 12 500 2 200 656
24 Fabrica Automobili Isotta-Fraschini . . . Италии „Asso" — 550 Ri 12 520 2 000 552
?5 Bristol Aeroplane C° Англия „Jupiter" IXF звезда 9 522 2 000
2S Wright Aeronautical Corp САСШ „Cyclone" R1750 9 532 1S00
27 Rolls-Royce, Ltd Англия Rolls-Royce F XI MS V —66° 12 532 2 250 639
28 Siemens und Halske, AG . ‘ Германия SH20 звезда 9 540 1 800 6J0
29 Junkers Motorenbau GmbH Junkers L55 V —60° 12 550 1460 600
30 Pratt and Whitney Aircraft C° САСШ Hornet В звезда 9 583 1 950
31 S-t6 Fran^aise Hispano-Suiza Франция Hispano-Suiza 12 kv. V —60° 12 600 2 000 770
32 Bayerische Motoren Werke, AG .... Германия BMW VII a 12 6Э0 1 520
33 Wright Aeronautical Corp САСШ Wright V 1560 перев. 12 608 2 400
34 Packard Motor Car C° Packard ЗА 1500 V —60° 12 608 2 5J0 644
35 Curtiss Aeroplane and Motor C° Curtiss „Conqueror" V 1570 12 608 2 400
3G „Conqueror" Vg 1570 V —60° 12 608 2 450 634
37 „Chnftaln" H 1640 дв. звезла 12 624 2 200
18 S-t6 Fran^aise Hispano-Suiza Фракция Hispano-Suiza 12Nb V —6(Р 12 650 2 000 760
39 S octet ё Lorraine „Orion" W 18 700 2000 825
40 Junkers Motorenbau GmbH ....... Германия Junkers L88b V — 60° 12 700 1 850 850
41 Packard Motor Car C° САСШ Packard ЗА 2530 -V - 60° 12 811 . 2 0С0
42 Bristol Aeroplane C° . Англия „Mercury" звезда 9 811 2500 887
13 D. Napier and Son , Ltd Napier „Lion" VII В W 12 823 3 000
44 Rolls-Royce, Ltd Rolls-Royce „Н" V- 66° 12 836 2 000 912,5
45 Soctet£ Lorraine Франция „Eider" V 12 900 1000
46 Socleta anonima Fiat Италия Fiat A25 V - 60° 12 930 1700 1000
47 Fiat AS3 12 1000
48 49 Hispano-Suiza Франция 18Sb 18Sbr W —80° 18 18 too 1000 2000 2(Хк 1125 1125
50 Fabrica Automobili Isotta Fraschinl .... Италия „ASSO" 1000 Ri W —40° 18 1000 1 700 1103
51 Packard Motor Car,C° САСШ Packard A2775 X 24 1217 2 609 1267
52 D. Napier and Son, Ltd Napier „Lion" VII D W — 60° 12 1293 3 600
53 Rolls-Royce, Ltd Rolls Royce R (Racing) V —60° 12 2 330 3 200
П р н м е ч а и я я. '* В литрах. * Без втулки винта 3 Без втулки винта и пусковых приспособлений. ‘ С редук
’ С втулкой винта и бензин, помпой. 8 Без втулки винта с редуктором. 3 75% бензина и 25% бензола, в литрах.
14
Основные данные мотора Степень сжатия Среднее эффект, давление в кг/см1 Средн, скорость поршня в м/сек
Диаметр . в мм Ход В мм Ход Литраж
ДНЯМ. цил. мот.
ИЙММИММММН
3000 13,41 4,445
27,7 12
2 075 19,23 19,0
2420 20,17 16,62
2100 18,47 22,8
1 750 13,07 13,57
12,8 22
2 035 17,17 30,4
18,9. 33,46
1870 15,07 41,6
2 700
17,6
18,4
12.26
15,25
22,3
1 870
1550
2 20j
2 475
1900
1 500
1 650
2 700
15,15 19,1 18,81 14,72 19,63 21,43 33,8 33,8 26,07 47,9
15,77 50,1
10,9 41,65
18,45 41,65
18,77 43,35
18,23 58,0
18,51 59,1
25,1 44,35
12,0 45,85
26,55 64,8.
19,11 50
13.1 50
23,75 50,7
24,85 50,7
24.0 50,7
.•24,0 50,7
23.2 52,0
18,05 54,16
17,6
2 100 15,27 58,3
19,87 67,6
32,65 90,1
3 303 .34,3 68,6
2 200 22,8 69,7
2150 20 75
1 900 17,43 79,2
2 500 28,8 83.3*’
18,5 55,6
18,5 55,6
1 850 17,47 55,6
2 700 27,3
539
63,6
31,15
32,56
25,56
27,8
27,8
50,7
104,7
194
“4Г-
70 86 1,23 0,331 2,97 5,6 6,04 5,74
83 80 0,964 0,432 2,165 6,3 8,6 7.73
101,6 122 1.2 0,982 3,95 5,5 9,24 7,63
101,6 101,6 1,0 0,824 4,12 5.25 8,25 7 45
110 130 1,182 1,235 4,94 5 8.74 8,24
105 120 .1,142 1,039 7,27 5,6 7.85 6,0
125 140 1,12 1,718 8.59 5 6,98 7,7
127 139,7 1.1 1,77 8,85 5 8,36 8,62
127 139,7 1,1 1,77 8,85 5,1 8.51 9,32
146 165 1,13 2,76 13,8 5 7,98 9,35
127 139,7 1,1 1,77 12, 9 7.91 9,32
127 139,7 1,1 1.77 12,39 5 8,28 9.32
125 170 1,36 2,084 18,76 5,4 6,49 9,64
124,5 149,8 1,203 1,82 16,4 8,07 8,5
115 120 1,043 1,245 11,21 8,74 9,2
120 125 1,042 1,415 19,8 8.52 6,67
127 139,7 1,1 1,77 15,93 5,1 8.59 9,32
131,7 131,7 1,0 1,795 16,155 8,47 8,78
127 139,7 1.1 1,77 24,8 6,62 9,32
146 146 1.0 2,44 21,96 8.41 10,21
146 190,5 1,305 3,18 28,62 5 8,34 10,8
160 190 1,187 3,82 45,84 7,3 6,8 9,14
130 170 1,307 2,256 27,1 7 7.55 12,46
140 150 1,071 2,31 27,7 5,5 8,45 10
146 190,5 1,305 3,18 28,62 8.21 12.7
152,4 175 1,148 3,19 28,71 5,1 8.78 11,03
127 139,7 1,1 1,77 21,2 5,5 10,04 10,47
154 188 1,22 3,5 31,5 5,6 9,02 11,9 «
160 193 1,187 3,82 45,84 5 7.39 9,25
146 146 1.0 2,44 21,96 12,25 9,49
140 170 1,214 2,62 31,4 6,2 8,6 11,33
160 190 1,187 3,82 45,84 7,3 7,76 9,63
127 168,3 1,325 2,13 25,6 8,91 13,41
136,5 139,7 1.023 2,04 24,48 5,1 8.95 11,64
130,2 158,8 1,219 2,11 25,32 5,8 9,03 12,7
139,2 158.8 1,219 2,11 2*32 5,8 8,82 12,96
142,9 139,7 0,978 2,24 26,8 9,53 10,24
150 170 1,134 3,0 36,0 6,2 8,12 11,-33
125 180 1,44 2,21 39,78 6 7,92 12
160 190 1,187 3,82 45,84 5,5 7,44 11,72
162 165 1,018 3,4 40,8 5,8 8,94 11,0
146 165 1,13 2,76 24,84 8 11,76 13,75
139,7 130,17 0,932 1,99 23,9 10 10.28 13,02
152,4 167,6 1,1 3,06 36,7 10,25 11,7
170 165 0,971 3,74 44,88 6.5 9.32 6 11.82
170 200 1,176 4,54 54,5 5.25 9,23 11,33
145 175 1,207 2,89 34,7 7 10,37 14.58»3
150 170 1,132 3 54 6,2 8,33 11,33
150 170 1,132 3 54 6,2 8,33 11,33
150 180 1,20 3.18 57,25 5,3 9,26 10,2
136,5 127 0,93 1,859 44,6 7 9,45 11.0
139,7 130,17 0,932 1,9) 23,9 13.47 15,67
152,4 167,6 1,1 3,05 36,6 10 17,8 17,9
Расход Сухой вес Габарит мотора
,вг/л. мотора В мм
ж
топл. масл. кг к кг/л длина ширина или лиг высота
70 1,75 23,5 640 630
235 80 1,333 36.95
213 20 102 3 1,342 25,80 640 990 77С
95,4 1,147 23,15 711 844
246 129 1,445 26,1 1 162 482 904
230 10 . 140 « 1,474 19,25 814 1 006
151 1,373 17,58
165,63 1,09 18,72 912 1 155
250 14 179.17 1,071 23,25
227 1,091 16,45
268 1,23 21,6 1 187
250 • 204 0,895 16,47
245 25 265 1,152 14,12 1 000 1 180
250 10 270 1,08 16.47
233 15 265,5 * 1,062 23,7 1,169 1060
290 0,967 14,65 1090
250 235,9 0,776 14.81
250 П.4 250 0,822 15.47 1 040 1 160
422 1,155 17,02 1 470
270 345 0,801 15.72 1 180
342 з 0,759 11,94 1060
215 10 545 1,09 11,89 2 100 1440
223 10 380 0,76 14,02 1 731 14)12 718
220 460 0,885 16,61 1 864 943 810
410 0,786 14,32
272 16 346 0,65 12,05 1370
409 0,769 19,3
240 16 401 0,668® 12,7 1181 1 458 1273
230 15 575’ 1,045 12,56 1 777 840
250 364 0,624 16,58 1 130 1440
215 9 415’ 0,692 13,22 1 794 1 017 1 183
215 10 525’ 0,875 11,45 1 945 1 160 846
374,5 0,616 14,63 1 790 816 896
240 11 366 > 0,602 14,96 1 656 970 680
227 6,8 345 0,568 13,62 1602 930 668
236 6,8 386 0,635 15,23 1 747 930 668
240 10 410 0,657 15,30 1 140 1034
222 5.5 469 0,722 13,03 1779 800
235 6 568,7 0,813 14,3 2 1Q6 926 1 105
690 ь 0,986 15,07 1630 1190 950
249 11 555 0,684 13,6 1770 1070 743
310 0,382 12,48
240 422 0,513 17,66 1683 877 978
250 663 0,793 18,07 2 860 1960 568
225 595 0.661 13,25 1 860 750 825
240 840 0,884 15.42 2 034 1 185 915
335 0,395 11,38 1598 1003 720
220 5 540*» 0,54 10 1 995 1330 1 171
223 5 600 <0 0,6 11.1
805“ 0,805 14,07 2 191 1 115 1 060
ч
687 0,564 15.4 1970 1085 680
513“ 0,597 21,39 1 646 895 949
70 0,32 20.2
тором, втулкой винта я Электр, инерц. стартером. * Вес со стартером. • По максим, числу оборотов и максим, мощи.
*’ С втулкой ввита. ** Без редуктора, с втулкой винта. *’ По максим, числу оборотов.
1. Переход на 2-таКтнЫй цикл с непосредственным впрыскиванием топлива
внутрь цилиндра или же при наличии карбюратора — с продувкой чистым возду-
хом, а в дальнейшем переход на 2-тактный цикл двойного действия,
2. Широкое применение сплавов более выгодных, чем алюминий (магниевые
сплавы, Y-сплавы, сплавы RR, берилий и др), и замена стали более легкими
металлами, а также увеличение прочности и надежности стальных сплавов.
3. Широкое применение наддува и винтов с переменным шагом.
4. Повышение скоростного режима и применение для подшипников специаль-
ных бронзовых сплавов вместо применяющихся баббитовых.
5. Перех: д на сверхмощные типы порядка 2 000—3 000 л. с. и широкое
применение специальных стальных конструкций (бло и, картеры,головки блоков).
Решение этих задач является вопросом экспериментальным и конструктивным.
В недалеком будущем массовый авиационный двигатель на легком топливе, реали-
зовав уже имеющиеся дос!ижепия, может иметь литровую мощность порядка
40—50 л. с. и относительный вес порядка 0,25—0,35 кг/л. с в пределах мощ-
ности 1 000—2 000 л: с.
Основными недостатками авиациод ых двигателей на легких топливах являются
следующие:
1. Пожарная опасность вследствие применения легко воспламеняющихся горю-
чих, что усугубляется еще наличием карбюратора, и следов лтелыю возможности
возникновения пожара от выхлопа в карбюратор. Последнее отпадает в случае не-
посредственного впрыскивания топлива внутрь цилиндра.
2. Сравнительная дороговизна легких топлив, что невыгодно и для военных, и
д 1я гражданских авиационных двигателей.
3. Высокий расход топлива (220—260 г/л. с. ч.) вследствие низкого термиче-
ского к. п. д., что обусловливается малой степенью сжатия и, следовательно, малой
степенью расширения. Повышение степени сжатия встречает ряд затруднений в экс-
плоатации, вследствие необходимости применять антидетонирующие примеси. Это
обстоятельство (большой расход) уменьшает радиус действия самолета.
4. Наличие электрической системы зажигания, что дает возможность воздей-
ствова1ь на работу мотора в воздухе с земли, а также затрудняет работу радио-
установки на самолете.
5. Трудность осуществления 2-Тактного цикла, так как_ при продувке смесью
имеет место высокий расход топлива, а при продувке чистым воздухйй'ири наличии
карбюратора или же при непосредственном впрыскивании топлива,, в цилиндр имеет
место ряд конструктивных затруднений. При разрешении вопроса "о "насоса'к и фор-
сунках для легких топлив этот пункт отпадает. . ’ -•
Эти пять пунктов и обусловливают необходимость перехода к другим Типам
двигателей, в частности к двигателям, работа'юсДим ' W ^тяжелом- топливе- ,с. само-
воспламенением от сжатия.
3. Двигатели на тяжелом топливе
Авиационный двигатель на тяжелом топливе в основном имеет те же конструк-
тив,ньгё формы и ту Же технологическую основу, что и двигатели на легких топливах.
Осуществление рабочего процесса происходит по-иному и это создает различие
в системе смесеобразования, воспламенения, формах пространства сгорания и раз-
мерах сечений рабочих деталей.
Воспламенение рабочей смеси в бескимпрессорном двигателе, т. е. в двигателе
с механическим распыливанием, происходит благодаря повышению температуры сжа-
того воздуха в конце хода сжатия до более высоких пределов, чем температура
воспламенения топлива.
Рабочий процесс 4-тактного дви ателя осуществляется следующим образом:
1) всасывание чистого воздуха; 2) сжатие воздуха, впрыскивание, воспламенение
и горение топлива внутри цилиндра в конце хода сжатия и в начале хода расши-
рения; 3) ход расширения, или рабочий ход; 4) ход выхлопа.
Рабочий процесс 2-тактного двигателя осуществляется следующим образом:
1) сжатие чистого воздуха, впрыскивание и воспламенение топлива в конце сжатия
и сгорание; 2) рабочий ход; 3) продувка и наполнение цилиндра воздухом.
16
»
Фиг. 28. Индикаторная диаграмма бензино-
вого двиг.т^ля; л =1900 об./мин., степень
сжатия е = 5,2.
Фиг. 29. Индикаторная диаграмма опытного
быстроходного дизеля; п = 2200 об./мин.,
степень сжатия е= 14.
На фиг. 28, 29 и 30 даны индикаторные диаграммы авиационного бензинового
Т'' двигателя и бышроходного 4-тактного двигателя, работающего с самовоспламенением
ог сжатия.
Теоретически рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания может быть
осуществлен по ряду циклов (Дизель, Отто, Сабатэ, Гэмфри и др.), различающихся
между собой по тому, как ведется сгорание рабочей смеси.
Теоретический цикл Дизеля характеризуется сгоранием при постоянном давле-
(р = const). Теоретический цикл Отто характеризуется сгоранием
объеме (У= const). Теоретический цикл Сабатэ характеризуется
топлива при постоянном объеме и
носит название цикла смешанного
части — при постоянном давле-
сгорания или просто „смешан-
и быстроходных двигателей на
нии в цилиндре
при постоянном
сгоранием части
НИИ. Э'ОТ цикл
него цикла".
Действительный цикл бензиновых двигателей
тяжелом топливе не является ни циклом Дизеля, ни циклом Отто, ни циклом Са-
батэ, ибо процесс сгорания происходит не мгновенно, а на протяжении 15—40°
поворота коленчатого вала; в течение этого промежутка внутри цилиндра меняется
и давление, и объем пространства сгорания.
Под горением мы часто понийаем ту часть рабочего процесса, когда заметно
повышаются температура и давление внутри цилиндра. На самом деле — это лишь
часть процесса горения. Процесс начинается со скрытой химической реакции, кото-
рая продолжается значительный промежуток времени и при высоких скоростных
режимах можвт достигать по времени больше половины всего процесса горения
с момента появления искры или с момента начала впрыскивания топлива до конца"'' -,
эфф-ктивного горения. I со-
процесс сгорания при постоянном объеме может быть осуществлен лишр^ 's~
в том случае, когда скорость сгорания будет бесконечно большой, чего в дейстпц-
тельности ’при применении жидких топлив быть не может, или может быть ли£щэ тг
в случае сгорания значительно более интенсивного, чем детонационное. •
Действительный цикл быстроходного двигателя находится между теоретике^
скими циклами Дизеля и Отто, в области так называемого цикла „смешанного гог&^_ _о
ния", или цикла Сабатэ, но при эт< м чистым циклом Сабатэ не является. Поэтагцут
употребляемые выражения: „цикл Дизеля", „цикл Отто", „цикл Сабатэ" в приме» >. "
нении к действительному рабочему процессу двигателей являются грубо условными, Ч
Так же условным надо считать подразделение авиационных двигателей
на „дизель" и „карбюраторный дви!атель“, ибо, сравнивая индикаторные диаг-
раммы того и другого, мы видим, что рабочий процесс бензинового двигателя
стоит значительно ближе к циклу Дизеля, чем рабочий процесс быстроходного
двигателя на тяжелом топливе.
2 Авиационные двигатели.
17
Фиг ЗОб. Индикаторная диаграмма бензинового двигателя;
п = 2260 об./мин., р, = 9,42 кг^м*.
60
75
70
65
60
55
SO
4в
/о
35
30
25
20
15
Ю
5
Ркг/сл?
д5\
о,
~О,
130 но
0V2r J«
Ю 20 30
<2о /30 По 160
во 00
60 30
V6
io7so
Фиг. 30а. Индикаторная диаграмма авиадизеля Паккард (9 цилиндров). Снята при пэс
— 1 830 об./мин., /7 = 214,5 л. с., pt — 7,29 кг!с м3, С/=195 г.)л.с.ч., Сг=217 г)л.с.ч.
С термодинамической точки зрения
цикл горения р = const является наименее
выгодным, ибо дает меньшие значения
термического к. п. д. среднего индикатор-
ного давления и большие значения инди-
каторного расхода. При цикле горения
У—const имеют место высокие, макси-
мальные давления, вместе с тем — высокие
значения t1z' pt и меньшие значения сг
Так как в условиях неправильно отрегули-
рованного двигателя сгорание, близкое
к V= const, может имегь место и после
ВМТ, то приведенное положение верно лишь для случая, когда сгорание осуще-
ствляется в ВМТ.
На фиг. 31 дана теоретическая индикаторная диаграмма смешанного цикла.
По лин'<и 2—3 происходит сгорание при постоянном объеме х килограммов
топлива, по линии 3—4 происходит сгорание 1 —х килограммов топлива при по-
стоянном давлении.
Предположим, что мы будем вести процесс, сначала сжигая все топливо при
постоянном давлении по линии 3—4; тогда количество топлива, сожженного при
постоянном объеме по линии 2—3, х будет равно нулю. Затем будем топливо
частично сжигать по линии 2—3, уменьшая количество по линии 3—4, пока не
придем к сжиганию всего топлива по линии 2—3; тогда количество топлива, сож-
женного по линии 3—4, будет равно нулю, и весь процесс пойдет по V= const.
На фиг. 32 дано изменение рр rit и рг (в обозначении — р3) при переходе
от одного пограничного цикла к другому.
Кривые построены для степени сжатия а = 9,91 и для коэфициента избытка
воздуха а =1,7.
18
Фиг. 31. Теоретическая ин-
дикаторная диаграмма дви-
гателя Дизель.
Фиг. 32. Изменение максимальных давлений, термического
к. п. д. и i р диих эффективных давлений при переходе от
сгорания р = const к Сгоранию V — const.
Как видно из диаграммы, с приближением к сгоранию по V=const растут
pt и T|Z, но, вместе с тем, растет и максимальное давление вспышки объясняется
это тем, что средняя скорость выделения тепл.1 с приближением к сгоранию по
У = const увеличивается, увеличивается скорость сгорания, и большее количество
тепла превращается в работу вследствие большей степени полезного расширения.
Как видно из диаграммы, начиная с х = 0,6, т(1 и pt ув личиваются незначи-
тельно, рх же растет по прямой; поэтому, желая избежать слишком высокого значения
максимальных давлений, можно работать с достаточной эффективностью в пределах
от 0,6 до 0,8 х.
При данной степени сжатия в быстроходном двигателе на тяжелом топливе
характер цикла определяется моментом впрыскивания топлива: чем раньше впрыски-
вается топливо, тем дальше мы отходим от сгорания по р = const и приближаемся
к сгоранию по V — const. Это в свою очередь связано со степенью быстроходности
двигателя: чем выше скоростной режим, тем большее количество топлива мы дол-
жны сжечь в области V = const.
Рядом опытов установлено, что на скоростном режиме порядка 1 800 —
2000 об./мин. весь процесс должен быть проведен по циклу, близкому к V— const.
Отсюда следует, что у быстроходного двигателя на тяжелом топливе экономичность
должна быть выше, чем у тихоходного.
С точки зрения максимального давления р2, которое обусловливает необходи-
мое сечение деталей (коленчатый вал, поршень, шатун, цилиндр), процесс V — const
является в конструкгивном и технологическом отношении менее выгодным и пред-
ставляет больше затруднений для конструктора.
Тем не менее большинство быстроходных двигателей и почти все авиационные
двигатели на тяжелом топливе работают ближе к циклу раннего сгорания, ибо осу-
ществить высокий скоростной режим с циклом позднего сгорания значительно труд-
нее. Однако нужно всячески добиваться на высоком скоростном режиме процесса
сгорания ближе к р = const, т. е. цикла позднего сгорания, что хотя и даст неко-
торые потери в pt и 1]г, но зато значительно облегчит конструктивное и техноло-
гическое осуществление машины.
Приведенная на фиг. 30 индикаторная диаграмма Паккарда (высокое р*, на-
ступающее до ВМТ, высокая скорость нарастания давления) дает изображение про-
цесса, которого нужно избегать.
Термический к. п. д., индикаторное давлечие и индикаторный расход при
данном значении х в значительной мере являются функцией степени сжатия е и
состава рабочей смеси (а).
Карбюраторный двигатель, работающий по циклу смешанного сгорания, имеет
степень сжатия 5—6 и лишь с помощью специальных антидетонирующих примесей
2* 19
к топливу на достаточно высоком скоростном режиме удается повысить степень
сжатия до 10—12.
Двигатель с непосредственным впрыскиванием тяжелого топлива меньше огра-
ничен степенью сжатия и может работать в пределах 6=12—18.
Если для бензинового двигателя максимальная степень сжатия, при которой
нет детонации, равна 6, то для двигателя ^яжелого топлива минимальная степень
с+атия, при которой наступает надежное самовоспламенение, равна 12. Кроме опас-
ности детонации для бензиновых двигателей при повышении степени сжатия суще-
ствует еще опасность самовоспламенения рабочей смеси в случае сильно нагретого
двигателя.
В двигателе тяжелого топлива благодаря сжатию чистого воздуха не может
быть самовоспламенения раньше, чем впрыснуто топливо, если не было пропусков
в предыдущих ходах.
Эффективность рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания определяется
в конечном счете тремя величинами: 1) среднее индикаторное давление; 2) расход
на единицу индикаторной мощности в единицу времени; 3) механический к. п. д.
Благодаря высокой степени сжатия, а следовательно высокой степени расши-
рения, индикаторный расход двигателей тяжелого топлива ниже, чем у бензиновых
двигателей.
Минимальный расход у лучшего бензинового двигателя в эксплоатации равен
220 г/л. с. ч.\ минимальный расход авиационного двшателя тяжелого топлива равен
160—170 г/л. с. ч.
Максимальные давления у бензиновых двигателей колеблются в пределах 30 —
50 кг) см2 и ни при каких условиях не могут быть повышены больше, чем на
5 — Ю°/о. У авиационного двигателя на тяжелом топливе нормальное максимальное
да ление равно 60—80 кг)см2, а в случ е преждевременной вспышки при наличии
пропуска в предыдущем ходе может увеличиться на 50—75°/0.
Высокие значения среднего индикаторного давления для бензиновых карбю-
раторных двигателей обусловлены тем, что смесеобразование происходит в течение
большого промежутка времени (более 360° поворота коленчатого вала), и к началу
горения смесь подготовляется настолько, что весь содержащийся в засосанном объеме
воздуха кислород вступает в реакцию горения. Максимальные значения мощности
получаются при некотором избытке топлива, т. е. при работе на а = 0,85—0,92.
В дизелях смесеобразование происходит в течение весьма короткого проме-
жутка времени — 20—35° поворота коленчатого вала, что для авиационных двига-
телей со скоростным режимом порядка 1 800—1900 об./мин. составляет 0,002 —
0,005 сек., притом за этот же промежуток происходит и большая часть процесса
горения, т. е. собственно смесеобразование происходит в еще более короткий про-
межуток времени.
Перемешать все впрыснутое топливо со всем объемом заключенного в камере
сгорания воздуха не удается, и двигатель работает с значительным избытком воз-
духа (среднее значение а =1,3—1,6). Процесс затрудняется еще тем, что очень
трудно достигнуть равномерного перемешивания по всему объему, т. е. сгорания
с постоянным по всему объему значением а. На участках, где очень мало распы-
ленного топлива, величина а очень велика, а на отдельных сильно насыщенных
топливом участках величина а очень мала.
Если принять специальные меры для перемешивания топлива с воздухом (на-
пример, вихревой поток внутри цилиндра или особо хорошие конструкции вспомо-
гательных камер), то возможно довести использование воздуха максимум до 8О°/о,
а следовательно получить значение Ре около 0,8 от Ре бензинового карбюраторного
двигателя при одинаковой теплотворной способности топлива.
Следовательно, основной особенностью и вместе с тем основным- затруднением
для авиадизелей является высокое давление вспышки рг и низкое среднее эффек-
тивное давление Ре.
Максимальные давления, как было указано выше, являются функцией выбран-
ного цикла. Вес двигателя на единицу рабочего объема (литровый вес) зависит оТ
величины максимального давления; следовательно он зависит от характера выбранного
цикла сгорания. Задача сводится к тому, чтобы добиться лучшего смесеобразования,
т. е. работы при а 55 1, и такого протекания процесса горения, чтобы максимальные
20
давления вспышки не превышали 70 кг)см2 при скорости нарастания давления
не более 4 кг/см2 на 1° поворота коленчатого вала. Эта задача может быть решена
соответствующим введением топлива внутрь цилиндра (момент подачи, закон подачи,
физико-химическая подготовка топлива и пр.).
4. Процесс горения в двигателях тяжелого топлива
Раньше считалось, что основным препятствием к осуществлению быстроход-
ного дизеля является процесс горения. Развитие быстроходного дизелестроения по-
казало, что эта точка зрения является ошибочной. Эта ошибка основывалась на том
предположении, что процесс сгорания трудно осуществить достаточно быстро, и что
предельным скоростным режимом является режим порядка 400—600 об./мин.
В настоящее время дизели с таким скоростным режимом уже не считаются
быстроходными, а классифицируются как тихоходные. Осуществление скоростного
режима порядка 1000—1 500—2 000—2 500 оборотов стало возможным благодаря
улучшению системы смесеобразования (насос, форсунка, форма камеры сгорания
и лучшее перемешивание распыленного топлива с воздухом).
На ряде опытных испытаний, в частности с английским двигателем АЕС,
у которого в головке цилиндра имеется особая вспомогательная воздушная камера
(Luftspeicher), удалось получить скоростной режим порядка 3 000 об./мин. Предпо-
лагая, что процесс сгорания в таком двигателе осуществляется на протяжении 25°
поворота коленчатого вала, продолжительность сгорания по времени равна 0,0014 сек.
Среднее эффективное давление, получаемое у дизелей с высоким скоростным режи-
мом, больше, чем у тихоходных дизелей. Это объясняется тем, что: 1) конструктивно
быстроходные дизели значительно совершеннее тихоходных, 2) распыливание и сме-
сеобразование также совершеннее, и 3) процесс в целом приближается к процессу
раннего сгорания и дает ббльшие значения среднего индикаторного давления,
индикаторного к. п. д. и меньшие значения индикаторного расхода, чем в случае
процесса позднего сгорания, что имеет место у большинства тихоходных двигателей.
По данным опытов Рикардо сгорание в бензиновых двигателях может быть
разделено в основном на две фазы.
Первая фаза: образование ядра пламени от искры.
Вторая фаза: распространение фронта пламени в рабочей смеси по объему
камеры сгорания.
Первая фаза занимает промежуток времени, мало зависящий от скорости
двигателя. Величина этого промежутка зависит от химического состава топлива,
от состава смеси, от давления и температуры в цилиндре и других факторов. Пре-
имущественное влияние на продолжительность первой фазы оказывают: температура,
давление, химический состав топлива и состав рабочей смеси. Эта фаза, получившая
название фазы „скрытого горения", характеризуется тем, что повышения давления
не происходит.
Вторая фаза по продолжительности и величине параметров зависит от формы
и объема камеру сгорания, от степени и характера вихревых движений и обусловли-
вается также продолжительностью первой фазы. Так как интенсивность вихревого
движения внутри цилиндра является функцией скорости двигателя, следовательно и
распространение фронта пламени зависит от скорости двигателя, т. е. от числа
оборотов.
Для того чтобы при увеличении скорости процесс сгорания протекал нор-
мально, необходимо некоторое предварение момента подачи Искры, ибо продолжи-
тельность первой фазы от оборотов, т. е. от степени завихривания, зависит очень
мало. Вторая фаза является постоянной при данной конструкции камеры сгорания
и данной интенсивности вихревых движений и остается постоянной для определен-
ного угла поворота коленчатого вала. В ряде исследований вторая фаза горения
характеризуется повышением давления на 1° поворота коленчатого вала. Характер
перехода первой фазы во вторую определяет собой степень бесшумности работы
двигателя. Таким образом, если двигатель „стучит", это означает, что переход во
вторую фазу происходит резко и имеет место большой скачок давлений на единицу
углового перемещения коленчатого вала. В случае быстроходного дизеля, как пра-
вило, имеет место более резкое повышение давления, чем у бензинового двигателя.
21
Фиг. 33. Индикаторные диаграммы бензинового двигателя при 1 000 и 2 000 об./мин.
Индикаторные диаграммы (фиг. 33) дают соотношение первой и второй фаз
бензинового двигателя при 1 000 и 2 000 об./мин. В первом случае период скрытого
горения по продолжительности равен 10° поворота коленчатого вала. Вторая диаг-
рамма дает продолжительность этой фазы уже 20° по повороту коленчатого вала.
По времени обе фазы равны между собой. В первом случае опережение зажигания
было равно 12,5°, во втором случае 25°. Продолжительность же второй фазы,
т. е. фазы распространения фронта пламени, в обоих случаях равна приблизи-
тельно 10°, и степень повышения давления равна 2,45 «г/сл2 на 1° поворота колен-
чатого вала. В отношение первой фазы горения в бензиновых двигателях с внешним
смесеобразованием надо добавить, что по характеру и продолжительности она опре-
деляется степенью физико-химической подготовленности смеси. В процессе сжатия
смесь находится в условиях возрастающей температуры и давления, вследствие чего
в ней начинаются реакции окисления и подготовка к горению. Искра лишь ускоряет
эти реакции. Воспламенение смеси может быть и до момента подачи искры, если
двигатель сильно разодет, а в случае соответственно высокой степени сжатия само-
воспламенение может иметь место и в холодном двигателе. Следовательно, считать
за начало первой фазы момент подачи искры можно лишь грубо условно.
В отношении дизелей ранее существовало ошибочное мнение, что будто бы
в отличие от бензиновых двигателей воспламенение происходит по всему объему
как бы мгновенно. Процесс горения согласно этой концепции состоит из трех частей:
1) испарение мелких частиц топлива; 2) смешение испаренного топлива с воздухом;
3) горение.
Та-<им образом отсюда следует, что сгорание будет тогда, когда топливо смо-
жет испариться.
Согласно данным ряда исследований установлено, что горение топлива в дизе-
лях происходит в жидкой фазе. Частицы топлива, вылетающие из форсунки в усло-
виях высокой температуры и высокого давления, перемешиваются с воздухом и сго-
рают с поверхности, представляя собой как бы летящие маленькие метеориты.
Суммируя основные выводы по опытным работам, можно сделать следующие
заключения:
1. Для образования ядра пламени в дизелях необходимо испарить очень не-
значительную часть топлива.
2. Для распространения пламени нет надобности в полном испарении топлива,
а, наоборот, выгоднее иметь в испаренном виде возможно меньшее его количество.
3. Горение начинается с поверхности малых капель топлива при соприкоснове-
нии с кислородом, а затем вследствие быстрого движения капли продукты горения
с нее слетают и в соприкосновение с воздухом вступают следующие части капель.
4. Необходимым условием хорошего горения является быстрое относительное
движение топлива с воздухом.
На основании многочисленных опытов с бензиновыми двигателями и быстро-
ходными дизелями Рикардо развил теорию горения в дизелях, которая в настоящее
время является наиболее четко формулированной и подтверждается дальнейшими
опытами и исследованиями.
Рикардо экспериментировал с бескомпрессорным опытным двигателем, с бес-
клапанным распределением, у которого можно было изменять степень и характер
22
перемешивания топлива с воздухом, меняя форму и размеры окон, изменять поверх-
ность и объем камеры сгорания, а также замерять скорости и характер движения
воздуха.
По теории Рикардо горение в дизелях происходит следующим образом.
Первая фаза. Топливо вводится в среду сжатого и нагретого воздуха.
В первый момент зажигания не происходит или оно ограничивается образованием
очагов пламени. Возможно, что зажигание начинается с того момента, когда некото-
рая часть топлива испарится и смешается с необходимым для реакции горения коли-
чеством воздуха.
Эта фаза является фазой „скрытого горения", ибо химическая реакция уже
началась, а давление и температура не повышаются. Скрытая реакция продолжается
до образования некоторого количества очагов пламени. Первая фаза, как весь про-
цесс горения, развивается таким образом, что качественные физико-химические
изменения в рабочей смеси переходят в количественные изменения давлений
и температур.
Грубо говоря, первая фаза состоит из двух периодов: 1) скрытая химическая
реакция и 2) образование очагов пламени, границу между которыми, однако, про-
вести трудно, поэтому в дальнейших рассуждениях в понятие первой фазы мы
объединяем весь процесс до момента повышения давлений и температуры.
Из образовавшихся очагов пламени горение начинается таким же путем, как и
в бензиновых двигателях. Период первой фазы по времени изменяется незначительно.
Решающее влияние на процессы первой фазы оказывают: 1) температура, 2) давле-
ние, 3) химический состав топлива, 4) степень распиливания и 5) состав рабочей
смеси.
Вторая фаза. По характеру такая же, как и в бензиновых двигателях.
Продолжительность ее зависит от интенсивности перемешивания топлива с воздухом
и остается постоянной в отношении угла поворота коленчатого вала. Увеличивая
обороты двигателя, мы таким образом увеличиваем интенсивность движения воздуха
в цилиндре, а также интенсивность перемешивания топлива с воздухом и увеличи-
ваем тем самым скорость протекания процесса во вторую фазу.
Давление, которое может быть достигнуто к концу второй фазы горения,
зависит от: 1) продолжительности этой фазы, являющейся, как было указано выше,
функцией числа оборотов, а следовательно функцией скорости поршня; 2) от харак-
тера впрыскивания топлива в цилиндр, т. е. от формы кулачка и следовательно от
того количества топлива, которое попадает в цилиндр за данный период, и от сте-
пени его распыливания, которая является функцией давлений в топливной магистрали
и конструкции форсунки; 3) от продолжительности первой фазы, которая в свою
очередь зависит от температуры и давления находящегося в цилиндре воздуха,
следовательно и от величины степени сжатия. Влияние продолжительности первой
фазы сказывается, главным образом, в том, что к началу второй фазы накапливается
некоторое количество топлива, тем большее, чем продолжите шнее первая фаза. Так
как количество поступающего из форсунки топлива в единицу времени зависит от
скорости двигателя, а продолжительность первой фазы по времени практически
остается постоянной, влияние продолжительности первой фазы сказывается тем силь-
нее, чем быстроходнее двигатель. Непосредственно это выражается в большой ско-
рости нарастания давления и в большой величине максимального давления вследствие
того, что большее количество топлива вступает в реакацию в начале второй фазы.
Изменив соответствующим образом закон подачи топлива или облегчив физико-
химическую подготовку топлива в направлении сокращения первой фазы по времени,
можно снизить скорость нарастания давления и величину максимального давления.
Третья фаза. К концу второй фазы температура и давление внутри ци-
линдра настолько высоки, что все поступающее из форсунки топливо сгорает неме-
дленно. Давление или продолжает незначительно подниматься, или остается постоян-
ным в зависимости от количества поступающего в цилиндр топлива Если это
происходит во время начавшегося движения поршня вниз, т. е. при увеличивающемся
объеме пространства сгорания, то на индикаторной диаграмме третья фаза будет
характеризоваться или постоянным, или уменьшающимся давлением.
Если первая фаза по продолжительности находится вне контроля, а вторая
фаза является функцией скоростного режима двигателя, то третью фазу можно
23
Фиг. 34. Три фазы процесса сгорания
в двигателе с воспламенением от сжатия.
Фиг. 35. Индикаторная диаграмма опытного
двигателя Рикардо (£>=139,7 мм, S =
= 177 5 мм) при л = 1 500 об./мин., р =
= 7,88 кг/см*, Pi — 9,55 кг!см\ Nt = 43,4.
Углы поворота кривошипа
Фиг. Зб.^Индикаторная диаграмма бы-
строходного двигателя Рикардо (D =
= 139,7 ми, S-= 177,5 мм) при п =
= 2 200 об./мин., Ре = 6,33 кг'слА,
pt = %,57 кг) см.'2. < z= 129,2 г!л. с. ч.
регулировать соответствующим распределением
впрыскивания, т. е. соответствующим профилем
кулачка, длиной трубопровода, регулировкой
форсунки и пр.
На фиг. 34—37 даны индикаторные диа-
граммы, полученные на опытном двигателе Ри-
кардо, диаметр 139,7 мм, ход 177,5 мм,
при числе оборотов 1500 и 2 200 в мин.,
а также индикаторные диаграммы двигателя De-
La-Vergne на 750 об./мин. (£> = 228,6 мм,
5=279,4 мм).
Приведенные индикаторные диаграммы сняты
индикатором Фарнборо. Они характеризуют
продолжительность и характер первой, второй
и третьей фаз горения. При числе оборотов
1300 в мин. продолжительность первой фазы
по углу поворота коленчатого вала наименьшая
и равна приблизительно 5° поворота коленча-
того вала, что составляет по времени 0,00064 сек.; при числе оборотов я=2 200
об./мин.—наибольшая, равная приблизительно 8,5° подворота коленчатого вала, что
по времени составляет так же 0,00064 сек. Это подтверждает, что продолжительность
первой фазы по времени от- числа оборотов не зависит. С увеличением числа
оборотов, например на 7О°/о, продолжительность первой фазы по углу поворота
коленчатого вала возрастает также приблизительно на 7О°/о.
Вторая фаза горения по продолжительности для данного углового перемещения
коленчатого вала остается почти постоянной.
Продолжительность третьей фазы с увеличением числа оборотов несколько
изменяется в сторону уменьшения. Это объясняется тем, что с увеличением числа
оборотов момент впрыскивания топлива наступает раньше; следовательно большая
часть топлива вступает в реакцию горения во время второй фазы; количество же
топлива, догорающего в течение третьей фазы, несколько уменьшается. Как видно
из диаграмм, максимальное давление с увеличением числа оборотов возрастает.
Для первой фазы, период образования которой постоянен по времени, коли-
чество топлива, вступающего в реакцию горения, пропорционально углу поворота
коленчатого вала. Чем больше топлива вводится в цилиндр за этот период, тем
большее количество его будет участвовать во второй фазе и следовательно тем
выше будет давление в цилиндре в конце второй фазы, т. е. максимальное давление
вспышки. С увеличением числа оборотов двигателя в целях снижения максимального
давления впрыскивание должно итти не с постоянной скоростью, а со скоростью
постепенно увеличивающейся с таким расчетом, чтобы в цилиндр не попало слищ-
24
ком много топлива в пер-
вую фазу. Задача сводится
к тому, чтобы перенести
горение главным образом
на третью фазу, где его
эффективность достаточно
высока. Чем ниже точка
воспламенения топлива,
т. е. чем больше разница
между температурой вос-
пламенения топлива и тем-
пературой воздуха внутри
цилиндра, тем короче пе-
риод образования пламе-
ни, т. е. период первой
фазы. Этот период может
быть укорочен примеши-
ванием к топливу детони-
рующих примесей. В слу-
чае двигателей на легких
топливах, со смесеобразо-
ванием вне цилиндра и
воспламенением от свечи,
требования к топливу сво-
дятся к отсутствию дето-
нации; в случае же ди-
зе .ей— с точки зрения
уменьшения первой фазы
по времени — требования
к топливу противополож-
ны: чем больше склон-
ность топлива к детона-
ции, тем лучше.
№’период ингке/гции.
Период сеораниР
Тб» предварение
впрыскивания
Углы поборота
''рибошипа в град.
Фиг. 37. Индикаторная диаграмма двигателя De LaVergne
(D - 228,6 мм, S — 279,4 мм) при п - 750 об./мин.
Первая фаза может быть укорочена путем повышения степени сжатия. Этот
способ может дать достаточно большую разницу между температурой воспламенения
топлива и температурой конца сжатия и увеличить взаимодействие топлива и воз-
духа, т. е. ускорить реакцию образования ядра пламени. Сокращение первой
фазы путем предварительного подогрева воздуха возможно, но нерационально,
ибо влечет за собой потерю в коэфициенте подачи. Рациональным способом
является, следовательно, добавление к топливу специальных примесей (катализаторов)
и такое устройство камеры сгорания, чтобы поверхность ее оказывала кагалитиче-
ское воздействие на ход реакции, а также возможно более мелкое распыливание
в начальный период подачи топлива.
Вторая фаза зависит от количества топлива, которое участвует в реакции,
и главным образом от характера завихривания воздуха. Чем сильнее завихривание,
тем быстрее распространяется фронт пламени по всему объему и тем резче подъем
давлений.
По опытам Рикардо установлено, что подъем давлений прямо пропорциона-
лен интенсивности завихривания. Чтобы пламя быстро распространялось по всему
объему и температура в камере сгорания была бы достаточно высока для
эффективного проведения третьей фазы, нужно интенсивное завихривание, но это
в свою очередь дает большой подъем давлений, что нарушает спокойную работу
двигателя.
На фиг. 38 дана мощность опытного двигателя Рикардо в функции от степени
интенсивности завихривания. С увеличением отношения угловой скорости вих-
ревого потока внутри цилиндра к угловой скорости коленчатого вала мощность
двигателя растет, а расход топлива уменьшается. Максимальное значение мощности
И минимум расхода получились при отношении
ш возд.
ю кол. вала
= 10, т. е. при такой
25
Фиг.'38. Мощность и расход опытного
двигателя Рикардо в фун ции от ин-
тенсивности вихреобразования внутри
- цилиндра.
скорости вихревого потока, при которой за пе-
риод впрыскивания воздух делает внутри ци-
линдра примерно один оборот.
Третья фаза, характеризуемая высокой тем-
пературой и давлением внутри цилиндра, как
было указано, является наиболее эффективным
периодом горения. Топливо воспламеняется с по-
верхности мелких капель, как только попадает
в цилиндр из форсунки Скорость сгорания и
скорость повышения давления можно регулиро-
вать характером впрыскивания. Задача конст-
руктора сводится к тому, чтобы в процессе сго-
рания третий период играл доминирующую роль.
Первый и второй периоды должны служить
лишь подготовительными фазами. Путем анализа
газов в различных точках цикла Рикардо уста-
новил, что до начала третьей фазы тратится
до ЗО°/о введенного в цилиндр кислорода. Основным условием для третьего пе-
риода является большая относительная скорость частиц топлива и воздуха; само
собой разумеется, что в третьей фазе нас должно интересовать сгорание на срав-
нительно небольшом промежутке времени, когда поршень находится еще около
ВМТ. Наличие догорания по линии расширения эффективности процес.а не увели-
чивает, а повышает среднюю температуру внутри цилиндра и перегружает термиче-
ски поршень и клапаны, а также ведет к увеличению расхо ia топлива. Быстрое
относительное движение топлива и воздуха, необходимое для успешного проведения
третьей фазы, может быть достигнуто следующими путями.
1. Впрыскивание топлива под большим давлением.
В случае применения многодырчатой форсунки или же форсунки с веерооб-
разным распиливанием при достаточно грамотном сочетании струи топлива с фор-
мой камеры сгорания этот способ может дать вполне удовлетворительные результаты.
2. Применение форкамерного способа смесеобразования. В форкамере проис-
ходит первый и второй периоды горения. Благодаря быстрому повышению давления
во вторую фазу несгоревшие частицы топлива вместе с воздухом и продуктами
сгорания устремляются в главную камеру с большой скоростью.
Преимущество этого способа заключаются в том, что скорость двигателя не
зависит от скорости впрыскивания, и достигается хорошее распределение топлива
по объему главной камеры. Недостатки его в том, что имеет место большая потеря
тепла при про а оде горящей смеси через мелкие отверстия, а следовательно малая
экономичность.
3 Способ вихревого смесеобразования. В цилиндре образуется вихревой поток
воздуха, струя топлива направляется в этот поток. Сильно нагретый воздух омывает
каждую капельку топлива, освобождая ее от продуктов горения и снабжая кисло-
родом. С точки зрения проведения процесса горения этот способ является вполне
рациональным, но в своем осуществлении имеет целый ряд конструктивных трудностей.
5. Детонация
Явление детонации известно уже в течение 50 лет. По исследованию детона-
ции в бензиновых двигателях имеется большой и разносторонний опыт; на эту тему
написаны сотни трудов, созданы десятки теорий и гипотез. Однако достаточной
ясности и по сей день не имеется.
Процесс детонации в дизелях изучен значительно меньше. Это объясняется
отчасти тем, что процесс быстроходного дизеля изучен вообще слабо, но главным
образом тем, что явление детонации в дизеле встречается значительно реже, чем
в бензиновых двигателях.
При осуществлении процесса по циклу раннего сгорания на некоторых режи-
мах, в особенности при першрузках, явление детонации в дизелях наблюдается также
отчетливо, как и в бензиновых двигателях: появляются характерные „стуки", падает
мощность и несколько увеличивается расход топлива.
26
Как правило, это происходит тогда, когда на данном режиме оборотов, боль-
шей частью малых, двигатель нагружается большим крутящим моментом, и особенно
в случае холодного двигателя.
В Америке были поставлены Griffith’oM и Vincent’oM специальные опыты по
исследованию детонации в дизеле. Работа велась с быстроходным двигателем Док-
сфорд с противоположно движущимися поршнями. Индикаторные диаграммы, снятые
с двигателя, были построены по времени и по времени же были построены кривые
сжатия и расширения. Никаких примесей к топливу не добавлялось.
Анализ индикаторных диаграмм указывает, что скорость нарастания давления
во вторую фазу горения увеличивается в случае детонации. Максимальные давления
могли поддерживаться регулировкой момента впрыскивания.
На основании опытов авторы делают вывод, что детонация является функцией
скорости сгорания, но не максимальных давлений. Этот вывод нуждается в ряде
дополнительных проверок, ибо максимальные давления, как известно, зависят от
скорости сгорания, следовательно можно предположить, что и детонация находится
в некоторой зависимости от максимальных давлений.
Дальнейшае исследования показали, что изменение давлений в процессе сго-
рания (кг/см2) следует очень близко форме топливного кулачка, тогда как скорость
нарастания давления (кг1см21сек) увеличивается в случае детонации. Эти результаты
указывают, что скорость впрыскивания имеет значительное влияние на детонацию.
Исследовалось влияние на детонацию степени сжатия и скорости впрыскивания.
Было установлено, что при постоянной степени сжатия уменьшением скорости
впрыскивания удалось полностью прекратить детонацию. Наиболеее любопытным и
на пер ый взгляд парадоксальным выводом из опытов является то, что детонацию
удается полностью прекратить некоторым увеличением степени сжатия. Эти заклю-
чения были подтверждены рядом дальнейших опытов на быстроходных двигателях
порядка 1 400 об./мин.
Наибольшая детонация была при давлении сжатия 28 ат. С незначительным
увеличением давления сжатия (на 1,4 ат) детонация прекращалась, скорость нара-
стания давления падала с 87 500 до 56 ЗОЭ кг[см2/сек. Увеличением давления сжатия
до 31 ат удалось уменьшить скорость повышения давления до 44 000 кг!см2]сек.
Дальнейшие опыты велись по определению влияния числа оборотов на детона-
цию. Момент впрыскивания менялся лишь для поддержания максимального давления
в одной и гой же точке инди аторной диаграммы. При малых оборотах появлялась
сильная детонация. Скорость нарастания давления была равна 122 000 кг см2]сек.
С увеличением числа оборотов деюнация почти прекращалась, хотя скорость нара-
стания давления составляла 186 000 л:г/слт2/селг.
Суммируя эти интересные опыты, мы получаем, что детонация в быстроходных
дизелях зависит от:
1. Давления сжатия, следователгно от степени сжатия. Увеличение степени
сжатия уничтожает детонацию. Это было замечено как в компрессорных, так
и в бескомпрессорных дизелях.
2. Скорости впрыскивания. Для получения высокоэффективного процесса
сгорания топливо должно быть впрыснуто с возможно большей скоростью; однако
пределом скорости впрыскивания являетiя начало детонации.
3. Числа оборотов. С увеличением числа оборотов детонация прекращается.
4. С увеличением опережения момента впрыскивания детонация увеличивается.
Работа на 2- или 4-тактном цикле в смысле интенсивности детонации заметной
разницы не дает. Влияние формы камеры сгорания и общие условия охлаждения
оказывают некоторое влияние на детонацию, но значительно меньшее, чем это имеет
место в бензиновых двигателях.
Рядом исследовательских работ установлено, что детонация в двигателях
внутреннего сгорания зависит от продолжительности периода скрытого горения, или
первой фазы. Чем продолжительнее этот период, тем вероятнее, что в процессе
горения появится детонация.
Отсюда становится понятным тот парадоксальный на первый взгляд вывод, что
с увеличением степени сжатия в дизелях детонация прекращается. В бензиновых
двигателях увеличение степени сжатия облегчает п явление детонации, ибо там
сжимается см.сь топлива с воздухом. Скрытая реакция горения начинается раньше
27
момента подачи искры. Начало этой реакции и ее протекание зависят главным
образом от температуры смеси. Увеличивая степень сжатия, мы тем самым ускоряем
наступление момента высоких температур до конца хода сжатия и тем самым удли-
няем период скрытой реакции горения. В дизеле сжимается не смесь, а чистый
воздух, следовательно начало реакции горения связано с моментом впрыскивания
топлива. Увеличивая степень сжатия, мы тем самым увеличиваем температуру воз-
духа к началу впрыскивания. Топливо попадает в среду более нагретого воздуха,
и реакция горения протекает интенсивнее. Следовательно продолжительность первой
фазы горения сокращается, и тем менее вероятной становится детонация.
Предварительный подогрев топлива облегчает появление детонации. Это
объясняется тем, что подогретое топливо испаряется более энергично и значитель-
ная часть его превращается в пар при выходе из форсунки в камеру сгорантПг.
Проникновение парообразной части струи будет незначительно, и топливо скопляется
около форсунки, где за короткий промежуток времени образуется очень богатая
смесь, в то время как на других участках смесь сильно обеднится. Возможно, что
на этом участке первая фаза продолжается больший промежуток времени, что об-
легчает переход горения в детонационное.
Нефть в отношении склонности к детонации хуже бензина. Если детонация
в дизетях замечается реже, то отнюдь не потому, что бензин более склонен
к детонации, чем нефть, а потому что осуществление рабочего процесса происходит
по-иному, чем в бензиновых двигателях. Влияние детонирующих примесей в топливе
на уменьшение продолжительности первой фазы горения, повидимому, объясняется
тем, что в условиях высоких температур в момент впрыскивания они действуют как
катализаторы.
В Массачузетском университете (Америка) были произведены интересные
опыты по непосредственному впрыскиванию бензина в двигатель.
Через форсунку, с помощью обычного нефтяного насоса, бензин впрыскивался
во время хода всасывания в одном случае во всасывающий трубопровод, а в дру-
гом — непосредственно в цилиндр. Были произведены также опыты по впрыскиванию
нефти таким же способом. Результаты опытов заключаются в следующем:
1. Среднее эффективное давление несколько повысилось благодаря повышению
коэфициента подачи.
2. На нормальных для бензинового двигателя степенях сжатия наблюдалась
склонность к детонации.
3. При впрыскивании нефти минимальная степень сжатия, при которой не
было детонации,—около 3,5.
Это подтверждает сделанное нами выше предположение, что при наличии вре-
мени и температуры для раннего начала химической реакции детонация облегчается.
При впрыскивании бензина в конце хода сжатия мы можем ожидать при
работе на высоких степенях сжатия (12—15) значительно более слабых признаков
детонации, чем для тяжелого топлива. Oicroaa следует, что конструкторы, стремясь
к осуществлению двухтактного бензинового двигателя, должны осуществлять рабо-
чий процесс так же, как у дизеля, т. е4 сжатие чистого воздуха до высоких давле-
ний и впрыскивание легкого топлива через форсунку без электрического зажигания.
Разумеется, при этом могут быть более высокие максимальные давления, чем
у дизелей, благодаря легкой испаряемости бензина и возможности использования
большего количества кислорода.
Второе обстоятельство — слабое проникновение струи благодаря интенсивному
испарению и неравномерному распределению топлива по объему камеры сгорания.
Это требует достаточного вихреобразования.
6. Топлива
Сравнивая основные физико-химические данные легких и тяжелых топлив, мы
видим, что с возрастанием молекулярного веси, т. е. при переходе от легких к тя-
желым горючим, имеют место следующие характерные показатели.
1. Удельный вес возрастает.
2. Вязкость возрастает.
3. Температура начала кипения возрастает.
28
4. Температура самовоспламенения падает.
5. Температура вспышки возрастает.
6. Теплотворная способность, отнесенная к единице веса, уменьшается.
7. Теплотворная способность, отнесенная к единице объема паров, возрастает.
Основным преимуществом тяжелого топлива по сравнению с легким является
более высокая температура вспышки, что делает его значительно менее опасным
в пожарном отношении.
Вопрос о тяжелых топливах для авиационных дизелей является наименее раз-
рабо генным и исследованным, между тем как влияние топлива на рабочий процесс
дизеля сказывается в очень сильной степени.
' При всех прочих равных условиях высокая эффективность рабочего процесса
целиком зависит от выбранного сорта топлива. Быстроходные дизели, в том числе
и авиационные, часто называются „нефтяными двигателями", между тем ни один
из них не работает собственно на нефти, ибо сырая нефть представляет большое
количество легких и тяжелых фракций и является продуктом весьма неустойчивым
в смысле хранения и эксплоатации. За границей для авиационных двигателей при-
меняются узкие фракции переюнки сырых нефтей, получаемых между керосином и
маслами. В Германии для быстроходных дизелей применяется главным образом
газойль. В Америке для авиационного дизеля Паккард применяется один из средних
отгонов нефти, физико-химические константы которого -лежат в промежутке между
керосином и газойлем. Советская топливная промышленность располагает большим
количеством ле<ких и средних нефтяных отгонов, наиболее употребительными из
которых можно назвать газойль, соляровое масло и моторное топливо или так
называемую моторную нефть (табл. 4).
Таблица 4
Физико-химические константы различных топлив *
С о к 2 Название Уд. в. при 15° С Абс. вязкость Темпера гура : вспышки в °C Температура 1 воспламенении! Эо» Ки. .ToiHocib в мг КОН Темпе- ратура застыв НИЯ °C Хим. состав Высшая тепло- творная спо- собн в кал/кг
При 15°С при 50° С ЭоОО! и .и С °/о Н °/о О ®/о
1 Газойль 0,8738 0,083 0,032 0,013 89 118 0,305 Ниже—30 87,5 12,4 0,1 9 500
2 Соляровое масло . 0,891 0,04 0,063 0.02J 175 180 2,7 Ниже—35 87, 13,0 — 8903
3 Моторная нефть . . 0,894 0,36 0,11 0,03 94 1,59 — — — — 8 801
4 Американское тяже- лое топливо . . 0,813 0,02 0,011 0,005 62 89 — Ниже—35 — — — —
Эти три вида топлив, приме-
няемые для наших быстроходных
дизелей, по настоящее время не
стандартизованы и имеют очень
много разновидностей. На фиг. 39
даны кривые разгонки ряда ино-
странных тяжелых топлив, двух со-
ветских— солярового масла и га-
зойля, а также бензина второго сорта.
Влияние топлива на проте-
кание рабочего процесса в дви-
гателе сказывается в том, что при
одной и той же конструкции фор-
сунки и при данной форме ку-
лачка степень распыливания топ-
лива зависит от его вязкости.
Кривые абсолютной вязкости че-
* По анализу х ’мической лабс-
ратории ПАТИ, произвел иному по
заданию ОНД.
Фиг. 39. Кривые разгонки ряда иностранных тяжелых
топлив, применяемых для быстроходных дизелей;
1 — немецкое парафиновое масло, 2 — с< вето амери-
канский газойль. 3 — мексиканский газойль I, 4 — мек-
сиканский газойль II, 5—аргентинский газойль, 6—
южно-африканский газойль, 7—грозненский бензин II
сорта, 8—советский газойль, 9— соляровое масло.
29
CtSccm totskocmb
6 nya&ax
Фиг. 40. Кривые абсолютной вязкости четырех
ви^ов топлив.
Келе
тырех топлив даны на фиг. 40. При
испытании ряда топлив в Отделе неф-
тяных двигателей ПАМ на некоторых
типах иностранных двигателей (Пак-
кард, Кертинг, Юнкере, Модааг и др.)
и на опытных двигателях ОНД было
установлено, что для каждого топлива
для получения наименьшего расхода и
максимального индикаторного давления
требуется особая регулировка форсунки.
Пределом повышения среднего ин_-
дикаторного давления на данном ско-
ростном режиме является начало дымно-
го выхлопа. Этот момент соответствует
наименьшему индикаторному расходу.
При испытании газойля, солярового
масла и моторного топлива на авиади-
зеле Паккард было установлено, что
каждое из указанных топлив имеет свой
минимальный расход (фиг. 41) и свой
момент начала дымного выхлопа (фиг. 42).
По сравнению с данными для мотор-
ного топлива и солярового масла га-
зойль дает лучшие результаты и является
более подходящим топливом для авиа-
ционных дизелей. Это отнюдь не зна-
чит, что он является лучшим топливом.
В настоящее время
задача сводится к тому,
чтобы путем широкой
научно - исследовательской
работы установить опре-
деленные требования к тя-
желому топливу для авиа-
ционных дви! ателей с тем,
чтобы наша топливная
промышленность могла по
этим требованиям обеспе-
чить поставку лучшего
топлива.
Основными требова-
ниями к тяжелому топ-
ливу для авиадизелей яв-
ляются ориентировочно
следующие:
1. Теплотворная спо-
собность не ниже }0 000
кал)кг.
2. Удельный вес в
пределах 0,75—0,80 zjcMs.
3. Вязкость при тем-
пературе 15° С порядка
1,5—2 градусов Энглера.
‘ 4. Достаточная сма-
зывающая способность,
чтобы при работе насоса,
посадка плунжера которо-
го приближается к 1 классу
точности, не было заедания.
2«*
2V
30
5. Температура загу-
стевания ниже, минус 40° С.
6. Период первой фазы
горения должен быть воз-
можно меньшим.
7. Возрастание давле-
ния на 1° поворота колен-
чатого вала во вторую фазу
горения должно быть воз-
можно меньшим.
8. При нормальной на-
грузке и соответствующей
регулировке впрыскивающей
системы должен быть чистый
выхлоп без запаха и дыма.
Отходящие I азы должны
быть безвредны для орга-
моторнат 1 недотЬ I ’3 © £ О Серый 1 Ч Г..| „ЦП М.. ЧернЫй
<?о/?яоооое Л СветлЬ/й Серый ЧернЬ/й.
И ёазолЬ Светлый Серый Черный
/500 /воо ZZOO лоо /9СО gooo аюо
Фиг. 42. Диаграмма дымления по дроссельной характери-
стике авиадиоеля Паккард при испытании на трех совегских
топливах.
низма.
9. Большая склонность
к детонации. Логичность
этого требования выяснена
отчасти в главе о процессе сгорания и детонации, а также и
10. При продолжительном хранении топливо не должно
ни было осадков и должно сохранять однородность.
11. Минимальное образование нагара на поверхности
в этой главе — ниже,
давать каких бы то
поршня и камеры
сгорания.
12. Минимальная кислотность и склонность к коррозированию при контакте
со стальными и алюминиевыми деталями.
13. Наименьшая склонность к насыщению воздухом и находящимися в воздухе
водяными парами при давлении воздуха порядка 3—5 ат, ибо наличие частиц
воздуха и водяных паров в сильной степени нарушает правильную работу насоса
и форсунки.
14. Интервал между температурой начала кипения и температурой полного
испарения должен быть не выше 150°.
15. После полного испарения не должно быть смолистых и коксовых
остатков.
16. Коэфициент сжимаемости при давлении 300 ат не должен превышать
1/20000 объема на каждую атмосферу давления. Это требование особенно важно
в случае работы с открытой форсункой.
17. Топливо должно обеспечивать быстрый пуск двигателя в ход.
18. Возможно большая чистота в целях предохранения отверстий форсунки
и фильтра от засорения.
Изложенные здесь требования большей частью носят общий характер. Кон-
кретизация их является задачей неотложной научно-исследовательской работы.
Влияние топлива на рабочий процесс двигателя в настоящее время мало
исследовано. Тем больший интерес приобретают те немногочисленные исследования,
которые нам известны на сегодняшний день.
В Америке, в исследовательской лаборатории Anglo-Persian Oil, было произ-
ведено исследование 12 различных топлив с уд. в. от 0,793 до 0,929. Испытания
были произведены на ряде двигателей: Me. Laren Benz. Junkers, Robey.' Основная
задача испытаний сводилась- к определению продолжительности первой фазы гс рения
и склонности топлив к детонации. Во время работы были засняты с помощью
индикатора Фарнборо индикаторные диаграммы. На индикаторных диаграммах отме-
чались: момент начала впрыскивания и момент начала повышения давления, т. е. вто-
рой фазы горения. Величина промежутка режлу этими двумя точками бралась за
продолжительность первой фазы.
На фиг. 43 даны развернутые индикаторные диаграммы, полученные на дви-
гателе Robey для ряда топлив. Здесь наименьшую величину первой фазы имеет
топливо 2 и наибольшую величину — топливо 13. Наименьшую скорость повышения
31
Фиг. 43. Развернутые индикаторные диаг-
раммы для ряда топлив, полученные на дви-
гателе Robey при п = 275 об./мин.
сивности детонационных ctjkob в
двигателях Junk.rs и Me. Laren
Benz для различных топлив на раз-
ных скоростных режимах.
давления дает топливо 5. Так как при этом для топлива 5 величина первой фазы
немного отличается от таковой для топлива 2, то с точки зрения проведения рабо-
чего процесса топливо 5 наиболее приемлемо; топливо 2 представляет собой смесь
легких погонов и тяжелых остатков парафинового ряда (уд. в. 0,870); топливо 13 —
керосин (уд. в. 0,793) и топливо 5 — шотландский газойль (уд. в. 0,833) (табл. 5).
На фиг. 44 приведена степень интенсивности детонационных стуков для всех
указанных в табл. 5 топлив, испытанных на двигателях Me. Laren Benz и Junkers
на различных скоростных режимах. Для большинства топлив наибольшая детонация
имела место на малых скоростных режимах. С повышением числа оборотов дето-
нация или ослабевала, или прекращалась совсем. Лишь топливо 8 на двигателе
Me. Laren Benz давало наивысшую интенсивность детонации при л = 800 об./мин,
меньше детонируя при других числах оборотов.
Отмеченное выше топливо 5 (газойль), у которого продолжительность первой
фазы небольшая, вместе с топливом 2, у которого первая фаза наименьшая, имеют
и наименьшую склонность к детонации.
Был произведен ряд опытов по исследованию влияния примесей для уменьше-
ния первой фазы. К топливам прибавлялись амилнитрит, ацетальдегид, бензольде-
гид, которые, повышая способность топлива к
м/см' - детонации, являются детонаторами. Если бы эти
Фиг. 45. Развернутые индикаторные
диаграммы, полученные на двигателе
Me. Laren Benz для различных топлив
без примесей и с примесями при
п = 590 об./мин.
примеси были введены в топливо, которое вво-
дится в цилиндр до начала хода сжатия, дето-
нация увеличилась бы; в данном случае они иг-
рали роль катализаторов.
На фиг. 45 даны развернутые индикатор-
ные диаграммы для топлив с примесями и без
примесей. Топливо 12, дающее без примесей
резкое повышение давлений за вторую фазу и
сравнительно большую по продолжительности
величину первой фазы, с прибавлением детони-
с рующих примесей ведет себя следующим обра-
зом: продолжительность первой фазы сокра-
щается и вторая фаза проходит с меньшей ско-
ростью нарастания давления. Топливо 1 в случае
прибавления детонаторов дало также более по-
логую линию второй фазы.
Сокращение первой фазы и более пологое
протекание линии горения во вторую фазу дает
32
ее
'ИЬ’ЭГВЛИН'Й вниноийвиау
Я
Е
О
2
я
т
Е
Е
о
атгоика
Е
ОО ОО КЗ
СП 00 о о ю
ЗЭСл 03
ОО СП
спел
слслаюоы
КЭСл<О
от со «о
Дистиллят нефти сме-
шанного состава, главк,
образом парафинистого
Дистиллят и остаток
аооматического и наф-
тенового основания
Смесь дистиллята и остат-
ка, преобладает арома-
тическое основание
Камени <угольныи крео-
зот, полученный при
низких темпера гурах
Дистиллят нафтенов аро-
матического, гл. образ,
нафтенового основания
Дистиллят нефти сме-
шанного основания
Дистиллят нефти сме-
шанного основания
Керосин из той же
нефти, как № 1
Остаток нефти смешан-
ного состава, особенно
парафинистого_________
Смесь дистиллята и ос-
татка, главным образом
парафинистого
Смесь дистиллята и ос-
татка, главным образом
парафинистого
Остаток нефти нафтено-
вого основания
Шотландский газойль
сланцевого происхож-
дения
Дистиллят нефти сме-
шанного основания
Ьо
СП СО ND ОО О
ЕООО ND
О ОО <—*
ООО
ОООП
Элемен-wro
3-S тарный § и
s > состав
—• пр
Ж Ё
ф ~
WOJ W Ю № КЭ КЗ
т ' -- - —
• ••••• • ••••• •••••• • ••••• • ••••• ...... ороду . . .
СПО»
00 со
со со
1 —
О —- ОО
Сл ND ND ОСП
МейЬЩие зьйчения Максимальных давлений и менее ударный характер нагрузки. Эти
опыты вполне подтверждают тот основной вывод, что требования к топливу для
авиационных двигателей на тяжелом топливе в смысле детонационных свойств прямо
противоположны требованиям к топливам для бензиновых двигателей.
7. Системы смесеобразования и камеры сгорания.
Смесеобразование в бензиновых двигателях обеспечивается по' преимуществу
вне цилиндра. Отсюда понятно, почему камеры сгорания бензиновых двигателей
отличаются простотой конструктивных форм и сжатостью.
В основном существуют три типа камер сгорания у. бензиновых авиационных
двигателей: плоская, шатровая и сферическая. Требования к камере здесь сводятся
к следующему: 1) минимальные тепловые потери, т. е. возможно меньшее отно-
шение поверхности к объему камеры; 2) отсутствие резких переходов и сильно на-
гретых выступающих частей; 3) наибольшие суммарные сечения всасывающих и
выхлопных отверстий.
Существует точка зрения, что форма камеры сгорания бензинового двигателя
должна обеспечить турбу юнтность, т. е. такие вихревые движения, которые, давали
бы бездетонационную работу на более высоких степенях сжатия, а также, что форма
камеры сгорания должна соответствовать форме волны горения, имеющей, как пред-
полагается, сферическую форму. На опыте с быстроходш тми бензиновыми двигателями
зта точка зрения не подтверждается, ибо двигатели с наипростейшей формой камеры,
т. е. с плоской формой, дают такую же высокую эффективность процесса, как
и некоторые камеры весьма усложненной формы.
Основным условием эффективности процесса ъ быстроходных дизелях является
хорошее перемешивание топлива с воздухом. В располагаемый малый промежуток
времени, выражающийся в тысячных и менее долях секунды, нужно перемешивать
с воздухом всю порцию впрыснутого топлива с тем, чтобы заставить бблыпую часть-
заключенного в объеме цилиндра кислорода вступить в реакцию сгорания. Это
означает, что центр тяжести проблемы лежит в смесеобразовании.
В настоящее время существует очень много способов осуществления процесса
смесеобразования в двигателях тяжелого топлива. Основными способами являются:
карбюрирование соплива (внешнее смесеобразование), распыливание топлива с по-
мощью сжатого воздуха (компрессорные двигатели) и непосредственное распылива-
ние внутри цилиндра (внутреннее смесеобразование).
Способ компрессорного смесеобразования в быстроходных двигателях почти
не применяется, хотя он позволяет работать с высокой степенью сжатия порядка
15—16 и дает достаточно высокую экономичность. Однако то усложнение, которое
вносит компрессор в конструкцию двигателя, дополнительный вес компрессора и труд-
ность осуществления высокого скоростного режима заставили конструкторов автомо-
бильных и авиационных двигателей от этого способа отказаться.
На фиг. 46 показаны формы камер сгорания двигателей с воздушным рас-
пиливанием.
Фиг. 46. а) Схема камеры сгорания компрессорного двигателя Майбах; бив) формы камер
сгпрая"я компрессорных двигателей Woithington; г) форма камеры сгорания компрессорного
двигателя North British. L- _
34
Фиг. 47. Схемы кямер сгорания двигателе)": а) Бердмор, 6) Фиат, в) Bronander, г) Hildebrand*
д) MAN, е) типичная, форма конической камеры сгорания.
Главные способы осуществления бескомпрессорного смесеобразования сле-
дующие.
I. Карбюрирование тяжелого топлива. Здесь смесеобразование
производится вне цилиндра, с помощью специального карбюратора или испарителя.
Этот способ не дает возможности работать на высоких степенях сжатия из-за прежде-
временных вспышек и детонации и требует электрической системы зажигания. Он
является неэкономичным и в* автомобильных и в авиационных типах двигателей
почти не применяется. Если топливо в тонко распыленном виде вводить во всасы-
вающий трубопровод, будет иметь место конденсация и преждевременные вспышки
(при высоких степенях сжатия), а также детонация, ибо температуры воспламенения
тяжелого топлива ниже, чем легкого, а детонационные способности выше.
При работе на степенях сжатия порядка 4—5 будет малая экономичность.
Если же ; матах степенях сжатия и при наличии электрического зажж ания топливо
вводить в испаренном виде, будут значительные потери в коэфициенте наполнения
по воздуху и, следовательно, малые значения среднего индикаторного давления.
II. Многоструйное безвихревое распиливание. Этот способ ха-
рактеризуется тем, что в простую форму камеры сгорания, где не имеется никаких
приспособлений для завихривания, топливо впрыскивается через форсунку с несколь-
кими отверстиями с таким расчетом, чтобы струи топлива обстреляли весь объем
каперы сгорания.
На фиг. 47 показаны формы камер сгорания, где бсуществляется этот метод
смесеобразования. Основное требование к форсунке в случае подобной камеры сго-
рания заключается в том, чтобы топливо было исключительно хорошо распылено.
Сама же форсунка должна быть расположена таким образом, чтобы струи топлива
подходили близко к поверхности днища поршня, но не касались ее. Для случая
таких камер обязательна форсунка с многими отверстиями, но ввиду опасности за-
3* 35
Фиг. 48. Схемы камер сгорания двигателей: a) Treiber & English Electric, б) Winton,
Westinghouse и Bessemer, в) Foes, г) Vickers, д) Me Jntosh, e) Dorner, ж) MAN^) Stearns.
сорения малых отверстий рационально применять форсунку закрытого типа с вееро-
образным распыливанием с растягивающимся стержнем, или с пружиной *.
Последнее более выгодно, ибо в многоцилиндровом двигателе легче достичь
одинаковой регулировки многих форсунок. Глубину проникновения струи нужно
допускать с таким расчетом, чтобы струя не доходила до стенок цилиндра. Успешная
работа форсунки с веерообразным распыливанием зависит от хорошей центровки
стержня (клапана), ибо малейшее отклонение его дает неравномерный веер и ухуд-
шает процесс. Опыт показывает, что при данном способе смесеобразования решаю-
щую роль играет форсунка.
III. Способ многоструйного .распиливания с вихрями от
поршня. Этот способ характеризуется тем, что конструкция поршня при простой
камере сгорания делается такой, чтобы к концу хода сжатия в камере сгорания
образовалось необходимое вихревое движение воздуха; в завихренный воздух впры-
скивается из многодырчатой форсунки топливо.
На фиг. 48 приведены типы камер сгорания, в которых осуществляется этот
способ смесеобразования. К числу преимуществ поршневого вихреобразования нужно
отнести сравнительно простую конструкцию камеры сгорания. Наличи^ элементов
завихривания несколько уменьшает строгие требования к форсунке. Однако распи-
ливание здесь попрежнему играет решающую роль, и требования к форсунке
остаются достаточно высокими, ибо степень распыливания и пробивная способность
струи должны быть вполне достаточными для перемешивания топлива с воздухом.
Образующийся от поршня вихрь направлен к оси цилиндра и сам по себе хорошего
смесеобразования еще не обеспечивает. х
Существенным недостатком данной конструкции является то, что выступающие
кромки поршня сильно перегреваются, а также затруднен отвод тепла от централь-
ной части поршня. Эго обстоятельство заставляет в случае высокого скоростного
режима двигателя к применению подобного типа камер сгорания относиться с осто-
рожностью.
1 Идея форсунки с растягивающимся стержнем была предложена проф. Л. К. Мартенсом.
36
I
л
Фиг. 49. Схемы камер сгорания двигателей: a) Bleackstone, б) Gleniffer, в) Held, г) De La
Vergne, д) Hildebrand, е) Falk (стар, тип.), ж) Price, з) Falk (нов. тип.), и) Deutz, к) Ruston
Hornsby, л) Bieleield.
\ 1
IV М н or о с т ру й н о е р а си ы л и в а н и е с искусственным вихреоб-
разованием внутри цилиндра с помощью специальной к о н-
стр.укции камеры сгорания. При этом камера сгорания устраивается
со специальной горловиной в переходной части к цилиндру, с *тем чтобы воздух,
проходя через горловину, завихривался, а в завихренный поток в конце хода сжа-
тия впрыскивают топливо. *
х На фиг. 49 показаны соответствующие формы камер сгорания. В данном типе
камеры можно получить хорошее смесеобразование без особо высоких давлений
распиливания и при более простой конструкции форсунки. Основным недостатком
является сложная и объемистая конструкция головки цилиндра, что делает эту схему
мало применимой для быстроходных двигателей и почти неприменимой для авиа-
ционных двигателей тяжелого топлива. Недостатком такого типа камер является
так же большое отношение поверхности камеры к ее объему, что ухудшает эконо-
мичность двигателя.
V. Способ смесеобразования с помощью искусственного
создания вихревого потока воздуха внутри цилиндра. Этот способ
характеризуется специальной конструкцией цилиндра или специальными приспособ-
лениями, обеспечивающими завихривание воздуха при входе его в цилиндр с таким
ч 37
Фиг. 50. Схемы камер сгорания двигателей: а) Юнкере, б) Рикардо, в) Паккард, г) De La
Vergne, д) Гессельман (старый тип), е) Гессельман (новый тип), ж) Крупп, в) АЕС.
расчетом, чтобы завихренный поток оставался до конца хода сжатия и сохранил
свою интенсивность во время горения, обеспечивая этим самым перемешивание
топлива с воздухом.
На фиг. 50 приведены схемы камер сгорания ряда двигателей, работающих
по этому способу. У двигателей Юнкерса и Рикардо завихривание воздуха дости-
гается соответствующим расположением и формой впускных окон. У двигателя
Паккард имеет место комбинированный способ создания завихренного потока внутри
цилиндра. Боковое расположение клапана обеспечивает движение воздуха вокруг
оси цилиндра Специальная же конструкция головки поршня обеспечивает завихри-
вание воздуха в вертикальной плоскости. У двигателя De La Vergne вихревой поток
создается специальным наклонным расположением всасывающих каналов в головке
цилиндра. Кроме того кромки поршня создают еще завихривание в вертикальной
плоскости. У двигателей Гессельман и Крупп завихривание воздуха производится
с помощью специальных ширм, устроенных на тарелках всасывающих клапанов.
С точки зрения наибольшей интенсивности вихревого потока схемы Юнкерса и Ри-
кардо являются наиболее рациональными, хотя их конструктивное осуществление
представляет большие затруднения. С точки зрения наименьших трудностей заширм-
ленный клапан является очень заманчивым и представляет по сути дела самое
простое средство получить завихренный поток. Однако завихривание в этом случае
является недостаточно интенсивным. Для быстроходных двигателей все указанные
схемы являются рациональными. Две из них (Юнкере и Паккард) осуществлены
в авиационных конструкциях.
К этому же способу смесеобразования можно отнести и одну из последних
конструкций английской фирмы АЕС, сконструированную совместно с Рикардо.
Сущность ее (фиг. 50„з) заключается в том, что в головке цилиндра имеется спе-
38
Фиг. 51. Схемы камер сгорания двигателей: а) Бени, б) Бенц, в) Бюссинг, Ганомаг, г) Кертинг
д) Jendrassik, е) Броне, ж) Дейц, з) Штейнбеккер, и) Hill (старый тип), к) Hill (новый тип)
л) Фербенкс-Морзе.
циальная камера, сообщающаяся с пространством цилиндра каналом, ось которого
расположена параллельно касательной к поверхности шаровой камеры. Такое
расположение канала обеспечивает тангенциальное направление входящему воз-
духу и интенсивное завихрение. Топливо впрыскивается во вращающийся поток
воздуха.
Достоинство этой камеры заключается в получении надежного завихривания
сравнительно простые способом. Недостатки: усложнение конструкции головки, стес-
нение клапанов и большое отношение поверхности к объему.
VI. Способ форкамерного смесеобразования характеризуется тем,
что в головке цилиндра устраивается специальная камера, сообщающаяся с камерой
горения одним или несколькими малыми отверстиями. В конце хода сжатия топливо
впрыскивается в эту камеру, и там происходит первач и часть второй фазы горе-
ния. Когда давление внутри камеры повысится по сравнении} с давлением в главной
39
Фиг. 52. а) Схемы камер сгорания с вспомогательно! воздушной камерой по системе Акро-
Бош, б) двигателей Ззурер, в) АЕС, г) MWM, д) схема камеры сгорания типа Lanova.
е) схема вспомогательной воздушной камеры внутри поршня; ж) схема камеры сгорания дви-
гателя Кюмминс.
камере сгорания, горящая смесь устремляется в главную камеру и там (в процессе
развития горения) происходит дальнейшее перемешивание топлива с воздухом и за-
канчивается процесс горения.
На фиг. 51 показан ряд типов камер сгорания с форкамерами. Во всех слу-
чаях за исключением нового типа двигателя Hill и Фербенкс-Морзе форкамеры сое-
динены с главными камерами малыми отверстиями. Для двигателей средней быстро-
ходности, а также для тихоходных двигателей форкамерный способ смесеобразования
представляет большой интерес, ибо при нем снижаются требования к насосу, фор-
сунке и топливу. Большим недостатком этого способа смесеобразования для авио-
ционных двигателей является необходимость в усложнении конструкции головки
цилиндра и высокий расход топлива благодаря большому отношению общей поверх-
ности камеры сгорания к ее объему и потерям тепла при проходе через малые
отверстия. Однако, надо указзть, что фирма Даймлер-Бенц построила мошный
авиадизель с ф ркамерэй, добившись ряда успехов.
VII. Вспомогательная воздушная камера. Этот способ характери-
зуется тем, что в одном случае в головке цилиндра, в другом случае — внутри поршня
устраивается специалчная вспомогательная воздушная камера (Luftspeicher), сообщаю-
щая :я с главной камерой горения узкой горловиной. К концу хода сжатия струя
топлива направляется в эту горловину, и, как можно предполагать, внутри вспомо-
гательной камеры начинается процесс горения. Когда давление внутри этой камеры
будет выше давления главной камеры, находящийся там воздух вместе с распыленным
топливом устремляется через горловину в главную камеру, где и заканчивается
процесс смесеобразования уже во время самого горения.
На фиг. 52 приведены главнейшие типы камер сгорания с вспомогательной
воздушной камерой. В основном так же, как и в случае форкамеры, роль вспомога-
тельной воздушной камеры сводится к обеспечению смесеобразования. Размеры этой
камеры и ее формы во всех случаях устанавливались экспериментальным путем.
Так же, как и для форкамеры, для нее не разработано в настоящее время сколько-
нибудь точного метода расчета. Этой камере, так же как и форкамере, иногда
склонны приписывать особую роль в смысле физико-химических процессов, которые
40
/
Фиг.’53. Схемы камер сгорания двпгатепей: а) Листер, б) .’Линке-Гофман, в) Оберхэнсли,
г) Крупп с испарительным кольцом.
происходят в топливе в первую фазу сгорания. Однако этот вопрос еще доста-
точно не исследован.
VHI. Специальная камера. Этот способ характеризуется тем, что
внутри цилиндра, в боковой или верхней части камеры сгорания, устраивается спе-
циальное дополнительное пространство, сообщающееся с главной камерой достаточно
большим отверстием.
В некоторых случаях в этом пространстве устраивается специальная вставка,
изолированная в тепловом отношении от тела головки. Топливо впрыскивается
внутрь этой вставки и, попадая на сильно нагретые стенки, частично испа-
ряется, чем обеспечивается лучшее смесеобразование. На фиг. 53 а, б, в, даны схемы
таких камер. *
IX. Испарительные вставки. Этот способ характеризуется тем, что
внутри камеры сгорания вставляется специальное испарительное кольцо, изолирован-
ное в тепловом отношении от материала цилиндра. Впрыснутое в цилиндр топливо
попадает на нагретую поверхность кольца и испаряется. Здесь весь процесс горения
происходит в главной'камере сгорания. Схема камеры показана на фиг. 53, г.
X. Способ Гессельмана. Этот способ характеризуется тем, что двигатель
с электрическим зажиганием работает на низкой степени сжатия с непосредственным
впрыскиванием внутрь цилиндра. Внутри камеры сгорания образуется завихрен-
ный поток воздуха и в него впрыскивается топливо. Зажигание происходит от
электрической свечи. Способ Гессельмана позволяет работать на легких и тяжелых
топливах. Осуществленные по данному способу двигатели работают на тяжелых
топливах и отличаются весьма низкой экономичностью. ч
XI. Способ Константинова, примененный на ряде опытных двигателей
Института авиационного моторостроения, характеризуется тем, что вместо завихри-
вания воздуха применяется вращающаяся форсунка. При хорошем конструктивном
и производственном осуществлении форсунки этот способ дает вполне благоприятный
эффект.
На сегодняшний день развитие быстроходного дизелестроения идет по многим
направлениям, и мы еще не имеем достаточных данных для окончательного призна-
ния той или иной из указанных систем в качестве лучшей или же для вполне
определенной отрицательной'Тэценки той или иной системы.
Рассматривая опытные данные по работе двигателей различных систем смесе-
образования, можно видеть, что каждой из них присущи свои достоинства и свои
недостатки. Если брать за исходную величину при оценке двигателя среднее эффек-
тивное давление, расход топлива и относительный вес на единицу эффективной
мощности, то нужно признать, что есть двигатели с многоструйным распиливанием,
давшие весьма хорошие результаты; вместе с тем среди них есть и такие, которые
дают неудовлетворительные результаты.
То "же самое можно сказать о двигателях с различными устройствами специ-
альной камеры внутри цилиндра.
Суммируя краткий обзор способов смесеобразования, мы вицим, что в основ-
ном они разделяются на 2 категории: непосредственное смесеобразование в главной
41
камере и смесеобразование посредством вспомогательной камеры. Большинство осу-
ществленных конструкций авиационных двигателей имеют непосредственное смесеоб-
разование в главной камере. Наиболее известные из них — Юнкере и Паккард
имеют вихревое движение воздуха. ,
Как было указано выше, конструктивное осуществление двигателя р этом на-
правлении наталкивается на ряд затруднений, хотя преимущества кругового вихря
с точки зрения осуществления эффективного рабочего процесса бесспорны. Эти пре-
имущества сводятся к следующему:
1. Можно использовать до 80°/о кислорода в процессе сгорания.
2. Вследствие компактной формы камеры сгорания потеря тепла при ходе сжа-
тия незначительна, следовательно легче осуществить пуск двигателя в холодную
погоду. При этом способе имеют место сравнительно высокий индикаторный к. п. д.
и малая величина индикаторного расхода.
3. Можно работать с форсункой с большими размерами отверстий.
4. Можно работать с меньшей степенью сжатия, избегая] таким образом боль-
ших затруднений пр-: запуске двигателя.
Значительно более простым способом с конструктивной точки зрения является
безвихревое смесеобразование в главной камере. Его главные преимущества заклю-
чаются также в простой компактной форме камеры сгорания и головки цилиндра,
малой величине отношения поверхности камеры к ее объему, следовательно и в мень-
ших тепловых потерях.
Недостатки этого способа заключаются в следующем:
1. Ограничение скорости мотора /Коростью прохождения жидкого горючего
через камеру сгорания. Отсюда — необходимые высокие давления во впрыскивающей
топливной системе. _
2. Впрыскивание горючего под высоким давлением требует сложной и точной
конструкции насосов и форсунок.
3. Трудно поддержать постоянный угол между струями распыленного топлива,
ибо в случае малейшего засорения отверстия форсунки происходит значительное
отклонение струи от заданного направления и равномерность перемешивания топлива
с воздухом нарушается.
Однако, в случае применения специальных типов форсунок, где струи топлива
выходят не из нескольких отверстий, а сплошным веером/ эти недостатки частично
отпадают.
Наиболее рациональным типом форсунки следует считать форсунку типа Пак-
кард— закрытую, с пружиной или с растягивающимся стержнем; форма камеры сго-
рания при этом должна соответствовать форме струи.
Форкамерный способ смесеобразования имеет следующие преимущества.
1. Отверстие форсунки может быть сделано большим, и таким образом отпа-
дают затруднения как с производством маленьких отверстий; так и с засорением
во время работы.
2. Направление струи имеет меньшее значение.
3. Давление впрыскивания благодаря применению форсунки с большими от-
верстиями требуется значительно более низкое, чем в случае непосредственного
впрыскивания; следовательно конструкция насоса и форсунки может быть доста-
точно проста.
4. Благодаря невысокому давлению в топливной магистрали деформация тру-
бопроводов почти не отражается на моменте прдачи.
Недостатки, присущие форкамерному смесеобразованию заключаются в сле-
дующем:
1. Благодаря прохождению горящей смеси через малые отверстия с большой
поверхностью охлаждения имеет место потеря тепла, вследствие чего увеличивается
расход топлива. „
2. Для запуска двигателя необходимо применить специальные приспособления
в виде запальной свечи и др.
3. Неизбежное усложнение конструкции головки цилиндра.
42
8. Опыты по испытанию быстроходных дизелей
и вопрос о характеристике.
Меняя момент на тормозе и давая полный дроссель для каждого данного
значения момента, мы получаем так называемую внешнюю характеристику авиа-
ционного двигателя; при данной величине момента, меняя положение дросселя, мы
получаем так называемую дроссельную характеристику. Соответственно получаем
кривые расхода топлива по внешней и дроссельной характеристике, т. е. мощность
и расход в функции от числа оборотов двигателя
С точки зрения конструкции режим максимальной мощности соответствует
допустимой нагрузке деталей и определяется в зависимости от величины напряже-
ний, износов и продолжительности работы двигателя. С точки зрения процесса
сгорания режим максимальной мощности определяется величиной индикаторного
расхода, т. е. полнотой сгорания.
Всасывающая система авиационного бензинового двигателя подбирается из та-
кого расчета, чтобы при максимально возможном количестве воздуха карбюратор
дал необходимое для сгорания количество топлива. Есть предел, после которого
дальнейшее насыщение воздуха топливом эффективности процесса не увеличивает.
Этим пределом в случае бензиновых смесей является значение коэфициента избытка
воздуха а 2^0,9
В основном существуют два способа регулировки мощности двигателя: ^регу-
лировка по составу рабочей смеси — объем воздуха остается примерно постоянным,
а количество подаваемого топлива меняется; 2) по коэфициенту подачи — изменя-
ется одновременно количество воздуха и количество топлива при значении а, близ-
ком к постоянному.
\ В авиационном бензиновом двигателе карбюратор регулируется таким образом,
чтобы при полном открытии дросселя давать значение а, соответствующее макси-
мальной мощности, т. е. чтобы по внешней характеристике а не изменялась. Этого
практически достигнуть трудно, ибо а зависит от скорости воздуха в диффузоре,
а следовательно и от числа оборотов двигателя. Таким образом характеристика
авиационного двигателя получается путем изменения коэфициента подачи и а. *
Режим максимальной мощности бензинового двигателя соответствует значению
а в пределах 0,85 -— 0,90.
Минимальный расход соответствует значению а несколько большему единицы.
В двигателях тяжело'о топлива характеристика получается главным образом
путем изменения а.
Вопрос о наивыгоднейшем значении а для режима максимальной мощности
и режима минимального расхода топлива для авиадизелей выяснен еще недоста-
точно.
Режимом номинальной мощности для двигателей тяжелого топлива надо счи-
тать режим, соответствующий концу бездымного выхлопа; режимом максимальной
мощности — 1,25 от. номинала.
Основным фактором, который должен определять работу двигателя на режиме
максимальной мощности, является величина расхода топлива и по внешним призна-
кам-— характер выхлопа. Наличие серого, темносерого и черного дыма в выхлопных
газах указывает на плохое сгорание, что будет соответствовать высокому расходу.
Приведенные на фиг. 42 диаграммы дымления двигателя Паккард указывают, что
номинальная мощность его равна 160—170 л. с. Указывая мощность в 225 л. с.,
фирма тем самым выдает максимальную мощность двигателя за номинальную. Конечно
на режиме 225 л. о. Паккард может работать, но при высоких значениях расхода
и с черным дымом на выхлопе.
Быстроходный двигатель на тяжелом топливе, в том числе и авиационный^-
при данном топливе, насосе, форсунке и данной регулировке имеет две характерных
кривых мощности:1
1. мощность в функции, от оборотов, соответствующую минимальным расходам;
2. мощность в функции от оборотов, соответствующую максимальным пере-
грузкам.
Эти кривые получаются следующим образом. При постоянных оборотах меняется
крутящий момент до максимального значения, определяемого моментом начала падения
оборотов, и для каждого значения крутящего момента определяется расход топлива,
43
Фиг. 54а. Кэивые расхода топлива авиадизеля Паккард в зависимости от мощности при
постоянных оборотах.
т. е. строится кривая расхода в функции от мощности при постоянных оборотах.
Получив ряд таких кривых для ряда значений оборотов, максимальное из которых
определяется конструкцией двигателя, и имея на каждой кривой минимальное значение
расхода, соответствующее определенному значению мощности, можно построить
характеристику N=f (п) для миниматьных расходов.
Характеристика по максимальным перегрузкам строится таким же образом,
только берется уже не мощность, соответствующая минимальному расходу, а макси-
мальное значение мощности, соответствующее еще устойчивому скоростному режиму.
Из этой же основной сетки кривых (Ce=f (N. п) строятся и соответствующие
кривые расхода топлива и среднего эффективного давления.
На фигурах 54а, 546, 54в, 54г даны характеристики двигателей Паккард
и Юнкере (одноцилиндровый), полученные указанным способом в Институте авиа-
ционного моторостроения.
Максимальная развиваемая двигателем мощность не всегда может быть допущена
в эксплоатации, ибо работа двигателя на таком режиме большей частью связана
с догоранием по линии расширения и опасным повышением температурного режима.
Максимальная эксплоатационная мощность должна быть установлена в процессе опыт-
ных испытаний в интервале между двумя основными кривыми мощности, исходя
из величины расхода и допустимого температурного режима.
Одной из существенных задач испытаний является выявление устойчивости
теплового режима, т е. насколько устойчиво при данном моменте двигатель сохра-
няет заданный скоростной режим и расход топлива, а также обязательное снятие
индикаторных диаграмм на указанных режимах с целью определения характера про-
цесса, величины максимального давления и механического к. п. д.
Особо следует заметить, что на продолжительное испытание двигатель^ должен
итти с форсунками, специально отрегулированными на данное топливо. Изменение
сорта топлива в процессе испытаний, особенно если новое топливо имеет другую
вязкость, может повлечь перемену в работе двигателя.
Поскольку для авиационного двигателя является обязательным устойчивый ре-
жим малых оборотов („холостой" ход), двигатель должен иметь приспособление для
дросселирования воздуха. Это требование станет понятным, если учесть, что при
малых оборотах нужно дать в цилиндр незначительное количество топлива. Если
количество воздуха при этом не уменьшается, а сильно возрастает и ре «им
двигателя становится неустойчивым.
Первая серия аваадизеля Паккард не имела1 приспособления для дросселирова-
ния. По' указанной выше причине конструкторы вынуждены были в следующей
44
Л.С.Ч
200
100
— — —з=1200 — л=П00
dx ' Ч > S 3' II II о со э о S 3 ° g
/ / 6 =-/•/ -ои J —о
«
6
7
9 ЮЛ/
Фиг. 54в. Кривые расхода топлива одноцилиндрового двигателя Юикерс (£> = 65 мм,
S = 90 и 120 мм). (По оси абсцисс — мощность N в л. с.).
45
t
Фиг. 54e. Характеристика авиадизеля Юнкере (получена при испыта-
ниях 9/II 1931 г.).
Фиг. 54д. Мощность, крутящий момент и расход топлива авиади-
зеля Юнкере по внешней и дроссельной характеристике, снятой
9/Х 1930 г. 1
Фиг. 54г. Характеристика одноцилиндрового двигателя Юн- впоследствии специальную
кере (0=65 мм, S=90 и 120 мм). конструкцию поршня, фир-
ма добилась номинала око-
то 650 л. с. и максимальной мощности около 720/л. с. при расходе 160—170 г/л. с. ч.
Расход топлива у Юнкерса и по внешней, и по дроссельной характеристике
мало изменяется с числом оборотов: 163 г/э. с. ч. при 1400 об./мин., 171 г/э. с. ч.
при I 700 об./мин.
На фиг.. 55 дана характеристика авиадизеля Паккард (по данным фирмы).
Она представляет собой типичную характеристику авиационного двигателя. Приве-
денная кривтя расхода относится к дроссельной характеристике двигателя. Мини-
мальное значение расхода — около 180 г/э. с. ч.— соответствует мощности двигателя
в 142 л. с. при 1 700 об./мин. Это и есть предел бездымного выхлопа. С увеличе-
нием мощности расход возрастает и на максимальной мощности 232 л. с. равен
приблизительно 210 г/э. с ч., что при степени сжатия порядка .15 указывает на
очень плохое сгорание.
Если считать по минимальному расходу номинальной мощностью Паккарда
150 л. с., то двигатель на 230 л. с. работает с перегрузкой почти 50°/о.
На фиг. 56 и 57 даны кривые испытания двигателя Дорнер, проведенного
проф. Нейман (Ганновер). Максимальную мощность двигатель развивает на номи-
нальном скоростном режиме 1 000 об./мин. До своего максимального значения мощ-
t чость растет почти по прямой, пропорционально числу оборотов.
Характер изменения коэфициента подачи в функции от оборотов такой же,
как и у авиационного двигателя. Коэфициент избытка воздуха (а) до номинального
числа оборотов возрастает; вследствие этого теплотворная способность смеси
уменьшается.
Средняя скорость сгорания в дизеле до некоторого предела зависит от интен- ♦
сивности завихрений внутри цилиндра. Интенсивность завихрения является функцией
оборотов. Поэтому । асход топлива с уменьшением оборотов возрастает
Возрастание расхода при увеличении числа оборотов от 1 000 об./мин. объяс-
няется уменьшением а с одновременным уменьшением относительного количества
топлива, вступающего в реакцию эффективного горения.
Максимальное значение среднего эффективного давления (ре) соответсть ^ет коэ-
фициенту избытка воздуха (а), равному 1,2.
По опытам Кемпера (Америка), который проводил работу на ряде быстроход-
ных экспериментальных дизелей (с целью выбора наивыгоднейшего цикла работы и
оппеделения зависимости р( от максимальных давлений), выяснилось, что все по-
47
эле
Фиг. 55. Характеристика авиа^изеля Паккард.
пытки заставить испытуемые дви-
гатели работать на цикле позднего
сгорания приводили к уменьше-
нию мощности.
Целью опытов было также
снижение максимальных давлений.
За предельное значение рг было
принято 56 ат. При этих опытах
удалось получить на оборотах
1 500, с избытком воздуха 15°/0
(а—1,15), />, = 9,8 ат при
рг = 53 ат.
При полной нагрузке pt было
равно 9,3 am, Ct—181 г/л. с. ч.
Максимальное pt при бездымном
выхлопе было равным [9,15 ат
и С, —165 г/л. с. «. Максимал>ное
давление рг возрастает с ьоар ле-
танием pt | Ct, пока не будет дос-
тигнута максимальная мощность с
бездымным выхлопом. В дальней-
шем мощность продолжает несколько возрастать, выхлоп становится дымным, С,
растет весьма заметно, а рг остается почти постоянным.
Увеличение максимального давления в цилиндре с 45,6 до 57,3 ат, достигну-
тое с помощью увеличения опережения подачи на 8°, дает увеличение среднего
эффективного давления ре с 6,67 до 7,1 ат.
По английским опытам с экспериментальным двигателем 20 TRAE. '
(£>=203 мм, 5=280 мм), послужившим основанием для проектирования двига-
теля Бердмор для дирижабля R 101, была установлена следующая зависимость сред-
него эффективного давления ре и расхода Се от максимальных давлений вспышки
рг для 800 и 1 200 об./мин. /
л об./мин. pz ат Ре ат Се г/л. с. ч.
800 56,2 7,95 * 178
800 52 8,22 188
1200 56,2 8,0 191
1200 52 / ',52 204
Фиг. 56. (/Ve), часовой (С) и удель-
ный (С^ расходы топлива, средне-
эффективное давление <ре), крутя-
щий момент (Afd), эффективный ко-
эфициент полезного действия (‘0/^’)
двигателя Дорнер в зависимости
от числа оборотов (и).
Фиг. 57. Литровая мощность (7Ve/4 VA', коли-
чество воздуха (£), коэфициент подачи (л„),
теплотворная способность смеси (Qm) и коэ-
фициент избытка воздуха («) двигателя Дорнер
в зависимости от числа оборотов (л).
48
Фиг. 58. Кривая расхода топлива опытного
двигателя Рикардо в зависимости от мощности,
при п = 1 300 об./мин.
Фиг. 59. Кривая расхода топлива опытного
двигателя Рикардо в зависимости от мощ-
ности, при «=2 200 об/мин.
По заданию Английского воздушного министерства Рикардо провел большую
экспериментальную работу с двумя опытными двигател1ми с золотниковым распреде-
лением (0=139,6 мм, 5=177,5 мм). Смесеобразозание осуществлялось с по-
мощью кругового вихря. Топливо впрыскивалось через однодырчатую форсунку.
Давление в топливной магистрали в зависимости от оборотов было равно
150—200 ат.
- Обороты одного двигателя были порядка 1 300 и другого — 2 200 об /мин.
Индикаторные диаграммы, полученные при этих опытах, приведены на фиг. 34,
35 и 36.
п об./мин. Pz ат Р, ат Cz- г/л. с. ч.
1200 54,5 7,86 131
15 0 60 9,55 —
2 200 61 8,57 129,2
На фиг. 58 и 59 даны кривые расхода этого двигателя при постоянных обо-
ротах. Расход на значительном интервале мощности в обоих случаях меняется не-
значительно.
9 Направления в развитии
хИз
формулы Ne=-£__
литровая мощность-
N = Л^
л
Реп
9.0'
Обратная величина литровой мощности равна:
1 _900
N~Pe"
Средняя скорость поршня:
S-n
V =-----.
п 30 ’
где 5 — ход поршня.
Отсюда:
V
п = 30-£.
Тогда:
J____ 900-5 30-5
Ре^п~
Авиационные двигатели.
49
Фиг. 60. Зависимость удельного веса двигателя от среднего эффектив-
ного давления для трех значений литрового веса.
5
Обозначая — = г, получим:
S~rD
1 30r£)
И - у 3= --
N., PeVn
Из отношения удельного веса к литровому весу находи^
у кг]л. с._____________________ 1 л 30rD
g кг!л ~ Клл. с.~ pe-vn
Отсюда:
30^-0 .
у =------кг'л. с.,
Pe'Vn
т. е. удельный вес двигателя при данном значении rD и vn прямо пропорцио-
нален литровому весу и обратно пропорционален среднему эффективному дав-
лению ре.
Литровый вес двигателя при данном диаметре цилиндра D и числе оборотов п
зависит в некоторой степени от величины максимального давления вспышки рг. Эту
зависимость аналитически вывести трудно, так как степень ее определяется не только
расчетными сечениями нагруженных деталей, но и конструктивным выполнением,
а также технологией машины.
Возьмем для примера 12-цилиндровый двигатель £>=180 мм, S=200 мм и^.
= 1 850 об./мин.
Тогда:
^^ = 1,11;
D 180 ’ ’
у.
S-n 0,200-1 850 ,non ,
'"“30=--30—=12'32
50
Задараясь литровыми весами двигателя 11, 13 й 15 Ki/л, найдем зависимость
удельного веса двигателя от среднего эфф ктивного давления.
На фиг. 60 дана эта зависимость для трех значений литрового веса.
Как было уже указано выше, основным недостатком быстроходных дизелей
в настоящее время являются высокие максимальные давления и низкие значения
среднего эффективного давления, причем на удельный вес двигателя решающее
влияние оказывает среднее эффективное давление. С некоторым грубым приближе-
нием можно считать, что литровый вес 15 кг/л будет соответствовать максимальному
давлению порядка 80 кг/см2; литровый вес 11 кг/л будет соответствовать максималь-
ному давлению около 40 кг/см2. Для како; о-нибудь значения ре, например 8 кг/см2,
разница в максимальных давлениях на 100% дает изменение удельного веса от
0,67 до 0,92, т. е. на 37,3%, в то время как удельный вес при среднем эффектив-
ном давлении =10 кг/см2, равней 0,59 кг/л. с., при понижении среднего
эффективного давления до 5 кг/см2 увеличивается до 1,06 кг/л. с., т. е. на 79,7%.
В табл. 6 приведены основные данные 55 быстроходных дизелей различного
назначения (данные собраны по иностранным литературным источникам).
Для конструкторов авиационных двигателей показательными здесь являются
величины средних эффективных давлений, литровых мощностей, весов и расходов.
Наибольшее распространение в легком дизелестроении получил 4-тактный дви-
гатель водяного охлаждения с непосредственным впрыскиванием топлива.
Конструктивные формы легких дизелей, в особенности автомобильного типа,
в основном идентичны конструктивным формам автомобильных двигателей легкого
топлива. Литровые и относительные веса благодаря низким ре и высоким рг стоят на
более низком уровне.
В табл. 7 приведены основные данные известных типов авиационных двигателей
тяжелого типлива.
В конструировании а«иадизелей наметились следующие направления:
1. 4-тактный двигатель водяного охлаждения (Фиат, Бердмор, Сэнбим, Рольс-Ройс).
2. 2-тактный двигатель водяного охлаждения (Юнкере, MAN, Беман).
3. 4-тактный звездообразный двигатель воздушного охлаждения (Паккард,
Клерже, Лоррэн, Бристоль, Испано, Пратт-Уитней).
4. 4-тактный рядный двигатель воздушного охлаждения (Даймлер-Бенц).
5. 2-тактный звездообразный двигатель воздушного охлаждения (Статакс,
Сименс). •
Все указанные двигатели по конструктивным формам идентичны авиационным
бензиновым двигателям, но по величине литровой мощности стоят значительно ниже.
Рядной 4-тактной машины водяного охлаждения с достаточно удовлетворитель-
ными данными получить еще не удалось.
Приведенные в таблице данные о находящемся на опытных испытаниях
450-сильном Фиате указывают, что предполагается получить машину с весом 1,2 кг/л. с.
Для рядных четырехтактных авиадизелей это было бы большим достижением. Вес
Фиата (1,2 кг/л. с.) еще высок по сравнению с бензиновым двигателем, в особенности
для военных самолетов. Однако авиадизель с таким весом и расходом, скажем,
200 г/л. с. ч., уже может’ конкурировать с бензиновым двигателем с расходом
230 г/л. с. ч. при дальних перелетах. Например, приняв вес бензинового двигателя
0,75 кг/л с. и расход 230 г/л. с ч., получим следующее: вес нефтяного двигателя
450-1,2 = 540 кг; вес бензинового двигателя—450-0,75 = 338 кг; разница в весах
540—338 = 202 кг; разница в расходах — 450 0,230—450-0,200 = 13 кг/час; сле-
довательно, через 202:13 = 15 час. безостановочного полета такой нефтяной двига-
тель при одинаковой надежности становится уже более выгодным, чем бензиновый.
Машина еще не вышла из стадии опытных испытаний.
Успех Фиата будет зависеть от того, насколько конструкторам в процессе
отытных испытаний удастся при простой форме камеры сгорания и отсутствии завих-
рений получить хорошее смесеобразова1 ие. В свою очередь это будет целиком
зависеть от конструкции форсунки и формы днища поршня.
Двигатель Даймлер-Бенц с мощностью 750 л. с. и уд. в. 1,26 кг/л. с. является
также большим шагом вперед. Двигатель находится в процессе опытных испытаний.
Двигатель Бердмор мощностью 750 л. с. иуд. в. 1,4 кг/л. с. по своим данным
стоит несколько ниже Даймлер-Бенца. Неизвестно, как закончила машина свои
4* 51
Таблица 6
Основные данные некоторых быстроходных дизелей
CQ С CL CQ О Я X CQ S
* =1 СК О- О Двигатель Страна 1НИГГИП 01 Л 1 н о и О сх о о о 10 тактов X X сх, QJ поршня К М О •&* •&* о и § °
ё а «=1 5 5
т = гЗ « X и§
1 л. с п об./мин. D мм S мм кг!см
1 Associat. Equipm. Comp Англия 6 95 2 000 по 142 8,1 5 28
2 Bagnulo Франция 6 50 1400 4 100 140 6,6 4,88
3 Brotherhood . Англия 6 300 900 4 190 305 52 5,8
4 Bljckstone 6 60 1000 4 117,5 1524 9,9 5,45j
5 Benz Германия 6 70 1300 4 105 165 8,55 5.6/
6 Cummins Америка 6 60 1300 4 114 152 9,3 4,47
7 6 170 800 4 172 248 346 5,53
8 6 . 500 800 4 273 324 113,8 4,95
9 Deutz Германия 4 40 1000 4 115 170 7,06 5,1
10 6 60 1000 4 115 170 10,5 5,1
11 Dorner-Jiidel ‘ .... . 4 30 1000 4 95 160 4,5 6,0
12 Enghsch-Electric Англия 8 200 150о 4 152 203 29,4 4,1
13 Fairoanks-Morse Америка 4 60 800 2 152 165 12 2,82
14 Ganz Jendrassik . Австрия 6 ПО 1000 4 152 19,6 5,05
15 Gleniffer . . . Англия 6 90 709 4 178 19,4 5,95
16 Hill Америка 6 75 1000 4 127 178 13,5 5,05
17 6 120 800 4 152 254 27,8 4,9
18 Hesselman Германия 4 50 2500 4 100 136 4,32 4,17
19 Junkers 2 45 1 100 2 80 2X150 3 6
20 Korting 6 90 1200 4 130 180 14,32 4,7
21 Krupp 4 65 1000 4 135 200 11.5 <5,08
22 6 100 1000 4 135 200 17,2 5,23
23 Lmke Hofmann 4 50 1200 4 115 165 6,85 5,48
24 6 85 1200 4 120 170 11,5 5,53
25 Lister 4 36 100) 4 114 140 5,72 7,66
26 MAN 4 45 1000 4 120 180 8,14 5,0
27 6 68 1000 4 120 180 12,2 5,0
28 4 ПО 1000 4 165 220 18,8 5,27
29 6 165 1000 4 165 220 2 s,2 5,27
30 MAN Buda Америка 4 92 1000 4 152 203 14,7 5,64
31 Mirrless Bickerton (Rica;do) . . • . . Англия 3 60 1200 4 143 165 7,95 5,65
32 M Laren-Benz 4 60 860 4 135 200 И.4 5,92
33 MWM Германия 4 56 1400 4 105 150 5,2 6,9
34 6 84 1400 4 105 150 7,8 6,9
35 Morton Франция 4 40 1600 2 100 160 5,03 2,24
36 Mumford Англия 4 100 1000 4 140 228 14,0 6,43
37 Orenstein Koppel (Bosch) Германия 2 20 1200 4 по . 170 3,25 4,6
38 OberhSnsli 4 80 1350 4 130 180 9,56 5,6
39 Peugeot-Tartrais . Франция 2 40 1300 2 120 150 3,4 4,07
40 Petters 3 30 1600 2 114 136,5 4,2 2,0
41 Saurer Швейцария 4 44 1200 4 110 150 5,7 5,8
42 6 70 1400 4 110 150 8,55 5,25
43 Stearns . Америка 6 200 1000 2 152 203 21,9 4,1
44 Speedway 6 300 700 4 216 230 6i,5 6.27
45 Standard 4 60 650 4 152 203 14,6 5,8
46 6 130 900 4 152 204 21,9 5,93
47 Renault Франция 6 70 1 200 4 115 187 П,1 4,74
48 RAE (Experimental Taylor) 1 96 1 200 4 203 279 9,0 7,99
49 Treiber Америка 12 750 700 4 241 305 167 5.78
50 12 3000 700 4 06 4(6 630 6,12
41 V'ckers • • . . . Англия 6 750 450 4 356 376 224 6,7
52 Westinghouse Америка 6 300 800 4 210 311 64.5 5,23
53 Win'orT 6 150 750 4 178 216 32,3 5,58
54 6 250 750 4 203 254 49,3 6,1
55 » 8 425 700 4 216 305 89,4 6,12
52
I
J
43 Ь Q w s Г5 =1 Вес на та СО
О та ffi о 1 л. с. X та -
& О О o =S 3 со с с Система смесеобра-
к Е s ffi « co та л tt з о в а н и я
§3 C (D X та t- о и s та О S § CL о X
<D CL CL c О c <D m та s 55 S “ S
(J о о U СО \О X е; CU
м)сек E Pz кг слА кг кг] л. с кг/л. с. кг/л г1л.с.ч.
9,47 15,5 38 610 6,42 75 220 Вспомогательн. воздушн. камера
6,6 6,8 300 6,0 45 250 Запальный шар
9,15 34 5 400 18 104 182 Непосредствен. впрыскивание
5,07 30 776 12,9 78,4 191 »
7,15 38 730 10,4 85,4 225 Форкг мера
6.6 37 1000 16.7 107,5 и
6,6 37 2 300 13,5 67,5 и
8.6 37 66 0 13,2 58,1 220 и
5.67 600 15 85 0
5.67 750 12,5 71 220 Б
5 33 30 600 20 13,3 210 Непосредствен. впрыскивание
10,15 32 1 630 8,17 55,5 177 г
4,4 32 1800 30 150 200 Форкамера
30 1480 13,48 76 а
4,15 200 Непосгепствен. впрыскивание
5,94 1800 24 133 239 Форкамера
6,7 ЗД40 28,5 124 230 »
11.33 8,0 295 Непосредствен. впрыскивание
5,5 18 375 8,34 6,2 125 195
7,2 40 1400 15,5 97,8 210 Форкамера
6,66 33 520 8,0 45 210 Непосредствен впрыскивание
6,66 33 800 8,0 46,5 210 » »
6,6 30 500 10,0 73 190 п
7,4 30 850 10,0 73 190 тп
4.67 32 865 24 154 195 Форкамера
6,0 25 685 15 2 84 200 Непосредствен. впрыскивание
6,0 25 890 13,0 73 200 » »
7,33 25 1600 14,5 85 200 п »
7,33 5 2100 12,7 74,5 200 п и
6,77 26 1 420 15,4 96,5 м »
6,6 34 1225 20,4 155 182 0
5,33 32 1 170 19,5 102 209 Форкамера
7,0 525 9,4 101 190 Вспомогательн. воздушн камера
7.0 630 7,4 80,7 190 » » »
8,55 8,74 525 13,1 104 Непосредствен. впрыскивание
7,6 1360 13,6 97 275 ю »
6,8 35 220 Вспомогательн. воздушн. камера
8,1 200 Непосредствен. впрыскивание
6.5 250 6,25 73,5 205
7,3 32 660 22 157 Непосредствен, впрыскивание
6,0 15,5 32 237 Вспомогательн. воздушн. камера
7,0 32 630 9 73,7 237 » »
6,76 Непосредствен. впрыскивание
6,53 3 450 11,5 56
4,4 1600 26,6 109 193 »>
6,1 2 330 18 106 187
7,2 30 650 9,3 58,5 210 я
H,1 30 191 п >!
7,2 8 200 10,9 49 192 п I
9,3 28 830 9,6 45,7 192 и V
5,65 13 500 18 60, 192
8,3 5 500 18,3 85,3 182
5,4 2600 17,4 80,5 200
6,35 3 580 14,3 72.6 200
7,14 5900 13,9 66 200
Примечание
53
Т а бл и ц a 7
Авиационные двигатели тяжелого топлива
Фирма Страна Наименование двигателя Расположе- ние цилинд- ров и охлаж- дение <
1 Junkers Motorenbau GmbH Германия Junkers JUMO—4 В ряд, водяное
2 Daimler-Benz AG OF2 ' V-образное, водяное
3 Packand Motor Car Company Америка Packard DR 980 Звезда, воздушное
4 Guiberson Diesel Engine Co И
5 Sunbeam Motor Car Co Ltd Англия Sunbeam Pl В ряд, воздушное
6 Rolls-Roy ce-R. A. E. Condor-Diesel V —^60° водяное
7 William Beardmore and Co Ltd « Tornado авиаци- онный »
8 Aviation Diesel Engine Co Америка Звезда, воздушное
9 Panhard- Levasseur Франция Clerget Звезда, воздушное
10 Hispano-Suiza в Clerget »
И S-te Lorraine des anciens 6tablissements de D etrich et Co м
12 Societa Anonyms Fiat Италия Fiat AN1 В ряд. водяное
13 » » п Fiat V—60°, водяное
14 Scuola Industrial di Bolzano Behmann В ряд, водяное
15 зчачен 34 Statax-Motor AG Примечание. Литровая мощность, сре а, эти параметры отнесены к максимально Швейцария дн. эффективн. j му режиму; Г S3 .авление, средн, скс J цо данным фирмь Звезда, воздушное )рость поршня и
я
я
я
я
.т>
6 2 □ОС 16К 650
12 4
9 4 160 160С 225
9 4 185
6 4 105
12 4 500
6 4
7 4 400
9 4 100
9 4 160
9 4 |250|
6 4 180
12 4
6 2
3 2 45
1 710
1950
1925
1500
2 000
1501
1800
1 560
1600
2 400
Мощность в л. с.
я'
Номин. Число об./мин. max Число | об./мин. На 1 л 1 На 1 ни-
720
1750|
112
750
150
200
220
450
|980|
50
1 710
1 70 »
1600
1 400
1 930
1 700
1700
1 830
1807
22,8
108
13,9
62,5
13,9
25
11,5
20,6
11,9
17 5
11,9
125
7,7
35,0
7,58
П,1
7,9
17,7
10,8 30,0
13,9
Основные данные двигателя
Диаметр в мм Ход в мм Ход Литраж
Диам. Цил. Мот.
Я
я
о
120
2 ><210 1,750
4,75 28,5
16
6,0
165
210
1,272
4,5
54,0
122,:
,2 152,4
1,218
1,79 16,11
122,2 152,4
1,248
1,79 16,11
120
130
1,032
1,47
8,82
12
140
190,5
1,36
2,93
35 2
209,5
104,8
1,455
10,5
63,0
177,8
177,8
1,0
4,43
31,0
120
130
1,083
1,47
13,2
130
140
37,5 140
27 8 163 3
17,5 15
170
180
175
1,309
1,286
1,250
2,2 20,2
2,76
16,6
2,69 3
1,3
" я
«
7,35
6,44
5,38
7,14
6,4
7,65
7,87
3,78
4,75
6,10
6,96
160,5
149,0
156
0,972
1,048
5,88 35,3
13,1
6,95
80
80
1,0
0,4
1,2
6,25
Давление сжатия
«гМл2
33
25
32
33
33
25
уд. вес отнесены к номинальн, мощности И числу оборотов; там, где номинальная мощность не обо
55
Продолжение
фирма Макс, давление кг / см3 Средн, скорость п ршня в м[сек Расход топлива г/л. с. ч. Сухой вес мотора
кг кг[л.с. кг[л
1 Junkers Motorenbau GmbH — 12,0 166 800 1,23 28,1
2 Daimler-Benz AG 11,9 190 950 1,26 17,6
3 Packard Motor Car Company 85 9,91 180 -225 232 1,02 14,4
4 Guiberson Diesel Engine Co 9,8 170
5 Sunbeam Motor Car Co Ltd 60 6,47 182 198 1,88 22,4
6 Rolls-Royce-R. A. E. — 12,7 636 127 18,1
7 8 William В ardmorc and Co Ltd 60 14,2 185 1050 1,4 16,7
Aviation Diesel Engine Co 8,9 182
9 Panhard-Levasseur 50 7,8 250 228 2,28 17,3
10 Hispano-Suiza 50 8,5 200 310 1,93 15,3
11 S-te Lorraine des anciens etablissements de Dietrich et Co -
12 Societa Anonyma Fiat 9,5 190
13 10,5 1,2
11 Scuola indus’riale di Bolzano 75 9,36 640 0,65 18,2
15 Statax-Motor AG 6,4 ’10 64 1,43 53,3
56
Топливный насос Форсунки Система с м е с е о б- р азования Габарит мо- тора в мм
Фирма, тип Давление подачи в кг!слА Способ регули- ровки Тип Число отв. Длина Ширина или диам. । Высота
Junkers 500 750 Отсечка винт, прорезом на плунжере Открыт. 1 1 Непосредств. впрыскив. 1700 510 1600
•
Packard-Dorner 4,0 Переменный ход плунжера Открыт. Непосредств. впрыскив. 933 1160
— Непосредств. впрыскив.
Переменная отсечка всасыв клапан. Мех. управл. топливн. игла Непосредств. впрыскив. ак- кум, для топл. 1600 475 975
Bosch 5 5 1 Непосредств. впрыскив.
560 Золотник Закрыт, с диф. иглой Непосредств. .впрыскив.
Непосредств. впрыскив.
Clerget Смещение отверстий всасыв. по отнош. к мер । вым точкам плунж. Закрыт с диф. иглой Непосредств. впрыскив
Clerget Непосредств. впрыскив.
/
Bosch PE 300 Отсечка винтовым про- резом на ппунжере Непосредств. впрыскив.
Непосредств. впрыскив.
Behminn Переменный ход плунж. — Непосредств. впрыскив. 1980 650 1130
57
опытные испытания, и каковы результаты полетных испытаний. Фирма Бердмор имеет
большой опыт по дизелестроению. Но ее большим недостатком является то, что она
имеет малый опыт по авиационному моторостроению. Это сказалось в очень заметной
степени на всех типах двигателей Бердмор и это же послужило основной причиной
перетяжеления дирижабельного двигателя для 101.
Четырехтактная рядная машина на данном уровне развития имеет все основания
стать хорошим дирижабельным мотором. Повышение же среднего эффективного да-
вления и уменьшение максимального давления с последующим введением наддува
позволят ей претендовать на постановку на самолет наряду с бензиновыми двигате-
лями. Судя по данным о Фиате и Даймлер-Бенце, в наст ;ящее время можно считать
реальной машину мощностью 500—700 л. с. с весом 1 Ktjji. с.; такой вес уже близок
к весам ряда бензиновых двигателей, находящихся в эксплоатации.
Двухтактный мотор с водяным охлаждением осуществлен фирмой Юнкерса. Это,
как известно, 6-цилиндровая машина с встречно движущимися поршнями, двумя ко-
ленчатыми валами и прямоточной продувкой. Здесь мы имеем прекрасные данные
для высоко эффективного процесса, т. е. хорошую продувку, хорошие условия
смесеобразования, а, следовательно, и хорошие условия для сгорания, что может
обеспечить сравнительно высокое среднее эффективное давление и вполне современ-
ную величину литровой мощности. Кроме того, данная конструкция благодаря неза-
висимому открытию впускных и выпускных окон дает возможность осущ стьить
наддув. К числу недостатков машины надо отнести тяжелые условия работы поршня.
Собственно основной причиной, почему авиадизель Юнкере долго не был в массовом
распространении, несмотря на громкую многолетнюю рекламу, является пригорание
колец на скоростных режимах, приблизительно от 1 500 оборотов (машина рассчи-
тана на 1 600—1 700 оборотов).
Пригорание колец в авиализелях имеет место во многих случаях. Точная при-
чина этого явления неизвестна, Но ее надо искать или в действительных более высоких
средних температурах цикла (что теоретически не подтверждается), или в образовании
угольной пыли, которая в процессе сгорания, оседая на стенках цилиндра, осушает
смазку (гипотеза Рикардо).
Средняя температура внутри цилиндра может сильно повыситься благодаря
наличию догорания по ли^ии расширения по одной из следующих причин: 1) плохое
смесеобразование; 2) работа при шрегр зках; 3) наличие открытой форсунки и свя-
занное с этим попадание в цилиндр нер опыленного топлива благодаря подтеканию
из форсунки, вследствие упругости топлива и трубопроводов.
Главным недостатком конструкции Юнкерса являются два коленчатых вала
с тяжелой передачей к винту и громоздкий тяжелый картер, что утяжеляет вес машины
приблизительно на 200 кг.
Двухтактный рядный мотор с водяным охлаждением имеет все данные для своего
развития, ибо при хороших условиях сгорания литровая мощность 20—25 л. с.
на 1 л вполне осуществима, но конструктивное выполнение его имеет ряд больших
трудностей (продувка, смесеобразование, поршень, осуществление наддува). Будет ли
это мотор по схеме Юнкерса или по другой конструктивной схеме, сказать пока
нельзя.
Бесспорно, что конструкторская мысль ищет и будет искать решение проблемы
авиадизеля в двухтактном цикле. Желая максимально использовать рабочий объем
цилиндра, мы придем к двухтактному двигателю двойного действия. Идя еще дальше,
можно притти к двухтактному двигателю двойного действия с противоположным
расположением цилиндров. Решение проблем в этом направлении вполне возможно,
хотя должны быть преодолены большие конструктивные трудности.
Приведенные данные о двигателе Behmann (980 л. с.; 0,65 кг)л. с.} указывают
на то, что мы имеем вполне современную авиационную конструкцию. Больше того,
авиационные бензиновые двигатели этого же порядка мощности в редких случаях
достигали такого веса. Это удалось получить благодаря применению двойного дей-
ствия при двухтактном цикле. Если двигатель будет иметь хорошее смесеобразование,
устойчивый тепловой режим и надежную работу поршня, то он станет в ряды
первоклассных авиационных машин. Но форма камеры сгорания почти исключает
возможность хорошего смесеобразования, а условия работы поршня таковы, что даже
при наличии циркуляционного охлаждения, которое конструктивно в данном случае
58
, трудно осуществимо, будет иметь место перегрев поршня и пригорание колец на
заданном скоростном режиме. Поэтому данный двигатель нужно рассматривать лишь
как экспериментальный, без больших надежд на успех.
Четырехтактный звездообразный мотор осуществлен фирмами Паккард, Клерже
и Лоррэн. Появление мотора Паккард в авиационном моторостроении было огром-
ным собьцием. Во-первых, потому, что это был дизель, осуществленный в виде
звездообразного авиационного мотора, и, во-вторых, потому, что конструктивно
машина представляет последнее слово авиамоторной техники. Удельным весом
(1,04 кг/л. с. при максимальной мощности 225 л. с.) Паккард перекрыл некоторые
современные бензиновые двигатели данного класса мощности.
Способ крепления цилиндров не болтами, а кольцевыми хомутами, при
котором картер не работает на разрыв, а только на сжатие, глушитель колебаний,
устроенный на коленчатом валу в виде качающегося противовеса, и элас-
тичная передача вращающего момента от вала к винту —• представляют собой
блестящее разрешение ряда труднейших задач современного авиационного мото-
ростроения.
Главными недостатками двигателя являются:
1. Мощность 225 л. с. не может быть широко использована на современных
типах’ самолетов (предполагается, что на этой мощности можно работать, что, однако,
не подтверждается на практике).
2. Машина не допускает наддува благодаря одноклапанной системе. Теорети-
чески он возможен, но конструктивно трудно осуществим.
3. Поршень еще не вполне надежен в работе и имеет на высоких скоростных
режимах частые дефекты.
4. Трудная регулировка момента впрыскивания.
' 5. В эксплоатации высок расход горючего (210—225 г/л. с. ч.).
6. Низкая эксплоатационная мощность—150—160 л. с. при 1 600 оборотах
(именно этот режим обеспечивает устойчивую работу поршня, и на нем, вероятно,
прошли все продолжительные полетные испытания). Процесс сгорания на режимах
от 160 до 225 л. с. идет в высшей степени неудовлетворительно. Так, например,
максимальное давление наступает раньше в. м. т., что дает индикаторную диаграмму
с петлей; имеет место большое догорание по линии расширения, неустойчивая
работа и большая скорость нарастания давления.
Отсюда видно, что при всех своих качествах Паккард еще далеко не решает
проблемы авиадизеля. •
По имеющимся данным фирма отказалась от конструкции одноклапанного
цилиндра и перешла к 2-клапанной алюминиевой головке, пытаясь при этом удвоить,
мощность машины.
Двигатель Клерже 100 и 200 л. с. (9-цилиндровая звезда, четырехтактный) кон-
структивно несравненно менее интересно осуществлен, чем Паккард. Это—дкухкла-
панная конструкция со стальными цилиндрами. Интересным конструктивным элементом
является привод к насосам с помощью одного кулачка. В части основных размеров
(Z) = 120 ло/) машина также не является шагом вперед по сравнению с Паккардом.
Скоростной режим (1 800 об./мин.) стоит на уровне современных авиационных двига-
телей . на тяжелом топливе. Термодинамические данные машины, характеризуемые
средним эффективным давлением на указанном режиме оборотов (Ре= 3,78), весьма
неудовлетворительны, ибо такого Ре не имеет ни одна из существующих авиацион-
ных машин на тяжелом топливе. Высокий вес машины (2,28 кг)л. с.) получился
вследствие такого низкого среднего эффективного давления. Причину этого надо
искать в плохом сгорании, что обусловливается в первую очередь плохим смесе-
образованием.
Трудно сказать, rfk каком типе самолетов авиадизель Клерже мощностью
100 л. с. при весе 228 кг может найти применение. Правильнее будет рассматри-
вать его только как опытную м шину переходного типа.
Переход на 200 л. с. Клерже осуществил путем увеличения литража машины
(диаметр 130 мм, ход 170 мм, уьеличение литража на 53,5%). Обороты снижены
с 1 800 до 1700. По приведенным данным % = 5,29 ат по максимальной мощности.
Эта величина уже приближает машину к ряду современных двигателей на тяжелом топ-
ливе, но не делает еще ее современной. Вес машины 1,55 кг[л. с. по сравнению
59
с Паккардом 1,15 кг/л. с. (вес, отнесенный к мощности 200 л. с.) является высоким
и никакого достижения не представляет.
Можно предположить, что звездообразный авиадизель с воздушным охлажде-
нием в пределах мощности до 500 л. с. может быть конструктивно осуществлен
с меньшим весом, чем авиадизель с водяным охлаждением.
На режиме 1 900—2 000 об./мин. в настоящее время для 4-тактных звездо-
образных машин предельным диаметром цилиндра надо считать 125 мм. И даже при
этом размере имеет место пригорание поршневых колец, а с увеличением диаметра
цилиндра теплоотвод от центра поршня к стенкам цилиндра еще более ухудшается.
Паккард вынужден был поставить поршни из кованого дюралюмина, но и они имеют
большие дефекты в работе (понижение твердости по Бринеллю в 2,5 раза после
40—50 час., выгорание, увеличение размеров кольцевых канавок).
Здесь выход надо искать или в циркуляционном охлаждении поршня (если причиной
являются высокие температуры), что в звездообразной машине очень трудно осуще-
ствимо, или в новых конструктивных формах и по пути решения новых технологи-
ческих задач. Выходом по линии наименьшего сопротивления является снижение
оборотов, т. е. понижение термических напряжений поршня.
Интересным в конструкции обоих Клерже является стальной картер.
Как известно, в двигателях, работающих от самовоспламенения, Максимальные
давления могут достигнуть 100 ат и выше. Если в рядном двигателе при обычном
способе крепления цилиндра можно заставить картер работать на сжатие, пропуская
крепящие фланец цилиндра болты под коренные подшипники, то в звездообразном
дви агеле это неосуществимо. Здесь при обычном способе крепления цилиндра картер
работает на разрыв ц при максимальных давлениях—70—100 ат (расчетные силы,
по кото ым подбираются сечения) — получается большой вес алюминиевого картера.
Паккард нашел выход в другом способе крепления цилиндров (два стягивающих
круглых хомута), при котором картер работает только на сжатие.
Клерже сделал стальной картер, что не является шагом вперед, ибо обработка
поковки стального картера труднее, чем алюминиевого, и вес больше.
По целому ряду имеющихся данных алюминиевые картеры авиадизелей ломаются
даже тогда, когда напряжения в сечениях не превышают таковых в бензиновых
двигателях. Причину этого надо искать в характере действия силы, когда двигатель
работает от самовоспламенения. Если при зажигании от свечи давление в период
второй фазы горения нарастает в течение некоторого значительного промежутка
времени, то при самовоспламенении, в особенности на высоком скоростном режиме,
по указанным выше причинам давление во вторую фазу воврастает быстрее и имеет
место б лее ударное действие силы (точнее: коэфициент возрастания давления
на 1° поворота коленчатого вала примерно в 2,5 раза больше).
Невидимому, алюминиевый сплав при работе на разрыв в этом случае раз-
рушается скорее.
При 2-клапанной конструкции цилиндра Клерже допускает возможность
наддува.
Выставленный на последнем парижском салоне нефтяной двигатель Лоррэн
представляет звездообразный 9-цилиндровый 4-тактный двигатель с воздушным
охлаждением, мощностью 250 л. с. Цилиндры — с алюминиевой головкой, посаженной
с помощью шпилек, и имеют по два клапана. Мотор экспериментальный, и подробных
данных о нем еще не имеется.
Осуществленный фирмой Бристоль опытный одноцилиндровый 4-тактный дви-
гатель с воздушный охлаждением представляет интерес благодаря большому литражу
цилиндра (D = 190,5 мм, 5=340,8 мм). Хотя обороты машины сравнительно низки
(максимально 1 100 об /мин.), их все же надо считать высокими для данного размера
цилиндра с воздушным охлаждением.
Мощность двигателя 75 л. с., Рв=7,07 ат и литровая мощность 8,8 л. с./л.
Двигатель прошел 100-часовые испытания на 1 100 об /мин , расход был 195 г/л. с. ч.
и мощность 65 л. с.
9- или 7-цилиндровая звездообразная машина с этими данными для самолета
была бы тяжела и вообще не подходила бы по своим габаритам. При мощности
600 л. с., т. е. с Vft^65 л и литровым весом 18 кг]л, машина весила бы около
1 170 кг или около 2 кг)л. с. Есть основание предполагать создание рядной машины
60
воздушного охлаждения для дирижабля, хотя по условиям работы на дирижабле для
мотора с воздушным охлаждением трудно обеспечить постоянный режим обдува.
Двигатель фирмы Пратт-Уитней представляет собой переделанный „Уосп“.
Это—опытная машина. Хотя по литературным данным она и прошла несколько по-
летных испытаний, но, повидимому, большого успеха не получила вследствие боль-
шого расхода топлива (больше 300 г/л. с. ч.).
Двухтактная звездообразная машина имеет все данные для своего развития
в авиационный мотор. Опытные работы некоторых европейских фирм указывают
на возможность получить Ре до 5,5 ат по 2-тактному циклу, что эквивалентно
Р =11 ат по 4-<тактному, на режиме оборотов 1 700—1 800, и литровую мощность
до 20 л. с./л. Это значит, что в пределах мощности до 500 л. с. можно создать
двигатель с весом 0,7—0,8 кг)л. с. Трудности здесь однако очень велики, ибо: 1) боковая
продувка не является совершенной; 2) поршень работает в еще более тяжелых усло-
виях, чем в 4-Тактной машине, поэтому для режима оборотов 1 700—1 800 предел
допустимого диаметра цилиндра стоит ниже 120 мм\ выход из этого положения
в циркуляционном охлаждении поршня или в другом технологическом осуществлении
машины; разумеется, это не единственный выход: если пойти путем снижения ско-
ростного режима, мыслим диаметр до 150—160 мм, но здегь неизбежны недоразу-
мения с продувкой и увеличение относительного веса двигателя; 3) неблагоприятные
формы камеры сгорания и связанные с этим затруднения со смесеобразованием.
Подходя к выводам, надо еще раз подчеркнуть, что проблема создания авиа-
ционного двигателя на тяжелом топливе в целом еще не вышла из опытно-экспе-
риментальной стадии. Однако то обстоятельство, что над ней работают исключительно
напряженно, указывает, что в ближайшие годы она будет решена. Пока что
каждый идет своим путем, опираясь на свой опыт. Важно отметить, что многие фирмы,
создавая опытные конструкции, стараются использовать детали имеющихся типов
двигателей. Так, Фиат построил опытную 200-сильную машину, опираясь на свой
старый 300-сильный двигатель; Пратт-Уитней работает над переделкой „Уоспа";
Рольс-Ройс перестраивает свои F12 и „Кондор"; одна из фирм Германии все опыт-
ные испытания проводила на картере имеющегося двигателя с использованием
коленчатого вала и шатунов. Важно и то обстоятельство, что почти всюду работа
начинается с опытов на одном цилиндре.
Применение наддува в двигателях тяжелого топлива имеет широкие перспек-
тивы. Поскольку вероятно развитие машины большого литража со скоростью
1 200—1 500 об./мин., можно считать, что Йкая машина будет развиваться лишь
с наддувом.
Наддув, примененный по способу Бюхи (увеличение Ре без увеличения мак-
симальных давлений при невысоких степенях сжатия), дает основание ожидать
достаточно высокой литровой мощности на не особенно напряженном скоростном
режиме.
Будет ли преимущественно развиваться наддув с компрессором с механическим
приводом или будет применен турбокомпрессор, — сказать пока трудно. Это вопрос
исследований и опыта. Попытки снизить максимальные давления до 30—40 ат
привели шведского конструктора Гессельмана к созданию автомобильного двигателя
тяжелого топлива, работающего на низкой ^тепени сжатия с воспламенением от
нормальной электрической свечи. Это — новое направление в моторостроении на
тяжелом топливе. Надо полагать, что попытки создать авиационную машину такого
типа будут иметь место, так как Гессельману удалось получить в своей машине среднее
эффективное давление свыше 7 ат при 1 800 об./мин. Здесь отрицательным обстоя-
тельством является большой расход топлива (250—300 г/л. с. ч.). Очевидно, опыты
с „Уоспом" шли в том же направлении.
При существующей системе смесеобразования /^=6,5—7 ат на оборотах
1 800—2000 является достижимым. Улучшение системы распыливания, введение
катализаторов в самое топливо и камеру сгорания и применение наддува позволят
значительно увеличить Ре.
Достигнув надежности в работе при литровой мощности 20—25 л. с./л и
в пределах мощности 500—1 000 л. с., авиационный двигатель тяжелого топлива
может свободно начать конкурировать с бензиновыми двигателями. В настоящее
время этот вопрос только экспериментально-конструктивный.
61
Инж.-мех. К. Ф. Коробов
АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ЮНКЕРСА
НА ТЯЖЕЛОМ ТОПЛИВЕ
1. Рабочий процесс двигателя
Основной особенностью авиадизеля Юнкерса является 2-тактный цикл с прямо-
точной продувкой. Схема части рабочего процесса изображена на фиг. 1. Здесь мы
имеем три фазы: продувка, сжатие и впрыскивание топлива.
В каждом цилиндре двигателя Юнкерса работают по два встречно движущихся
поршня. Один из них управляет впуском продувочного воздуха, другой — выпуском
продуктов сгорания. Продувочные окна представляют собой большое число отдельных
отверстий, благодаря особому устройству которых значительно повышается турбу-
лентность воздушною потока внутри цилиндра (фиг. 1, слева). Косым направлением
окон продувочному потоку в цилиндре дается сильное спиральное движение, которое
Фиг. 1. Рабочий процесс двигателя Юнкерса:
1 — продувка, 2 — сжатие, 3 — впрыскивание.
Фиг. 2. Схемы шатунного механизма.
сохраняется во время сжатия и в какой-то
мере во время рабочего хода (фиг. 1,
середина). В конце хода сжатия в за-
вихренный и вращающийся воздух на-
сосами подается под большим давлением
топливо. Впрыскивание происходит че-
рез открытые форсунки, которых в каж-
дом цилиндре имеется по четыре, для
более разномерного распределения топ-
лива в камере сгорания.
Такова в основном схема рабочего
процесса; она определяет собой и кон-
структивную форму двигателя.
2. Развитие конструкции
На фиг. 2 представлены две
схемы шатунного механизма.
Первая конструкция с одним ва-
лом относится к стационарным
машинам и к автомобильному
типу. Главнейшим неудобством
этой конструкции является на-
личие между цилиндрами длин-
ных шатунов, сильно раздуваю-
щих габарит машины по длине,
и ее вес. При переходе на вы-
сокий. скоростной режим та-
кая схема была заменена двух-
вал! ной.
Конструкция с двумя ко-
ленчатыми валами является бо-
лее совершенной и лучше удов-
летворяет требованиям авиаци-
онного двигателя, как более быс-
троходного.
В авиамоторе Юнкерса
имеются следующие три харак-
62
Терные момента: 1) двухвальная система,
2) бескомпрессорное впрыскивание и
3) прямоточная продувка с тангенциаль-
ным направлением продувочного воздуха.
Интересно отметить, что все это, по
ряду заявлений фирмы, было осущест-
влено уже в первых опытных авиацион-
ных двигателяхЮнкерса,один из которых,
FO2, постройки 1916 г., представлен на
фиг. 3. Это — 6-цилиндровый 2-тактный
двигатель; диаметр цилиндра—115 мм,
число оборотов в минуту 1 800, мощ-
ность— 450 л. с., вес—750 кг. Имев-'
Фиг. 3. Опытный авиадвигатель FO2.
шиеся экземпляры этого двигателя были
разрушены по требованию Антанты, и этим закончился первый этап работы Юн-
керса по созданию авиационного двигателя. Судя по тому, что в дальнейших работах
фирме пришлось преодолевать массу затруднений при опытных испытаниях, едва ли
эти первые образцы были сколько-нибудь доработаны. Скорее это были лишь
экспериментальные двигатели. Лишь спустя 6—7 лет, в 1923/1924 г., фирма возоб-
новила свои работы.
Фиг, 4. Стационарный двигатель НК.
63
Фиг. 5. Сравнительные данные по
трем типам двигателя: 1 —ста-
ционарный, 2 — автомобильный,
3 — авиационный.
Фиг. 6. Авиадвигатель FO3.
Исходной конструкцией в новом этапе работ служил стационарный двигатель НК
(фиг. 4) с весом около 30 кг)л. с. Разработка конструкции велась по линии повы-
шения скоростного режима, увеличения литровой мощности машины и снижения
удельного веса. Достигнутые;в этом направлении результаты наглядно показаны на
фиг. 5. Здесь приведены данные по трем типам машин: стационарному, автомобиль-
ному и авиационному. Первая строка дает литровую мощность двигателя. По вели-
чине литровой мощности авиадизель Юнкерса сравнялся с карбюраторными .авиа-
двигателями того времени. Это получилось благодаря применению двухтактного
цикла. По второй строке видно, что
Фиг. 7. Картер двигателя FO3.
и скорость поршня достигла такой
же величины, как у бензиновых авиа-
моторов. Наконец, третья .строка
указывает на снижение удельного веса
почти в 20 раз по сравнению с весом
стационарной машины. Эти данные
получены при опытных испытаниях
а иадизеля. Это, конечно, не озна-
чает, что и в эксплоатации двигатель
имел бы вес 1,4 кг)л. с. Дальнейшее
развитие конструкции привело к
постройке в 1926 г. 5-пилиндрового
авиационного двигателя FO3 на тя-
желом топливе (фиг. 6).
Этот двигатель по данным, по-
лученным на станке (700 л. с.),
превосходил в свое время все сущест-
вовавшие авиадвигатели по величине
мощности, сосредоточенной в одном
агрегате. Общая компановка этого
двигателя значительно отличается от
двигателей военного времени. Здесь
было выбрано вертикальное располо-
жение цилиндров, дающее возмож-
ность поднять ось винта над цент-
ром тяжести .машины. Продувочный
насос коловратного типа заменен в
этой конструкции центробежным ком-
прессором, монтированным на задней
64
стороне картера. Алюминиевый
картер представляет собой боль-
шую и сложную отливку, соеди-
няющую в одно целое пять ци-
линдров и кривошипную камеру
(фиг. 7). Выбор 5-цилиндровой
схемы был сделан, разумеется, не-
удачно с точки зрения уравнове-
шенности двигателя.
В середине 1926 г. опытный
двигатель FO3 был закончен произ-
водством и поступил на испыта-
тельную станцию. При установке
машины на испытательном станде
применялся способ укрепления
Фиг. 8. Схема укрепления двигателя на самолете.
при помощи системы специаль-
ных] подкосов, шарнирно схватывающих корпус машины в нескольких точках,
Эта система оправдала себя и была в дальнейшем применена при установке двигателя
на самолет (фиг. 8).
Испытания двигателя FO3 выявили целый ряд недостатков конструкции. Главные
недочеты были обусловлены неполным уравновешиванием сил инерции шатунного
механизма 5-цилиндровой конструкции. Поэтому произошел довольно быстрый переход
к 6-цилинлровому двигателю FO4,.который ниже будет описан более подробно.
Фиг. 9. Двигатель FO4. Общий виз.
Авиационный двигатели.
65
Фиг. 10. Двигатель FO4. Разрезы.
3. Авиационный двигатель FO4. Основные данные и конструкция
Общий вид двигателя и его разрезы представлены на фиг. 9 и 10. Двигатель
2-тактный, 6-цилиндровый, с вертикально расположенными цилиндрами и встречпо-
движущимися поршнями.
Диаметр гилиндра.................................................120 мм
Ход поршня.......................................................2X^10 мм
Отношение хода поршня к диаме!ру цилиндра........................1,750
Рабочий объем цилиндра...........................................4,75 л
Литраж двигателя..................................................28,5 л
Номинальная мощность по начальным данным фирмы................... 600 л. с.
Номинальная мощность по данным продолжительных испытаний........52 > л. с.
Число оборотов в минуту..........................................1610
Максимальная мощность по данным фирмы............................ 700 л. с.
Литровая мощносто (по номиналу 520 л. с.) .......................18,3 л. с/л.
Степень сжатия...................................................14
Среднее эффективное давление по номиналы ой мощности............. 5,07 кг/см'1
Давление сжатия................................................... 27 кг]£м1
Максимальное давление в цилиндре.................................85 кф л»2
Средняя скорость поршня при 1 610 оборотах.......................11,3 м1сек.
Расход топлива при номинальном режиме по данным испытаний........168г/л. с. ч.
Сухой вес двигателя.........................................около 840 кг
Удельный вес.................................................... 1,61 кг
Вес на 1 л рабочего объема.......................................29,5 кг\л
Нефтяной насос '.................................................Юнкерса
Форсунка открытая с двумя подводящими прорезами и одним отверстием
Топливо............................................................газойль
Габарит двигателя: длина.......................................... 1700 мм
ширина..........................................510 мм
высота........................................ 1600 мм
лобовая площадь..................................0 815 л9
66
Двигатель Имеет два колен-
чатых вала, передающих крутящий
момент рабочему валу с помощью
промежуточной зубчатой передачи
весом около 70 кг. Передача к
рабочему валу укреплена в особом
кожухе в передней части машины
(на фиг. 9 видны оси шестерен).
Цилиндры — стальные, без днищ.
В нижней части цилиндра имеются
отверстия для впуска продувоч-
ного воздуха, в верхней части—
отверстия для выхлопных газов.
Таким образом распределителем
впуска является нижний поршень,
а распределителем выхлопа — верх-
ний поршень. Поршни—алюми-
ниевые с семью уплотнительными
кольцами и одним масляным, со
сфеэическим днищем и с запрес-
сованными стальными втулками в Фиг. 11. Картер двигателя FO4.
бобышках. Цилиндры вставляются
свободно в свои гнезда, прижимаются фланцами к корпусу картера и привертыва- ч
ются специальными кольцами. Картер из алюминиевого сплава (фиг. 11), отлитый в
замкнутую блочную форму, имеет по всем трем главным направлениям весьма проч-
ные сечения. Усилия в вертикальном направлении воспринимаются через коренные
подшипники вертикальной поперечной стенкой картера. Болты подшипников прохо-
дят до бобышек, представляют их собой узловые точки, к которым снаружи примы-
кает крепление двигателя. В горизонтальном направлении жесткость достигается попе-
речными стенками, служащими для разграничения кривошипных камер и пространств
охлаждающей воды. Конструкция картера в продольном направлении для большей
жесткости и уменьшения веса чрезвычайно сжата. По этим соображениям коренные
подшипники сделаны j/оликовыми. На фиг. 12 показано расположение коленчатых
валов вместе с редукторными шестернями.
4. Динамика
Динамические нагрузки передаточного механизма, и в первую очередь крутильные
колебания валов, потребовали тщательных исследований.
При большом диапазоне числа оборотов авиадвигателя не представляется возмож-
ным выполнить передаточный механизм и коленчатый вал абсолютно свободными
от вли ния критических чисел оборотов. Поэтому главные заботы конструкторов были
сосредоточены на том, чтобы > снизить амплитуду,.колебаний до безопасных пределов
Фиг. 12. Коленчатый вал и редукторные шестерни.
5*
67
Фиг. 13. Система движу-
щихся масс двухвального
двигателя.
Фиг. 14. Торсиограф.
Двухвальная система двигателя FO4, схематично представленная на фиг. 13,
в отношении колебаний является гораздо более сложной, чем нормальная система
с одним коленчатым валом. В двухвальной системе имеется большая возможность
проявления различных форм колебаний. Помимо простейшей формы колебаний системы
масс обоих коленчатых валов по отношению к массе пропеллера, здесь возможно
колебание коленчатых валов по отношению друг к другу. Оно возбуждается раз-
ностью в крутящих усилиях верхнего и нижнего валов, из-за смещения углов криво-
шипов, необходимою для опережения выхлопа.
Измерения колебаний у двигателя FO4 производились при помощи торсиогра-
фов (фиг. 14). Работы эти оказались достаточно сложными, так как в двухвальном
двигателе с его разаичными формами колебаний было необходимо заснять движение
верхнего и нижнего валов одновременно у переднего и заднего концов.
Исследования показали, что, несмотря на многообразие форм колебаний, их
возбудимость невелика, и амплитуды не выходят из опасных пределов.
5. Продувка
I*
Наполнение цилиндра свежим воздухом должно происходить при минимальной
затрате работы. Это требует коротких, с большим диаметром трубопроводов между
компрессором и цилиндрами и прежде всего — больших проходных сечений в распре-
делительных каналах цилиндров. Однако увеличение высоты окон влечет за собой
потерю части рабочего хода (фиг. 15). Поэтому задача состояла в том, чтобы при
наивыгоцнейшем действии продувки получить возможно больший полезный объем
цилиндра.
На фиг. 15 показана индикаторная диаграмма двигателя. Процесс продувки
и выхлопа управляется движением обоих поршней. На схеме показан угол опережения
кривошипа со стороны выхлопа. Продувочные окна закрываются соответственно
позднее, после закрытия выпускных окон. Наполнение цилиндра свежим воздухом
благодаря этому улучшается, и давление в цилиндре повышается до давления про-
дувки. Независимость открытия выхлопных и продувочных окон дает возможность
осуществить наддув.
Продувочный воздух доставляется центробежным одноступенчатым компрессором
с постоянным включением. Окружная скорость около 8Й0 м/сек. Рабочее колесо
выполнено из дуралюмина. Давление продувки около 1,2 ат. Для входа проду-
Фиг. 15. Индикаторная диаграмма.
68
Фиг. 16. Расположение продувочных отверстий в стенке
цилиндра.
Фиг. 17. Форма струи при впрыс-
кивании в спокойный воздух.
сочного воздуха каждый цилиндр имеет 256 отверстий диаметром 6—6.5 мм и общей
площадью
3,14-0,652-256
=около 120 с.и2, т. е. около 1ОО°/о
площади
noj шня.
Если развернуть цилиндр, то отверстия располагаются, как показано на фиг. 16:
по окружности в одном ряду 32 отверстия и по кривой образующей в ряду восемь
отверстий.' Оси отверстий скошены в двух плоскостях, т. е. каждая идет как бы
по винтовой линии. Отсюда видно, каким образом создается вихрь продувочного
воздуха. Таким образом здесь для продувки имеются наилучшие условия:
1. Значительное время продувки, около 30°/о хода поршня.
2. Вихревой поток, создаваемый указанным расположением отверстий.
3. Большое сечение продувочных отверстий, в сумме приближлощееся к сече-
нию цилиндра.
6. Насосы и форсунки
У лригателя FO4 каждый насос обслуживает по две форсунки в одном цилиндре.
Таким образом на каждый цилиндр работает два насоса. Всего насосов 12, фор-
сунок—24. Форсунка открытого типа дает струю топлива в виде плоского веера
с углом при вершине около 120°.
На фиг. 17 показана форма струи при впрыскивании в спокойный воздух.
Распределение топливного заряда для одного цилиндра на четыре форсунки
{ и два насоса, как показано на фиг. 18, дает возможность уменьшить объем топлив-
ной линии между насосом и форсункой и уменьшить подтекание из форсунки.
Насос подает топливо под давлением 500—700 ат. Конструкция насоса характе-
ризуется простотой, точностью изготовления и подбором специальных материалов.
Фиг. 18. Схема расположения насосов и форсунок.
Фиг. 19. Топливный насос.
69
Фиг. 20. Установка двигателя на самолете.
На фиг. 19 показан насос в раз-
резе и его расположение перед
цилиндром. Все функции распре-
деления . осуществляет плунжер
при своем движений в цилиндре
насоса. Регулировка количества
подаваемого топлива производится
поворотом плунжера, снабженного
наклонной распределительной кро-
мкой. Все насосы одной стороны
соединены между собой регули-
рующей тягой и управляются пи-
лотом. По заявлению фирмы при
выключении одного ряда насосов
двигатель развивает достаточную
для полета мощность.
7. Охлаждение
Охлаждение машины произ-
водится с помощью центробежной
водяной помпы, расположенной в
Фиг. 21. Устройство для управления двигателем в
полете.
нижней части картера. Циркуляция
воды — повышенная по сравнению
с нормальным двигателем. Нес-
мотря на это, очевидно имеет
место тепловая перенапряженность
поршня. Надо полагать, что за-
вод пытался охлаждать поршень
специальными мерами—соль и лег-
коплавкий металл. Но в случае
соли результаты, очевидно, получи-
лись неудовлетворительные и при-
горание колец продолжалось, а
кроме того, соль вызывала сильную
коррозию алюминиевого поршня и
ослабление его прочности. При
попытке же отвести тепло в стенки
поршня с помощью легкоплавкого
металла, заправленного внутрь
днища, результаты, повидимому,
получились также отрицательные. Фирма продолжает производить большое коли-
чество опытов, однако, несмотря на это, вопрос об устойчивой работе поршня в
настоящее время нельзя
считать разрешенным.
8. Работа двигателя на самолете
Установка двигателя на самолет при помощи подкосов, идущих от четырех
узловых точек фюзеляжа к двигателю, пока 'ана на фиг. 20. Устройства для обслужи-
вания двигателя в полете показаны на фиг. 21. Первые полетные испытания двигатель
прошел на самолете Юнкерса G24 (фиг. 22). Всего двигатель пробыл в полете
около 50 час., причем наибольшая продолжительность полета без посадки составляла
8 час. Стартовый вес машины составлял около 4 700 кг. Это соответствует нагрузке
в 7,15 «г на 1 э. л. с. двигателя.
Испытания не были вполне удачными, так как после них двигатель снимался
с пригоревшими поршнями. Несомненно, что на полетные испытания двигатель был
поставлен в недоработанном виде, в значительной мере из рекламных соображений,
а также из соображений правительственных субсидий.
70
9. Испытание двигателя
В конце 1930 г. авиадизель
Юнкерса был подвергнут продолжи-
тельным испытаниям по цормам, сог-
ласованным с DVL (Deutsche Ver-
suchsanstalt fiir Luf,fahrt).
Программа испытаний в основ-
ном заключает в себе нижеследую-
щие пункты:
1. Работа при полной нагрузке
в' течение часа. Средняя мощность
была равна 515 э. л. с. при
1 605 об./мин. Средний расходтоплива
при этом равнялся 166,4 г/э. с. ч. Рас-
ход смазочного масла был равен Фиг. 22. Самолет Юнкере G24.
11,5 г/э. с. ч.
2. Снятие внешней характеристики. Внешняя характеристика представляет собой
почти прямую линию, так как двигатель не выходил за пределы номинальной мощ-
ности. Расход топлива при этом испытании был равен на низшей точке кривой
(432 л. с. прл 1295 об./мин.) 160,8 г/э. с. ч и на высшей точке кривой мощ-
ности (538 л. с. при 1710 об./мин.)—170,5 г/э. с. ч.'
3. Продолжительное 50-часовое испытание, произведенное этапами по 10 час.
Это испытание дано следующие средние результаты:
Этапы Средняя "величина мощности э. л. с. Среднее число об./мин. Средний расход топлива Средний расход масла
1 458 1610 169,2 г 13,2 г
2 457 1605 170 , 14,8 .
3 458 1 611 169,6 , 12,76 .
4 457 1608 171 „ 14,4
5 458 1609 172J4 „ 13,3 .
Из таблицы видно, что расход- топлива и масла за время продолжительного
испытания менялся незначительно.
4. Второе одночасовое испытание на полной нагрузке.
При этом испытании была получена средняя мощность 524 э. л. с. при
1620 об./мин., расход топлива 169,2 г/э. с. ч. и расход масла 10,7 г/э. с. ч.
5. Часовое испытание на максимальном скоростном режиме. В продолжение
этого испытания двигатель работал при 1 725 об./мин. и развивал мощность
415—542 э. л. с. Таким образом при этом испытании двигатель работал при срав-
нительно повышенной нагрузке.
6. Внешняя характеристика была снята вслед за испытанием на максимальном
скоростном режиме — при числе оборотов от 1400 до 1715 в минуту. Мощность
оказалась равной: при 1 400 об./мин. — 465 э. л. с. и при 1 715 об./мин. — 542 э. л. с.
Расход топлива в низшей точке кривой мощности был равен 163, а в высшей—
172 г/э. с. ч. (характеристики и кривые расходов см. фиг. 54 в гл. I).
7. Снятие дроссельной характеристики. Мощность отмечалась в пределах от
1 172 до 1 620 об./мин. и была равна 218—518 э. л. с. Расход топлива определился
в 164—179,5 г/э. с. ч. Это говорит за то, что удельный расход топлива в незна-
чительной степени зависит от числа оборотов и мощности и в невыгодном случае
низкой нагрузки в 218 э. л. с. при 1 172 об./мин. повысился незначительно.
Таким образом с двигателя была снята так называемая международная мощ-
ность, 519 л. с. при 1612 об./мин, которая представляет собой среднюю результи-
рующую из мощностей, полученных при испытаниях на полной мощности до и после
продолжительных испытаний. Расход топлива был равен 167,3 г/э. с. ч., масла—
11,1 г/э. с. ч. 1
Средняя мощность при продолжительных испытаниях была равна 458 э. л. с.
при 1610 об./мин., расход топлива —170 г/э. с. ч.
71
Измерение количества охлаждающей воды у двигателя FO4
Давление воздуха Темпе- ратура возду- ха Число оборо- тов На- грузка на тор- моз Мощ- ность Температура Охлаждаю- щая вода t Количество воды Отведен- ная те- плота
входа выхо- да
в мм рт. ст. °C в 1 мин. в кг л. с. °C, °C <и “ ,= с о напор в мм в л1сек л1час б. кал Л. с. ч.
759,5 + 19 1620 276 520 53 58 5 334 7,1 26 000 248
1625 277 523 52 57 5 334 7,1 26000 248
1 625 277 523 51,5 56,5 5 333 7,1 26000 248
1538 250 447 51 56 5 300 6,7 24100 270
1538 250 417 53 58 5 302 6,7 24100
1492 230 396 54,5 59,5 5 283 6,5 23 400
1 492 230 396 54,5 59,5 5 282 6,5 23 400 /УО
1442 215 360 52 56 4 267 6,3 22 600
1442 215 360 52,5 57 4,5 265 6,3 22 600
1376 198 316 55 59 4 242 6 21600
1 376 198 316 54 57,5 3,5 244 6 21600 /ОО
1333 185 288 54 57,5 3,5 227 5,8 20 900
1 338 185 288 54 57,5 3,5 224 5,8 20 9Э0 2э4
1276 178 264 54 58 4 206 5,45 19 600
я 1276 178 264 55 59 3 205 5,45 19 600 Zou
Измерение количества циркулирующего масла
Давление воздуха в мм рт. ст. Темпера- тура воз- духа в °C Число оборотов в 1 мин. Нагрузка на тормоз в кг Мощ- ность в л. с. Смазочное масло
Темпер, в °C Количе- ство в г Время, измерен, в секун дах Цирку- ляр, колич. в кг1час
759,5 + 19 1625 277 523 77,5 1820 9,8 669
Я 1625 277 523 78,5 1770 9,4 679
и » 1 625 277 523 73 1680 10 604
я 1558 250 447 72 1750 10,4 607
я » 1538 250 447 71,5 1705 10,2 602
я я 1492 230 395 70 1800 10,5 617
* » » 1492 230 396 70 1785 10,6 606
я я 1442 215 360 69,5 1760 10,2 621
» » 1442 215 360 70 1755 10 632
я » 1376 193 316 71 1895 10,9 626
» я 1376 193 316 71 1750 9,9 636
1 и » 1338 185 288 68 1805 11 591
я 1338 185 288 67 1770 10,4 612
я я 1276 178 264 67 1 860 11,2 598
я я 1276 178 264 67 1925 11,3 613
Кроме перечисленных этапов, были произведены добавочные испытания, необ-
ходимые для выполнения требований германских норм.
8. Одночасовое испытание с перегрузкой. Двигатель развивал 465 э. л. с. при
1 440 об./мин. Расход топлива был равен 163 г/э. с. ч., т. е. не выше, чем на том же
скоростном режиме при снятии внешней характеристики до и после продолжитель-
ных и пытаний.
9. Трехчасовое испытание на полную мощность. Средняя мощность равнялась
520 э. л. с. при 1 620 об./мин. и расход топлива 168 г/э. с. ч.
10. На протяжении предыдущего испытания производилось измерение количеств
циркулирующей охлаждающей воды и масла, а также количества тепла, отведенного
охлаждающей водой. Результаты этого испытания представлены в таблицах.
Количество тепла, отведенного охлаждающей водой; колебалось в пределах от
248 до 270 б. кал!э. с. ч. (получившееся значение 296 б. кал/э. с. ч. выходит из
рамок нормальных величин и может быть отнесено к ошибке в измерении).
Упомянутыми добавочными испытаниями германское испытание двигателя Юн-
керса FO4 в 1930 г. было закончено.
72
10. Дальнейшее развитие JUMO 60 л. с.
Фирмой Юнкере непрерывно велись работы по дальнейшему улучшению конз
струкции двигателя. Особенно большая работа была провеаена по поршням. И-
числа разработанных вариантов поршней обращает на себя внимание конструкция
поршня с жидкостным охлаждением, примененная для стационарных двигателей.
Фиг. 23. Поршень с жидкостным охлаждением, примененный для стационарных двигателей
Юнкерса.
Конструкция этого поршня Юнкерса представлена на фиг. 23. Поршень состоит
из двух частей: стальной головки I—3, несущей кольца, и юбки из легкого сплава.
Обе части, соединенные центральным болтом 5, опираются друг на друга площадками 4.
Этот способ соединения допускает радиальное расширение головки при нагревании.
Головка поршня разъемная, части ее 1 и 3 скреплены друг с другом на резьбе.
Внутренняя деталь в виде усеченного конуса разделяет головку на две полости.
Вместе с тем, она разгружает головку в момент взрыва, воспринимая часть усилий.
Наличие отверстий обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости.
В последней модели двигателя JUMO-4 фирме удалось ввести специальные
поршни, невидимому, со стальными накладками на днище без жидкостного охлаждения.
Помимо работ с поршнями, фирма направила свои усилия к уменьшению веса
машины и к улучшению работы насосов и форсунок с целью свести до минимума
догорание по линии расширения. Путем доработки деталей и, главным образом,
за счет улучшения отдивки картера вес машины снижен до 800 кг.
После переделок двигатель JUMO-4 был представлен на государственное 50-ча-
совое испытание, которое он прошел в феврале 1931 г. со следующими показателями:
а) средняя номинальная мощность — 645 л. с. при 1710 об./мин. и расходе
топлива 166 г\л. с. ч.; б) максимальная мощность—718 л. с. при 1713 об./мин. и
168 г/л. с. ч.
Таким образом на номинале двигатель
имеет литровую мощность
= 22,6 л. с.)л и удельный вес
800
645
645
28,5
= 1,24 кг/л.
с.
Несмотря на эти данные, авиадизель Юнкерса все же не является совершен-
ным авиационным двигателем ввиду высокого удельного веса и недостаточной
литровой мощности.
11. Общие выводы по авиационному дизелю Юнкерса
1. Как видно из приведенных выше данных, машина в настоящем своем
состоянии может быть гарантирована для эксплоаташш на номинальную мощ-
ность 645—650 л. с. и расход топлива 166—170 г/л. с. ч. Вес машины 800 кг или
1,23 кг!л. с. Вес очень тяжелый для такой мощности. С этими данными трудно вы-
годно эксплоатировать машину. Если сравнить машину с нормальным бензиновым
двигателем, мощностью 650 л. с. и весом 0,75 кг)л. с. (большинство современных
73
двигателей), то получится следующее: общий вес бензинового двигателя — 0,75-650 =
= 488 кг. Расход топлива в час — 0,235-650=153 кг] час. Для нефтяного же дви-
гателя часовой расход — 0,170-650=110 кг/час. Разность часовых расходов —
153—110 = 43 кг) час— в пользу двигателя Юнкерса.
Разность весов машины: 800—488=312 кг—в пользу бензинового двигателя.
312
Преимущество нефтяного двигателя Юнкерса может выступить после —— = 7,2 час.
4 и
полета.
Следовательно, для современных самолетов применение Юнкерса выгодно только
при продолжительных полетах. С точки же зрения экономики, если взять самолет
с 5-часовым полетным промежутком, то постановка Юнкерса вызовет уменьшение
фрахтового груза на 312 — 5-43 ££100 кг. Короче говоря, выгода от разницы
стоимости не идет полностью в карман эксплоатирующей организации, а в значи-
тельной степени пойдет на покрытие убытков от уменьшения фрахтового груза.
О применении Юнкерса для военных самолетов в настоящее время говорить не
прихоаи'гся.
2. В данном типе машины использованы все возможности для лучшей про-
дувки, лучшего наполнения и сгорания. Но с конструктивной стороны машина имеет
серьезные недостатки: а) наличие двух коленчатых валов, каждый из которых весит
около 100 кг\ б) тяжелая шестеренчатая передача к пропеллеру, весящая около
70 кг; в) тяжелый, ело: ный в отливке картер; благодаря сложной конструкции
электронная отливка встречает большие затруднения, ее до сих пор нет.
Таким образом второй коленчатый вал — около 100 кг, передача — около 70 кг,
картер с лишним весом — около 50 кг, составляющие в сумме около^200 кг лиш-
него веса, — это и есть тот принудительный ассортимент конструкции, который в дан-
ной стадии делает машину негодной.
3. Чтобы быть рентабельным в эксплоатации, JUMO 4 должен поднять номинал
по крайней мере до 750 л. с. и снизить свой вес до 700 кг. Повышение мощности
до этой величины может быть осуществлено или путем наддува (отчасти) или путем
повышения числа оборотов (главным образом). И в том, и в другом случае в теп-
ловом отношении машина должна быть значительно более напряжена, т. е. коли-
чество тепла, отводимого в единицу времени через стенки цилиндра и через поршень,
увеличится. Отсюда видны и затруднения. Если при данном скоростном режиме
поршень термически перенапряжен и верхние кольца пригорают, то при повышении
числа оборотов эти явления усилятся. Термическое перенапряжение машины вызвано
в основном тем, что машина двухтактная. Следовательно, радикальным выходом из
положения является переход на другой тип конструкции. Возможность циркуляцион-
ного охлаждения поршня представляет сложную конструктивную задачу. Если бы
она была решена, то мощный авиадизель данной конструкции с весом около 1 кг/л. с.
был бы реальным
74
1 Инж.-мех. Л. М. Белинкий и инж. А. Л. Пархомов.
АВИАДИЗЕЛЬ ПАККАРД
Девятицилиндровый звездообразный авиадизель Паккард с воздушным охлаж-
дением (фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7) 1 является в настоящее время безусловно наиболее
удачным авиационным двигателем тяжелого топлива, обладая удельным весом того же
порядка, что и у ряда бензиновых моторов.
Двигатель был выпущен в 1930 г. после трехлетней экспериментально-конструк-
торской работы ф рмы. Разработка конструкции происходила под главным руковод-
ством конструктора Л. М. Вульсона (автора всех основных конструкций бензинового
мотора Паккард). Весной 1930 г. были произведены первые серьезные перелеты с этим
мотором, в том числе перелет из Детройта в Нью-Орлеан. Во время одного из
последующих перелетов погиб Л. М. Вульсон, попав в снежную бурю.
Фиг. 1. Общий вид авиадизеля Паккард.
Фиг. 2. Вид спереди.
Удовлетворительные общие результаты этих испытаний, а главное рекламная
шумиха, поднятая вокруг них, позволили выпустить на рынок первую партию двига-
телей. Однако уже осенью того же года фирма сняла двигате ь с серийного производ-
ства ввиду ряда конструктивных недостатков, о которых будет сказано ниже.
После некоторого изменения конструкции весной 1931 г. было возобновлено
серийное производство; опять был сделан ряд значительных перелетов, один из них
продолжительностью 84 часа.
1 На фиг. 5 некоторые детали конструкции показаны неточно, именно: отсутствует одно-
кулачковая шайба, поршень не имеет второго масло оборонного кольца. Этот снимок относится
к одному из первых вариантов конструкции. На фиг. 6—7 показана последняя модель Пак-
карда (1931 г.).
75
Фиг. 3. Продольный разрез.
Фит. 4. Боковой вид.
Удельный вес.......................
Габаритная длина ..................
Габаритный диаметр.................
Самопуск ..........................
Генератор (для зарядки аккумулятора)
1. Основные данные двигателя
Передача на винг . . . прямая
Номинальная мощность . 225 л с.
Номинальные обороты . 1 950 об./мин.
Максимальная мощность. 240 л. с.
Максимальные обороты . 1990 об./мин.
Направление вращения . по часовой
стрелке (счи-
тая от лет-
чика)
Расположение цилиндров звездообраз-
ное
Число цилиндров ... 9
13
Диаметр цилиндра . . . 4у^"
.(122,24 мм)
Ход поршня...........6"
(152,40 мм)
Отношение хода к диа-
метру ...............1,25
Литраж-одного цилтдра 1,79 л
Общий.литраж . . . .16,11 л
Литровая мощность . . 13,9 л. с.)л
Степень сжатия . . . .15
Среднее эффективное
давление..............6,44 кг! см'2
(по номина-
лу)
Максимальное давление
вспышки...............85 кг; см2
Средняя скорость пор-
шня ..................9,91 MjceK
Охлаждение............воздушное
Система смазки .... под давле-
нием
Давление масла .... 5,3 кг^см'2
(при 1 600
об./мин.)
Охлаждение масла . . . спиральным
радиатором
Сорт масла............вязкость
3,25° Э при
100° С
Расход масла..........18—27
г/л. с. ч.
Топливо...............уд в. 0,79—
0,805
Расход топлива .... 182—225
г/л. с. ч.
Клапаны...............общий для
всасывания
и выхлопа,
один на ци-
линдр
Топливный насос и фор-
сунка ................в одном аг-
регате, ин-
дивидуально
на каждый
цилиндр;
форсунка
открытая
Сухой вес двигателя . . 232 кг
Литровый вес...........14,4 кг; л
. . . ............ 1,03 кг[л. с.
.................... 0,933 м
.................... 1,160 м
. . . ................. инерционный, системы
„Эклипс"
..................... („Эклипс“ тип, Tl.JJV
76
Фазы распределения
Открытие клапана..................................
Закрытие клапана............'.....................
Начало подачи горючего при полной нагрузке........
Конец подачи .....................................
45° до н. м. т.
25° после н. м. т.
39° до в. м. т.
20° до в. м. т.
2. Картер
Несущая часть картера состоит из основного корпуса (фиг. 8 и 9), на кото-
ром крепятся цилиндры, передние подшипники коленчатого вала и специальная диа-
фрагма, несущая задний подшипник коленчатого вала.
Как основной корпус, так и диафрагма отлиты из магниевого сплава.
' Спереди картер заканчивается обоймой упорного шарикоподшипника, а сзади —
крышкой, на которой монтируются помпы, самопуск, динамо и приводы. К фланцу
% передней крышки девятью шпильками крепится обтекатель; кроме того, тремя шпиль-
ками последний крепится к передней плоскости картера.
К заднему фланцу картера 18 шпильками крепится задняя крышка. В задней
части картера имеюто восемь выступающих ушков, расположенных по окружности,
которыми производится крепление двигателя к толи подмоторной рамы.
Сзади, внутри картера, расположены по окружности восемь бобышек (фиг. 9),
к которым при помощи шпилек крепится диафрагма. Диафрагма делит картер на
две части: кривошипную камеру и распределительную.
3. Диафрагма
Диафрагма сделана из магниевого сплава (фиг. 10, 11) и несет на своей зад-
ней стороне девять пустотелых валиков, расположенных по окружности и служащих
опорами для коромысел топливного и клапанного распределения. Один из пустоте-
лых валиков, лежащий против четвертого цилиндра, служит для подвода масла в
двигатель. От его основания в кор-
пусе диафрагмы идет радиальное
сверление к особому гнезду.
Диафрагма несет задний ко-
ренной роликовый подшипник ко-
ленчатого вала.
Особое кольцо (фиг. 10),
монтированное в специальной ка-
навке диафрагмы, несет опорные
валики, на которые надеты ры-
чажки, соединенные с рычагами
топливного привода и служащие
для регулировки подачи горючего
-путем поворота указанного кольца.
Вращение кольца, производимое
рычагом, выведенным к месту пи-
лота, является основным способом
регулирования оборотов машины.
4. Задняя крышка картера
Задняя часть картера закрыта
крышкой (фиг. 12—13), несущей
на себе вспомогательные меха-
низмы.
С внутренней стороны в зад-
ней крышке картера располага-
ются цилиндрические зубчатки для
привода всех вспомогательных ме-
Фиг. 5. Поперечный разрез.
ханизмов (фиг. 13 и 14).
77
Две шестерни А и Б с 28 Зубцами каждая сцепляются с Шестеренкой В в
14 зубцов, сидящей на конце коленчато! о вала. От одной из них через шестерен-
ку Г с 10 зубцами идет передача на динамо.
Вторая большая шестерня Б выполнена в одно целое с шестерней Дс 14 зуб-
цами, приводящей во вращение кулачковую шайбу Е, на внутренней поверхности
ко юрой нарезаны 56 зубцов (внутреннее зацепление). Ось шестерен Б и Д (в 28
и 14 з>бцов) служит приводом к тахометру с числом оборотов, равным половине
оборотов коленчатого вала. Большая шестерня Б приводит во вращение масляную
и нефтяную циркуляционные помпы через зубчатки с 12 зубцами каждая.
5. Крепление цилиндров
Обычно в звездообразном двигателе цилиндры крепятся к картеру на шпиль-
ках (фиг. 15 и 16). В этом случае силы взрыва передаются на коренные подшип-
ники стенкой картера, работающей на разрыв. Это обстоятельство, требующее ввиду
слабого сопротивления картерных сплавов растягивающим усилиям достаточно мощ-
ных размеров стенок, не имеет большого значения в бензиновых моторах с давле-
/
Фиг. 6. Последняя модель авиадизеля Паккард (май 1931 г.) Поперечный разрез.
78
Фиг. 7. Последняя модель авиадизеля Паккард (май 1931 г.) Продольный разрез
79
нием вспышки в 40 ат, так как здесь толщины стенок, выполняемые по конструк-
тивным и технологическим соображениям, получаются большими, чем нужно по
расчету. Авиадизель находится в более тяжелых условиях. Помимо того, что
в быстроходных дизелях давления вспышки превышают давления в бензиновых мо-
торах в 1,5—2 раза (в частности в Паккарде достигают 85 ani), процесс нарастания
этих давлений также менее благоприятен. По данным Рикардо скорость возрастания
давления во время вспышки в быстроходных дизелях превышает таковую бензиновых
моторов в 2—3 раза.
В двигателе Паккард крепление цилиндров осуществлено двумя хомутами, по-
мещенными спереди и сзади картера. Эти хомуты, состоящие каждый из трех сег-
ментов, соединенных тендерами, обжимают фланцы цилиндров специальной формы.
Сила затяжки тендеров (производимой по данным фирмы 3-футовым ключом)
должна быть настолько велика, чтобы ни при каких обстоятельствах стык цилиндра
и картера не разомкнулся, т. е. она должна быть больше силы взрыва. При описан-
ном способе крепления цилиндров материал картера работает только на сжатие, и
это позволило выполнить картер из электрона весом в 15,5 кг.
Фиг. 8. Картер. Вид спереди. Фиг. 9. Картер. Вид сзади. •
Фиг. 10. Диафрагма. Фиг. 11. Диафрагма.
80
Хомуты выполнены из специальной стали, и их размеры следующие:
Диаметр сечения....................................3/*" (19,05 мм)
Осевой диаметр хомута.............................. 228/4" (577,85 мм)
Резьба: диаметр.........’/в” (22,2 мм), длина........1‘/8а" (26,2 мм); 14 ниток на 1"
Вес одного цельного хомута с тремя тендерами.......4,47 кг
6. Цилиндры
Стальные цилиндры (фиг. 17, 18 и 19), кованые из хромомолибденовой стали,
кругом механически обработаны. Ребра охлаждения выточены на теле цилиндра.
Число ребер на один цилиндр — 30. Общая площадь охлаждающей поверхности ци-
линдра— 5 370 см2, что сос-
тавляет на 1 л. с. 215 см2 (не
считая головки, которая имеет
очень небольшую поверхность
охлаждения). Авиамотор Юпитер
VI имеет поверхность охлажде-
ния на цилиндре 180 см2 на 1 л. с.
{также не считая головки). На
уровне камеры сгорания цилиндр
имеет бабышку, к которой
двумя болтами крепится агрегат
топливного насоса и форсунки.
Герметичность картера
обеспечивается при помощи ре-
зинового уплотнительного коль-
ца, укладывающегося в выточку
на краю гнезда цилиндра.
В днище цилиндра (фиг.
19) имеются два отверстия:
одно, служащее гнездом для
клапана, второе — для запаль-
ной свечи для пуска двига-
теля в ход. В днище ввинчены
десять шпилек, которыми кре-
пится к цийиндру его головка.
Из десяти шпилек две являются
одновременно и контрольными.
На наружной стороне днища
выфрезеровано наклонное уг-
лубление, ведущее к отверстию
клапана и являющееся продол-
жением соответствующего ка-
нала в головке.
Наименьшая толщина стен-
ки цилиндра — s/e4" (1,98 мм);
наибольшая- толщина стенки
цилиндра на уровне камеры
сгорания ’/g" (3,18 мм); тол-
щина днища цилиндра —15/32”
{11,9 мм), вес цилиндра с де-
сжью шпильками — 6,035 кг.
7. Головка цилиндра
Головка цилиндра (фиг.
18,20, 21 и 22), имеющая вер-
тикальные ребра для охлажде-
ния и несущая комбинирован-
ный выхлопной и всасывающий
Авиационные двигатели.
Фиг. 12. Задняя крышка картера (вид сзади).
Фиг. 13. Задняя крышка картера, вид спереди).
81
Фиг. 14. Схема приводов вспомогательных механизмов.
Фиг. 15. Кольцевой хомут крепления цилиндров.
Фиг. 16. Крепление цилиндров к картеру.
82
Фуг. 17. Собранный цилиндр: 1 — головка, 2— нефтяной насос и фор-
сунка, 3—привод воздушной заслонки.
Фиг. 18. Детали цилиндра: 1—цилиндр, 2 — головка, 3—клапан,
4 — клапанные пружины, 5 — клапанное коромысло, 6— ось коромысла,
7—игольчатый подшипник оси коромысла.
патрубок, а также клапанный механизм, отлита из алюминиевого сплава и кре-
пится к днищу цилиндра посредством десяти шпилек. Поверхности соприкосновения
цилиндра и головки пришабрены.
В основании головки (фиг. 20) имеются два отверстия, соответствующие от-
верстиям в днище цилиндра (клапанное и для свечи). Клапанное отверстие каналом
соединяется с патрубком, через передний конец которого, регулируемый дросселем,
происходит засос воздуха, а через задний — выхлоп отработавших газов.
Соединительный канал (фиг. 21 и 23) представляет собой сплющенную трубку
Вентури, перпендикулярную всасывающе-выхлопному патрубку и направленную по ка-
сательной к окружности цилиндра. Сделано это с целью завихрения воздуха в ци-
линдре для лучшего перемешивания его со впрыснутым топливом. Наименьшее се-
чение канала —11,17 см2. Средняя скорость воздуха в нем —104 м)сек.
6*
83
Фиг. 19. Днище цилиндра.
Фиг. 20. Голоска цилиндра (вид
снизу).
Фиг. 21. Продольный разрез го-
ловки цилиндра.
Фиг. 22. Поперечный разрез го-
ловки цилиндра.
Воздушные заслонки всасывающих патрубков (дроссели) связаны с системой
регулировки подачи топлива и управляются от пилота.
В верхней части головки, закрываемой крышкой, располагается клапанное ко-
ромысло и толкатель к нему.
Направляющая клапана запрессована в особую бабышку и затянута гайкой;
в нижней части эта бабышка переходит в опорную кольцевую -поверхность цля ниж-
ней шайбы клапанных пружин. Вес головки с втулками —1,77 кг.
В первоначальной конструкции головки (до 1931 г.) охлаждающие ребра в
местах нахождения отверстий для шпилек были разрезаны, причем гайки садились
на нижнюю бабышку головки толщиной 1/2" (12,7 мм). Концы ребер, подходящие
к основанию клапанной коробки, были также вырезаны. Воздушный патрубок скреп-
лялся с головкой только посредством перпендикулярного канала, причем между ним
и коробкой клапана образовывалась глубокая седловина. Эта конструкция имела весьма
удобообтекаемую форму, а-благодаря изрезанным ребрам основание головки было
эластичным, что облегчало плотное соприкосновение с днищем цилиндра, особенно
при деформации последнего.
Однако указанные достоинства этой конструкции явились причиной ее недо-
статков в других отношениях. Наличие тонкого основания рядом со сравнительно
массивным и слабо укрепленным каналом привело к появлению термических напря-
жений, результатом которых явились трещины, обнаруживаемые после нескольких
десятков часов работы в седловине головки и идущие вперед к отверстию свечи
и назад до выхлопного отверстия канала.
Поэтому конструкторам пришлось пожертвовать аэродинамическими качествами
головки и значительно ее укрепить.
84
Фиг. 23. Схема завихре-
ния еоздуха в двигателе
Паккард.
Фиг. 24. Новая конструкция головки с золотниковым
краном (вид спереди).
В новой конструкции (фиг. 24 и 25) воздушный патрубок соединен с клапан-
ной коробкой двумя ребрами, перпендикулярными потоку. Кроме того часть перед-
них ребер поднята почти до высоты коробки клапана, к которой они теперь при-
литы. Благодаря уменьшению места на головке число шпилек уменьшилось до девяти,
из которых шесть выведены на высоту ребер. Таким образом эта головка обладает
уже большей жесткостью. Общая поверхность охлаждения в новой головке увеличи-
лась; однако увеличение эффективности охлаждения нельзя считать пропорциональ-
ным поверхности, так как значительная часть ее образует мертвые углы.
Об изменении в системе дросселирования воздуха в канале будет сказано в
соответствующем разделе.
8. Клапаны
Каждый цилиндр имеет один клапан, предназначенный как для впуска, так и
для выпуска. Каждый клапан (фиг. 26), выполненный из высокохромистой стали,
имеет 12 пружин обычного паккардовского типа. Пружины одеты на 12 круглых
штифтов, укрепленных по окружности на шайбе.
Размеры пружин:
Осевой диаметр.............-...............(8,73 мм)
Диаметр проволоки..........................1/16" (1,59 мм)
Шаг .... •.................................»/32" (2,38 мм)
Число рабочих витков.........................28
Число нерабочих витков .................... 2
Длина в свободном состоянии................(69,06 мм)
Применение таких пру-
жин вызвано желанней избе-
жать явления резонанса, ибо
для пружин с малым диаметром
и весом период собственных
колебаний очень высок; кроме
того поломка одной — двух
пружин не отразится на работе
клапана.
Шток клапана закреп-
ляется в верхней шайбе двумя
половинками конического зам-
ка с кольцевьми выточками.
Сверху на шток надето про-
волочное кольцо, предохраняю-
щее клапан от падения внутрь
цилиндра.
Фиг. 25. Новая конструкция головки с золотниковым
краном (вид сзади).
8&
Размеры клапана:
Диаметр горловины
Угол седла.........
Подъем ............
Диаметр штока . .'. .
Вес клапана .......
2з/)6" (58,74 мм)
30°
»/le" (11,28 мм)
в/в" (15,88 мм)
0,277 кг
Следует отметить хорошие условия работы клапана, так как один и тот же
клапан служит и для всасывания, и для выхлопа, следовательно постоянно охлаждается
свежим воздухом. Средняя скорость воздуха под седлом клапана 46 м/сек.
Клапаны приводятся в действие обычными тягами и коромыслами от кулачковой
шайбы. Подробнее этот вопрос будет освещет дальше (см. распределение).
9/ Поршни
Поршень (фиг. 27), штампованный из специального алюминиевого сплава и кру-
гом механически обработанный, отличается формой днища, которое имеет эксцен-
трично расположенный карман.
Глубина кармана 37/64" (14,7 мм). Верхний край выступа в в. м. т. не доходит
до днища цилиндра на ®/32" (7,14 мм). ч .
Наружная поверхность поршня по всей длине обработана по овалу, большая
ось которого перпендикулярна оси пальца. Зазоры поршня по направлению большой
оси составляют: вверху 0,60 мм на сторону и внизу 0,25—0,30 мм на сторону; по
направлению малрй оси соответственно: 0,75 мм и 0,35—0,40 мм. Полная длина
поршня—З,3/32" (94,5 мм)\ расстояние от нижней кромки до оси пальца—17/32"(31 мм}.
Вес комплекта поршня (с пальцем и кольцами)—1,909 кг.
Поршень имеет четыре кольца: два верхних стальных (каждое составленное
из двух) служат уплотнительными, два нижних чугунных, из которых одно располо-
жено над, а другое под поршневым пальцем, — масляными.
Палец—обычной конструкции—плавающий. Диаметр пальца— Р/4" (31,75 мм).
С боков палец снабжен алюминиевыми пробками, предохраняющими палец от осевою
перемещения. Напряж-ние в пальце на изгиб от максимальной силы — 5 000 кг/см\
На теле поршня по окружности как верхней, так и нижней кольцевой масля-
ной выемки имеется по 18 сверлений [(верхние диаметром ®/64" (3,572 мм) и ниж-
ние — 3/32" (2,282 мм)]
для стока масла.
Масляные порш-
невые кольца, |-об-
разного сечения, имеют
на вертикальной стенке
щелевые прорезы. Ши-
рина колец 3/16" (3,174
мм) и J/8" (3,175 мм).
Уплотнительные
кольца составлены из
двух частей: одна часть
с сечением в виде уголь-
ника I_, другая (верх-
няя) — дополняющая
первую до прямоуголь-
ника. Общая ширина
кольца — 3/16" (3,174
мм). Особых замков
на кольцах не имеется.
’ Следует отме-
тить, что первоначаль-
ная конструкция пор-
шня (фиг. 28) отлича-
лась от описываемой
отсутствием верхнего
масляного кольца. Зна-
Фиг. 26. Клапан.
Фиг. 27. Поршень.
86
читальный расход масла (с/э 20 г/л. с. ч.)
конструктор Паккарда Вульсон объ-
яснял необходимостью обильной смазки
в дизелях. Установку верхнего масля-
ного кольца фирма также объясняла
желанием вывести ч.рез верхние отвер-
стия масло на нижнюю часть поршня с
соответствующим отводом через ниж-
нее кольцо. Следует думать, однако, что
здесь ип али роль и другие соображения.
Проще предположить, что верхнее кольцо
поставлено также для отвода масла с
целью уменьшить расход.
В последней конструкции Паккарда
(1931 г.) форма поршня
также несколько видо-
изменена. Увеличен диа-
метр кармана с умень-
шением его высоты.
Кроме того расстояние
выступа поршня в
в м. т. до днища ци-
линдра уменьшено до
J/16" (1,587 мм) и та-
ким образом вихрь в'
вертикальной плоско-
сти, который склады-
вается с горизонталь-
ным круговым вихрем
от тангенциального на-
правления воздуха при
входе с целью лучшего
^перемешивания топлива
< воздухом и следовательно
Фиг. 23. Первоначальная конструкция поршня.
Фиг. 29. Шатунный механизм.
более полного сгорания, — усилен.
10. Шатунный механизм
Шатунный механизм (фиг. 29) состоит из главного шатуна и восьми боковых
шатунов двутаврового сечения, кованых из хромоникелевой стали.
В отверстие нижней головки главного шатуна запрессованы с двух сторон две
половинки вкладыша из специальной бронзы. Обе половинки не соприкасаются, об-
разуя кольцевую канавку в ]/36" (1,587 мм) для смазки.
Нижняя головка главного шатуна имеет щеки с гнездами для пальцев боковых
•шатунов. Крепление пальцев осуществляется с одной стороны помощью контровых
проволочных колец, с дру ой стороны пальцы упираются в шайбу, закрепленную на
боковой стороне нижней головки главного шатуна в выфрезерованной кольцевой ка-
навке. В верхнюю головку главного шатуна запрессована бронзовая втулка.
Масло для смазки верхней головки шатунов подводится через три отверстия,
просверленные в боковой поверхности головки; на поверхности втулки с внутренней
:тороны имеется по три глухих сверления для собирания масла.
Основные размеры шатунов:
Главный шатун: расстояние между осями головок . . . in/g" (301,6 мм)
расстояние от центра тяжести шатуна до оси поршне-
вого пальца.................................... 255,78 мм
расстояние от оси цапфы кривошипа до оси пальца
бокового шатуна для шатунов 2 и 9..............60,35 мм
для шатунов з и 8................................61,65 мм
„ 4й7..................................61,10 мм
, „ 5 и 6 ............................... 59.75 мм
Поршневой подшипник диаметр..................11\" (31,75 мм)
длина...................П/g" (47,63 мм.
87
Кривошипный подшипник: диаметр..............2И/16" (68,26 мм)
длина................2*/2" (63,5 мм)
Вес шатуна........................................... 5,584 кг
Площадь наименьшего сечения стержня .................4,18 см2
Боковой шатун; расстояние между осями головок . . . 241,2 мм
подшипник крепления в главном шатуне:
диаметр.........................................1*/1в" (25,99 мм)
длина........................................I’W' (32,54 мм)
Расстояние центра тяжести от оси поршневого пальца .... 114,57 мм
Вес..................................................0,981 кг
Площадь наименьшего сечения стержня..................3,65 см2
Напряжение в шатунах на сжатие от Рг достигает....... 2 740 кг)см^
11. Коленчатый вал
Фиг. 30. Коленчатый вал.
Одноколейный вал из хромоникелево-молибденовой стали состоит из двух час-
тей (фиг. 30—32): передней и задней. Соединение обеих частей осуществляется при
помощи разрезной клеммы на зад-
ней щеке вала, в которой зажи-
мается конец шатунной шейки,
составляющей одно целое с перед-
ней частью вала. Стягивание клем-
мы производится болтом с гайкой.
Для фиксирования одной
части вала относительно другой, а
также для предохранения от прок-
ручивания служит шпонка, входя-
щая в шпоночную канавку шейки
вала и задней щеки. Диаметр ша-
тунной шейки 2n/J6" (68,26 мм).
Длина 21/2" (63,5 мм).
по две пружины, опирающиеся на
нижнюю часть щеки вала и дающие возможность упругого отклонения (качания)
противовесов (диаметр опорного валика—РД" (38,1 мм). Задача упругого крепле-
ния противовесов — разгрузить коленчатый вал при внезапных повышениях нагрузки.
На каждом противовесе (фиг. 31) имеются
Размеры пружин:
Диаметр проволоки........................... s/g" ( 9,525 мм)
Шаг...................................... S7/M'' (10,716 мм)
Диаметр осевой окружности................ д1/за" (24,604 мм)
Длина....................................... a?/e4" (10,716 мм)
Число витков............................. 6 (4 рабочих)
На передний конец вала навертывается гайка, крепящая втулку винта. На носке
вала нарезаны шлицы для посадки обоймы амортизаторов. Впереди этих шлиц на-
Фиг. 31. Детали коленчатого вала: 7—передняя часть, 2 — задняя часть с
хвостовиком, 3—противовес, 4—ось противовеса, 5— пружина противовеса,
6 — болт крепления пружины.
88
Фиг. 32. Детали задней части коленчатого вала: 1— задняя часть коленча-
того вала, 2— хвостовик, 3 — пружина, 4— шайба, 5—палец.
Фиг. 33. Детали хвостовика: 1 — хвостовик, 2 — пружина, 3 — шайба, 4 — палеи.
вертывается упорная гайка вала, которой притягиваются к щеке через посредство
промежуточной втулки все детали, неподвижно сидящие на носовой части вала, в том
числе и оба подшипника. Во внутреннее сверление носовой части вцла со стороны
носка запрессована заглушка. Шатунная шейка полая, закрытая с одной стороны
заглушкой с проходящим внутри болтом, раскерненным на передней шеке.
В щеке, вдоль ее оси, сделано сверление и вставлена трубка. Это сверление
и трубка служат масляным каналом, который сообщается с внутренней частью кри-
вошипной шейки и подводит масло для смазки пальца противовеса.
Задняя коренная шейка вала имеет по окружности четыре отверстия, служащие
для ввода масла в вал из основной масляной магистрали.
Внутри задней части вала установлен хвостовик (фиг. 32, 33) с сильной пру-
жиной, опирающейся на шайбу, и пальцем, имеющим ход по винтовой прорези,,
дающий возможность поворота распределительной шайбы при сцеплении хвостовика
с самопуском; благодаря повороту шайбы происходит запаздывание закрытия кла-
пана, чем создается декомпрессия и облегчается пуск в ход.
12. Нефтяной насос и форсунка- (фиг. 34, 35 и 36)
Корпус насоса откован из специальной стали и полностью обработан; в него-
запрессован бронзовый цилиндр, в котором ходит плунжер. Последний выполнен из
термически обработанной стали и оканчивается внизу грибковой головкой, которая
входит в Т-образный прорез особого крейцкопфа; последний находится в контакте
с толкателем насоса. Диаметр плунжера — 15/в4" (5,95 мм), максимальный рабочий
ход плунжера — 33/ь4" (5,16 мм). Пружина, помещающаяся в корпусе насоса, возвра-
щает плунжер обратно после его рабочего хода. В корпусе и втулке насоса имеются
шесть специальных отверстий диаметром 3/64" (1,19 мм), через которые поступает
топливо из всасывающей камеры, предварительно пройдя через частый фильтр. Наг-
нетание топлива начинается после того, как плунжер перекроет эти окна.
89
Фиг. 35. Дета а и нефгяногп насоса: 1—корпус, 2—плунжер, 3— крейцкопф, 4—пружина,
5-—втулка с ниппелями, 6—фильтр. 7 — гайка, 9—собранная форсунка, 10—стопор-
ный винт форсунки, 11 — колпачок стопорного винта.
Алюминиевая втулка надевается на конус корпуса насоса и закрепляется на
нем гайкой. Между втулкой и конусом расположен фильтр. На втулке имеются нип-
пели, причем на двух насосах находится три ниппеля — два боковых и один торцо-
вый,— а на остальных семи насосах только два боковых. Боковые ниппели соединяются
трубками, образуя кольцевой трубопровод (фиг. 2 и 3); к торцовым же произво-
дится подача топлива от циркуляционного насоса низкого давления. Между насосом
и форсункой имеются два шариковых клапана.
SO
1
Фиг. 36. Детали форсунки (увеличены): I — игла, 2—корпус, 3— пружина,
4 и 5—гайка и контрг йка.
Фиг. 37. Кулачковые шайбы: 1 — основная восьмикулачковая шайба,
2 — однокулачковая шайба.
Корпус форсунки выполнен из стальной поковки и привернут к корпусу на-
соса. Стык — без прокладки и притерт. Корпус форсунки имеет фланец, которым
производится крепление всего arperaia к цилиндру. Форсунка (фиг. 35 и 36) — от-
крытого типа, снабжена игольчатым клапанам, конец которого конической формы
с конусом, обращенным основанием в сторону цилиндра. Пружина прижимает иглу
не непосредственно к седлу в корпусе форсунки, а к особому стопорному винту, располо-
женному с задней стороны корпуса. Этим винтом можно менять величину зазора
между иглой форсунки и ее седлом.
В нормальных условиях стопорный винт устанавливается так, что игла отстоит
от своего седла на несколько десятых мм.
Причина применения открытой форсунки у Паккарда — это необходимость уда-
ления воздуха, который может попасть в систему и исказить всю работу насоса.
В закрытой форсунке удаление воздуха производится в высшей точке топлив-
ных каналов через особый клапан. В звездообразном двигателе расположение этого
клапана должно было бы быть различным для всех цилиндров, что чрезвычайно услож-
нило бы конструкцию.
Соединение насоса и форсунки в одном агрегате обладает тем преимуществом,
что отсутствует трубопровод высокого давления между насосом и форсункой. Бла-
годаря этому отпадают такие дефекты, как воздушные мешки, подтекание и неточ-
ность в регулировке машины благодаря сжатию жидкости в трубках и эластичности
самой трубки при давлениях распыливания порядка 400 ат.
/
13. Клапанное распределение
Кулачковая шайба (фиг. 37) для клапанного привода, выполненная в одно це-
лое с шайбой для топливного привода из стали и имеющая четыре кулачка, сидит
91
Фиг. 38—39. Задняя часть коленчатого вала,
кулачковые шайбы и хвостовик.
свободно на заднем конце коленчатого-
вала (фиг. 38—39) и через систему зубчатых
колес приводится во вращение в сторону,
обратную вращению коленчатого вала со
скоростью, равной 3/8 скорости послед-
него. Набегающие части кулачков нава-
рены стеллитом.
Кулачки шайбы действуют на ролики
коромысел, укрепленных на диафрагме кар-
тера (фиг. 10 и 11). Коромысло (фиг. 40)>
действует на короткую тягу со сферическими
концами, толкающую ползун; последний
ходит в направляющей буксе, неподвижно
закрепленной на картере. С другой стороны
Фиг. 40. Схема клапанного привода.
перемещается по выточке коромысла,
ползун толкает длинную тягу, проходящую
сквозь трубку и ведущую к коромыслу
клапана (фиг. 41). Последнее качается на
валике, установленном эксцентрично в ба-
б>1шках головки цилиндра, и оканчивается
роликом, действующим на шток клапана.
Поворотом оси коромысла благодаря ее
эксцентриситету достигается изменение ве-
личины зазора между роликом и штоком.
14. Привод топливных насосов и их
регулировка
Толкатели топливных насосов (фиг.
4z j расположенные радиально в задней
части картера, приводятся в действие от
второго ряда кулачков шайбы, описанной
выше (фиг. 37)
Эти кулачки действуют на коромысла,
сидящие на пустотелых валиках (фиг. 10
и 11) диафрагмы рядом с клапанными ко-
ромыслами и ближе к? середине мотора.
Коромысла оканчиваются небольшим ку-
лачком (фиг. 43), наваренным стеллитом,
и имеют специальную выточку, в которук>
садится и по которой может передвигаться
шаровой конец нижнего толкателя. Этот
толкатель вблизи своего нижнего конца
связан с качающимся рычажком, укреп-
ленным на регулировочном кольце (фиг. 10
и 42). При повороте кольца рычажок воз-
действует на нижний [толкатель, последний
меняя тем самым ход плунжера топливного-
насоса. Для прекращения подачи горючего кольцо должно быть так повернуто*
Фиг. 41. Клапанное коромысло: / — коромысло, 2—ось, 3— игольчатый подшипник.
92
что 5ы плунжер не перекрывал впускных отверстий насоса и ра-
ботал вхолостую. Верхний толкатель ходит в направляющей
втулке, закрепленной в картере двумя шпильками.
Кроме описанной восьмикулачковой шайбы в двигателе
Паккард имеется еще одна шайба с одним кулачком (фиг. 37),
-сидящая жестко на валу впереди основной шайбы (фиг. 7 и 38—39).
Ее назначение следующее. В период пуска мотора, когда имеет
место с целью декомпрессии запаздывание закрытия клапана
-(см. описание хвостовика коленчатого вала), будет одновременно
запаздывать и подача топлива (так как обе 4-кулачковые шайбы
выполнены в одно целое). В этот момент шайба с одним кулач-
ком обеспечивает подачу топлива без запаздывания. Когда дви-
гатель запустился и основная кулачковая шайба под действием
Фиг. 42. Схема топ-
ливного привода:
1—насос, 2—плун-
жер насоса, 3—вер-
хний толкатель 4—
направляющая тол-
кателя, 5—нижний
толкатель, 6 — ры-
чажок, 7 — кольцо
управления, 8—ко-
ром ысло, 9—кулач-
ковая шайба.
пружины хвостовика заняла вновь свое нормальное положение,
кулачок вспомогательной шайбы будет пробегать свободно под
.длинной частью кулачков главной шайбы, не принимая участия
в распределении. Таким образом назначение однокулачковой
шайбы — обеспечить своевременную подачу топлива в цилиндр
во время пуска двигателя.
Подача горючего в цилиндр, т. е. момент перекрытия плун-
жером насоса впускных окон, имеет место при полной нагрузке
за 39° до в. м. т., при этом продолжительность впрыскивания
составляет 19°. Кривые подъема плунжера по углу поворота
вала даны на фиг. 44 для различных положений регулировочного
кольца. Из кривых видно, что при данном способе регулирования остается постоян-
ным конец впрыскивания, именно за 20° до в. м. т., в то время как начало впрыс-
кивания по мере дросселирования происходит позднее и продолжительность впрыс-
кивания изменяется. Однако это уменьшение продолжительности непропорционально
уменьшению хода плунжера, и при уменьшении нагрузки скорость инжекции падает.
Падение скорости еще увеличивается благодаря тому, что при малых нагрузках
рабочий ход плунжера происходит на наиболее пологой закругленной части
кулачка.
Это обстоятельство в связи с отсутствием резкой отсечки подачи горючего
ведет к ухудшению распыливания при малых нагрузках и является недостатком при-
мененной Паккардом системы регулирования насоса. Как известно, в таких случаях
применение открытых форсунок особенно неблагоприятно в виду появления так
называемого подтекания струи. Некоторое ослабление этого фактора у Паккарда
достигается благодаря отсутствию топливного трубопровода, а также благодаря тому,
что его форсунка хотя и является открытой, но имеет переменное сечение и рабо-
тает, как полузакрытая.
Опережение впрыскивания при полном дросселе (так же, как и при других по-
ложениях дросселя) в моторе Паккард определяется исключительно установкой ку-
лачковой шайбы относительно вала мотора, не может быть изменено без разборки
мотора и следовательно остается постоянным при всех оборотах машины. Отсутствие
необходимости увеличивать опережение при возрастании числа оборотов объясняется
в данном случае тем, что как скорость кругового вихря в цилиндре, так и скорость
Фиг. 43. Детали топливного привода: 1 — коромысло, 2—верхний толкатель, 3—на-
правляющая, 4 — нижний толкатель с рычажком.
93
g Боу
I
инжекции зависят от числа обо-
ротов мотора. Поэтому при уве-
личении оборотов степень пере-
мешивания и тонкость распили-
вания также увеличиваются.
Благодаря отсутствию ре-
гулировки опережения удалось
достигнуть весьма значительного,
конструктивного облегчения,,
именно объединения топливного
и клапанного приводов в одной
кулачковой шайбе.
15. Воздушные заслонки
всасывающих патрубков
Каждая головка цилиндра
имеет заслонку, закрывающую
переднее отверстие всасываю-
щего патрубка. Заслонка при-
водится в действие тягой,
соединенной с трубкой,, в ко-
торой расположен толкатель,
клапана. Все трубки имеют ры-
чажки с шаровыми шарнирами.
Нижние рычаги трубок сцепля-
ются с кулаиками на особом
кольце (фиг. 45), монтирован-
ном на бабышках крепления
двигателя к моторной раме. Это
кольцо приводится в действие
особым кулачком совместно с
тягой управления топливными
насосами, так что при малых
оборотах переднее отверстие
воздушного патрубка прикры-
вается с одновременным умень-
шением количества подаваемого
топлива и всасывание воздуха
происходит главным образом
через задний конец патрубка.
При этом всасываемый воздух
разбавляется в некоторой сте-
пени выхлопными газами, бла-
годаря чему падает скорость
сгорания и уменьшаются число
оборотов и мощность.
Фирма указывает, что этим
достигается устойчивая работа
на холостом ходу при оборотах
порядка 300—400 об./мин.
В последней модели фир-
ма уничтожила заслонку и за-
менила ее золотниковым краном
в канале непосредственно перед
клапаном (фиг. 46, 24 и 25).
Этот золотник управляется та-
ким же образом, как заслонка,
т. е. совместно с регулировкой
94
насосов и, начиная с опргдеден-
ной малой подачи последних,
прикрывает проходное сечение,
уменьшая таким образом ко-
личество воздуха, поступающего
в цилиндр, и тем самым умень-
шая обороты и мощность мотора.
Действие этого дросселя
очевидно совершенно анало-
гично действию дросселя бензи-
нового мотора, и с ним ока-
залось возможным более устой-
чиво работать на холостом ходу.
16. Масляная помпа
Три масляные помпы шес-
теренчатого типа с горизонталь-
ной осью и фильтром помеща-
ются в одном общем корпусе
и крепятся к задней крышке
картера.
Одна из помп служит для
нагнетания масла в мотор; дру-
гая—для компенсации подачи
масла на разных режимах и
третья — для откачивания масла
из картера (фиг. 47).
Корпус помп отлит из
алюминия и имеет на переднем
конце отверстия для подвода
масла из картера и нагнетания
в главную ма> истраль. В перед-
нем от винта отделении нахо-
дится откачивающая помпа; она
состоит из двух шестерен, си-
дящих в цилиндрических гнез-
дах корпуса. В откачивающую
помпу масло поступает снизу
через отверстие в торце помпы;
предварительно оно проходит
через фильтр, монтированный
на задней крышке картера. Че-
Фиг. 45. Кольцо управления воз-
душными заслонками.
Фиг. 46. Воздушный золотниковый кран в последней
модели Паккарда.
рез отверстие с противополож-
ной стороны масло выходит из помпы в масляный радиатор (фиг. 48). Последний —
спиральной формы, выполненный из алюминиевой трубы, крепится впереди мотора.
Пройдя радиатор, масло поступает в бак. Из бака масло поступает в нагнета-
тельную помпу, расположенную в самой задней от винта части корпуса насоса.
Отсюда масло нагнетается в масляную- магистраль, началом которой служит пусто-
телый опорный валик одного из коромысел, расположенный на диафрагме у четвер-
того цилиндра.
Средняя пара шестерен является перепускной. В зависимости от большей или
меньшей нагрузки, меньшее или большее количество масла перетекает из всасываю-
щего пространства нагнетательной помпы во всасывающее пространство компен-
сирующей помпы и ею подается через масляный радиатор в бак.
17. Циркуляция смазки
Масляная помпа приводится в действие цилиндрическими шестернями (фиг. 13
и 14). Число оборотов помпы составляет 7/6 оборотов мотора.
95
Бак для масла
_________Пепепцскная
помпа. 7
ФилЬт^.
Нагнетателбная
помпа Г'
К манометру
В
ел.
,Ll3 картера
= — ФилЬтр
Peg. клапан
магистраль
паслянЬш радиатор
Фиг. 47. Схема работы масляной помпы.
Масло подводится
трубкой, идущей от днища
бака к отверстию масля-
ной помпы, проходит че-
рез фильтр, поступает в
нагнетательную помпу и
отсюда под давлением
5—6 ат поступает в пус-
тотелый опорный валик
на диафрагме коромысла.
Через этот валик
масло поступает в ради-
альное сверление, ведущее
к особому гнезду; на втул-
ке кулачковой шайбы име-
Фиг. 48. Масляный радиатор.
ется плавающее кованое
кольцо, которое также имеет подобное гне-
здо. Эти два гнезда соединены шарнирно труб-
кой (фиг. 10).
Из гнезда на кольце масло проходит
через четыре отверстия на втулке кулачковой
шайбы в сверления на заднем конце колен-
чатого вала; отсюда масло поступает в по-
лость коренной шейки и оттуда — в мотыле-
вую шейку.
Как было указано выше, вкладыши
нижней головки шатуна вставлены так, что
между их торцами остается небольшой зазор
в 1/16" (1,587 мм), куда и поступает масло.
Через ряд отверстий из этого кольцевого
зазора масло подводится к пальцам боковых
шатунов. Обе щеки вала имеют сверления
для подвода масла к опорным валикам про-
тивовесов.
Фиг. 49. Обтекатель.
На диафрагме главное сверление, по-
дающее масло к кольцу и кулачковой шайбе,
продолжено, и масло попадает в кольцевую
канавку гнезда обоймы заднего роликового
подшипника. Из этой канавки масло посту-
пает через радиальные сверления в диафрагме
к остальным восьми пустотелым валикам ко-
ромысел клапанного и топливного привода.
, Валики просверлены радиально, и через
эти сверления масло подается во втулки
коромысел. Через отверстия, сделанные в
клапанных коромыслах, масло подается для
смазки роликов.
Отработавшее масло из нижней части
картера проходит через вырез в диафрагме
(фиг. 11) и отсасывается через фильтр помпой.
Клапанный механизм (наружный) смазывается ручным способом с помощью
тавотной набивки.
18. Втулка винта
Одной из особенностей Паккарда является его пропеллерная втулка, которая
сидит на валу свободно. Втулка на концах снабжена двумя кулачками (фиг. 50),
расположенными симметрично относительно оси вала.
На валу на шлицах посажен ведущий элемент — кольцо с двумя отростками,
перпендикулярными оси вала (фиг. 51).
96
Фиг. 51. Ведущий элемент втулки и амортизаторы.
В каждом из этих отростков при помощи трех болтов укрепляется амортиза-
тор (фиг. 51), состоящий из двух резиновых кубиков, между которыми и зажимаются
•кулачки пропеллерной втулки. Таким образом между ведущим кольцом и про-
пеллерной втулкой осуществляется эластичная связь, освобождающая втулку и винт
ют резких ударных нагрузок. С другой стороны, амортизаторы содействуют гашению
•крутильных колебаний вала, которые здесь особенно опасны ввиду большой не-
равномерности крутящего момента.
Со стороны носка пропеллерная втулка закрепляется двумя гайками, из кото-
фых наружная — со сферическим колпачком.
19. Стартер и запальные свечи
В двигателе Паккард применя-
ются для пуска в ход инерционный
самопуск „Эклипс". Последний снаб-
жен динамо, работающей от акку-
.мулятора, и кроме того предусмот-
рена возможность запуск! вручную.
При низких температурах для
запуска необходимо применять за-
пальные свечи, ввинчиваемые в го-
ловку цилиндра. Эти свечи выпол-
нены в виде спирали накаливания
и работают от аккумулятора (6V)
^фиг. 52).
Испытания мотора Паккард вы-
пуска 1930 г. показали следующее: Фиг. 52. Запальные свечи.
7 Авиационные двигатели.
Фиг. 53. Монтаж авиадизеля Паккард: 1 — направляющая ползуна клапанного
привода. 2—направляющая толкагеля топливного привода, 3—толкатель топ-
ливного привода, 4— хвостовик, 5—ось коромысел.
Число оБоротоб (в минутд)
Фиг. 54 Внешняя и дроссельная характеристики по данным
фирмы.
Данные приемочного испытания авиадизеля Паккард
Продолжительность испытания...........................
Степень сжали»........................................
Смазочное мае по...............................• . . .
Горючее...............................................
Скорость обдува.......................................
Средняя температура цилиндра .........................
Максимальная температура цилиндра.....................
Холостой ход на станке................................
Давление масла на холостом ходу.......................
Давл.-нле масла при 1 600 об./мин.....................
Давлен >е маета при 1900 об./мин....... ..............
Расход топлив 1 при « = 1990 об./мин., Ne = 232 л. с. . . .
Расход масла при тех же условиях......................
I
Мотор не может пере-
носить в течение продолжи-
тельного времени указанный
в каталоге (фиг. 54) номи-
нальный режим в 225 л. с.
при 1950 об./мин. Мотор, дан-
ные испытания которого при-
ведены на фиг. 55 и таб >ице,
проработавший всего'13 час.,
обнаружил при осмотре сле-
дующие дефекты: стен-и ка-
меры сгорания покрыты до-
вольно толстым слоем плот-
ного черного нагара; рабо-
чая поверхность поршней по-
крыта большим количеством
ясно заметных рисок и ца-
рапин; у некоторых поршней
заметны смятие и развал
кольцевых канавок между
уплотнительными кольцам и;
13 час.
14
вязкость 3,25° Э при" 100° С
нефть, уд. вес 0,79—0.805
193 км) час
216° С
254° С
325—400 об./мин.
2,8 am w
5,3 ат
5,6 ат
222 г/л. с. ч.
27,4 г/л. с. ч.
98
8'
1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 п об
Фиг. 55. Дроссельная характеристика по данным приемочного
испытания. V.
|. Можно также полагать, что применяемая Паккардом
иоследнее очевидно объ-
ясняется размягчением ма-
териала поршня благо-
даря его высокой темпе-
ратуре.
Прн испытании пор-
шней по Бринеллю оказа-
лось, что твердость но-
вого поршня составляет
135, тогда как после 50
часов работы твердость
упала до 60.
Большое количество
нагара объясняется высо-
ким расходом горючего
и плохим сгоранием. Га-
рантированный фирмой
расход составляет 225 г}л.
с. ч., что несомненно не со-
ответствует требованиям,
предъявляемым авиацией
к дизелям. \
Высокое давление
вспышки в 85 ат, связан-
ное с большим опереже-
нием подачи, должно быть
рассматриваемо также, как
признак ненормального
протекания процесса сго-
рания. Частичное объясне-
ние последнего нужно ис-
кать в примененном ме-
тоде впрыскивания горючег
форсунка, дающая коническую форму струи, плохо соответствует фо[ме камеры
сгорания. Исходя из того, что струя для наилучшего перемешивания должна быть
конформной с камерой сгорания, можно предположить, что форсунка с плоским
веером лучше подошла бы к паккардовской камере сгорания. Сама же по себе эта
камера сгорания обладает большим достоинством в том отношении, чю, концентри-
руя объем на небольшом пространстве, позволяет обслуживать цилиндр одной фор-
сункой.
Напряженные условия работы деталей (в частности поршней) и их механиче-
ская (благодаря высокому давлению вспышки) и тепловая (отчасти благодаря недо-
статочному охлаждению головки) перегрузки привели к тому, что нормальный режим
мотора в полете пришлось значительно снизить (до 160—170 л. с.).
Как на недостаток конструкции можно указать еще на неудачное устройство
привода к дросселю, который чрезвычайно туго поддается воздействию от руки
пилота.
Изменения в конструкции 1931 г. дают улучшения в отдельных подробностях,
однако в основном условия работы большинства деталей и протекания процесса
остаются прежними.
Несмотря на ряд дефектов, конструкция авиадизеля Паккард представляет
удачное решение ряда важных и интересных проблем легкого быстроходного дизеля,
к-к например вопроса о креплении цилиндров, об индивидуальном форсуночно-на-
сосном агрегате, об одноклапанной системе и др, но лишь по устранении указан-
ных выше недостатков мотор может рассчитывать на прочное место в эксплоатации.
7*
9S
20. Литература.
1. „SAE Journal”, 1930, № 4. стр. 431—442.
2. „Letectvi”, 1930, № 5, стр. 174.
3. „Flugsport”, 930, № 6, стр. 107.
„Flugsport”, 1930, № .0, стр. 173—176.
5. „The Aeroplane”, 1930, № 18, crp. 794.
6. „L’Aeronautique”, 19|'J. август, № 135, стр. 291—291.
7. „Les Ailes”, 1930, № 461, стр. 9 и 15.
8. „Aviation”, 1930, 5 Apnel, стр. 684—€91.
9. „Американская техника”, 19 >0. № 6, стр. 325—333.
10. „Техника воздушного флот”, 1930, № 9.
И. „Хроника воздушного дела”, 19а0, № 8—9.
12. „Aircraft Engineering”, 1930, июль.
13. „Automotive Industries”, 1931, № 10, стр. 410—414.
100
Инж.-мех. Н. И. Ворогушин
О СЕМЕЙСТВЕ ДВИГАТЕЛЕЙ БЕРДМОР
Повышение мощности моторно, о агрегата является одной из основных тенден-
ций развития авиационных двигателей и осуществляется в конечном счете при боль-
шом увеличении мощности путем увеличения литража отдельных цилиндров, т. е.
путем увеличения их диаметра.
Увеличение числа оборотов выше некоторого предела ограничивается качест-
вом материалов, так как при увеличении оборотов допускаемые напряжения прихо-
дится поднимать вследствие увеличения ускорений и сил инерции, и здесь границы
поставлены состоянием металлургии.
Увеличение числа цилиндров всегда понижает надежность машины или, вернее,
увеличивает вероятность поломок и не может быть проводимо слишком далеко.
Применение наддува связано с высокими тепловыми нагрузками, с явлениями
детонации и с разрешением проблемы конструкции нагнетателя и привода к нему.
Разумеется, отсюда не вытекает, что повышение мощности двигателя путем
повышения скоростного режима, числа цилиндров и применения наддува является
каким-то „вредным" направлением. Лучшие образцы авиационных бензиновых дви-
гателей получают свое развитие именно по этому пути. Проблема повышения мощ-
ности путем увеличения литража встает во весь рост лишь тогда, когда уже исчер-
паны все возможности повышения мощности указанными путями. Здесь мы не
касаемся такого огромного резерва для повышения мощности авиационного двигателя,
как переход на 2-тактный цикл. Использование этого резерва в комбинации с вы-
соким скоростным режимом, большим числом цилиндров и с наддувом открывает на
ряд лет новые, очень широкие возможности развития.
Изумительный пример роста мощности, снимаемой с одного и того же лит-
ража, показанный моторами Непир за ряд лет их постепенного развития и теперь
проделываемый Испано, имеет свои пределы, и при переходе к очень большим мощ-
ностям размеры двигателя должны „устареть".
Увеличение диаметра цилиндров увеличивает габарит машины и в конструк-
циях с очень сильно развитым литьем может быть трудно будет уменьшить удельный
вес мотора. Первое может быть парализовано размещением мотора в крыльях с при-
менением выносных винтов, а относительно второго можно считать, что при умень-
шении количества литья или при его разгрузке вес на силу может быть выдержи-
ваем таким же, как у моторов с меньшими цилиндрами.
До сих пор большие цилиндры не завоевали себе широкого распространения.
Конструктора авиадвигателей очень неохотно идут на увеличение диаметров, но по
этому очень тяжелому пути им приходится или придется все же итти, когда осталь-
ные средства будут исчерпаны.
•V Цилиндры большого литража представляются особенно удобными для. двигате-
лей тяжелого топлива из-за условий работы топливной системы и получения воз-
можно большего времени на проведение процессов сгорания.
При переходе к двум тактам или двум тактам двойного действия вопрос проч-
ности поршня и надежности колец из-за тепловой нагрузки, невидимому, очень
трудно разрешим иначе, как применением охлаждения, даже при общеупотребляемых
диаметрах настоя щ то времени, т. е. диаметрах порядка 150—160 мм.
Другими словами, решение задачи об охлаждении поршня для 2-тактного дви-
гателя этих размеров и принятых в авиации оборотов необходимо, а будучи полу-
чено, оно позволит значительно увеличить диаметры цилиндров и получить мощ-
ные двигатели без увеличения числа цилиндров.
Двигатели с большими цилиндрами, до некоторого предела, отличаются ма-
лыми литровыми весами.
101
Фиг. 1. Продольный разрез опытного авиамотора Рикардо.
. Можно ожидать, что при применении разгрузки литья от растягивающих сил
взрыва или при замене литья сваркой, пои прочих равных условиях, литровые веса
еще могут быть снижены Разгрузка дает громадный эффект как в авиационном
бензиновом моторостроении, так и в тяжелом дизелестроении.
Примеры конструкций двигателей с большими цилиндрами и их история заслу-
живают большого внимания и изучения.
Дальнейшее изложение представляет попытку обозрения очень интересного
семейства быстроходных двигателей английской фирмы William Beardmore and
Со Ltd.
Компания Бердмор имеет ряд заводов, выпускающих весьма разнообразную
- продукцию, из которой можно назвать: броненосцы, дирижабли, самолеты, паровозы,
двигатели внутреннего сгорания и пр.
Во время войны фирма выпустила 6-цилиндровый авиамотор в 160 л. с., быв-
ший на снабжении, а потом строила известный мотор „Пума*. После войны она
затратила много усилий на создание быстроходного двигателя тяжелого топлива.
Одним из результатов этой работы были двигатели, установленные на погибшем
дирижабле R 101.
История развития конструкт ивных форм этих машин восходит к двигателю,
чертежи которого были опубликованы Рикардо в докладе, сделанном им 16/ХП—20 г.,
о возможных путях развития авиадвигателей^).
По поводу применения больших цилиндров Рикардо говорит, что конструктора
авиамоторов проявляют излишнюю боязливость в отношении мощности, получаемой
с отдельных цилиндров.
После опыта, полученного им с большими цилиндрами танковых двигателей,
он сконструировал (в 1917—1918 гг.) двигатель мощностью 100 л. с. в одном ци-
линдре.
102
Был сделан прэект опытного
мотора, и после ряда задержек одно-
лгилиндровый двигатель был испытан
® Фарнборо.
Фиг. 1 и 2 представляют раз-
резы двигателя в 600 л. с. с р ззмерами
цилиндров 204 X 280 мм (8 X 11 ")
Испытания показали, что цилиндр
рззвивал 120 л. с. при «=1350,
потребляя всего 224 г{э. с. ч.\ сте-
пень сжатия была 4,84. При нор-
мальном числе оборотов («=1250)
двигатель имеет индикаторный коэ-
фициент 1^ = 0,312, или на 4°/0 мень-
ше предельного значения, соответ-
ствующего степени сжатия 1. Инди-
каторное давление доходило при этом
до 10,55 кг)см2. Данные испытания
«приведены на фиг. 3. Двигатель ис-
пытывался более года. Не считая
«необъясненной пэломки клапанного
привода, с двигателем было очень
мало неполадок.
Рикардо высказывает надежду,
что полученные им результаты помо-
гут избавиться от мифа, что очень
«большие цилиндры могут работать
т>лько со сравнительно низкими дав-
лениями и при низких к. и. д.
К сожалению, для двигателя в
€00 л. с. не приведено никаких ве-
совых данных, равно и сведений о
его работе.
Первые сведения об английских
работах в области авиадвигателей
тяжелого топлива опубликовываются
на Международном авиационном кон-
грессе (Лондон) в июне 1923 г <8>.
Было сообщено, что в Фарн-
боро ведутся опыты на одноцилинд-
ровой установке (8ХП'. число оборотов 1000—1200) с зажиганием от сжатия и
что эти опыты дают обещающие результаты. Там же выступил А. Е. L Chorlton,
главный работник по созданию двигателей Бердмор, с докладом „Нефтяной авиа-
мотор".
Доклад был посвящен главным образом общим вопросам применения двигателя
тяжелого топлива и особенностям его работы. Автор отмечает трудности получения
высоких средних давлений, высокие требования, предъявляемые к топливной системе,
и упоминает об успешном применении наддува. В заключение им были показаны
фото двигателя в 600 л. с., работаюшего на мексиканском топливе (уд. в. 0,9) и ве-
<ящего около 1,35 лгг/л. с. (фиг. 4). Других данных об этом двигателе не имеется.
В „Джене" за 1923 г. отмечено, что фирма Бердмор строит двигатель тя-
желого топлива в 700 л. с. в шести цилиндрах на основании опытов с одноцилинд-
ровой установкой, давшей обещающие результаты.
В „Джене" за 1924 г. сообщается, что двигатель в 600 л. с. готов
«к предварительным полетным испытаниям.
* По распространенной у нас формуле: ч, = 0,96 ( 1 —
яие 0,333.
_J_A
Е 0,258 )’
для \ получается значе-
103
Сведения, приводимые в „Дженене всегда отличаются точностью, но общие
тенденции развития машины все же вырисовываются выпукло. Ошибка или нет, что
для 1923 г. указана мощность мотора 700, а для 1924 г. 600 л. с., во всяком слу-
чае оказалось характерным для этих двигателей, что получить большую мощность-
было трудно. И в дальнейшем мы еще встретимся со снижением мощности двига-
теля тяжелого топлива. Удельный вес, объявленный Хорльтоном, также оказался-
недостигнутым.
В том же „Джене" приводятся краткие сведения о новых авиационных карбю-
раторных двигателях.
Эти двигатели были выполнены в шесть и восемь цилиндров в ряд, прямого
и обращенного типа.
Завод одновременно работал и над бензиновыми, и над „нефтяными" машинами,
несколько раз, как мы увидим ниже, переделывая конструкции, варьируя выбранный
основной тип.
Однорядная большая машина высока и неудобна к постановке на самолет —
завод сразу же разрабатывает обращенные типы.
Фиг. 4. Опытный двигатель тяжелого топлива
фирмы Бердмор.
Однако однорядная машина весь-
ма удобна для размещения и обслу-
живания в кабине дирижабля. Это послу-
жило, повидимому, одним из главных ос-
нований остановиться на этой схеме »
упорно ее держаться. Оба дирижабля'
R 101 и R 100 были запроектированы
под двигатели тяжелого топлива, причем,
в то время на R 100 предполагалось,
поставить Рольс-Ройс „Кондор" лишь,
временно в качестве страховки и, ег
случае успеха двигателей тяжелого топ-
лива, заменить ими бензиновые. Кар-
бюраторные машины, повидимому, слу-
жили заводу как промежуточный этап,
как проба схемы и конструкции на
двигателе, рабочий процесс которого
и силовые воздействия хорошо из-
вестны.
Работа на заводе была поставлена,,
повидимому, широко и внимания, и
средств на создание двигателя тяжелого
топлива было уделено порядочно.
104
Фиг. 5. Дизель-динамо дчя автомотрисе 200 л. с.
Фиг. 6. 8-цилиндровый мотор 400 л. с.
Встретившись в новом деле производства быстроходных авиадизелей со значи-
тельными трудностями, из которых многие не преодолены и до сего времени, завод
занялся конструированием менее напряженных машин, не связывая себя жесткими
условиями авиационных весов и приобретая опыт эксплоатации быстроходных дви-
гателей тяжелого топлива, тогда еще очень малый.
В июле 1925 г. в журнале Engineers' появляется заметка о значительных
успехах, сделанных заводом Бердиор в области производства быстроходных дизелей.
Сообщалось, что 4-цилиндровые моторы вертикального типа весят менее 6,8 Ki на
1 л. с. и очень пригодны для генераторов тока дизель-электролокомотивов, быстро-
ходных судов, маленьких минных истребителей и пр. и что уже много двигателей
находится в эксплоатации.
В октябре 1925 г. в том же журнале появляетез статья с описанием двигате-
лей, предназначенных для дизель-динамо автомотрисе канадских железных дорог (Б).
Двигатели уродом выполнялись двух размеров цилиндра: 210 и 305 мм (в1/^
и 12"), при ходе в 305 мм (12") и числе оборотов 750 в обоих случаях. Вес на
1 л. с. в малых двигателях колебался от 7,25 до 5,45 кг [л. с, уменьшаясь в боль-
ших до 4,53 кг/л. с.
Серия малых агрегатов состоит из пяти моделей от двух до 12 цилиндров,
с мощностями от 100 до 600 л. с. Общая длина двигателей этой серии варьирует
от 1 420 мм для двух и до 3 660 мм для 12 цилиндров. Максимальная ширина—от 965
до 1 080 мм при высоте 1 500 мм.
105
1
«Риг. 7. Вид двигателя, установленного на авто-
аютриссе, со стороны управления.
Онг. 8. Вид двигателя, установленного на свто-
мотриссе.
306
Серия больших двигателей со-
стоит из четырех моделей. При высоте
1575 мм и максимальной ширине
около 1 220 мм длина 4-цилиндровой
модели, развивающей 420 л. с , равна
2 700 мм, а 12-цилиндровой, разви-
вающей 1 260 л. с., немного больше
6 100 мм.
В частных случаях, когда двига-
тели требуются для подводных лодок,
крейсеров и пр., фирма применяет
V-образное расположение, и мощность
может быть доведена до 2000 л. с.
На фиг. 5 изображены два аг-
регата по 200 л. с. на общей плите
с газогенераторами и возбудителями.
На фиг. 6 показан частично собран-
ный 8-цилиндровый мотор 400 л. с.
с частями, расположенными на пе-
реднем плане, а на фиг. 7 и 8 — вид
мотора сзади: один в готовом к ус-
тановке виде, а другой — установ-
ленным в вагоне автомотриссы.
Основная отличительная осо-
бенность конструкции этих машин—
это моноблок стального литья, в ко-
торый вставляются стальные втулки
цилиндров, кругом которых водяная
рубашка образовывается стенками
блока и перегородками между отдель-
ными цилиндрами. Вал поддержи-
вается коренными подшипниками,
расположенными в моноблоке. Ниж-
няя часть картера является легким
поддоном — сборником масла, — при-
вертываемым к главной отливке.
ГТ ' Главные подшипники снабжены
вкладышами из фосфористой бронзы,
залитой белым металлом.
Втулка верхнего подшипника
шатуна, равно как и вкладыши ниж-
него, также из фосфористой бронзы
с заливкой.
Поршни откованы из алюми-
ниевого сплава и кругом обработаны.
Каждый поршень несет шесть колец
и одно маслособирающее, располо-
женное ниже поршневого пальца.
Палец — плавающий и выполнен це-
ментированным из никелевой стали.
Тонкие стальные цилиндровые
втулки очень тщательно обработаны
по внутренней поверхности. Цилин-
дровые головки отлиты из алюми-
ниевого сплава и имеют широкие
проходы для воды. Клапанные седла
1 Судя по вышеприведенным раз-
мерам, серия больших двигателей пред-
полагалась вся V-образная.
«з легированной стали и залиты в го-
ловку. Имеются два клапана всасываю-
щих и два выхлопных. Форсунки распо-
ложены в центре. Кроме того, имеется
предохранительный клапан.
Клапаны сделаны из специальной
стали и приводятся в действие через
коромысла, на которые действуют тяги,
агриводимые в движение от кулачков
распределительного валика/ расположен-
ного в верхней части картера, примерно
на высоте верхней трети цилиндров.
Подшипники осей коромысел бронзовые.
Клапанный привод закрыт алюминиевой
•крышкой. Распределительный вал—цель-
ный, приводится в дейсвтие зубчатками,
заключенными в специальном картере,
•привертываемом к заднему концу главной
отливки.
Этот картер для зубчаток, по
данным журнала, является хорошим при-
мером легкого стального литья. В нем
расположены шарикоподшипники для
Фиг. 9. Регулятор и топливной насос.
осей шестерен.
Центробежный насос для охлаждения воды^снабжен фильтром.
4-цилиндровый топливной насос и регулятор выполнены в виде отдельного
йла, изображенного на фиг. 9.
Для каждого цилиндра применяются отдельные насосы, к которым топливо по-
дается под небольшим давлением, создаваемым особым насосом. Подача топлива ре-
гулируется изменением полезного хода плунжера.
Регулятор выполнен для поддержания скорости, как максимальный, и позволяет
ручную регулировку.
Смазочное масло из сборника в нижней части картера с задней его стороны
высасывается насосом и подается через двойные фильтры к главному баку и, если
надо, охлаждается. Из бака оно идет к насосу через другую пару фильтров и по-
дается в масляную сеть.
Испытания 4-цилиндрового двигателя, проведенные проф. Мелланбай (Mellanby)
(R. I. С., Glasgow), дали следующие результаты (по опытам 26/IV — 25 г.):
Продолжительность испытания............................
Атмосферное давление...................................
Темпера гура...........................................
Среднее число оборотов.................................
Средняя мощность.......................................
Сорт топлива...........................................
Темпер- тура топлива.....................................
Начальное давление топлива......................
Часо ой расход топ шва.......................... . . .
У 1вльный расход топлива........................
Температура выхлопных газов.....................
Двет выхлопных г->зов.....................................................
Температура охлажденной воды входящег...........
Температура охлажденной воды выходящей...........
Темп рттура масла входящего.....................
Темпер нура масла выходящего....................
Давление масла.................................. ...
Расход масла ...................................
4*/а час.
735 мм ртутн. столба
22,8 С°
684.3
160,26 л. с.
центрифугированное мотор-
ное топливо, Мексиканское,
Шелл
22,2°
1,2 кг1см*
30,' кг) час
189,5 г/э. с. ч.
462 С°
слегка черный
49,8°
53°
38.8 С°
55 С°
3,15 кг!см^
4,53 г/э. с. ч.
Данные, помещенные й табл, на стр. 128 под № 6 и 7, приведены, невиди-
мому, на основании информации фирмы. В том же журнале, в статье, составленной на
основании данных, сообщенных директором компании, занимающейся постройкой
107
автомотрисе <®>, даны цифры, при-
веденные под № 7 и 8 нашей
таблицы и более соответствующие
условиям экономичной эксплоата-
ции и близкие к вышеприведенным
данным проф. Мелланбай, получен-
ным не при полной нагрузке дви-
гателя.
„Джен" 1925 г. Ш дает сним-
ки 6-цилиндрового авиадвига-
теля „Циклон", работающего на
бензине; данные для него точно
такие же, как в 1923 г. Повиди-
мому, эти снимки, равно как и
снимки из „Джена" 1926 г. (8\
относятся к двигателям, данные
Фиг. 10. 6-цилиндровый авиамотор „Циклон" 800 л. с.;
вид слева.
Фиг. 12. 6-цилиндровый авиамотор „Тайфун* 800 л. с.
В марте 1926 г. Хорльтон делает доклад
Фиг. 11. 6-цилиндровый авиамотор „Циклон* 800 л. с.;
вид справа.
которых опубликованы в 1923 г.
На фиг. 10 и 11 изображен 6-ци-
линдровый бензиновый двигатель„
названный „Циклоном" (Cyclone),,
а на фиг. 12 такой же обращен-
ный мотор „Тайфун" (Typhoon).
Картеры этих моторов и изобра-
женного на фиг. 4 имеют боль-
шие люки, размером достаточные
для выемки через них поршня с
шатуном. Эта операция показана
на фиг. 13. Устройство одного-
люка для обслуживания двух ци-
линдров оказалось неудобным, так
как для получения легкого и ус-
тойчивого картера необходимо"
иметь перегородки между цилинд-
рами, связывающие опоры цилинд-
ровых головок с коренными под-
шипниками. В дальнейших конст-
рукциях люки применяются для
каждого из цилиндров, то оста-
ваясь большими, то сильно умень-
шаясь в размерах. Моторы фиг.
4, 10 и 11 имеют лапы, прилитые
к картеру, для постановки мотора
на трубчатую или имеющую шейки
подмоторную раму. Лапы эти,
повидимому, оказались слабы и
в дальнейшем устанавливаются по-
другому. По данным „Джена", об-
ращенны^ двигатели не отлича-
ются своими данными от нормаль-
ных. Фиг. 14 дает яснее, чем
фиг. 9, расположение масляных
фильтров, сохраняющееся во всех
моделях. При помощи кранов лю-
бой из парных фильтров можно
выключить и чистить, не останав-
ливая мотора.
в Institution of Mechanical Engineers»
отмеченный всеми главнейшими журналами, в котором пропагандирует высокие
давления и высокие скорости в двигателях внутреннего сгорания <9>.
108
Фиг, 15. Продольный разрез двигателя для автомотрисе.
Он разбирает развитие дизелей и подчеркивает малый их прогресс за ряд лет.
Сравнивает цикл при постоянном объеме и смешанный цикл в применении к двига-
телям высокого сжатия и указывает, что влияние давления вспышки можно парали-
зовать силами инерции, для чего необходимо поднимать обороты. Переходя к ана-
лизу механических потерь, он отмечает влияние числа и конструкции колец и
приходит к заключению о необходимости высоких скоростей также и для достиже-
ния при благоприятных условиях значений механического к. п. д. до 90°/о.
Высокие скорости делают мотор более выгодной тепловой машиной.
Далее он переходит к особенностям конструктивного выполнения двигателя,
нагрузкам на шатунный подшипник и рассматривает формы камер сгорания, отме-
чая, что тяжелые нефтяные остатки настолько трудно сжигать, что не остается на-
дежды на успех их применения. Из форм камер он отдает предпочтение плоской
при достаточном завихривании в ней воздуха. Затем он говорит о форсунках, насо-
сах и условиях их правилкой работы. Доклад заканчивается кратким описанием
двигателя завода Бердмор. J-
109
Результаты испытаний
двигателя приведены в сбивчи-
вой форме, и из них нельзя
получить достаточно опреде-
ленных выводов о данном дви-
гателе.
Можно лишь установить
его высокую экономичность.
На фиг. 15 дан продольный и
на фиг. 16 поперечный разрез;
двигателя, который в этом ис-
полнении предназначался для
канадских железных дорог.
Стало быть его можно
считать аналогичным описан-
ному выше и изображенному
на фиг. 5—8. Рубашки цилинд-
ров его и верхний картер от-
литы за одно целое со всеми,
перегородками из стали 9,5 мм
(3/8") толщины. Перегородки!
между цилиндрами идут до
коренных подшипников, имея
внизу расширения, образующие-
места для вкладышей коренных,
подшипников.
Крышки последних при-
вертываются на шпильках, за-
вернутых в бобышки, в расши-
рении перегородок.
Сила взрыва таким обра-
зом передается к подшипника»
через перегородки, чем внешние:
стенки картера несколько раз-
гружаются и не работают на
изгиб. Нижний картер, прессо-
ваний из листа, нагрузки не
несет.
Верхний картер в этой
машине из двух половин. С выполнением цельной отливки, повидимому, в первые
годы работы справиться было трудно;
Применение стального литья для картеров указывает на весьма высокую-
технику сталелитейного дела и подчеркивает трудности получения больших
и прочных отливок из алюминиевых сплавов. Как известно, Юнкерсу стоило
очень больших -трудов получить для картеров авиадизеля здоровое литье-
Эта задача трудна особенно для авиадизелей в связи с высокими давлениями;
сгорания.
Шатровая головка и поршень сделаны из алюминиевых сплавов. Вес поршня —
7,82 кг, а вес всех поступательно движущихся масс—12,3 кг. Форсунка — закрытая,.
автоматическая.
Движение к клапанам передается от отдельных кулачков для каждого клапана:
через отдельные толкачи, стержни и коромысла. Последние укреплены на особых
стойках, привернутых к головке цилиндра. v
Передача к распределительному валику производится шестернями, расположен-
ными сзади мотора. Там же находится водяной, масляный и топливной насосы и ре-
гулятор предельного числа оборотов, необходимый по условиям службы на авто-
мотриссах.
На фиг. 16 справа виден сборник выхлопных газов, а со стороны всасывания
может быть поставлен сборник для воздуха (на обеих фигурах показанный пункти-
110
)
Фиг. 17. Схема топливного насоса.
ром), в который воздух входит через ряды отверстий параллельно образующей сбср-
ника; сборник для воздуха действует как глушитель.
Сборник соединен трубой с одним из люков картера, служащих суфлерами..
Таким образом картер может вентилироваться.
Работа топливного насоса определяется схемой фиг. 17. Плунжер А, приводи-
мый в движение от эксцентрика i, сидящего на коренном валу двигателя, в начале.-
своего движения от н. м. т. выдавливает топливо из полости насоса через нижнюю
выточку золотника g во всасывающий канал и колпак /.
После того как плунжер получит достаточную скорость, золотник g, приводи-
мый в движение рычагом у (сидящем на эксцентрике k) от плунжера h, закрывает
сообщение между полостью насоса и всасывающим каналом; топливо начинает по-
ступать под резко возрастающим давлением к одной или к другой форсунке, смотря,
по положению золотника в расп. еделителе т. При дальнейшем движении плунжера,
золотник g снова открывает сообщение полости насоса с всасывающим клапаном, и>
подача топлива прекращается. Кромки выемки на золотнике g непрямые, и длина
выступа в части, закрывающей соединительное с I отверстие, определяет количество
подаваемого топлива.
Золотник g можно поворачивать рейкой s и тем менять подачу. Поворачивая*
же эксцентрик k, можно менять момент начала подачи. К топливному насосу топ-
ливо подается под небольшим давлением шестеренчатой помпой е. Воздушный кол-
пак / имеет своим назначением смягчать толчки при отсечке и выравнивать давле-
ние при наполнении цилиндров насоса.
Последнее происходит при ходе плунжера h вниз. Когда золотник ^разобщит
пространство I от всасывающего канала, над плунжером образуется вакуум, и, когда
к концу хода плунжера золошик g снова открывает канал, топливо заполняет всю-
полость I.
В насосе Бердмор легко заметить общий в настоящее время элемент распреде-
ления в топливных насосах — непрямая кромка, открывающая перепуск топлива. То
же применяется Юнкерсом, Бошем и другими. Только там функции плунжера и зо-
лотника соединены в одной детали.
Ill
•Фиг. 18. Разрез насосного узла мотора.
Фиг. 19. Общий вид 8-цилиндрового двигателя
для автомотрисе.
В насосе Бердмор на два цилиндра двигателя приходится три работающих
скалки. С современной точки зрения насос громоздок. Как уже сказано, каждый на-
сос обслуживает две форсунки.
На фиг. 18 изображен в разрезе задний конец мотора. Видны цилиндры неф-
тяных насосов, над ними поворачиваемый рейкой один из золотников.
На фиг. 19 дан общий вид этого
двигателя в 8-цилиндровом исполнении.
Видно соединение двух половин карте-
ров и расположение коробки с шестер-
нями сзади мотора.
Фиг. 20 дает вид картера сниЗу.
Видны опоры для вкладышей и несколь-
ко расширенный средний подшипник.
На фиг. 21 изображен картер 4-ци-
линдровой машины. На шпильки с ле-
вого торца закрепляется картер с тестер-
нями.'|Видны шпильки, которые должны
удерживать головки цилиндров, по
четыре на каждый.
Завод все время работает над дви-
гателями. Осенью 1926 г. появляются
сведения о новом бензиновом моторе
„Циклон" 950 л. с. Этот мотор изоб-
ражен на фиг. 22 и 23, разрезы его при-
ведены на фиг. 24 0°). Размер цилиндров
219Х305лл<, степень сжатия 5,25.
Общая длина двигателя 2 040 лиг,
максимальная ширина 890 мм и общая
высота 1 530 мм. Наивысшая точка над
Фиг. 20 Вид картера снизу.
112
осью вала 1 146 мм, наинизшая точка
ниже оси вала на 384 мм. Сухой вес
мотора 975 кг, картер алюминиевый.
Мотор построен для работы с тяну-
щим винтом левого вращения. Маг-
нето применены Watford С 6S М.
Обращает на себя внимание
очень большое сходство пространства
сгорания во всех рассмотренных дви-
гателях и сохранение основной схемы
конструкции.
В рассматриваемой машине
свечи поставлены в центре головки
между клапанами, в полости, как бы
назначенной для форсунки. Стоят
рядом две маленькие, специальной
Фиг. 21. Картер 4 цилиндровой машины.
конструкции свечи, от которых на-
ружу через специальную кры-
шечку в колпаке, закрывающем
клапанный привод, выведены
соединительные провода.
Описываемый двигатель
снабжен двойным карбюратором
„Зенит" в 97 мм, работающим
со всасывающей системой, яв-
ляющейся результатом большой
экспериментальной работы (ср.
фиг. 10).
Данные испытания, приве-
денные ниже, относятся к дви-
гателю, снабженному этим кар-
бюратором. При применении
карбюратора в 120 мм получа-
ются лучшие данные, более со-
ответствующие типу двигателя.
Точки 2 и 3, примерно,
Фиг. 22. Двигатель .Циклон" 950 л. с.
соответствуют винтовой харак-
теристике.
Топливо — 80°/о бензина Shell Aviation
Spirit и 20°/о бензола, уд. в. — 0,760. Масло
применялось, соответствующее спецификации
Р4 английского воздушного флота, уд. в. —
_ 0,895, его расход составляет 4,5 г/э. с. ч.,
наружная температура при опытах около
3,5 ° Ц, у карбюратора около 13,5 ° Ц.
Обращает на себя внимание расшире-
ние в нижней части картера, введенное в даль-
нейшем во все типы моторов и оставлен-
ное в последних моделях тяжелого топлива.
Можно предположить, что расширение
это сделано: 1) для увеличения жесткости
и устойчивости мотора в поперечном на-
правлении, 2) из соображений литейного ха-
рактера, 3) чтобы получить большой объем
в картере для более быстрого отделения
масла от пены.
Автор имел случай осмотреть в ра-
зобранном виде двигатель описанного
типа.
8
Авиационные двигатели.
Фиг. 23. Двигатель .Циклон" 950 л. с., вид
сзади.
113
На конструктора авиадвигателей производит впечатление необычная величина
деталей. Вал имеет диаметр коренных шеек около 125 мм и шатунных 100 X НО мм\
длина шатуна около 600—650 мм. Размеры — подходящие уже к размерам стацио-
нарных машин. Обращают на себя внимание тщательно проработанные, „вылизан-
ные* формы деталей и очень хороший внешний вид их как по тщательности обра-
ботки, так и по состоянию после испытаний на станке. По словам лиц, работавших
с этим двигателем, он безукоризненно прошел 32 часа, после чего испытание при-
шлось прекратить вследствие образования трещин в перемычках .между клапанными
гнездами в теле головки цилиндра и попадания воды в цилиндр. Поршни после этой
гонки были в полном порядке.
114 ч ' 4
Фиг. 25, Двигатель „Тайфун*.
t
Таблица
Фиг. 26. Двигатель „Тайфун* со сто-
роны винта.
Число Мощ- Часовой Расход е ч оборо- кость Расх°Д на э с ч в в * топлива о, о тов в л. с. вл в г X с Температура масла — Давле- ние масла Температура воды Расход во- ды в л в 1 мин.
входя- щего выходя- щего входя- щей выхо fl- щей
1 1200 732 200,2 209 49 64,5 28 65 71,2 770
2 1220 820 231 214,2 65,7 64,5 770
3 L ЗоО 961 288 229 47,8 67 8 » 64,5 я 835
Против первых моделей литровый вес возрос значительно, и для получения того
же, примерно, удельного веса несколько увеличен диаметр цилиндра, повышены
обороты и среднее давление.
Надежной работы без утяжеления конструкции получить не удалось.
В 1927 г. бензиновые моторы Бердмор довольно сильно рекламируются. Пред-
лагаются моторы: „Циклон", описанный выше, и „Тайфун". Главные преимущества,
выставляемые фирмой: малые расходы топлива и смазки, отсутствие редуктора, не-
большое число оборотов винта и малый габарит, дающие значительные аэродинами-
ческие выгоды.
„Джен" за 1927 г. <п> сообщает, что этй двигатели имеют много интересных
черт, но так как они конструируются для воздушного министерства, то дать их опи-
сание нельзя.
Выполняются двигатели двух типов .и размеров: меньший 950 л. с. при 1 350
оборотах с весом 977 кг. Он выполняется как прямой, та/< и обращенный, и назы-
вается соответственно „Циклоном" и „Тайфуном" (фиг. 25 и 26).
Больший двигатель—8-цилиндровый и развивает 1 050 л. с. Fro вес 1 168 «г.
Размеры цилиндров 219 X 305 мм (8s/8 X 12"). Головки цилиндров могут быть сняты
8*
115
Фиг. 27. Двигатель Бердмор 1 330 л. с., 800 об./мин., 12-цилиндровый
305X305 мм.
отдельно, и поршни и шатуны могут быть вынуты без разборки всего
двигателя.
В сборнике Лангсдорфа 02) за 1927—1928 гг. говорится следующее:
„Мотор Бердмор за 1926 г. развивался далее, но на самолеты ставился лишь
в виде опыта. Мотор относительно тяжел, но вследствие его простой конструкции
надежен. Причина высокого удельного веса этих замечательных моторов лежит
в относительно низком числе оборотов, высшим пределом которых является 1 400 обо-
ротов. Если бы удалось число оборотов заметно увеличить, то эти своеобразные
моторы будут конкурентоспособны с обычными моторами. Оба типа „Циклон" II
и „Тайфун" II имеют нормальную мощность 830 л. с. при 1 220 оборотах и наи-
большую 950 л. с. при 1 350 оборотах".
Попутно Лангсдорф отмечает, что во время войны в Германии были на опытных
цилиндрах достигнуты мощности до 170 л. с. в цилиндре (при охлаждении поршня).
Двигатель был очень длинноходен.
Успех двигателей Бердмор тяжелого топлива на автомотриссах, уже выявив-
шийся в 1927 г., позволил одному моторо-судостроительному журналуОз) поставить
вопрос о применении легких быстроходных дизелей в качестве главных судовых
двигателей. Как примеры, разобраны машинные установки двух теплоходов: типа
курсирующего через Ламанш, мощностью в 9 000 л. с., и трансатлантического
„Gripsholm" водоизмещением 17 700 т с мощностью 13 500 л. с. Экономия в весе
установок и в габаритах машинных отделений получается весьма значительная, что
позволяет брать больше людей или груза (вес установки для Gripsholm — 500 т про-
тив 1 500). Стоимость двигателя должна резко упасть. Ремонты должны будут вестись
путем постановки сразу целого двигателя (сменные моторы). Меньший срок службы
позволит проводить реконструкцию, применять новые типы.
Передача от быстроходного двигателя к винту, делающему 125 оборотов, про-
изводится при помощи редукторов. Идея применения быстроходных дизелей в каче-
стве главных судовых машин в условиях нашего крупного и типизированного хозяй-
ства (главным образом речного и каботажного для быстроходных судов) представляет
значительный интерес и ее нельзя отбрасывать как фантазию восторженных дизели-
стов. Ведь для вспомогательных судовых машин числа оборотов 800—1 000 стали
уже реальностью сегодняшнего дня, а быстроходные дизели вообще появились всего
лишь 6—7 лет тому назад.
В июне 1928 г. появляется статья Брукса (14), начальника тяги канадских же-
лезных дорог, дающая обзор работы двигателей Бердмор после трех лет их эксплоа-
тации с сентября 1925 г. Двигатели применялись:
1) 320 сил при 600 оборотах, 8-цилиндровый. Вес без маховика и рамы 6,56 кг
на 1 л. с. и 9,75 кг на 1 л. с. с этими частями.
116
Фиг. 28. Двигатель Бердмор 1 330 л. с., 800 об./мин.
2) 4-цилиндровые двигатели 185 л. с. при 750 оборотах с весом 6,44 кг)л. с.
без маховика и рамы и 12,4 «г/л. с. с ними.
Наблюдение над отдачей двигателей установило, что номинал машин и по
мощности, и -по оборотам назначен с большим запасом, и нагрузки их были по-
вышены до 400 сил при 700 оборотах и до 200 сил при 750 оборотах соответ-
ственно.
В 1927 г. в эксплоатацию пущено еще пять вагонов с двигателями 300 сил в
шести цилиндрах при 800 оборотах. На первых порах эксплоатации были некото-
рые затруднения с топливной системой — значительный износ топливных насосов и
забивание форсунки. Были испробованы различные фильтры, и наконец была постав-
лена сетка в 43/4 ячейки на 1 мм на всасывающий топливный трубопровод, после
чего двигатель прошел 50 000 миль (80 465 км), прежде чем топливные насосы по-
требовали пересмотра. Один из двигателей прошел 115 000 миль (185 069 км)
без ремонта, замены изношенных частей насоса и даже без следа уменьшения
подачи насоса. Был случай поломки коленчатого вала в 4-цилиндровом двигателе по
вине изъяна в материале. Коренные подшипники работали без всяких повреждений. Они
имеют в 4- и 8-цилиндровых машинах бронзовые вкладыши с заливкой баббитом, а
в 6-цилиндровых — стальные, также с заливкой. Плавающий поршневой палец работает
по алюминию в поршне и по бронзовой втулке в шатуне. Износ этих частей ничтожен.
Большие шатунные подшипники в 4- и 8-цилиндровых двигателях бронзовые с заливкой.
После 75 000 миль (120 697 км) пробега было обнаружено, что заливка потреска-
лась и отстает, вероятно, вследствие прогиба вкладышей. Была сделана попытка это
устранить, и 6-цилиндровые двигатечи были снабжены стальными вкладышами с за-
ливкой. Но они оказались не так хороши, как бронзовые вкладыши, так как баб-
бит отслаивался при меньшем пробеге вследствие меньшего сцепления со сталью.
Это усугубилось в двух случаях задиранием вала, когда он приходил в соприкосно-
вение со сталью, чего не. наблюдалось при бронзовых вкладышах. В настоящее
время применяется в некоторых двигателях бронзовый сплав для вкладышей, рабо-
тающих без заливки после некоторых начальных изменений удовлетворительно, но и
бронзовые вкладыши с заливкой еще в употреблении в большинстве двигателей.
Шатунные подшипники в 4- и 8-цилиндровых двигателях стягиваются каждый че-
тырьмя болтами диаметром 3/2" (12,5 мм) при 16 нитках на 1" витвортовской резьбы,
а 6-цилиндровые двигатели были снабжены двумя болтами по 7/g" (12 мм) со стандарт-
ной U. S. нарезкой, 8 ниток по 1" с коронными гайками и шплинтами в обоих
случаях. Последняя конструкция оказалась не так хороша, как предыдущая. Было
два случая обрыва шатунных болтов, вероятно, вследствие плохой сборки из-за
крупной нарезки, повлекшей ослабление гаек. В дальнейшем двигатели снабжа-
лись четырьмя болтами 3/4" (19 мм) по стандарту SAE.
Периодическая проверка износа цилиндровых втулок дает износ в 0,01" (0,2 мм)
в 4- и 8-цилиндровых двигателях на 100 000 миль (160 930 км) пробега. Втулки
6-цилиндровых двигателей имеют больший износ Имеются указания, что у втулок
износ получился благодаря коксованию смазочного масла за поршневыми кольцами.
117
Отличия в поршне против 4- и 6-цилиндровых машин делали более легким доступ
масла к кольцам.
Это обстоятельство устраняется в дальнейшем некоторыми изменениями поршня,
правильной выдержкой материала („старение") и установкой приспособлений для
поддерживания постоянной рабочей температуры. Повисание выхлопных клапанов,
имевшее место в начале эксплоатации, было доведено до ничтожного числа случаев
применением надлежащего материала для стержней клапанов, направляющих клапан-
ных стержней и соответствующей конструкцией входа в камеру сгорания.
Применялись два типа поршней — один цельный с маслосбра\:ывающим кольцом
внизу, другой из двух частей с длинной юбкой, ^но без маслосбрасывающего кольца.
Наблюдавшиеся неполадки были вызваны* определенными причинами, как-то:
несоответствующее оборудование, перегрев при прекращении циркуляции воды или
смазки вследствие поломки вспомогательных аппаратов вне двигателя. Изучалось
потребление масла в этих условиях работы. Точно установлено, что оно может
управляться конструкцией поршня, зазором между цилиндром и поршнем и поддер-
живанием соответствующей температуры воды и масла в условиях переменной на-
грузки железнодорожной службы.
Зазоры были сделаны соответствен ю температурам при полной нагрузке, и
очень низкая температура охлаждающей воды, получившаяся вследствие отсутствия
температурного контроля в охлаждающей системе, позволяла поршню сократиться
до такой степени, что зазор увеличивайся и масло проникало к кольцам, коксова-
лось под ними, вызывая излишний износ, и проходило также в камеру сгорания. Это
все исчерпывающе было показано на опытах с разным оборудованием и различным
расположением радиаторов для воды и масла. В первоначальных установках непра-
вильное направление воды в двигателе несколько раз было причиной трещин
в алюминиевых головках цилиндров. Плотность стыка между головкой и цилиндром
достигалась отожженной плотной медной прокладкой и соответственным располо-
жением болтов.
Части клапанного механизма двигателя существенно различались, а соответст-
вующие средства для поддержания зазора не были предусмотрены. Это обстоятель-
ство и недостаточная смазка сказались на усилении шума и влияли на всю работу.
Однако все это преодолено устройством установительных винтов и смазки под
давлением.
Испытаны различные типь/ фильтров для масла, и лучшие результаты .получены
с сетчатыми фильтрами.
Кстати сказать, Брукс отмечает, что стоимость эксплоатации вследствие но-
визны дела была выше, чей возможно, и что переделки, вводившиеся сразу во всех
автомотриссах, повышали стоимость тонно-мили, и при этих условиях экономия про-
тив паровой тяги достигала 75%. ‘
Вполне удовлетворительный результат позволил дороге перейти к следующему
шагу опыта применения дизелей — дизель-локомотиву.
В качестве двигателей первого тепловоза (15> поставлено два V-образных 12-ци-
линдровых моюра Бердмор 1 330 л. с. при 800 оборотах, с размером цилиндров
305 X 305 мм. При номинальной мощности расход топлива в этом двигателе был
195 г/э. с. ч При испытаниях тепловоз развивал скорость 60—65 миль (97—105 км).
Выхлоп одного мотора был темный как на холостом ходу, так и при нагрузке, а
выхлоп другого был заметен значительно менее, хотя все-таки виден.
Внешний вид этого двигателя изображен на фиг. 27 и 28.
В том же году в мае по железной дороге Long Island пущен в работу манев-
ровый тепловоз с мотором Вестингауз-Бердмор 330 л. с., 800 Оборотов, построенный
на South Philadelphia Works компанией Вестингауз, которая приобрела у фирмы
Бердмор лицензию Об).
Эти двигатели продолжают распространяться в Америке.
О двигателях Вестингауз Бердмор дает некоторые сведения Магдебуггер <24).
Он сообщает (август, 1929), что на канадских дорогах работают моторы типа Берд-
мор: восемь 6-цилиндровых, два 8-цилиндровых, семь 4-цилиндровых и один 12-ци-
линдровый V-образный.
Компания Вестингауз имела в то время еще заказ на семь двигателей 6-ци-
линдровых (300 л. с.) и на один в 450 л. с.
118
-------------—
Фиг. 29.5Продольный разрез мотора 300 л. с.
Вестингауз заменил нефтяной насос Бердмора своим, в котором вместо девяти
работающих плунжеров для 6-цилиндровой машины было шесть, как обычно. Насос
работает при половинной скорости двигателя; при нем становится ненужным рас-
пределительный золотник, так как каждый плунжер обслуживает свой цилиндр.
Значение правильного распределения нагрузки между цилиндрами двигателя,
особенно для быстроходных двигателей, приводится как основание для оставления
оригинальной конструкции.
Форсунка двигателя Вестингауз имела (23) восемь отверстий диаметром
по 0,35 мм (0,013"). Натяжение 'ее пружины — 363кг (800 lbs) и подъем иглы
1,52 мм.
К сожалению, Бруксом не приведены размеры цилиндра и вес двигателей
Бердмор 300 л. с. канадских дорог.
Для двигателя Вестингауз-Бердмор „Railway Age" б6) дает размеры 210 X 305 мм
(8*/4 X 12"),‘300 л. с. при 800 оборотах и вес 10,5 т с маховиком.
Тиман 07) же для двигателя Бердмор (канадских дорог) приводит размеры
216 X 305 мм и мощность 300 л. с. при 750 оборотах. Вес 5,9 (очевидно без ма-
ховика) оказывается меньше, чем данный Бруксом для 4- и 8-цилиндровой машины.
Надо вообще отметить, что в литературе существуют большие расхождения в при-
водимых данных для одной и той же машины. Один журнал Оз) например детали
от мотора 300 л. с. квалифицирует как детали мотора 1 500 л. с.
Разрезы двигателя 300 л. с. 07) приведены на фиг. 29 и 30. Поршень этого
мотора имеет верхнюю часть, кованую из сплава „игрек", и юбку из медноалюми-
ниевого сплава. Тиман указывает, что на этом поршне четыре уплотняющих и одно
маслосбрасывающее кольцо, тогда как Брукс подчеркивает отсутствие последнего.
119
В „Джен" за 1928 г. при-
ведены следующие данные трех
типов карбюраторных двигате-
лей Бердмор (18).
1) „Циклон" II — прямой
6-пилиндровый 219 X 305 мм,
925 л. с., 1 350 оборотов, длина
без втулки 2 038 мм, ширина
889 мм, высота над валом
1148 мм, ниже вала 388 мм.
Вес 977 кг (фиг. 23, 31).
2) „Тайфун" II —
обращенный, 6-цилиндровый,
219 X 305 мм, 925 л. с., 1 350
оборотов. Длина 2 038 мм, ши-
рина 977 мм, высота выше вала
274 мм, ниже вала 1 232 мм.
Вес 1 015 кг (фиг. 32).
3) „Самум" I (Simoom) —
обращенный, 8-цилиндровый,
217 X 305 мм, 1 100 л. с., 1 250
оборотов, длина 2 488 мм, ши-
рина 955 мм, высота выше
вала 260 мм, ниже вала 1582 мм.
Вес 1 259 кг (фиг. 33).
У всех типов е равняется
5,25, расход топлива 217 г)л. с.,
расход масла 4'/2 г/л. с.
4) „Торнадо" тяжелого
топлива, 8-цилиндровый, описан
выше.
'''• В 1928 г. бензиновые мо-
торы Бердмор сходят со сцены.
Неудобная форма (в прямом
расположении цилиндров) и пло-
хая видимость с самолета, не-
поладки с головкой и большая
цена не позволили войти им в
самолетостроение. К тому же
мощность их по тем временам
(1926—1928 гг.) была велика,
а особая экономичность не тре-
бовалась. Обращенные машины,
повидимому, при всех системах не прививаются; все они скоро отмирают.
В то же время расцветают надежды на двигатель тяжелого топлива (по крайней
мере в журнальной литературе).
В сентябре 1928 г. Хорльтон опубликовал статью (1е\ в которой излагает
свои взгляды на работу быстроходных дизелей и некоторые выводы из своей
практики.
Хорльтон говорит, что задачи, связанные с получением успешной работы дви-
гателя, зависят, главным образом, от впрыскивания и сгорания топлива; условия теп-
лового потока не имеют такого значения. Результаты, полученные при очень широ-
ких исследованиях топливных- струй, не имеют должной согласованности, что сильно
затрудняет их применение в обычной практике. Работа, объединяющая и подытожи-
вающая все эти исследования, была бы очень ценной.
Проникание впрыснутого в воздух топлива и перемешивание должны быть
тщательно обеспечены во всех отношениях. Но струи не должны смешиваться. Это
надо иметь в виду при расположении форсунок в центре или по окружности и при
выборе одной или большего количества их.
120
Фиг. 31. Двигатель „Циклон" II.
Более тонкие струи дают более
быстрое сгорание, но они склонны к
смешиванию и обладают плохой пробив-
ной способностью. Хотя завихривание
имеет огромное значение, но сомнитель-
но, что оно дает то же, что и в кар-
бюраторных двигателях малого сжатия.
Необходимо исследованиями уста-
новить, является ли соприкосновение с
поршнем нецелесообразным. Действие
струи в'камере сгорания также должно
быть точно изучено.
Возможно, что может быть исполь-
зовано распиливающее и направляющее
действие поршня для подачи топливного
тумана в отдаленные углы камеры сго-
рания, если температура будет в опре-
деленных пределах. Последние также
должны быть изучены.
После долгого периода опытов
фирма Бердмор получила удовлетвори-
тельный двигатель тяжелого топлива, о
котором было сообщено в 1926 г.
Дальнейший прогресс заключается в уменьшении расхода. Главные данные двигателей
типа, предназначенного для дирижаблей, — 650 л. с. при 1 000 оборотах в восьми
цилиндрах размером 210X305 мм (8’/4Х12"). Вес двигателей со стальным
корпусом—2 085 кг, с алюминиевым —1 630 кг. Этот двигатель изображен на
фиг. 34, и его продольный разрез на фиг. 35. 6-цилиндровый самолетный
двигатель с теми же размерами цилиндров дает 750 л. с. при 1 400 оборотах
(фиг. 36).
Для применения на самолете такой мотор должен конструироваться с ши-
роким применением легких сплавов алюминия и магния. Обычно мотор бывает
перевернутого типа. Вес двигателя примерно 1,36 кг. Его назначение — дальние
полеты.
Хорльтон кратко описывает также V-образный 12-цилиндровый двигатель для
электротепловозов, о котором уже была речь выше (фиг. 27).
Фиг. 32. Двигатель „Тайфун" II.
Фиг. 33. Двигатель „Самум" I.
121
Для его мощности Хорльтон дает 1500л.с.
при 900 оборотах и 2 000 (также при 900 обо-
ротах) в случае применения наддува от
приводного центробежного нагнетателя, схема
которого показана на фиг. 37.
Давление подаваемого им воздуха
0,23 кг/см2. Некоторое количество воздуха из
того же источника употребляется для продувки.
Среди основных задач, связанных с
производством, в быстроходных многоцилин-
дровых двигателях с высокими давлениями
резонанс вала едва ли не главная. Такие дви-
гатели с переменным режимом всегда должны
проходить через критические колебания раз-
личных порядков. В некоторых случаях по
крайней мере главнейшие из колебаний могут быть исключены из режима экспло-
атации, а в доугих случсях безопасность обеспечивается жесткостью коленчатого
вала, эффективным глушением и быстрым переходом через критические скорости.
Для двигателя 305 X 305 мм критическая скорость шестого порядка оказалась
- 560 оборотов. При этом двойная (полная) амплитуда достигает 6°25' (о резонансе
валов дирижабельных двигателей см. ниже).
Тепловой поток — это пугало двигателей с большими цилиндрами—парали-
зуется в рассматриваемых машинах тонкостью стенок, которые дают значительные
преимущества перед тихоходными большими цилиндрами типа морских двигателей.
Далее Хорльтон говорит о возможном направлении развития двигателей, при-
менении наддува турбокомпрессором и использовании энергии выхлопных газов. Он
считает, что возмож! о получить расход 136 г/э. с. ч. при условии применения
в быстроходном дизеле с наддувом парового охлаждения под давлением с исполь-
зованием.
Сравнивая фиг. 35 с фиг. 15, можно отметить ряд изменений. Диаметр камеры
сгорания несколько уменьшен. Скосы на поршне должны, вытесняя воздух в камеру,
способствовать усилению перемешивания. Изменилась конструкция поршня. Вал полу-
чил значительно большие диаметры щеек и большие сверления, в согласии с общей
тенденцией развития коленчатых валов. В кривошипных шейках вставлены полые
пробки-вытеснители, оставляющие для масла лишь необходимый проход. Картер уже
изготовляется в одной ^отливке. Изменяется конструкция перегородок — от полости
на конце перегородки около подшипника перешли к ребристой конструкции пере-
Фиг. 35. Продольный^разрез двигателя для R 101.
122
Фиг. 36. Самолетный двигатель тяжелого
топлива.
Фиг. 37. Схема нагнета-
теля двигателя 1 500 л. с.
(фиг. 27).
городки, что упрощает отливку. Сделаны большие люки, закрытые алюминиевыми
крышками, что экономит вес. Нижний картер сделан литым. Соответствен! э назна-
чению мотора для работы на винт устроен двусторонний упорный подшипник сколь-
зящего типа. Сзади двигателя появился ряд устройств и получила другое располо-
жение масляная помпа. К сожалению, нигде не дано поперечного разреза этого
двигателя.
Поставленные на автомотриссах для испанских железных дорог (20) дви-
гатели Бердмор 6-цилиндровые развивают 200 л. с. при 1 200 оборотах. Дви-
гатель со стальным корпусом и чугунными цилиндровыми головками весит 9,52 кг
на 1 л. с.
‘ Поршни откованы из специального алюминиевого сплава; каждый несет четыре
уплотнительных и одно маслосборочное кольцо. Размеры цилиндров 6J/2 X 9".
В остальном двигатель сходен с предыдущими. Пуск вход—обращением гене-
ратора в мотор с подачей тока от аккумуляторов
Второй двигатель в 500 л. с. при 900 оборотах с размерами 8J/2X12ff
(215,7 X 305 мм) и весом 6,44 кг)л. с. (21).
В марте 1929 г. известный деятель английского дирижаблестроения Кэв-Браун-
Кэв <22) дает описание машинных установок дирижабля R 101. О мощности мото-
ров дирижабля он пишет, что они дают длительную мощность 585 л. с. при макси-
мальной 650 л. с.
Главное достоинство работы моторов то, что они сжигают топливо с высокой
температурой вспышки (99° Ц). Безопасность топлива была одним из главных осно-
ваний для выбора двигателя.
Для удобства размещения в гондоле дирижабля (удобный осмотр, ремонт
в пути, меньший диаметр гондолы) остановились на однорядной машине, и,' чтобы
снять с тех же цилиндров достаточную мощность, их пришлось применить в коли-
честве восьми.
Такое расположение вводит сравнительно длинный коренной вал, которому
при восьми цилиндрах свойственен резонанс на кручение при сравнительно низких
скоростях.
Этот резонанс является главнейшей трудностью, встретившейся в развитии дви-
гателя. Хотя признаки его были обнаружены при первых испытаниях на тормозе
Фруда, главные затруднения не были полностью изучены, пока двигатель не пошел
под винтом. Работа двигателя на тормозе производилась без маховика и с упругой
муфтой. RAE производило статические испытания вала на кручение и вывело из них,
что главное критическое число оборотов будет 930 об./мин.
123
Фиг. 38. Торзиограмма двигателя
R 101 при 450 оборотах.
Фиг .39. Торзиограмма двигателя R101
при 950 оборотах.
z
Серьезные затруднения возникли, ксыа начались испытания с винтом. Персона-
лом RAE были сняты торзиограммы (в полярных координатах), из которых здесь
приводятся две, полученные при 450 и 950 оборотах (фиг. 38 и 39)™ Торзиограмма
для 950 оборотов дает изменение в величине крутящего момента в ту и в другую
сторону в 30 раз. Это могло получиться как ошибка инструмента или как ненор-
мально большое развитие оезонанса. После того как инструмент был улучшен в сво-
их деталях, в тех же условиях были получены отклонения в 15 раз от среднего
момента.
8-цилиндровый двигатель этого типа без резонанса дает колебания среднего
момента на 75°/0 его величины. Действие резонанса повышает отклонение до 20 раз
от нормальной величины.
Без коренной переделки двигателя было возможно повысить только некоторые
размеры вала. Однако новые валы получились настолько жестче, что главная крити-
ческая скорость оказалась вне нормального предела рабочих оборотов.
Однако нельзя было выясните других критических скоростей, и на вал был
установлен глушитель колебаний (damper flywheel) на противоположном конце
от винта.
Как еще более верное средство, было решено поставить между валом и вин-
том упругую муфту, жесткость которой так подсчитана, чтобы перенести главную
критическую скорость значительнг ниже рабочего режима. Глушитель был оставлен
как легко регулируемое средство для подавления всех трудностей, которые могли
возникнуть.
Все эти затруднения показывают серьезные недостатки 8-цилиндровых одно-
рядных машин. Многие из затруднений могли бы быть избегнуты, если бы при на-
чале конструирования двигателей имелись теперешние знания.
Вместе с тем надо установить, что однорядный двигатель имеет очень боль-
шие преимущества для установки в тесной гондоле, где необходим хороший доступ
ко всем частям двигателя. Расход двигателей при их постоянной полной мощности
равен 175 г/л. с. ч. Двигатели весят около 3,6 кг /л. с. Надо отметить, что ни
одного из серьезных затруднений не было обусловлено работой на тяжелом
топливе.
Каждый из главных двигателей пускается в ход при помощи вспомогательного,
развивающего свыше 40 л. с. при 2 000 оборотах. Но чтобы вращать главный дви-
гатель, потребно не более 10 л. с. при 100—120 оборотах, при которых он пус-
кается без задержек. Пусковой двигатель вращает передачу „Bendix" с передаточным
числом 20:1, причем шестерня выключается автоматически. Шестерня замыкает ток,
и пусковой мотор останавливается. При пуске декомпрессор поднимает пусковые
клапаны в каждом цилиндре, чем предупреждаются преждевременные вспышки. По
достижении главным двигателем примерно 120 оборотов после того как топливо
будет подаваться к каждой форсунке устойчиво, и когда скорость начнет возра-
124
Фиг. 40. Схема охлаждения двигателей R101.
стать, декомпрессор выключается. Момент
винта вполне достаточен, чтобы повернуть
вал при полной компрессии, что вызывает
вспышКу топлива.
Двигатели, установленные на R 101,
имели паровое охлаждение (вопросы паро-
вого охлаждения в применении к этим
двигателям разрабатывались уже давно,
см. (27>).
Циркуляция воды через двигатель по-
казана на фиг. 40. Пар проходит из верх-
ней части сепаратора в конденсатор, кото-
рый, предполагалось, примет форму матер-
чатого трубопровода (fabric ducts) на внеш-
нем покрытии дирижабля, так что охлаж-
дение будет производиться без повышения
сопротивления воздуха. Но это устройство
не было применено, и до получения окончательных результатов испытаний матер-
чатого трубопровода в полете был поставлен треугольный сотовый радиатор. Каждый
радиатор имеет предохранительный клапан, нагруженный до 0,14 кг/см^ для выпуска
пара, когда охлаждение недостаточно при посадке корабля. Пар от двигателя нагре-
вал воздух для отопления и вентиляции пассажирских помещений.
Тепло, отдаваемое двигателем „Торнадо" маслу, больше, чем в тюбом двига-
теле той же мощности. Это (предположительно) получается потому, что большие
поверхности картера поддерживаются вблизи водяных рубашек при почти 100° Ц.
Омываемая маслом поверхность картера составляет около 9,29 л2. Циркулирующий
в картере воздух омывает эту оольшую поверхность и быстро достигает темпера-
туры масла. Поэтому циркуляция воздуха в картере является очень действительным
способом для охлаждения масла. Однако необходимо предупредить унос масла ухо-
дящим воздухом. Предполагалось весь воздух пропускать через картер; у опытного
двигателя, имевшего четыре цилиндра „Торнадо", были сделаны удовлетворительные
аппараты для отделения масла. Небольшая потеря давления и возрастание темпе-
ратуры воздуха не имело сушественного влияния на мощность и расход.
В борьбе с потерями смазочного масла наибольшую трудность представляло
предупреждение подъема масла по трубе и стенкам отделительной камеры током
воздуха. Как только сущность затруднения была выяснена постановкой достаточно
широкого бака, дающего очень малую скорость воздуха в сечении, это явление
было устранено. Капли масла улавливались соответственной формы всасывающей
трубой (intakes). Масляный туман, который видим иногда из суфлера, содержит
ничтожное количество, масла.
Некоторые сомнения возникают относительно безопасности аппаратов от
взрыва, и, так как имеется некоторый риск, эта система была оставлена, а приме-
нены обычные холодильники (Patts oil coolers), которые вводят некоторое сопротив-
ление движению и значительное количество трубопроводов вне двигателя.
Технические условия на применявшееся топливо следующие:
1. Топливо должно быть свободно от твердых частиц и воды.
•* 2. Вязкость не должна превосходить 0,26 пуаза при—17,8° Ц. Это эк-
вивалентно 120 сек. Редвуда при уд. в. 0,870 при 15,5° Ц (вода при 20° =
— 0,01 пуаза).
3. Температура вспышки-не должна быть ниже 99° Ц при определении в при-
боре Мартенс-Пенского.
4. Содержание серы не должно превосходить 0,5°/о'.
5. Свободные минеральные -кислоты. Водный экстракт должен быть нейтрален
к метилоранжу.
6. Зола. Содержание не должно превосходить 0,025 по весу.
7. Содержание асфальтов не должно превосходить 1°/0.
8. Застывание. Топливо не должно переставать течь после выдержки в течение
часа при температуре — 23,3° Ц, при испытании по методу, описанному в британ-
ской спецификации Р 4.
125
Фиг. 41. Двигатель „ТорнаДо"; вид
сзади (1931 г.).
9.' Содержание водорода. Так как конден-
сацией выхлопных газов получается вода, то
преимущество отдается топливу с высоким со-
держанием водорода.
В течение 1929—1930 гг. встречается
большое количество заметок и статей, в которых
упоминается о двигателях Бердмор. Почти все
это базируется на основном материале и почти
ничего не добавляет к сказанному. В апреле
1931 г. Пай приводит ряд сведений, касающихся
двигателя Бердмор „Торнадо" <26\ и сопоставляет
данные трех двигателей тяжелого топлива: Берд-
мор, Юнкере и Паккард.
Для двигателей Бердмор Паем указаны
данные, приведенные в табл, на стр. 129 в
последней строке.
Среднее эффективное давление при нор-
мальной нагрузке указывается 7,12 кг]см2.
Допущенное максимальное давление •—
на 60 кг/см2 (850 англ, фунтике, дюйм). Степень сжатия 12,25 является повиди-
мому общей для двигателей Бердмор. >
Указаний на давление или степень сжатия в других источниках не нашлось.
Скорость поршня у всех трех машин с точностью до 3% оказывается одина-
ковой (10,5 м/сек).
Как можно заключить по опытам с двигателями Бердмор, малая длина трубки,
соединяющей насос и форсунку, желательна, но это обстоятельство не имеет суще-
ственного значения. С точки зрения качества цилиндра (расход топлива и развивае-
мое среднее давление) двигатель Бердмор выгодно сравнивается с остальными двумя.
Двигатель при условиях английских государственных испытаний, продолжавшихся
более 200 час., поддерживал расход топлива ниже 182 г/э. с. и максимальную мощ-
ность, соответствующую среднему эффективному давлению — 7,12 кг/см2.
Пай говорит, что прямое сравнение „Торнадо" с другими двигателями по весу
будет неправильно. Несомненно, что однорядный 8-цилиндровый мотор — по суще-
ству тяжелый тип двигателя с длинным валом и картером. Но двигатель был кон-
струирован с тем, чтобы итти при более высоких скоростях и давать одинаково
хорошую отдачу цилиндра при этих условиях.
Максимальная скорость его ограничена в настоящее время затруднениями, выз-
ванными резонансом вала на крутильные колебания.
Сверх того двигатель сначала был сконструирован с алюминиевым картером
и опытные двигатели были выполнены с таковым. Трудность в получении здоро-
вого литья из легких сплавов таких размеров, а также настоятельная необходи-
мость иметь надежный.. двигатель для воздушного корабля, когда последний уже
Фиг. 42. Двигатель .Торнадо’ 650/720 л. с. (1928 г.).
126
Фиг. 43. Двигатель .Торнадо" для дирижабля R 101.
был готов, привели к постановке на двигатели стального картера. Дальнейшее раз-
витие пойдет по пути применения алюминия и повышения мощности до начального
значения 700 л. с.; оба указанных фактора совместно должны понизить удельный
вес до значений 1,82 кг (4 lbs) и ниже.
Пай приводит фото двигателя (фиг. 41), которое можно сопоставить с фиг. 42,
относящейся к модели не позднее 1927 г. По внешнему виду это машина совре-
менная „Циклону" II и „Тайфуну" I, появившаяся после удачных опытов с автомот- „
риссными двигателями (фиг. 28). Повидимому, Пай дает устаревшее фото. „Джен"
за 1930 г. дает фото фиг. 43 <29). И наконец в апреле 1931 г. (2fi) сообщается, что
завод Бердмор произвел реорганизацию и стандартизацию в отделении быстроходных
двигателей тяжелого топлива, соединенные с введением новейших способов производ-
ства. Фирма продолжает работы с двигателями тяжелого топлива, результатом чего
является двигатель „Торнадо" III R, испытывавшийся на станке 31/11 1931 г. Дви-
гатель этот дает 585 л. с. при 900 оборотах и легче на 272 кг, чек двигатели R 101.
Двигатель, предназначавшийся для пуска в ход главных двигателей дирижабля
и для приведения в действие динамо, разработан фирмой для применения его в до-
рожном- транспорте на тяжелом топливе; и первая модель его в 66 л. с. поставлена
на 4-тонное шасси. г
ч Фирма занята также самолетным двигателем с противолежащими цилиндрами
(фиг. 44).
Опытный двигатель был выполнен 4-цилиндровым с размерами 178X204 мм
(7 X 8") мощностью в 200 л. с. при 1 200 оборотах. Из этого двигателя фирма
Фиг. 44. Схема расположения нового двигателя Бердмор.
127
Таблица
128
Наименование двигателей Год опубликотания Топливо Число цилиндров Мощность Число оборо- тов в минуту Диаметр Ход поршня Вес в кг Литраж двигателя Вес на л Вес на 1 л. с. Мощность на л Среднее эфф. давление Скорость поршня Степень сжатия Расход топ- лива на э. с. ч. Источник
1. Рикардо опытный . . 1918— 20 Ьензин+ + 20 о/о бензола 6 600 250 max. 1350 204 8") 280 (11") — 54,6 — — 11 7,9 (8,8) 12,6 4,84 224 г 1
2. Опытный двигатель . 1923 Я 6 600 8 0 1,35 2
3. Авиамоторы Я бецзин 6 800 1200 218 305 (12") 8-6 684 12,3 1,03 11,9 8,9 12,2 — — 3 и 4
4 » я 8 1 050 1200 218 (89М") 315 (12") 1070 89,75 11,95 1,02 11,7 8,8 12,2 — — 3 и 4
5. Двигатель для автомот- рисе 1925 2-12 — 750 210 Г8*/ж") 305 (12") — 26 5,45 4,77 5,7 7,65 5
б. Двигатель для электро- дизель-локомогивов • 4—12 400 1200 750 305 (12") 305 (12") 1880 5 650 88,8 266,4 21,2 4,53 4,5 5,68 7,65 5
7. То же » мекс. моторн. топливо 4 185 700 210 305 1250 42 29,7 6,75 4,4 5,65 7,12 6
8, То же я » 8 340 650 210 305 2 470 82 29,4 7,26 4,15 5,6 6,6 6
9. Авиамотор „Циклон’ . 1925 бензин 6 800 1220 218 305 826 1,03 12,4 7
10. Авиационный .... » Я 8 1050 1220 218 305 1065 1,015 12,4 7
11. Авиамотор „Циклон” 1926 я 6 960 1 350 219 (85/g") 305 (12") 975 64,5 15,15 1,015 14,9 9,92 13,7 5,25 224 8
12. Авиамоторы „Цик- лон" II и „Тайфун" I. 1927 я 6 6 980 950 1350 1 350 214 305 977 0,995 13,7 11
л 129 У Авиационные двигатели. 1 / 13. Авиамотор 1927 » 8 1050 1350 219 305 1168 1,11 13,7 1 11 •
14. Двигатели автомою- рисс (см. 5 и 6) . . . 1928 т. т. 4 i 8 3 200- 400 750 700 8'/? » 22" е 3,74 7,5 14
15. Тепловозный .... 1928 12 1330 800 305 (12") 305 (12") 13,5 15
10. Автомоториссы Бсрд- мор-Вестингауз . . . 1928 1929 т, т. т. т. 6 6 300 300 800 750 W 216 12" 305 10,8 т с махов. 3,6 5,9 8,15 7,6 23
17. Авиамотор .цик- лон* II 1928 бензин 6 925 1350 219 305 977 1,05 13,7 5,25 217 18
18. Авиамотор .Тай- фун* II бензин 6 925 1350 219 305 1015 1,1 13,7 5,25 217 18
19. Авиамотор .Самум I* бензин 8 1100 1 250 217 (8®/«Г) 305 (12") 1259 1,14 12,7 5,25 217 18
20. Дирижабельный .Тор- надо “ 1928 т. т. 8 650 1000 210 305 2 085 1630 3,22 2,5 19
21. Авиационный . . 1928 я 6 750 1 400 210 305 1020 1,36 14,2 19
22. Тепловозный .... 1928 9 12 1500 2 900 900 305 305 9,15 19
23. Авюмотор испанский ж. д 1928 9 6 200 1290 (6‘/2") (9") 1900 9,52 9,15 20
24. То же . ..... 1928 Я 6 500 900 8‘2" 305 3 220 6,44 9.15 21
2о. Дирижаоельныи . Гор- на до “ у 192-» 8 585 2110 3,62 22
26. То же 1931 » 8 650 1000 210 305 2 020 3,14 7,12 10,15 12,25 от 159 то 181 25
27. Дирижабельный .Тор- на по* R III 1931 Я 8 585 400 1 748 3 26
1 При весе 645— 185 кг. 3 При весе 656 — 320 кг.
надеется развить машину с данными: 500 л. с., 1 750 оборотов, размеры цилиндра
152 X 165 мм (6 X б’/г")» с весом 1,04 кг]л. с. Двигатель будет иметь разгруженный
стальными сквозными болтами картер, который будет работать главным образом как
покрышка. Общая высота машины будет 430 мм, что позволит установить ее
в нормальном тонком крыле.
В вышеприведенных выдержках и рассуждениях показано хронологическое
развитие двигателей. Имеющийся материал, конечно, страдает неточностями, проти-
воречиями, а иногда возможно сознательным выпиранием одних черт и затушевыва-
нием других.
Можно установить, что опыт Бердмор в первой серии (1922— 1930 гг.)
с авиамоторами как легкого, так и тяжелого топлива не удался по ряду причин, не
зависящих от величины цилиндра. Применение двигателей для постоянной тяжелой
железнодорожной службы, выполненных в основном по принципам построения
авиадвигателей, если не сделало эпохи в дизелестроении, то во всяком случае
оказало очень сильное влияние на развитие быстроходных дизелей и дало бога-
тый материал конструкторской мысли.
Доказана высокая отдача цилиндров большого размера по экономичности и
по среднему давлению (соответственно уровню своего времени).
Можно утверждать, что надежность деталей двигателей как „Циклена", так
и „Торнадо" не использована и двигатели можно еще форсировать, укрепив сла-
бое звено, как например головку и пр.
Схема машин (однорядная) с точки зрения веса была выбрана заведомо тяже-
лая, объяснявшаяся принципиальным назначением моторов для дирижаблей, и срав-
нивать веса без оговорки с V- и W-образными машинами нельзя.
Подтверждены трудности, которые вьзывает 8-цилиндровая машина.
Осуществленные мощности в действительности почти всегда оказывались менее,
а веса более, чем обещал энтузиаст Хорльтон. Почему это получилось — трудно
установить. Путь от проекта до могущей себе за оевать место в жизни машины
очень далек и тяжел.
Для двигателей промышленного и транспортного значения у( ок облегчения
веса и увеличения скоростей машины довольно значительной мощности (300, 400,
1 300 л. с.) надо в наших условиях всемерно использовать, не боясь трудностей
и неудач.
При громадных размерах „дизелизации" страны, серийности изготовления на
крупных заводах, наличии металлургической базы качественного металла (авто-
и тракторос роение) повышение скоростей машин двигателей и облегчение их должны
дать очень большой экономический эффект.
Быстроходные двигатели Бердмор
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Н. R. Ricardo, Some possible lines of development in Aircraft Engines. Engineering,
Jan. 14, 1921, p. 57.
2. a) International Air Congress, London, 1923, Report, p. 431—465.
b) A. E. L. Chorlton, The crude oil Aero-Engine; Engineer, July 6, 1923, p. 6.
3. Jane’s All the Worlds Aircraft, London, 1923.
4. Jane’s 1924.
5. The Beardmore All Steel Quick-Running Oil Engine, Engineer, Okt. 2, 1925, p. 344.
6. Diesel Electric Cars in Canada. Engineer, Okt. 23, 1926, p. 430.
7. Jane’s 1925.
8. Jane’s 1926.
9. A. E. L. C h о r 11 о n, The High Efficiency Oil Engine. The Aut. Engineer, April 1926,
p. 127.
10. Engineering, Nov. 1926, p. 695.
11. Jane’s 1927.
12. Langsdorf, Fortschritte der Luftlahrt, 1927—1928, p. 477.
13. The Marine Engineer and Motorsipbuilder, London, 1927, Sept. a. Nov.
14. G. E. Brooks, Oil Electric Motive Power an the Canadian National, Railway Age,
9/VI—28.
15. Railway Age, Dec. 8, 1928, p. 1124.
16. Railway Age, v. 86, N 24, p. 1375.
17. A. E. Thiemann, Fahrzeug-Dieselmotoren, Berlin, 1929.
18. Jane’s 1928.
130
19. A. E. L. Chorlton, Oil Engines for Aircraft and Railways, Engineering, Sept 21,
1928, p. 375, Okt 5, p. 441.
20. Engineering, Oct. 19, 1928, p. 997, Diesel Electric Rail Car for the Pamplona-San Se-
bastian Railway.
21. Engineering, May 1928, p. 514, Oil Electric Train.
22. T. R. Cave-Brown-Cave, The Machinery Installation of Airship R 101. The JI.
R. Ae. Soc., Mar., 1929.
23. D. W. R. Morgan, Paper read before S. A. E., April 1929, p. 367. *
24. E. C. Magdeburger, The high Speed Oil Engine, JI. of the Amer. Soc. of Nava
Engineer, Aug. 1929.
25. D. R. Pye, The Origin and Development of Hewy-Oil-Aero-Engines. JI. R Ae., Soc.
Apr. 1931.
26. The Aeroplane, N 17, April 17, 1931, p. 792.
27. JI. R. Ae. Soc. Jan. 1926.
28. The Aeroplane, 5 July, 1928.
9*
131
Инж. А. Л. Пархомов.
АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДИЗЕЛЬ-КЛЕРЖЕ
Фирма Клерже выпустила в 1928 г. звездообразный 9-цилиндровый двигатель
с воздушным охлаждением, работающий на тяжелом топливе.
Двигатель (фиг. 1) имеет следующие основные данные:
Диаметр цилиндра................................... 120 мм
Ход поршня......................................... 130 мм
Отношение хода к диаметру.......................... 1,08
Литраж цилиндра.................................... 1,47 л
Литраж всего мотора................................ 13,2 л
Номинальная мощность............................... 100 л. с.
Номинальное число оборотов......................... 1 800 об./мин.
Максимальная мощность . . •........................ до 150 л. с.
Средняя скорость поршня............................ 7,8 м]сек
Среднее эффективное давление....................... 3,8 кг] см- (по но-
миналу)
Мощность цилиндра.................................. 11,1 л. с.
Литровая мощность.................................. 7,65 л. с.]л
Вес мотора......................................... 228 кг
Литровый вес....................................... 17,3 кг] л
Удельный вес....................................... 2,28 кг]л. с.
По общему типу и конструкции мотор сходен с нормальными бензиновыми звездо-
образными моторами, и главное отличие в конструкции заключается в наличии неф'я-
ной топливной системы с соответствующим распределительным механизмом. Топливом
является моторная нефть уд. веса 0,860, применяющаяся обычно на стационарных
дизелях. Теплотворная способность этой нефти 9 500 кал) кг. Температура вспышки
не ниже 90°.
Фиг. 1. 100-сильный мотор Клерже.
Фирма указывает, что мотор
может хорошо работать и на любом
другом сорте тяжелого топлива. Све-
дений о расходе горючего не имеется.
Картер. Одной из особенно-
стей мотора является его картер, ко-
торый сделан из кованой стали. К
этой конструкции фирму очевидно
привели тяжелые условия протекания
рабочего процесса в современных
быстроходных дизелях, выражающиеся
в высоких и резких нарастаниях дав-
лений при горении. Средняя часть
картера сделана из одного куска и в
отверстиях для цилиндров имеет пря-
моугольную резьбу. Приводы к кла-
панам расположены в передней части
картера. Механизм топливного рас-
пределения помещается в задней час-
ти картера.
Цилиндры и головки
(фиг. 2). Стальные цилиндры имеют
охлаждающие ребра и сделаны в
одно целое со стальным плоским
днишем. Цилиндры ввертываются в
132
картер на резьбе и закрепляются контргайкой. К днищу
цилиндров привертывается на шпильках алюминиевая
головка, также заребренная и служащая для крепления
клапанного механизма и образования впускных и вы-
пускных каналов. На диаметре головки, перпендикуляр-
нрм валу мотора, помещаются всасывающий и выхлопной
клапаны, а между ними в центре — форсунка. Гнезда
клапанов находятся в днище цилиндра. Выхлопны . кла-
паны в нижних цилиндрах расположены у самых низких
Ч- углов днищ. Благодаря этому в нижних цилиндрах при
открытии выхлопных клапанов образуется сток скопив-
шёгося там масла. Открытие выхлопных клапанов во время
остановки может производиться от руки пилота через
систему тяг, показанную на фиг. 3. Это устройство имеет
еще своим назначением производить декомпрессию при
запуске и тем облегчать последний. В случае порчи ре-
гулировки нефтяных насосов декомпрессионная система
дает надежный способ остановки двигателя.
Клапаны приводятся в движение от кулачковой
шайбы на валу мотора через обычные толкающие тяги
и коромысла. Коромысла качаются на двух отдельных
осях, укрепленных в стойках, являющихся продолже-
ниями шпилек, крепящих головку к цилиндру. -Впускной
и выхлопной каналы открываются фланцами с боковых
сторон головки. К фланцам привертываются короткие
патрубки,
Рабочий механизм. Поршни (фиг. 4) сде-
ланы из обычного легкого сплава и имеют четыре
Фиг. 2. Цилиндр с головкой.
уплотнительных и одно
41 масляное кольцо. Палец
поршня — плавающий.
Поршень имеет сфери-
чески вогнутое днище, ко-
торое вместе с плоским
днищем цилиндра обра-
зует полусферическую ка-
меру сгорания. Впрыски-
вание топлива в нее про-
исходит центрально, ши-
роким конусом (см. ниже
описание форсунки). Бла-
годаря этому и приподня-
тым краям поршня горю-
чее не попадает-на стенки
цилиндра, и загрязнение
их и смазочного масла на-
гаром уменьшается; умень-
чшается также конденсация
горючего на охлаждаемых
стенках цилиндра. Верх-
ний рбодок поршня при
приближении к в. м. т.
вызывает движение воз-
духа к центру ’ углубле-
ния, дающее неоргани-
зованное завихрение, спо-
собствующее перемешива-
нию впрыснутого топлива
с воздухом. Впускные воз-
Фиг. 3. Декомпрессионный механизм.
Фиг. 4. Поршень.
133
Фиг. 5._Шатунно-кривошипный механизм.
душные каналы в головке не имеют никаких
дополнительных приспособлений для искус-
ственного завихривания. Фирма считает,
что подобные приспособления имеют
больше отрицательных сторон, чем поло-
жительных, и указывает, что удовлетвори-
тельного смесеобразования можно достиг-
нуть и при „естественном" впуске.
Шатунный механизм (фиг. 5) состоит
из одного главного и восьми боковых ша-
тунов круглого сечения. Боковые шатуны
взаимозаменяемы. Ко всем шатунным под-
шипникам имеется подвод смазки под
давлением. Коленчатый вал — составной из
двух частей. Соединение обеих частей
(фиг. 6) производится в кривошипной
шейке на конусе со шпонкой. Затяжка
соединения происходит диференциальным винтом. При отвертывании последнего обе
части автоматически разжимаются, что облегчает разборку вала. Концы вала несут
приводы к клапанной и топливной распределительным системам.
Топливная система. Топливная система состоит из девяти насосов, рас-
положенных на дартере за цилиндрами и соединенных трубопроводами с форсун-
ками в головках цилиндров, кулачкового привода к насосам и регулировочного меха-
низма. В отличие от двигателя Паккард у Клерже привод к нефтяным насосам (фиг. 7)
постоянно производится одним кулачком 4, заклиненным на коленчатом валу и вра-
щающимся следовательно со скоростью последнего. Для сохранения должной после-
довательности вспышек в механизме имеется еще кольцо 3 с четырьмя кулисами
2, 5, 6, 7, вращающееся с J/8 скорости вала в сторону, ему противоположную.
Через кулисы кулачок воздействует на толкатели насосов. В положении на фиг. 8
кулачок через кулису, находящуюся наверху, только что произвел подачу горючего
в первый' цилиндр. После поворота вала мотора на 80° кулачок станет на оси
третьего цилиндра. С этой же осью совпадает кулиса, находящаяся справа, так как
кольцо за рассматриваемый период повернется навстречу валу на 10°. Таким обра-
Фиг. 6. Соединение частей
коленчатого вала.
Фиг. 7. Схема привода к нефтяным насосам: I—толкатель
насоса, 2, 5, 6 и 7—кулисы в кольце, 3 и 4—кулачок,
заклиненный на валу, 8—неподвижный кулачок.
134
зом кулачок воздействует на толкатель
третьего цилиндра. Благодаря кольцу п >
дача во второй цилиндр своевременно про-
пускается, и вспышка происходит после-
довательно в цилиндрах: 1 — 3 — 5 — 7—
9 — 2 — 4 — 6 — 8 — 1. Обратный ход
кулис производится пружинами, находя-
щимися в насосах. В картере укреплен
кроме того неподвижный кулачок 8 (фиг. 7),
заменяющий действие пружин в случае их
поломки. Применение механизма с одним
кулачком дает возможность достигнуть
более точной и одинаковой подачи во все
цилиндры, чем при многркулачковых шай-
бах, а благодаря тому, что кулачок вра-
щается с неуменьшенной скоростью вала,
профиль его получается более пологим
при той же скорости подачи. Кроме того
кулачок Клерже посажен на вал на винто-
вом пазу и имеет возможность осевого
Фиг. 8. Кинематиса привода к нефтячым
насосам.
перемещения, чем достигается изменение момента впрыски-
вания. Последнее устройство имеет, впрочем, недостаток в
том отношении, что требует увеличенного места по длине
вала. Детали топливного привода показаны на фиг. 9.
Топливные насосы (фиг. 10) установлены по
окружности картера, причем обращенные внутрь части их
входят в особую полость, целиком заполненную горючим.
Горючее подается туда особым шестереночным насосом
низкого давления, помещенным внутри картера. Всасываю-
щее окно 6 рабочего цилиндра насоса 2 открывается в эту
полость. Плунжер 7, приводимый в движение описанным выше
способом, вблизи своей н. м. т. открывает это окно и произ-
водит всасывание. Благодаря тому, что отверстие всасывания
только одно, при плохой пригонке плунжера к цилиндру,
последний при нагнетании давлением нефти прижимается к
этому окну, и таким образом плотность не нарушается. На-
гнетание происходит через шариковый клапан 5 во втулке 4.
Насосы соединены с форсунками трубками из красной меди
размером 2/4 мм. Эти трубки выдерживают давление
Фиг. 10. Нефтяной насос
Клерже: А— рычаг регу-
лирования подачи, управ-
ляемый с места пилота
и соединенный с кулач-
ком 5; 1— корпус насоса,
укрепленный на картере;
2—рабочий цилиНдр, мо-
гущий перемещаться при
вращении рычага А; 4 —
втулка нагнетательного
канала; 5 — шариковый
клапан; 6— всасывающее
тверстие; 7 — плунжер;
S— пружина.
Фиг. 9. Детали привода к насосам.
до 1 000 ат', при более высоких давлениях они лопаются и представляют собой
таким образом предохранительные устройства, сохраняющие цеюсть других, более
ценных частей.
Регулирование подачи насосов производится изменением положения всасываю-
щего окна относительно н. м. т. плунжера. Цилиндр 2 не укреплен в корпусе на-
соса 1 неподвижно, а имеет возможность осевого перемещения. В своем положении
135
он удерживается кулачком 3, сидящим на
рукоятке А. При повороте рукоятки вправо
цилиндр перемещается вниз, плунжер пере-
крывает отверстие 6 раньше, и подача на-
соса увеличивается.
Рукоятки А посредством тяг Т
(фиг. 11) соединены с кольцом, окружаю-
щим картер и могущим поворачиваться от
руки пилота. Управление этим механизмом
соответствует дросселированию бензино-
вого мотора.
Фиг. 11. Привод регулировочного механизма.
Для устранения дрожаний „дроссельного" механизма, могущих произойти вслед-
ствие движения плунжеров, насосы имеют диференииальный механизм, заключаю-
щийся в том, что диаметр цилиндра в камере нагнетания больше диаметра плунжера
(фиг. 10). На получающуюся кольцевую площадку, показанную на фиг. 10 справа
вверху стрелками, при нагнетательном ходе плунжера действует давление нефти,
которое уничтожает дрожание.
Установка всех насосов на одинаковую подачу и одинаковое опережение
впрыскивания при монтаже достигается конструкцией сочленения рычага А с тягой
Т (фиг. 11). Тяга Т имеет хомут С, валик которого X входит в прорез рычага А.
При перестановке хомута С посредством гаек и винтовой нарезки меняется рабочая
длина тяги и с ней первоначальное положение рычага А. Последнее же определяет
собой момент закрытия плунжером всасывающего окна и его рабочий ход. Прорез
в рычаге А сделан по дуге круга, описанной из В. При перестановке шарнира X
по этой дуге вниз, т. е. из точки Cj (фиг. 12) в С\ (что не нарушает первоначаль-
ной установки рычага А), точка С2, соответствующая положению рычага при наи-
большем смещении регулировочного кольца вправо, переходит в С'2. Угол смещения
рычага а при этом увеличивается на величину Таким образом достигается уста-
новка диапазона регулирования.
Форсунка имеет иглу (фиг. 13 внизу, в середине и справа) с грибковой
головкой с широким конусом, открывающуюся в камеру сгорания и прижимаемую
к седлу пружиной. На поверхности конуса иглы нарезаны канавки глубиной 0,15 мм,
направленные при вьрюде почти тангенциально к наружной окружности конуса. Та-
кое направление струй вызывает добавочное завихривание в камере сгорания. Кроме
того под действием реакции струи игла имеет некоторое угловое, перемещение
Фиг. 13. Форсунка двигателя Клерже.
Фиг. 12,_Схема регулировочного механизма.
136
во время подачи топлива.
Таким образом по типу иглы
форсунка Клерже сходна с
фэрсункой двигателя Пак-
кард.
Фиг. 14 дает детали
форсунки, применявшейся
первоначально. Конус струи
здесь был более узкий.
Смазка. Циркуляция
'масла производится двой-
ным шестеренчатым насосом
через вал мотора. Первый на-
сос, нагнетательный, подает
масло из бака в коленчатый
вал; второй, отсасывающий,
Фиг. 14. Первоначальная конструкция’форсунки.
откачивает масло из картера
в бак. Давление в нагнетатель-
ной магистрали указывается мано-
метром и ограничено редукцион-
ным клапаном. Подвод масла в вал
производится через шарнирный
ниппель (фиг. 15), состоящий из
двух трубок, вставленных одна в
другую, распираемых пружиной и
имеющих сферические концы, вхо-
дящие в соответствующие гнез-
да в валу и в подводящем шту-
цере.
Пусковых приспособлений
мотор не имеет. ’
Основные данные этого мо-
тора Клерже характеризуют его как
очень неудовлетворительную ма-
шину: мы имеем уд. в. 2,28 кг]л. с.
и среднее эффективное давление
3,8 кг/см2. Литровая мощность
составляет 7,6 л. с.{л. Фирма,
правда, указывает, что мотор рас-
считан с большим запасом и мощ-
ность можно доводить до 150 л. с.,
что соответствует 11,4 л. с./л и
Ре = 5,6 кг!см2. Однако насколько
продолжительным и устойчивым
может быть этот режим, неиз-
вестно. Нельзя также сказать, чем
определяется указанный режим:
нагрузкой деталей рабочего меха-
низма или протеканием процесса
в цилиндре; но во всяком случае
современные экспериментальные
достижения по сгоранию в камерах
со слабым завихриванием показы-
вают, что здесь достижимы эф-
фективные давления порядка 6—
7 кг/см2 (в опытных экземплярах).
Высокий вес машины объясняется
прежде всего указанным плохим
использованием литража цилинд-
Фиг. 16. 200-сильный мотор Клерже.
13?
ров, а кроме того и конструкцией мотора. Литровый вес мотора Клерже составляет
17,3 кг)л против 14 кг)л у Паккарда, что явилось следствием, с одной стороны,
больших запасов, а с другой — менее удачных конструкций. В частности на весе
мотора сильно сказался результат применения стального картера.
В 1930 г. фирма Клерже выпустила новый 200-сильный 9-цилиндровый
мотор (фиг. 16). Общая конструкция этого мотора отличается от предыдущей
тем, что топливной распределительный механизм помещен в передней части кар-
тера рядом с клапанным распределением, что безусловно рационально с точки зре-
ния веса. Сзади помещен компрессор. Данные этого мотора следующие: диаметр —
130 мм\ ход—170 мм\ литраж — 20,2 л; вес — 310 кг; максимальная мощность —
208 л., с. при 1 700 об./мин. Из этих цифр получаем вес на 1 л 15,3 кг и литро-
вую мощность 10,25 л. с./л, что указывает на улучшение и конструкции, и. про-
цесса. Соответственно удельный вес снизился до 1,49 кг]л. с.
В настоящее время фирма Клерже производит испытания 7-цилиндрового дви-
гателя, мощность которого достигает 420 л. с. при 1 800 об./мин. Удельный вес
ожидается 0,65 кг/л. с. Предполагается к изготовлению 14-цилиндровый двигатель.
138
Цнж. А. Д. Грачев и В. А. Кбнстлнтинов
ОПЫТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ТЯЖЕЛОГО ТОПЛИВА
В настоящей главе дается краткий обзор опытных конструкций двигателей
тяжелого топлива, выполненных в Европе и Америке и предназначенных для воз-
душного флота.
Часть из них (Гаруффа, Аттендю) уже „вышли из игры" и представляют
интерес только с точки зрения изучения путей развития авиационного двигателя
тяжелого топлива. Другая часть (Фиат, Бристоль и др.), наоборот, является более
или менее удачной попыткой и поэтому заслуживает внимательного изучения.
I. Двигатель Фиат AN1 <.
Двигатель Фиат AN1 работает на тяжелом топливе и предназначен для
воздушного флота. Он базируется на старом авиационном бензиновом двигателе
этой же фирмы (Фиат А-12 bis), причем в машине AN1 от А12 bis исполь-
зованы: картер, коленчатый вал, шатуны и пр. Цилиндры, головки, поршни, рас-
пределение сделаны заново. Диаметр цилиндра по сравнению с А12 bis уменьшен,
так* как максимальные давления у AN1 выше.
Двигатель Фиат AN1 имеет следующие данные:
Диаметр цилиндра........................... А» —140 мм
Ход поршня...........•..................... S — 180 мм
Отношение хода к диаметру........'......... SjD —1,223
Номинальная мощность....................- . Ne—180 л. с.
Номинальное число оборотов ................ п— Ь600 об./мин.
Среднее эффективное давление............... Ре— 6,1 кг/см9
Максиматьная мощность................ max 220 л- с-
Максимальное число оборотов................ п тах1770об./мин.
Среднее эффективное давление по максимальной мощ-
ности .................................. . Ре — 6,1 кг\см?
Расход топлива ........ р'................. Се — 190 г/л. с. ч.
Число тактов ?*. .................. 4
Литраж двигателя........................... Vft—16,62 л
Литровая мощность.......................... Na ~ 10,8 л. с?л
Двигатель представляет собой рядную 6-цилиндровую конструкцию с отдель-
ными цилиндрами, с приваренными к ним стальными рубашками и общей головкой,
дающей необходимую жесткость машине (фиг. 1 и 2). Головка несет два распреде-
лительных вала, приводимых от одного вертикального передаточного валика распре-
деления. Цилиндры со стальными днищами. Форма камеры сгорания очевидно обра-
зована плоским днищем цилиндра и плоским днищем поршня Благодаря централь-
ному расположению форсунки клапаны отнесены ближе к периферии. Каждый
цилиндр имеет четыре клапана: два впускных и два выпускных. В центре днища
расположена форсунка закрытого типа с диференциальной иглой, много дырчатая.
Подача топлива производится двумя 3-плунжерными насосами (фиг. 1),
расположенными сзади мотора на месте магнето. Давление в топливной магист-
рали — 200 — 300 ат. Насосы имеют приспособления для регулировки момента
впрыскивания и количества топлива. ПуСк в ход производится сжатым воздухом.
По имеющимся сведениям, с машиной AN1 совершено несколько полетов
на самолетах фирмы Фиат и произведен перелет Турин — Рим. В качестве горю-
чего употреблялась дизельная нефть уд. в. 0,86.
139
Фиг. 1. Двигатель Фиат AN1. Вид сзади.
2. „Бристоль" — опытный авиационный двигатель
Относительно ис-
пользования старого кар-
тера и коленчатого ва-
ла необходимо заметить,
что, несмотря на за-
манчивый экономический
эффект, фирма от него
должна будет очевидно
отказаться, так как
при диаметре цилиндра
140 мм расстояние ме-
жду осями цилиндров
осталось прежнее, т. е.
как у Фиат А12 bis
с диаметром цилиндра
160 мм. Таким обра-
зом, значительная часть
картера не исполь-
зована.
Вес машины не из-
вестен, но он едва ли
является удовлетвори-
тельным для авиацион-
ного двигателя.
Машину следует
рассматривать как опыт-
ную переходного типа.
•
Литература
„L’Ala d’Italia*, 1930,
№ 1.
„V Аёгоп antique*,
1930, 137.
„Journee des Ailes",
1930, № 6.
тяжелого топлива
Фирма Бристоль провела опытную работу по выбору параметров авиационного
двигателя тяжелого топлива, по овладению процессами сгорания* распиливания
и т. д. Экспериментирование велось на одноцилиндровой опытной установке. В резуль-f
тате этой работы был получен опытный одноцилиндровый двигатель с воздушным
охлаждением, обладающий следующими данными:
Мощность........................................
Число оборотов .................................
Диаметр цилинтра................................
Ход поршня......................................
Отношение.......................................
Литраж..........................................
Степень сжатия..................................
Коэфициент изб воздуха..........................
Число тактов....................................
Литровая мощность...............................
Ne = 75 л. с.
« = 1 100 сб./мин.
D = 187,3 мм (7 3/8")
5 = 305 мм (12")
5/0 = 1,625
Vft = 8,5 л
£==12
а = 1,3 л
4
N
JV, = ££=; 8,82 л. с.\л.
vh
Цилиндр двигателя, снабженный охлаждающими ребрами, со стальным
днищем сконструирован по типу двигателя Бристоль „Юпитер" IV. На днище
цилиндра расположены шпильки для крепления головки. К картеру цилиндр кре-
пится через промежуточное сменное кольцо, которое позволяет на одном картере
устанавливать цилиндры различных диаметров (фиг. 3) и изменять степени сжатия.
140
Г о л о в к а, изготов-
ленная из сплава Y („иг-
рек"), пришабривается
по днищу цилиндра и
притягивается шпильками.
Головка имеет четыре кла-
пана (два впускных и два
выпускных),^ приводимые
в действие по нормальной
для звездообразной ма-
шины схеме (толкатели,
коромысла), форсунку,
установленную в центре
головки, втулку для кла-
пана индикатора (Фарн-
боро) и декомпрессор.
Топливнгй на-
сос приводится о г валика
Фиг. 2 Двигатель Фиат AN1. Вид сбоку.
распределения и имеет не-
зависимое управление. В процессе испы-
тания двигателя применялись следующие
типы насосов: Рикардо, Бош, три типа
конструкции Бристоль и, наконец, насос
специального типа, о конструкции кото-
рого у нас сведений нет.
Форсунка вначале была установ-
лена закрытая, с аккумуляторной подачей
и механическим управлением. В дальней-
шем она была заменена открытой.
На пути осуществления опытного
двигателя основные затруднения лежали^
как и следовало ожидать, в области:
1) получения полного сгорания и устойчи-
вого теплового режима на выбранном ско-
ростном режиме машины; 2) получения на-
дежной конструкции поршня и устранения
пригорания колец; 3) решения ряда вопро-
сов подачи топлива и распыливания.
Судя по литературным данным, ус-
ловья охлаждения двигателя оказались
совпадающими с условиями охлаждения
бензинового звездообразного двигателя с
воздушным охлаждением; однако эго об-
стоятельство нуждается в проверке, ибо
Фиг. 3. Двигатель Бристолъ. Общий вид опыт-
ной установки.
скоростной режим мотора сравнительно
низок и не дает достаточных оснований
для сравнения. Двигатель прошел длитель-
ный период конструктивных изменений и переделок. После этого с ним велась опыт-
но-экспериментальная работа в течение 9 месяцев.
С двигателя была снята мощность Ne=75 л. с. при п=1 100 об./мин. и
е=12 При этом были получены: среднее эффективное давление/^ = 7,3 кг/см2
и расход топлива Се=202 г/л. с. ч. С этими данными двигатель был поставлен на
100-часовое испытание при п= 1 100 об./мин. Испытание велось при максималь-
ном давлении вспышки Pz около 52,8 кг/см2. За время испытания расход топлива
изменялся в пределах Се= 175 — 200 г/л. с. ч. и Рев пределах от 6,32 до 7,6 кг/см2.
Так как двигатель имеет 1)те = 0,85, то соответственно: ^ = 91 л. с.; Pt= 8,95 кг/см2',
С, = 0,170 кг/л. с ч. Двигатель работает жестко, во время работы слышны резкие
стуки. Пуск в ход представляет большие затруднения. Опытный двигатель Бристоль
является представителем класса тихоходных авиационных машин большого литража.
141
Литература.
Fedden, Двигатели нт тяжелом топливе с воздушным охлаждением, , Ait craft Engi-
neering", 1930, октябрь.
L. Aeronautique, 1931, № 141, стр. 60.
A. E. Thiemann, Опытные работы фирмы Бристоль, А. Т. Z,, 1931, № 10.
3. Двигатель Сенбим (Sunbeam)
На британской выставке 1929 г. в Лондоне был показан 4-тактный авиацион-
ный 6-цилиндровый двигатель Сенбим, работающий на тяжелом топливе.
Основные данные двигателя следующие:
Диаметр цилиндра................................
Ход поршня......................................
Отношение хода к диаметру.......................
Степень сжатия..................................
Среднее эффективное давление на номинальном ре-
жиме ....1......................................
Номинальная мощность............................
Номинальное число оборотов......................
Максимальная мощность...........................
Максимальное число оборотов.....................
Сухой вес мотора ...............................
Удельный вес....................................
Литраж..........................................
Литровая мощность...............................
Расход топлива .................................
Габаритная длина ...............................
„ ширина....................................
, высота............................. . . .
Фиг. 4. Двигатель Сенбим. Общий вид со стороны
выхлопа.
Фиг. 5. Двигатель Сенбим. Общий вид со стороны вса-
сывания.
D —120 мм
S —130 мм
S/D—1,082
£ — 12
Ре — 7,1 кг1см?
Ne — 104 л. с.
nnom — 1 500об./мин.
Nстах 12 л- '*-•
ятах— 1600об./мИН.
G —200 кг
g—1,92 кг[л. с.
Vh — 8,81 л
N,= & —11,8 л.с.1л.
vh
Се—182 г)э.с. ч.
1 600 мм
475 мм
975 мм
Двигатель представляет со-
бой блочную конструкцию. Об-
щий цилиндро ый блок отлит
из легкого металла и в него
ввернуты на резьбе в ряд шесть
стальных цилиндров, фланцы
которых крепятся к картеру.
По литературным данным ци-
линдры заменяемы.
Каждый цилиндр имеет по
два клапана: один впускной
и один выпускной диаметром
45 мм. На фиг. 4 и 5 пред-
ставлен общий вид двигателя.
С задней стороны блока видна
коробка, в которой помещен
топливной насос.
Подача топлива осущес'-
влена по методу „аккумулиро-
вания наполнением" (Eichel-
berg), принципиальная схема
которого представлена на фиг. 6.
Плунжер насоса 2, следуя за
эксцентриком 1, под давлением
пружины 3, совершает ход
всасывания. В это же время
коромысло 5 открывает управ-
ляемый отсечной клапан 4, и
топливо поступает по трубке,
как указано стрелкой на схеме.
При обратном ходе плунжера
сначала происходит перепуск
142
топлива обратно в трубопровод, затем отсечной
клапан 4 под дейстьием своей пружины закры-
вается, давлением жидкости открывается обрат-
ный клапан 6, и топливо подается в аккумуля-
тор 7. Аккумулятор сделан упругим для избе-
жания чрезмерных давлений в магистрали. В этом
< аккумуляторе топливо держится пот давлением
до того момента, пока кулачок 8 не откроет
иглу управляемой закрытой форсунки 9. Тогда
топливо впрыскивается в цилиндр. Затем игла
пружиной прижимается к седлу, таким образом
аккумулятор мож.т принять новую порцию
топлива.
Подъем иглы и продолжительность от-
крытия могут регулироваться, т. е. можно
Фиг. 6. Двигатель Сенбим. Схема по-
дачи топлива.
изменять продолжительность впрыскивания и количество топлива.
Запуск двигателя произвдится в холодном состоянии, без добавочных при-
способлений.
4. Двигатель У осп
Фирмой Pratt & Whitney был проделан опыт перевода нормального авиационного
двигателя Уосп на тяжелое топливо. В данном случае была оставлена целиком
прежняя конструкция бензинового мотора, в том числе прежняя степень сжатия и
электрическое зажигание. Карбюраторная система устранена и заменена системой
топливных насосов, впрыскивающих горючее в цилиндр через форсунки.
Таким образом нефтяной двигатель Уосп не является дизель-мотором, а сама
идея представляет собой компромиссной решение вопроса о создании легкого
нефтяного двигателя: конструкция отличается от бензинового мотора наличием
топливной системы дизельного типа, а от дизеля — низким сжатием и электриче-
ским зажиганием. Среди авиационных моторов мы за исключением Уоспа в на4
стоящее время не имеем представителей этой системы; вообще же в легком мо-
торостроении она привлекла известное внимание. Сюда относится автомобильный
двигатель Гессельмана, а также опыты в Массачузетском технологическсм институте
над применением впрыскивания из форсунок в нормальном бензиновом двигателе.
Последние опыты производились на экспериментальном одноцилиндровом двигателе
и отличаются довольно существенно от предыдущих тем, что впрыскивание топлива
происходило не в период сжатия, как в двигателях Уосп и Гессельман, а во
время всасывания.
Основной причиной, обращающей внимание конструкторов на эту систему
использования тяжелого трплива, являются низкие максимальные давления в ци-
линдре, не превышающие таковых в бензиновых моторах и дающие возможность
уменьшить удельный вес двигателя сравнительно с дизелем. Кроме того в этом
случае, при надлежащем выполнении конструкции, имеют место более благоприят-
ные условия распыливания и перемешивания заряда в цилиндре при меньших по
сравнению с дизелем давлениях впрыскивания.
В двигателе Уосп впрыскивание горючего происходит за 75° до в. м. т. в
период сжатия. Таким образом сстается сравнительно большой промежуток времени
на перемешивание горючего с воздухом и его частичное испарен! е, хотя скорость
испарения здесь меньше.
При запуске, когда двигатель холодный, испаряемость тяжелого горючего
во время сжатия недостаточна, и искра не может обеспечить воспламенения всего
заряда; поэтому здесь необходимы специальные пусковые средства в виде подогрева
или применения легких топлив. В двигателе Уосп запуск производится на бензине,
впрыскиваемом в цилиндр тем же топливным насосом, и только после прогрева дви-
гателя работающий на бензине насос переключается на тяжелее топливо.
Здесь можно отметить, что в опытах Массачузетского института, где впрыски-
вание в цилиндр производилось в начале всасывания, чем обеспечивалось почти
143
Фиг. 7. Схема подачи горючего у опытного двига-
теля Уосп.
Фиг. 8. Кривая расхода топлива опытного
двигателя Уосп- По оси абсцисс дано от-
ношение числа оборотов двигателя к номи-
нальному числу.
полное испарение горючего, оказался возможным запуск на тяжелом топливе без
предварительного подогрева двигателя.
Как было указано, согласно ^'литературным сведениям, „никаких изменений"
в конструкции двигателя Уосп при переводе его на тяжелое топливо сделано не
было за исключением введения впрыскивающей системы.
Подача горючего в форсунку производится девятью индивидуальными насосами
специального типа. Схема подачи горючего показана на фиг. 7. Кулачок в опреде-
ленный момент освобождает массивн .1Й рычаг, ускоряемый пружиной; рычаг прио-
бретает достаточную живую силу и ударом в плунжер насоса производит нагнета-
тельный ход последнего. Ход рычага ограничивается буфером. Для возможности
регулировки опорный валик его сделан с эксцентриком.
Этого типа насосы работают на двигателях Jendrassic, давая удовлетвори-
тельные результаты.
Осталось неизвестным, к сожалению, какую мощность развивал Уосп на
нефти; однако кривая расхода (фиг. 8) дает цифры, совершенно компрометирующие
машину: 450 г/л.с.ч.— минимальный расход. Плохая экономичность из-за низкой
степени сжатия должна иметь место в этих двигателях вследствие неполного
сгорания топлива при низких температурах. Сомнительно, между прочим,
чтобы одна форсунка, как это показано на схеме, поставленная сбоку цилиндра,
могла хорошо обслужить цилиндр диаметром 146 мм.
144
Кроме того неизвестно, насколько устройство сопла соответствовало форме
камеры сгорания, и возможно, что регулировка форсунки была недостаточно
хороша.
Расход при работе на бензине был меньше, чем на тяжелом топливе, что объ-
ясняется большей испаряемостью бензина.
Представляя собой переходную ступень от карбюраторного двигателя к дизелю,
система с зажиганием и впрыскиванием в значительно меньшем размере обладает
преимуществом над бензиновым мотором, чем дизель; вследствие больших расходов
топлива полезная нагрузка и радиус действия самолетов уменьшаются, и тыгода
остается чисто экономической, т. е. обусловленной более низкими ценами горю-
чего, что для авиации не является решающим фактором; в силу же необходимости
иметь запас бензина для пуска пожарная опасность уменьшается лишь частично.
В то же время один из основных недостатков дизеля —малая литровая мощность —
здесь сохраняется.
Единственным преимуществом этой системы над дизелем надо признать низкое
максимальное давление, упрощение же конструкции нефтяных насосов и распили-
вающего аппарата, которое иногда ей приписывается, нельзя считать существенным,
так как осуществление рационального распиливания в дизеле достигается с не худ-
шими результатами, чем в данной системе, а выполнение насосов для высоких дав-
лений впрыскивания в настоящее время не представляет затруднений. Выигрыш
в удельном весе двигателя благодаря уменьшению давления вспышки не должен быть
значительным, так как литровая мощность здесь должна быть меньше, чем в дизеле,
вследствие меньшей степени сжатия. Наконец наличие системы зажигания представ-
ляет собой определенный недостаток по сравнениюис дизель-мотором.
Можно сказать, что затронутый здесь вопрос об опытах Массачузетского
института о переводе бензиновых двигателей на впрыскивание бензина насосами
представляет больший интерес, чем комбинация впрыскивания нефти и зажигания
от магнето.
5. Двигатель Статакс тип S3
Фирма Statax в Цюрихе выпустила авиамотор, работающий на тяжелом топ-
ливе, предназначенный для спортивных самолетов.
Согласно литературным данным, мотор выполнен как полудизель. Топливо —
обыкновенный ламповый керосин или газойль. Число цилиндров — три, мощность —
45 л. с., число оборотов — 2 400. Мотор работает по 2-тактному циклу.
Топливо распыливается сжатым воздухом, подаваемым компрессором, цилиндр
которого отлит заодно с .рабочим цилиндром мотора и имеет, как и последний,
воздушное охлаждение.
Топливо подается к форсункам, расположенным в боковой поверхности ци-
линдра, насосом, показанным на фотографии (фиг. 9)-.
Для пуска применяется бензин. В начале работы зажигание происходит от
магнето, как и в нормальных двигателях легкого топлива; по истечении 1—2 мин.
мотор переводится на работу от самовоспламенения. При этом магнето может
оставаться включенным для содержания свечей в чистоте. Смазка осуществляется
двумя масляными помпами, из которых одна отсасывающая, а другая нагнета-
тельная.
Мотор имеет редуктор, уменьшающий число оборотов на винте вдвое. Этим
достигается работа винта с высоким к. п. д. Мощность мотора может быть повышена
до 50 л. с.
В литературе отмечено еще, что коренной и мотылевый подшипники колен-
чатого вала и верхней головки шатуна выполнены игольчатыми. Коленчатый вал и
шатуны нитрированы и закалены по методу Круппа.
Цилиндры отлиты из нихромизированного серого чугуна с большой прочностью
и хорошими антифрикционными ка юсгвами. Они имеют отъемные головки из легкого
сплава. ...
К сожалению, в литературе не имеется более подробных данных об этом мо-
торе. Из статьи в № 6 „Flugsport" за 1931 г. видно, например, что мотор выполнен
10 Авиационные двигатели. 145
Фиг. 9. Двигатель Статакс S3.
как полудизель, но неизвестно, однако, в какой момент хода сжатия подается топ-
ливо, какова форма камеры сгорания, степень сжатия, конструкция насоса, фор-
сунок, схема продувки и т. д.
6. 2-тактный авиадизель двойного действия Behmann
Итальянская фирма Scuola Industriale di Bolzano уже с 1927 г. вела работы
по созданию нового 2-тактноГо авиадизеля двойного действия. Эти работы произво-
дились под руководством проф. Behmann. Фирмой за это время было построено
несколько опытных двигателей, на которых проверялись принципы новой констр.к-
ции. После этого окончательно была запроектирована и начата постройкой машина
со следующими данными:
Диаметр цилиндра.................................... 165,6 мм
Внутренний диаметр рабочего поршня.................. 149 мм
Ход поршня.......................................... 156 мм
Число цилиндров..................................... 6
Литраж двигателя . ’............................. 35,3 л
Мощность............................................ 980 л. с.
я Число оборотов....................................... 1 800 об./мин.
Литров 1Я мощность.................................. 27,8 л1л,с.
Среднее эффективное давление......................... 6,95, кг)см'2
Степень сжатия...................................... 13,1
Давление конца сжатия............................... 25 кг^м2
Максимальное давление в цилиндре.................... 75 кг/сл'3 '
С] едняя скорость поршня............................ 9,36 м!сек
Вес двигателя (с охлажденной водой)................. 640[кг '
Удельный вес........................................ 0,65 кг) л. с.
146
Фиг. 10. Схема поршней и цилиндров авиадизеля Behmann.
Вес на 1 л рабочего объема............................ 18,2 кг\л.
Нефтяной насос........................................ Behmann
Способ регулировки подачи............................. изменением хода
плунжера
Габаритная длина ... "............. . . ........ со 1980 мм
Габаритная ширина . ... .............................. со 660 мм
Габаритная вышина..................................... со 1130 мм
Расстояние между осями цилиндров...................... со 200 мм
На фиг. 10 даны схемы поршней и цилиндров и конструкция этих деталей.
, Устройство двигател'я таково: в нормальном для 2-тактной машины цилиндр?
находится обыкновенный поршень d, юбка которого входит в кольцевую щель между
стенками цилиндра и второго неподвижного поршня g. Движение внешнего поршня
осуществляется при помощи кривошипно-шатунного механизма. В стенках неподвиж-
ного поршня имеются с обеих сторон вырезы, допускающие перемещение поршне-
вого пальца. Камеры сжатия образуются с обеих сторон днища подвижного поршня,
10* ' 147
каждый ход которого яв-
ляется рабочим. Таким об-
разом, двигатель напоми-
нает по конструкции аме-
риканскую 4-тактную ма-
шину Deeble, у которой
нижняя камера сжатия
тоже образована непод-
вижным поршнем.
У двигателя Beh-
mann неподвижный пор-
шень сделан из стали и
сильно охлаждается водой.
Рабочий поршень d при
помощи окон f и I уп-
равляет продувкой и вых-
лопом, которые происхо-
дят через каналы с и Ь.
Головки у цилиндров — алюми-
Фиг. 12. Топливной насос авиадизеля Behmann.
ниевые со стальными гнездами для
форсунок. Картер отлит из элект-
рона и имеет с обеих боковых
сторон широкие горловины для
осмотра кривошипного механизма.
Передняя и задняя стенки кар-
тера — отъемные на болтах; в них
установлены опорные и упорные
шариковые подшипники. Нижняя
часть картера образует с задней
стороны двигателя масляную ванну.
В этом месте у картера монти-
рован поршневой масляный насос,
который приводится от коленча-
того вала при помощи эксцент-
рика. Схема смазки такова: масло
подводится к коренным подшип-
никам; отсюда по сверлениям в
щеках—к шатунным подшипникам
и далее по сверлениям в шатуне —
к поршйевому пальцу; отсюда
масло попадает на стенки цилиндра,
смазывает и охлаждает их.
Водяная помпа центробеж-
ного типа подает охлаждающую воду в рубашки цилиндров и в неподвижные
поршни.
У заднего конца коленчатого вала монтирован 3-ступенчатый центробежный
продувочный компрессор, развивающий до 6 000 об./мин.
Интересна конструкция топливных насосов. Каждый цилиндр обслуживается
двумя насосами; таким образом всего насосов у двигателя— 12. Все насосы мон-
тированы с одной стороны двигателя и расположены в шести агрегатах, по два
насоса в каждом (фиг. 11 и 12). Для привода насосов служит валик I, от этого
валика движение к плунжеру каждого насоса передается следующим образом: валик I
при помощи червячного колеса i вращает полый валик g, на который эксцентрично
насажен ролик h. При вращении валика g ролик толкает концы серповидных ры-
чагов тип, которые приводят в движение плунжеры b и с. Насос b нагнетает
топливо к форсунке верхней камеры, расположенной в головке цилиндра; насос с
подает топливо к форсунке нижней камеры. Регулировка подачи осуществляется изме-
нением хода плунжера. Для этого все шесть коромысел, на которых закреплены сер-
повидные рычаги, связаны др) г с другом короткими стержнями; эти последние в свою
148
Фиг. 13. Детали регулировки топливных насосов.
Фиг. 14. Регулировка топливных насосов.
очередь стянуты тендерами (фиг. 13). При вращении маховика V вся система пе-
реходит в новое положение, как и показано на фиг. 14 справа, и ход плунжера
одновременно у всех насосов изменяется на одну и ту же величину. Наличие про-
межуточных тендеров допускает, кроме того, регулировку каждого насоса в отдель-
ности. Машина экспериментальная. •
2-тактный цикл двойного действия является наилучшей системой работы дви-
гателя. Однако осуществление такой машины связано с огромными конструктивными
затруднениями. Двойное действие в двигателях внутреннего сгорания в настоящее
время осуществлено только в конструкциях стационарных, в которых благодаря
значительным размерам отдельных деталей могут быть применены поршневые штоки
с крейцкопфом, как в паровых машинах. Для авиационного двигателя такая кон-
струкция непригодна, так как почти невозможно уложиться в приемлемые габариты.
У двигателя Behmann дано иное решение задачи, и здесь мы имеем в отно-
шении габарита почти нормальную конструкцию.
Основные затруднения, которые нужно ожидать в этой машине, заключаются
в следующем.
1. Термическое перенапряжение подвижных поршней, которое, вероятно, по-
требует циркуляционного охлаждения.
2. Продувка. Данная схема продувки при диаметре цилиндра 160,5 и 149 мм
(в верхней и нижней камерах) не является в достаточной мере проверенной на вы-
соких скоростных режимах.
3. Неблагоприятная форма камеры горения, исключающая наличие организо-
ванного вихря, требующая очень хорошего распыливания и распределения топлива
по всему объему камеры с помощью многодырчатой форсунки
7. Двигатель Аттендю (Attendu)
2-тактный двигатель американского конструктора Аттендю (Attendu) построен
в 1921 г., как двигатель Дизеля с пневматическим распыливанием и с непосредст-
венным впрыскиванием топлива. Показанный здесь мотор был построен в 1925 г.
по поручению американского министерства воздушного флота и предполагался для
установки на дирижабль (фиг. 15 и 16).
Двигатель 2-цилиндровый с размерами цилиндра 140X165 мм, е= 12,8-
Цилиндры соединены в блоке из легкого металла, отлитого вместе с верхней чаз
стью картера. Стальные цилиндры запрессованы в блок. Продувка происходит чере
клапаны /, расположенные по два в головке цилиндра и приводимые от распреде-
лительного вала 2; за выпускными окнами расположен клапан 3, приводимый от
другого распределительного вала; этот клапан допускает любое дросселирование при
149
Фиг. 15. Двигатель Аттендю Поперечный
разрез.
Фиг. 16. Двигатель Аттендю. Продольный разрез.
пуске в ход (и при частичной нагрузке),
чем достигается перегрузка цилиндра и
достаточно надежное получение высокой
конечной температуры сжатия Все седла
клапанов—стальные, направляющие клапа-
нов из марганцевой бронзы запрессованы
в холодном состоянии На распределитель-
ном валу обоих выпускных клапанов
имеется эксцентрик для привода поршне-
вого продувочного насоса 4 двойного
действия (£) = 248, 5=761 мм), могу-
щего подавать 1,5-кратное от рабочих
объемов цилиндров количество продувоч-
нэ о воздуха. Золотник 5 —из легкого
металла, вращающийся с половинным чис-
лом оборотов в стальных втулках, управ-
ляет впуском и выпуском продувочною
насоса.
Поршни — из легкого металла, с вог-
нутыми днищами, имеют по пять пор-
шневых колец высотой 4,81 мм; зазор
поршня вверху составляет 0,5 мм; внизу
0,1 мм Шатуны—-стальные; все вкладыши
подшипников из хромованадиевой стали
и залиты баббитом/
Смазка—-под давлением с .сухим*
маслосборником, из которого помпа не-
прерывно откачивает масло, чтобы избе-
жать при наклонных положениях мотора
заливания маслом цилиндров.
Коленчатый вал — пустотелый,
вращается в трех подшипниках, уси-
ленных ребрами и рассчитанных на
давление вспышки в 70 ат. Тя-
нущее усилие винта воспринимается
упорным шариковым подшипником.
Топливо поршневым насосом низ-
кого давления подается к непос-
редственно впрыскивающему насосу.
Регулировка подачи осуществляется
переменным ходом плунжера, что
достигается кулачком с переменным
профилем. Форсунка—закрытая, с ди-
ференциальной иглой. Дальнейшие
подробности о топливной системе от-
сутствуют. Опубликованные индика-
торные диаграммы показывают макси-
мальное давление вспышки около
40 ат.
Основные данные двигателя сле-
дующие:
Расчетные Фактически получено
5Chom— юо л. с. ^ном— 76 л. с.
И ном — 1 500 об’/мин. п ном — 1 360 об./мин.
^тах~ 125 л. С. ^тах- 85 л. С.
я max — 1 750 об./мин. И max — 1 620 об./мИН.
Y — 1,75 кг:л. с. 7 _ 2,6 кг/л. с.
Ре— 4,7 кг\слА
Се — 340 г/л. с. ч.
150
Полученные данные пол-
ностью исключают этот дви-
гатель как авиационный.
Конструктивно двига-
тель весьма сложен и даль-
нейшего развития не полу-
чил.
Я Двигатель Гаруффа
(Garuffa)
По своему назначению
двигатели итальянского кон-
структора Гаруффа являются
.авиационными и воздухопла-
вательными двигателями тя-
желого топлива. Первый из
них — звездообразный, 9-ци-
линдровый с водяным охлаж-
дением, второй — V-образ-
ный, 12-цилиндровый с во-
дяным охлаждением. Первый
появился еще в 1920 г.
Звездообразный
двигатель, предназначен-
ный для авиации, рассчитан
для работы по 2-тактному
циклу. Продувка произво-
дится турбокомпрессором, по-
дающим воздух через по-
лый вал большого диаметра
м вращающийся золотник D
(фиг. 17) к продувочным ок-
нам каждого цилиндра. Тур-
бокомпрессор двухступенча-
тый и имеет две скорости
вращения .соответственно ре-
жимам двигателя.
Пуск в ход произво-
дится на легком топливе
(бензин). Для понижения
давления сжатия на цилин-
дре помещены декомпрес-
сионные клапаны L, через
Фиг. 17. Двигатель Гаруффа. Продольный разрез.
Фиг. 18. Двигатель Гаруффа. Вид сзади.
которые выпускается воздух
во время хода сжатия, а
также свечи высокого на-
пряжения для зажигания смеси. Топливо впрыскивается в цилиндр через специаль-
ную форсунку q. Для перехода на тяжелое топливо выключается зажигание и закры-
ваются клапаны D Давление конца сжатия около 30 кг/см2.
Подача топлива производится „аккумулированием в запас*1. Аккумулятор Н
снабжен перепускным клапаном; вместо пружин.? в нем применен сжатый до 40 кг)см2
воздух, ^поступающий из рабочего цилиш ра через клапан h. Топливо подводится
к форсункам по кольцевой трубке 5 (фиг. 18). Форсунка — закрытая с механиче-
ским управлением и регулированием подачи при* помощи переставных кулачков К
(фиг. 17).
Расчетная мощность двигателя Ne — 300 л. с. и уд. в. g— 1 «г/л. с.
Данных относительно диаметра цилиндра, хода поршня, степени сжатия и т. д.
«ет. —
151
Фиг. 19. Двигатель Гаруффа V-образный.
Поперечная схема.
В заключение отметим, что конструк-
ция двигателя себя не оправдала ввиду
своей сложности, плохого распиливания,,
необходимости для пуска в ход иметь
бензин и электрозажигание.
V-образный 12-цилиндровый двига-
тель Гаруффа, предназначенный для дири-
жаблей и быстроходных катеров, — также
двухтактный. По существу он является
модификацией звездообразного двигателя
(фиг. 20). На фиг. 19 представлена схема
этого двигателя. Выхлопные о^сна в дви-
гателе расположены снаружи, продувоч-
ные — внутри V. Пуск в ход, подача
топлива, конструкция цилиндра и пор-
шня — те же, что и в звезде. Дальней-
шая судьба двигателя неизвестна.
9. Двигатель тяжелого топлива
Жальбер
По заданию французского воздуш-
ного министерства во Франции ведутся
работы по конструированию и постройке авиационного двигателя тяжелого топ-
лива Жальбер < Jalbert). •
Основные известные данные .двигателя следующие:
Число цилиндров.....................................6 в ряд
Диамегр цилиндра....................................125 мм
Ход поршня....................................... 180 мм
Отношение хода поршня к диаметру цилиндра...........1,44
Число оборотов в минуту.............................1 930
Мощность.............................*..............180 э. л. с.
Среднее эффективное давление........................6,35 кг] см?
Двигатель имеет отдельные цилиндры с приварными рубашками. Цилиндры
крепятся на шпильках к алюминиевому картеру. Коленчатый вал на скользящих под-
шипниках. Каждый цилиндр имеет по два клапана, которые приводятся через коро-
мысла и толкатели от двух распределительных валов, расположенных в картере.
Фиг. 20. Двигатель Гаруффа.
152
Фиг. 21. Поперечный разрез двигателя Жальбер и
его смесительного агрегата.
Характерной особенностью дви-
гателя является:
1. Отсутствие топливного на-
соса и форсунок.
2. Замена их смесительным аг-
регатом, подготовляющим и подаю-
щим топливо в цилиндр.
3. Наличие карбюратора.
На фиг. 21 изображена кон-
струкция смесительного агрегата.
Вдоль двигателя на головках цилинд-
ров лежит коленчатый вал d, вра-
щающийся с половинной угловой ско-
ростью двигателя, от этого вала через
ийДуны работают поршни Ь, входя-
щие в гильзы а, также сидящие в
головках цилиндров. Гильзы а снизу
закрыты автоматическим клапаном с,
сообщающим цилиндр а непосредст-
венно с камерой сгорания двигателя.
Карбюратор упрощен. Он имеет
жиклер, расположенный в диффу-
зоре, и иглу, регулирующую коли-
чество подаваемого топлива. Отсечка
топлива производится дроссельной
заслонкой, которая может быть от-
регулирована при помощи специаль-
ных регулировочных винтов.
Рабочий процесс осуществля-
ется следующим образом:
1) при ходе вниз поршня двигателя (всасывание) поршнь b уходит вверх и
через окна е (фш^ 21) всасывает карбюрированную богатую смесьг
2) во время сжатия в цилиндре двигателя в цилиндре а также происходит
сжатие, причем к моменту подачи в цилиндр богатой смеси (во избежание воспла-
менения) давление в цилиндре а больше, чем в рабочем цилиндре. •
Перед верхней мертвой точкой давлением в цилиндре а открывается автомати-
ческий клапан с, и смесь вдувается в цилиндр двигателя.
При повышении давления в рабочем цилиндре автоматический клапан с са-
дится на место.
Испытания схемы были проведены на опытной одноцилиндровой, четырехтакт-
ной установке размерностью 130 X 160 мм.
Двигатель развил мощность 27 л. с. при 1 860 об./мин. в течение 4 часов с
расходом топлива С.= 170 г[э. с. ч. и 30,3 л. с. при 1933 об/мин. в течение
0,5 часа.
Второй опытный одноцилиндровый двигатель размерностью 90 X 140 мм развил
мощность 11 л. с. при 1600 об./мин. и 14,3 л. с. при 2 000 об./мин.
Оба двигателя работали на газойле с удельным весом 0,870 при 60° Ф.
На основании указанных опытов французским военным министерством был за-
казан авиационный двигатель „Жальбер", сконструированный в виде однорядного
шестицилиндрового мотора с отдельными стальными цилиндрами.
Основные данные этого мотора следующие:
Диаметр цилиндра D....................125 мм
Ход поршня S........1.................180 мм
Мощность Ne .....................^ ... 181 л. с.
Число оборотов л.................... 1930 об./мин.
Число цилиндров I ................... 6
Литраж Vh ...................... 13,2 л
Среднее эффективное давле ие Ре ........... 6.35 кг'.см?
153
можно получить
Представ^ние о качестве процесса с точки зрения использования воздуха
путем приближенного подсчета а по уравнению:
Полагая
получаем:
АО = 14,3 кг; у =1,225 кг\см3; тдо = 0,76,
27
а~ 14,3
1
0,170-6,35 '
1,225-0,76=1,63.
При наличии несовершенства процесса (большое значение а) и, очевидно, вы-
сокого удельного веса двигатель далеко отстает от современных достижений авиа-
дизелей. Метод смесеобразования и попытка овладения процессом новыми пу-
тями представляет безусловный интерес, так как подтверждает намечающуюся сей-
час общую тенденцию решения проблемы процесса на новых основаниях.
154
I
Инж. В. А. Будников.
РАСПЫЛИВАНИЕ ТОПЛИВА В БЕСКОМПРЕССОРНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
Опыты по применению распиливания топлива путем создания высоких давле-
ний в насосе были осуществлены еще Р. Дизелем, но не дали благоприятных
результатов как из-за неподготовленности промышленности к изготовлению насосов
высокого давления, так и полной неисследованности процессов, протекающих в ци-
линдре двигателя. Поэтому, как только была получена хорошая работа двигателя,
® котором подача топлива в цилиндр осуществлялась сильно сжатым воздухом,
опыты по веском прессорному распыливанию были оставлены. Однако наличие ком-
прессора для получения сжатого воздуха удорожает двигатель, усложняет уход за
«им и ухудшает его механический к. п. д. Кроме того, возможность попадания
d цилиндр сжатого воздуха в рлучае заедания форсуночной иглы вместе с ранней
подачей топлива и его преждевременным воспламенением может привести к опасным
повышениям давления. Далее, вес компрессорной многоступенчатой установки с про-
межуточными холодильниками и сепараторами ограничивает применение двигателей
Дизеля для легкого транспорта и исключает их применение для авиации, внося
к тому же лишний фактор ненадежности работы. Этим и объясняются попытки
освободиться от вдувания топлива в цилиндр посредством сжатого воздуха и перейти
к непосредственному распыливанию топлива за счет высоких давлений в насосе.
Первый работоспособный бескомпрессорный двигатель был осуществлен
в 1912 г. фирмой Дейц. Затем во время империалистической войны в Англии появ
ляются бескомпрессорные двигатели для подводных лодок, построенные заводом
Виккерс. Быстрое развитие бескомпрессорных двигателей произошло уже В после-
военные годы в тесной связи с изучением основных проблем непосредственной
подачи топлива в цилиндр.
Основными затруднениями, задержавшими появление бескомпрессорных двига-
телей, являются проблемы внутреннего смесеобразования и надлежащего распилива-
ния топлива, т. е. получение соответствующей формы струи, размера капель и даль-
ности проникновения распыленной струи топлива в соответствии с размерами
и конфи1урацией пространства сгорания в целях лучшего перемешивания распыленного
топлива с воздухом.
Первое теоретическое исследование процессов распиливания как сжатым воз-
духом, так и исключительно давлением было произведено Трибниггом, который
в своем труде „Процессы вдувания и впрыскивания в двигателях Дизеля" дает для
случая распиливания давлением выводы формул для формы струи и размера капель.
Согласно его теории главными факторами, определяющими форму нераспылен-
ной струи, являются ее живая сила, преодолеваемое сопротивление, работа поверх-
ностного натяжения и работа силы тяжести. Последней ввиду ее незначительного
влияния по сравнению с другими факторами жможно пренебречь, и уравнение
равновесия будет:
т-Wdw —Rdy-\. adO. \ (1)
В этой формуле и в дальнейшем приняты обозначения:
т — масса полушарового объема жидкости с радиусом х
кг-сек2
м
; 1Г—ско-
рость струи в сечении х (mJсе к)', 1ГО — начальная скорость струи (л^сек)-, R— со-
противление среды (кг);* у — расстояние произвольного сечения струи от устья
сопла (л); а — коэфициент поверхностного натяжения (кг/м)', О — наружная
поверхность полушарового объема жидкости (м2); хо— радиус выходного сечения
сопла (ж); х — радиус сечения струи на расстоянии у (л); уь— удельный вес жид-
кости (кг[м2)\ у,—удельный вес окружающей среды (кг/л3); Ф — коэфициент сопро-
155
тйвления; р}—давление жидкости (л:г/сл<2); р2—давление окружающей среды
(кг/см2)-, р& — избыточное давление жидкости (кг/см2).
Из условия неразрывности струи (фиг. 1) имеем:
Wo • x2tz — Wx2ib и
dW=-2Wo-^dx- (2>
Масса полушарового объема жидкости:
_ 2 „ у. \ Л
т — -л2п —, \ (3)
3 g 4 '
а его поверхность:
„ „ 9 тg
О — Зл2тг - — —- и
2 лу6
d0^~l^-dx-
z х 1ь
Сопротивление окружающей среды по закону Ньютона:
= (5)
***•
Имея согласно предыдущему
, 3 mg х02
/ ПХ2 = —--- И Wz~ ,
2 ху6 ° Xя
получаем:
Д 3^,^ (5а>
2 уь х5 _
После подстановки в уравнение (1) и разделения переменных, диференциальное
уравнение примет вид:
4 ’Р 7- W аУ = 21Г02 х04 dx +1 xMx. (6)
Z lb Z lb
Интегрированием и преобразованием получаем окончательно:
_У=ф[ахс(Р-1) + М4-1)].
где
и
’ (7)
, О
Второй член в правой части уравнения определяет влияние коэфициента поверх-
ностного натяжения нй форму струи. При больших скоростях истечения, как
показывает нижеприведенный пример, главное значение получает первый член,
зависящий от сопротивления. Пренебрегая поэтому вторым членом, получаем
уравнение:
= О. (8)
представляющее уравнение прямой. Следовательно форма струи жидкости, вытекаю
щей под большим избыточным давлением, будет усеченным конусом (фиг. 1).
156
Фиг. 1. Схематическое изображение вытекаю-
щей струи жидкости.
Фиг. 2. Выпучивание лобовой поверх-
ности струи жидкости.
Пример. Возьмем:
— 900 кг/м?— удельный вес топлива;
Y,—1,165 кг/м^ „ „ воздуха при /=20°С и р=1 ат-,
а —0,003 кг/м — коэфициент поверхностного натяжения;
— 256 м/сек — скорость истечения из сопла соответственно
рй — 300 кг/см2.
Постоянные ур-ния (7) будут иметь значения:
3У1 3
900
Мбэ
= 1 030;
3 a-g 3 0,003-9,81
4YZ-I7O2—4“ 1.165-2562
= 2,90-10~6.
Для Р = 2, т. е. х=2хо— диаметр струи вдвое больше диаметра выходного
отверстия сопла — получаем:
j = l(l 030-хо + 2,90-10-6-15).
Главными причинами, вызывающими распад струи жидкости на отдельные
капли, являются по Трибниггу внешнее сопротивление и нормальное давление по-
верхностного натяжения на лобовую поверхность струи. Под влиянием этих сил
происходит выпучивание лобовой поверхности (фиг. 2). В тот момент, когда диаметр
157
I
Фиг. 3 Открытая форсунка.
теоретически шарообразной выпучины достигнет тг-крат-
ного или 4-кратного диаметра струи, выпучившийся объем
жидкости отрывается и продолжает двигаться самостоя-
тельно замедленным движением.
Радиус отделившейся капли определяется ф-лой:
г =4,6 а — — •—мм, (9>
Y/ <Р Ра
и место распада струи находится на расстоянии от сопла:
у = 94,2 Ю3—-мм. (10>
' Ра
При у& = 900 кг/м\ а=0,003 кг/м и Ф = 0,04 урав-
нение (9) примет вид:
Подсчеты размера капель по ф-ле (9а) дают до-
вольно хорошее согласование с экспериментально полу-
ченными величинами только для некоторых значений
рв и у,. Так при у2= 13,25 кг/м3, что соответствует
по величине удельному весу воздуха в конце хода сжа-
тия при рс = 30 кг]см1 2, /с=325°С, и рй = 270 kzJcm*
по ф-ле (9а), имеем:
31 1 31 1 ~~~'
г= —— = „ = 0,0087 мм, или d=0,0174 мм.
psfc 270-13,25 ’
В опытах Засса (см. ниже) средняя величина ка-
пель при тех же условиях составляла от 0,008 да
0,02 мм, т. е. вычисленное значение находится в пре-
делах размеров, полученных из опыта. /
При атмосферном противодавлении, т. е. при плот-
ности у2 = 1,204 кг)м2 и том же давлении впрыскива-
ния, формула дает значения, превосходящие полученные
из опыта в 15—100 раз, как показывает нижеследую-
щая таблица J.
Давление распыливания в ат .......... 100 150 200
Удельный вес воздуха /760 мм, 20° С в кг^м3) . . Вычисленный диаметр капли по ф-ле (9а) в мм . . 1,204 0,516 1,204 0,344 1,201 0,258
Замеренный диаметр капли в мм J 0,035 ( 0,005 с 0,03 0,004 0,02 0,003
Попытки экспериментального изучения процесса распыливания были — одним из.
первых — осуществлены Кюном.
Для производства опытов была выполнена установка, дающая возможность
получения постоянного давления в пределах Приблизительно до 50 кг{см2. Топлива
>т аккумулятора давления поступало в открытую форсунку (фиг. 3) с завихривате-
пем и диаметром выходного отверстия сопла 0,53 мм. Распыливаиие производилось
в атмосферу. Часть распыленной струи топлива попадала на установленную на рас-
стояний 600 мм от сопла стеклянную пластинку, покрытую тонким слоем сажи.
1 Кроле того, формула не учитывает влияния размера сопла на диаметр капель, выяв-
ленного опытами Засса.
158
Пластинка очень точно взвешивалась как до опыта, так и после. Разность в весе
(с'учетом испарения топлива за время взвешивания) давала вес попавших на
пластинку капель. Под микроскопом определялось количество капель, а делением
веса уловленных капель на их число получался средний размер капель. Результаты
опытов даются ниже. Топливо — газойль.
Давление Количество Величина т/спо гтт_
кг[см* капель Kdllcdb, диаметр в мм
23 7500 0,091
* 24 9400 0,0775
26 1060 0,072
/ 26 19 „0 0,073
30 12600 0,070
34 - 5800 0,0905
Выбранный Кюном метод определения размера капель не является достаточно»
надежным, так сак вес уловленной жидкости по отношению к весу пластинки
в 26 мг представляет собой ничтожную величину, так что всегда неизбежны
ошибки. Кроме того, чрезвычайно кропотливый подсчет колоссального количества
капель от 1 000 до 20 000 легко может дать дополнительные ошибки.
Интересны в опытах Кюна зарисовки видоизменения струи, выходящей из фор-
сунки при постепенном увеличении давления. При малом давлении топливо вытекает
непрерывной гладкой струей, причем на некоторой длине (фиг. 4,А) она имеет
блестящую поверхность. Ниже этого участка наружная поверхность ее становится
матовой, а начиная с длины £2, делается заметным расщепление струи, при котором
с наружной поверхности отрыва-
ются капли сперва в незначительном
количестве, а затем все в большем и
большем, так что вся струя оказыва-
ется распыленной. С увеличением дав-
ления гладкая блестящая поверхность
струи приближается к устью сопла,
и наконец уже в самом начале струи
замечается видоизменение ее формы.
Вместо гладкой цилиндрической по-
верхности появляются двояковыпук-
лые серповидные пучности и узлы
(фиг. 4,jB), струя становится плоской.
Около сопла пучности имеют наимень-
шую длину; по мере удаления от вы-
ходного отверстия их размеры растут
до некоторой величины, после чего
опять убывают и за последним узлом
струя становится опять гладкой с
блестящей поверхностью. С дальней-
шим увеличением давления возрастают
размеры и количество пучностей и
узлов, пока их общая длина I (фиг. 4,0
не достшнет некоторого максимума.
С этого момента нижние пуч-
ности начинают сливаться со струей,
а вместо них образовываются конусы
с неровной боковой поверхностью,
и начинается распадение струи на
отдельные капли. Длина L становится
меньше, потому что узлы распа-
даются быстрее, чем успевают обра-
зовываться новые (фиг. 4,0) При еще
большем давлении струя принимает
последовательно формы фиг. 4,£ и F.
Фиг. 4. Изменение
давления.
струи топлива с увеличением
15»
Фиг. 5.
•Л По мере уменьшения количества узлов пучности становятся более
крупными и резко выраженными. Оказывается, что эти пучности
представляют собой тонкую пленку, поперечное сечение которой
бывает или плоским, или слегка искривленным (фиг. 5). В узлах
пленка как будто совершает поворот приблизительно на 180°,
причем отдельные струйки ее перекрещиваются.
За последним узлом на некотором протяжении L (фиг. 4)
намечается новое образование пленки, которая однако быстро рас-
падается на отдельные капли. Еще большее увеличение давления
вызывает сперва укорачивание пленки и более раннее начало рас-
пиливания; струя при этом получает веерообразную форму (фиг. 4 И).
После этого начинается постепенное уничтожение пленки, струя
принимает форму конуса (фиг. 4,J); распиливание получается до-
вольно грубое. При полном же исчезновении пленки (фиг. 4,А0
достигается
щееся, как
более мелкое
будет показано
Ол
К
V
о
Зоог
280
26С-
2*0 -
22Q
200
/ВО
/60
0.0*0
0.035
- 0,030
0.015
О.О20
-0,0/5
х -0,0/0
4 005
§
£
Ь
<о
/2С
/Л*-1- --1-1-1-1_1-L-1-1--
О SO'ОО iso ZOO 2SO Soo
Ь
в/уэЬ/ск. am
-Фиг. 6. Зависимость величины капель от
ления впрыскивания.
дав-
и равномерное распиливание, улучшаю-
ниже, с увеличением Давления.
Более обстоятельнне опыты по
изучению распиливания были произ-
ведены Вольтьеном, который для опре-
деления размера капель улавливал рас-
пыленную струю особой жидкостью
(70°/о дистиллированной воды и ЗО°/о ,
дубильного экстракта), в коте рой частицы
топлива оставались некоторое время не-
изменными.
Чтобы в опытах подойти возможно
ближе к условиям, господствующим в
камере сгорания, впрыскивание произ-
водилось Вольтьеном в стальную бомбу,
наполненную сжатым воздухом, при дав-
лении в 30 ат, причем струя топлива
должна была пройти расстояние в 18 мм,
прежде чем попасть в жидкость. Полу-
ченная эмульсия топлива и улавливаю-
щей жидкости исследовалась под мик-
роскопом,
делить не только размеры отдельных частиц, но и
между частицами различных размеров.
Вольтьен производил опыты как с механическим
причем можно
количественное
распыливанием,
было опре-
соотношение
так и с рас-
пиливанием посредством сжатого воздуха. Опыты производились при давлениях
в 40, 50, 65 и 75 ат при пневматическом распиливании и от 50 до 300 ат (через
каждые 50 ат) при механическом распыливании. Результаты опытов даны в табли-
цах. Если по оси абсцисс отложить давления, а по оси ординат ршмеры капель,
полученные при соответствующих давлениях, то получим прямолинейную зависимость
размера капель от давления (фиг. 6); с увеличением давления впрыскивания размеры
капель уменьшаются.
Величина капель при механическом распиливании
Давление рас- Скорость Диаметр
пиливания истечения капель d в
в кг ел2 в м'сек р (микронах)
50 112 ♦ 40
100 149 33,75
150 183 26,25
200 210 20
250 --235 13.75
300 256 4,37
Фиг. 7—12 представляют собой микрофотографии эмульсии. Из снимков
видно, что при распыливании получаются капли разного размера. Наряду с мелкими
16С
Фиг. 7 Давление впрыскивания — 50 arrr,
d — 40 jf
Фиг. 8. Давление впрыскивания — 100 ат,
d - - 33,75 ]i.
Фи! 9. Давление впрыскивания — 150 ат-,
d —26,25 и.
Фиг. 10. Давление впрыскивания — 200 ат-
d(— 20 р.
Фиг. 11. Давление впрыскивания—250 ат
а —13,75 pi.
Фиг. 12. Давление впрыскивания — 300 ат;
d —4,37 |i.
11
Авиационные двигатели.
161
есть всегда некоторое количество крупных ка-
пель. Увеличение давления вызывает не только
более мелкое распиливание, но распиливание
становится также и более равномерным. Указан-
ный в таблице и на фотографиях размер капель
представляет собой среднюю величину, получен-
ную определением размеров отдельных капель
и подсчетом их количества.
Переходя к сущности процесса распили-
вания струи топлива, выходящей из сопла, вос-
пользуемся из-за отсутствия специальных иссле-
дований данными гидродинамики. Как известно,
движение жидкости в трубе будет ламинарным
с параболическим законом изменения скоростей
по всему сечению до тех пор, пока не будет
достигнута критическая скорость, определяемая
формулой Рейнольдса:
(И)
а
где R — постоянная, зависящая от трения в
трубе;' v — кинематическая вязкость жидкости;
d — диаметр трубы.
Фиг. 13. При скорости, большей критической (для
обычно применяемых топлив и размеров труб
приблизительно 35 м]сек), вследствие внутреннего трения жидкости увеличение ско-
рости проявляется в завихривании внешних слоев (турбуленгность), которое в момент
выхода струи из сопла ведет к уничтожению капиллярной силы.
Еще большее влияние на распадение и распиливание струи имеет форма
выходного отверстия, действие которой является решающим для разрыва струи.
Как известно, при истечении жидкости из днища сосуда движение в нем будет
3 ламинарным и коэфициент истечения будет иметь наибольшее значение в том слу-
чае, если угол перехода от днища к выходному отверстию составляет 58° и отноше-
ние площади выходного отверстия к отверстию в днище сосуда будет равным:
— ^0,62 (фиг. 13). В случае более крутого перехода, т. е. при с > 58°, истечение
г
будет турбулентным.
Кроме того процесс истечения зависит от абсолютной вязкости /j жидкости
и отношения I'.d, где d — диаме,р и I — длина отверстия. Чем меньше длина
отверстия I при одном и том же диаметре d, тем при более меньшей скорости
истечение будет турбулентным, что проявляется в уменьшении коэфициента истече-
ния (фиг. 14).
l-.d~ 3,00; кривая 3 — сопло 0,64 ф X 1>-10; I'd — 2,34.
162
Явлением турбулентности объ-
ясняется также то обстоятельство,
что сопла с меньшим отношением I: d
дают более быстрый распад струи,
чем сопла с ббльшим отношением.
Действие турбулентности на распи-
ливание можно пояснить тем, что
давление на жидкость только от-
части превращается в скорость исте-
чения, а другая часть расходуется
на создание вихрей, причем проис-
ходит накопление некоторого коли-
чества энергии, идущего на преодо-
ление внутримолекулярного трения
жидкости. При выходе струи из
сопла эта часть энергии внезапно
освобождается, разрывает струю, пре-
одолевая при этом внутримолекуляр
ные силы сцепления и поверхност-
ное натяжение уже образовавшихся
капель. Так как с увеличением ско-
рости сверх определенного предела
часть давления превращается в ско-
рость, а другая идет на создание тур-
булентности, обусловливающей рас-
пыливание топлива, то с возраста-
нием давления должна увеличиваться
степень распыливания, а коэфициент
истечения ухудшится, что и подтвер-
ждается опытами Вольтьена и AEG
(Allgetneine Electrizitat Gesellschaft)
(фиг. 6 и 14).
Опыты AEG были произведены
д-ром]Ф. Засс для выяснения влияния
Фиг. 15. Кривые изменения количества и вели-
чины капелек в зависимости от давления впрыс-
кивания. Диаметр выходного отверстия сопла —
0.57 мм\ противодавление в камере — 10 ати; число
оборотов вала насоса —9J об./мин. Давление впрыс-
кивания для кривой 1 — 350 ати. Давление впрыс-
кивания для кривой 2— 280 ати. Давление
впрыскивания для кривой 3 — 220 ати. Давление
впрыскивания для кривой 4—150 ати.
на распыливание топлива различных факто-
ров, как например противодавления, размера выходного отверстия сопла, давления
и скоросги впрыскивания.
Как и в опытах Вольтьена, распыленное топливо улавливалось жидкостью
(глицерином), после чего полученная эмульсия фотографировалась. Для определения
размера капель и их количества пользовались цейссовским измерительным окуляром,
дающим 400-кратное увеличение. Для того чтобы результаты исследований можно
было проверить потом на двигателе, в опытах применялись форсунки и насосы
той же конструкции и размеров, что и установленные на двигателе. У экспериментй-
рованных форсунок отношение длины выходного отверстия к его диаметру было
неизменным во всех опытах и составляло l:d = 4. Сверление сопла представляло
у гладкое цилиндрическое отверстие со слегка скругленными краями у входа и с острыми
кромками на выходе. Расстояние от сопла до улавливающей жидкости было взято
равным 200 мм. В качестве экспериментируемой жидкости служил газойль, уд в.
= 0,87 кг]л. В каждой серии опытов переменными являлся только какой-нибудь
один из факторов, остальные оставались постоянными.
Результаты опытов даны в виде микрофотографий и кривых изменения отно-
сительного количества капель по их величине для разных давлений впрыскивания
Фиг. 16. Микрофотография к фиг. .15.
11*
163
Давление впрыскивания
Фиг. 17. Средний размер капель в зависимости от
давления впрыскивания по опытам Засса.
предложенных Хеуссером и Штроб-
лем. При построении этих кривых
по оси абсцисс откладываются раз-
меры капель в микронах, по оси
ординат процентное содержание
капель данного размера. Смотря
по протеканию кривой, можно
судить о степени и равномерности
распыливания. Чем круче проте-
кает кривая, тем распыливание
будет однороднее, причем чем
ближе максимум кривой прибли-
Фиг. 18. Кривые изменения количества и величины
капелек в зависимости от противодавления. Диаметр
выходного отверстия: сопла — 0,57 'мм; давление
впрыскивания — 280 ат; число оборотов вала на-
соса — 90 об./мин.
Противодавление для кривой 5— 10*ати.
. „ „ 6— 5 ати.
. » . 7— (Идти.
Фиг. 19. Микрофотографии к фиг.'18.
жается к оси ординат, тем мельче
распыливание.
Фиг. 15 и 16 относятся к
первой серии опытов, когда пере-
менной величиной являлось давле-
ние впрыскивания. Как видно по
кривой, с увеличением давления раз-
мер капель уменьшается (фиг. 17),
что и следовало ожидать сог-
ласно теоретическим предпосыл-
кам. Одновременно улучшается рав-
номерность распыливания. Кривая
при давлении впрыскивания в
350 ати протекает значительно
круче, чем при давлении 150 ати.
Изменение противодавления
в камере вызывает изменение раз-
меров капель, полученных при
распиливании. С уменьшением про-
тиводавления последнее становится
более грубым (фиг 18 и 19). За-
висимость размера капель от плот-
ности среды графически выра-
жается прямой линией, однако не
следует уравнению, выведенному
Трибниггом (фиг. 20).
Влияние плотности среды
проявляется не столько на раз-
мере капель, сколько на из-
менении формы распыливаемой
струи. Воздух взрыхляет струю,
благоприятствуя более быстрому
ее}» распадению.
Как показывают фиг.
21 и 22, с уменьшением
диаметра выходного от-
верстия при сохране-
нии постоянного давления
впрыскивания распылива-
ние становится более мел-
ким. Для получения более
мелкого распыливания при
больших диаметрах сопла
очевидно надо применять
Ч более высокое давление
впрыскивания согласно ранее указанным исследованиям о зависимости между разме-
ром капель и давлением распыливания (фиг. 17).
164
Кривые (фиг. 23) и мик-
рофотографии (фиг. 24) отно-
сятся к опытам определения
степени распиливания в зави-
симости от скорости впрыски-
вания. С уменьшением послед-
ней распыливание становится
более грубым. Понижение числа
оборотов вдвое вызвало увели-
чение размера капель прибли-
зительно на 46°/0. Такие до-
вольно благоприятные резуль-
таты следует объяснить приме-
нением закрытой форсунки. При
открытой форсунке соотноше-
ния должны быть значительно
хуже, так как то же уменьше-
ние числа оборотов вдвое вы-
зовет падение давления распи-
ливания в четыре раза и будет
получен более крупный размер
капель, могущий повлечь за
собой ухудшенное сгорание. Из-
менение степени распиливания
с изменением числа оборотов
нужно иметь в виду особенно
при проектировании авиацион-
ных и автомобильных двигате-
лей, которые должны устойчиво
работать в большом диапазоне
чисел .оборотов.
'При испытаниях .двига-
теля на станде оказалось, что
наилучшее сгорание получилось
при среднем размере около
12,5 ц, соответственно кривой
2 фиг. 15, кривой 5 фиг. 18,
кривой 9 фиг. 21 и кривой
11 фиг. 23. Отклонение сред-
него размера капель в ту и дру-
гую сторону давало худшее
сгорание. Объяснение этого сле-
дует, пожалуй, искать в том,
что при данных условиях рас-
пиливания получалось наилуч-
шее сочетание дальности про-
никновения струи, формы ко-
нуса и размера капель с вели-
чиной и "конфигурацией прост-
ранства сгорания и ско-
ростного режима двига-
теля.
Дальность проник-
новения струй топлива
должна быть подобрана
так, чтобы, с одной сто-
роны, частицы топлива
возможно полно прони-
зывали воздух, заключен-
Диам. капель р
Фиг. 21. Кривые изменения количества и величины ка-
пелек в зависимости от диаметра сопла. Давление впрыс-
кивания — 280 ат, противодавление в камере — 10 ати,
число оборотов вала насоса — 90 об./мин. Диаметр вы-
ходного отверстия сопла для кривой Я—4X0,40 мм.
Диаметр выходного отверстия сопла для кривой
9— 2X0,57 мм Диаметр выходного отверстия сопла для
кривой 10—1X0,80 мм.
Фиг, 22, Микрофотографии к фиг. 21.
165
Фиг. 23. Кривые изменения количества и величины
капелек в зависимости от скорости впрыскивания.
Диаметр выходного отверстия сопла — 0,57 мм',
давление впрыскивания — 280 ат-, противодавление
в камере — 10 ати. Число оборотов вала насоса
для кривых: 11—90 об./мин.; 12—70 об./мин.; 13—
45 об./мин.
Фиг. 24. Микрофотографии к фиг. 23.
ный в объеме камеры сгорания, а с
другой стороны, так, чтобы еще не
успевшие сгореть капельки не могли
попасть на стенки камеры сгорания,
так как, оседая на поверхности, они
будут давать догорание и ухудшать
процесс сгорания.
Теоретически подсчитать даль-
ность полета струи не представляется
возможным. Такой подсчет можно
дать только для случая полета от-
дельной капли. В области высоких
скоростей сопротивление среды дви-
жению капли будет пропорционально
плотности среды, площади капли и
приблизительно квадрату скорости.
В области более низких скоростей
следует применять формулу Шток-
кеса, согласно которой сопротивление
будет изменяться приблизительно про-
порционально первой степени ско-
рости. Верхний предел применения
формулы Штоккеса зависит от числа
Рейнольдса, которое по опытам Ле-
нарда при ойределении конечной
скорости свободного падения капель
воды составляет R = 50. Для капель
диаметром приблизительно 30 р и
кинематической вязкости воздуха
v = 0,15 см2!сек получим нижний
предел применения квад-
ратного закона сопротив-
лений для скорости около
15 mJ сек.
Засс при выводе
уравнения,“дающего зави-
симость пройденного кап-
лей^ пути ’от! времени, при-
меняет принцип д’Алам-
бера. В качестве внешней
силы, приложенной к ка-
можно пренебречь
(12)
пле, будет сопротивление среды, действием же силы тяжести
Тогда:
md^+R=o.
или:
т~ = — R = — Ф ^FW2. (12а)
dt
„ nd3 Y.
Выражая массу капли т через -g—и обозначая для сокращения постоян-
ный член
(13)
интегрированием, получим:
W—--°—
1 + V*
(14)
где И7О— начальная скорость.
166
Фиг. 25. Дальность полета капли в сжа-
том воздухе при различные диаметрах
капли и различных коэфициентах соп-
ротивления.
Фиг. 26. Снимки струи топлива при давлении впрыс-
кивания 210 пт и атмосферном противодавлении.
Интегрируя вторично, полу-
чим путь, пройденный каплей за
t секунд, при имевшейся началь-
ной скорости:
5=11П(1 4-UZ Kt)' (15)
л
Фиг. 27. Снимки струи топлива при давлении впрыс-
кивания ЗбОДат (^атмосферном^ противодавлении* ].
или, подставляя вместо К его зна-
чение по ф-ле (13), имеем: ч
5=i^,n(1 + lF°/^ (15а)
т. е. пройденный путь будет прямо
, пропорционален удельному весу
топлива и диаметру капли и об-
ратно пропорционален коэфици-
енту сопротивления Ч1 и плотности
окружающей среды.
Для подсчета по этой фор-
муле надо знать диаметр капли и
величину коэфициента сопротив-
ления Ч1; все остальные входящие
в нее величины легко могут быть
определены подсчетом.
Средний размер капли рас-
пыленного топлива можно полагать
равным 10—20 ц (для тихоходных
двигателей). Точных данных о ве-
личине 4х не имеется; д-р Рим
принимает ее равной 0,02; Кюн
полагает 0,24; Трибнигг,—0,04 и
Вольтьен дает наибольшее значе-
ние— 0,25.
В зависимости от принятой
величины Ч; сильно изменяется
теоретическая величина дальности
0,01 Ям при Ч1 =0,02 вычисленная по ф-ле (15а) величина S получается равной
приблизительно 18 см. Однако опыты показали (см. ниже), что для распыленной
струи топлива со средним диаметром частиц 0,01 мм глубина проникновения состав-
167
Фиг. 28. Снимки струи топлива при давлении впрыс-
кивания 630 ат и атмосферном противодавлении.
полета капли (фиг. 25). Для капли диаметром
Фиг. 295 Удар распыленной струи топлива Го раскаленную
докрасна пластинку.
ляет свыше 30 см. Объ-
яснение этого следует
искать в том, что вели-
чина Ф, вероятно, меньше,
чем принятая при расчете,
и кроме того при движе-
нии струи передние капли
увлекают за собой воздух,4
что способствует более
глубокому проникновению
капель, позже вылетающих
из corina.
Верный путь для эк-
спериментального опреде-
ления силы проникновения
распыленной струи топ-
лива был избран амери-
канцем Мэттью, который
применил для этого кине-
матографирование струи.
Непрерывной последова-
тельной засъемки в своих
опытах ему получить не
удалось, так что воспро-
изведенные здесь фото-
графии (фиг. 26—28) пока-
зывают отдельные момен-
ты распространения рас-
пыленной струи при раз-
личных давлениях впрыс-
кивания и атмосферном
Фиг. 30. Схема установки Миллера и Бэрдслея: а — камера противодавлении,
впрыскивания; b — трубопровод от баллона с азотом; с — мано- На фиг. 29 пока-
мегр; d — форсунка;г — сопло;/— ручнойнасос;'#—манометр; зана струя топлива, рас-
ft-резервуар для топлива. пыленная под давлением
в 280 ат (лееая струя)
и в 420 ат (правая струя) и направленная под углом в 45° на раскаленную до-
красна пластинку. Струя отражается от пластинки, но остается замкнутой, что говорит
за то, что отражением распыленной струи от наклонной плоскости нельзя улучшить
смесеобразования. Однако этот вопрос исследован еще недостаточно и о нем нельзя
сделать окончательных выводов.
В проведенных затем опытах Миллера и Бэрдслея, а также Засса была достиг-
нута возможность непрерывного фотографирования первой струи топлива тотчас по
выходе из сопла.
В установке Миллера и Бэрдслея впрыскивание топлива в камеру а, в кото-
рой можно было создать избыточное противодавление путем наполнения ее сжатым
газом (азотом), производилось под постоянным давлением через закрытую фор-
сунку d с принудительным открытием иглы, подъем которой был неизменным во
всех опытах и составлял 0,18 мм. Диаметр выходного отверстия сопла — 0,38 мм
(фиг. 30 и 31).
Опыты Засса были поставлены в лабораториях AEG перед проектированием
больших тихоходных бескомпрессорных судо ых двигателей. При экспериментирова-
нии, как уже было упомянуто выше, применялась аппаратура (форсунки и насосы),
которая должна была впоследствии применяться на двигателе, так что возможно
было полученные данные проверять непосредственно на работающей машине. Опи-
сание установки Засса, схема и снимки даются ниже.
Топливо подается насосом через форсунку b (фиг. 32), установленною на
стальной литой камере а, продольные боковые стенки которой снабжены толстыми
(60 мч) оптическими стеклами. На камере а возможна установка различных по кон-
168
струкции и величине форсунок,
причем таким образом,что ось
струи или одной из струек при
многодырчатых форсунках сов-
падает с продольной осью ка-
меры. Наибольшее избыточное
давление, которое можно соз-
давать в камере, составляет
30 ат. Свет от искры, проска-
кивающей между электродами d,
направляется параболическим
зеркалом е через камеру а и
фотографируемую струю в объ-
’ ектив съемочной камеры f, вну-
три которой помещается све-
точувствительная пленка. Для
вращения барабана с пленкой
служит электромотор g, число
оборотов которого может быть
доведено до 6 000 в минуту.
Камера а, зеркало е и съемоч-
ная камера / помещены в темной
комнате.
На фиг. 33 показана ус-
тановка для топливных насо-
сов, причем устройство станины
допускает одновременное при-
соединение различных насосов.
На снимке показаны насос h
Фиг. 31. Форсунка, применявшаяся в .опытах Миллера'и
Бэрдслея: i—форсуночная игла; k — рычаг форсунки
е — кулачок.
для цилиндровой мощности 500
э. л. с. и насос j для 50 э. л. с. Привод осуществляется посредством ременной пе-
редачи от электромотора. Во время разгона последнего автоматический выключатель k
держит всасывающий клапан насоса открытым; насос работает при этом вхолостую.
После достижения электромотором соответствующего числа оборотов выключатель k
освобождает всасывающий клапан, и первая выходящая из сопла струя фотографи-
руется на пленку.
Фиг. 32. Камера, рефлектор и киноаппарат для фотографирования
струй топлива: а — камера впрыскивания; b — форсунка; с — предохра-
нительный клапан; d—междуискровый промежуток; е — параболичес-
кое зеркало; f —съемочная камера; g — электромотор.
169
Фиг, 33. Установка топливных насосов для фотографирова шя
струй топлива: Л—большой топлив чый насос; I—малый топлив-
ный насос; k — автоматический рубильник для включения по-
дачи топлива.
Схема электричес-
кого оборудования уста-
новки дана на фиг. 34;
фиг. 35 и 36 дают снимки
высоковольтной установ-
ки. Ток из сети в 220 V
поаышает^я трансформа-
тором I до 30 000 V и
выпрямителем т преобра-
зовывается в постоянный.
Под этим напряжением
заряжаются девять лейден-
ских банок п через глав-
ный рубильник о и распре-
делитель р. Разряд проис-
ходит через вращающий-
ся прерыватель q, число
оборотов которого можно
довести до 10000 об./мин.
Провод высокого напря-
жения от прерывателя q
ведет к электродам k и
Фиг. 34. Схема высоковольтной уставов/11 для фотогра-
фирования стоуй^топлиЙ).
через произвольно устанавли-
ваемый по отношению к кулач-
ковому валу насоса прерыва-
тель Z — к автоматическому
выключателю К и от него в
землю. Прерыватель Z можно
устанавливать так, что будет
фотографировался начало^ се-
редина или конец процесса
впрыскивания или же весь про-
цесс в целом.
Опыты производились с
целью определить влияние про-
тиводавления- давления впрыс-
кивания, наклона спиральных
канавок, удельного веса топ-
Фиг. З5.г Высоковольтная установка для фотографирова-
ния струй топлива: I—трансформатор; т — выпрями-
тель; о — главный рубичьник; р— распределитель;'q —
вращающийся щерыватель.
лива, размера выходного отвер-
стия сопла, длины трубопрово-
дов и скорости впрыскивания—
на дальность проникновения и
форму распыленной струи.
На фиг. 37 показан сни-
мок струи, полученной при
давлении распыливания 210 ат
и атмосферном противодавле-
нии. Ввиду очень медленного
торможения струи и ее большой
дальнрсти проникновения? при-
шлось при фотографировании
установить время между’отдель-
ными вспышками вг 1/4(000 сек.
для того, чтобы [мо'жно было
использовать полученный сни-
мок для дальнейшей матема-
тической обработки.
Увеличение противодавле-
ния до 21 ат (фиг. 38), не-
170
смотря на одновременное
увеличение давления впры-
скивания до 560 ат, силь-
но изменило как форму
струи, так и ее дальность
проникновения; по про-
шествии 13/2 000 сек.
струя еще не вышла за пре-
делы снимка,''в то время
как в предыдущем случае
уже через 5/4 000 сек. она
достигает пределов рамки.
Кроме указанных на
фиг. 37 и 38 давлений
впрыскивания Миллер и
Бэрдслей экспериментиро-
вали также с давлениями
140, 280, 350, 420 и
490 ат и противодавле-
ниями 7, 14 и 21 ати
(соответственно от 2 000
Фиг. 36. Общий вид установки для фотографирования струй
топлива: Л иг—топливные насосы; I — трансформатор; т—
выпрямитель; п — лейденовские банки (в ящике}; о — главный
рубильник; р — распределитель; q — вращающийся прерыва-
тель^— фильтр для топлива; t—нагнетательный трубопровод;
w — темная кам :ра.
до 7000 фун./кв. дм. и 100,
200 и 300 фун./кв. дм.).
По полученным при
опытах фотографиям были
построены диаграммы,
дающие дальность полета
струи в зависимости от
времени и давлений впры-
скивания и противодавле-
ния (фиг. 39). Увеличение
противодавления сказыва-
ется прежде всего на силь-
ном уменьшении скорости
полета струи. В то время как
при атмосферном противо-
давлении и давлении впры-
скивания 8 000 фун./кв.
дм. (560 ат) струя
за время меньшее, чем
0,001 сек., успевает про-
лететь более 140 мм,
при том же давлении
впрыскивания, но противо-
давлении 300 фун./кв.
дм. (21,1 ат) струя
за 0,003 сек. совер-
шает путь приблизи-
тельно только 125 мм.
С увеличением проти-
водавления уменьша-
ется также и дальность
полета струи, что осо-
бенно ясно видно из
сравнения кривых для
давления впрыскивания
Фиг. 37. Снимок струи топлива по Миллеру и Бэрдслею. Дав-
ление впрыскивания—210, ат; диаметр сопла—0,38 мм; про-
тиводавление — 0
I
Фиг. 38. Снимок струи топлива (по Миллеру и Бэрдслею). Давле-
ние впрыскивания — 560'<гт; диаметр сопла — 0,38 мм; противо-
давление— 21 ати.
2 000 фун./кв. дм.
(140 ат). При атмос-
ферном противодав-
171
ВРЕМЯ
Фиг. 39. Дальность проникновения струй топлива в сжатом
азоте при различных давлениях впрыскивания и противо-
давлениях.
лении скорость струи по-
сле пройденного пути в
120 мм остается почти рав-
ной первоначальной (нак-
лон касательной к кривой
S—f (t) почти не изменя-
ется); с увеличением же проти-
водавления наблюдается все
больший загиб кривой S—f(t)
и при [ротиводавлении
в 300 фун./кв. дм. (21 ат)
после пути в 80 мм струя
теряет почти рею свою ско-
рость. Далее из полученных
диаграмм следует, что увели-
чение давления впрыскивания
вызывает одновременно бо-
фун 'кв. цм.
Фиг. 41. Влияние противодавления на дальность проникно-
вения струй топлива.
лее дальний полет распылен-
ной струи, по -крайней мере
в области применявшихся
давлений впрыскивания.
Графическим диферен-
цированием кривых фиг. 39
получаем закон изменения
скорости струи по времени.
Даваемая на фиг. 40 диаг-
рамма относится к случаю
впрыскивания при давлениях
распыливания от 2 000
(141 ат) до 8 000 фун./кв. дм.
(563 ат) и постоянном про-
тиводавлении 300 фун./кв. дм.
(21,1 ат). Наибольшее из-
менение скорости струи про-
исходит в первое время по
выходе ее из сопла. По про-
шествии 0,001—0,002 сек.
скорость достигает значения
от 60 до 80 фут./сек. (18—
24 м/сек) в зависимости от
давления, после чего мед-
ленно падает.
Фиг. 41, взятая из се-
рии опытов Засса, дает закон
протекания скорости и даль-
ности полета струи по вре-
мени в зависимости от про-
тиводавления при постоян-
ном давлении впрыскивания.
Как и в предыдущем случае,
наибольшее уменьшение ско-
рости имеет место в первые
моменты полета струи, после
которых замедление уменьша-
ется, и струя продолжает дви-
гаться с почти равномерно за-
медленным движением.
Пуем обработки полу-
ченных ^опытных данных
172
Миллер и Бэрдслей пытались полу-
чить математическую зависимость
уменьшения скорости струи, дающую
возможность подсчитать заранее даль-
ность полета струи.
Для отрицательного ускорения
струи ими была получена эмпири-
ческая ф-ла:
dW 1,5
——=2/flF , (16)
где W—мгновенная скорость в
фут./сек.; К—полученный из опытов
коэфициент.
Опуская вывод, даем конечную
формулу для пути 5, пройденного
струей за время t, при наличии на-
чальной скорости Wo:
W t
______ о
Полученная' формула будет спра-
ведлива только для противодавления
в 300 фун./кв. дм. (21,1 а/тш), диаметра
сопла 0,38 мм, закрытой форсунки
с законом подъема иглы, как это
имело место при производстве опы-
тов, а также для соответствующих
размеров трубопровода.
Изменение входящего в фор-
Фиг. 42. Струи топлива при давлении впрыски-
вания 84)00 фун./кв. дм.: ряд а противодавление
атмосферное (без завихрителя); ряд в противодав-
ление 200 фун./кв. дм. (без завихрителя); ряд с про-
тиводавление 200 фун./кв. дм. (слабое завихрива-
ние); ряд d противодавление 200 фун./кв. дм. (силь-
ное завихривание).
мулу (17) коэфициента К дано в нижеследующей таблице.
Давление К—для интервала времени
впрыскива- ta — ‘/* ооо сек. *а=‘/юоо сек. ta — Ч ю ооо сек.
НИЯ 4 =‘/10оо сек. ^=‘/аоо сек. *ь = */яоо сек>
562 ат 31,9 15,0 18,5
351 ат 25,3 14,0 16,0
141 ат 21,4 14,4 15,6
Бэрдслеем было исследовано далее влияние завихривания на форму и дальность
проникновения струи, а также влияние плотности среды и удельного веса топлива.
На фиг. 42 показаны снимки струи, впрыскиваемой под одним и тем же дав-
лением 8 000 фун./кв. дм. (560 ат) и при одном и том же противодавлении
200 фун./’в. дм (14 ати), но при различном угле наклона спиральных канавок на
завихрителе в форсунке. Верхний ряд снимков относится к случаю впрыскивания
в атмосферу и без завихрителя. Струя выходит из сопла форсунки в виде конуса
с малым углом при вершине и очень быстро пролетает поле зрения. Второй ряд
дает влияние противодавления, отмеченное выше. Третий и четвертый ряды сняты
при наличии завихрителя в форсунке, причем в четвертом ряду угол наклона спи-
ральных канавок меньше, чем таковой у завихрителя третьего ряда. В виде диа-
граммы результаты этих опытов даны на фиг. 43. Из диаграммы следует, что с уве-
личением завихривания дальность полета струи уменьшается, следуя закону прямой;
форма струи также изменяется — при сильном завихривании угол конуса составляет
приблизительно 45°, в то время как при отсутствии завихривания (угол наклона
173
Фиг. 43. Влияние завихрителя на дальность про-
никновения и угол конуса струи: диаметр соп-
ла-0,56 мм; давление впрыскивания—560 ат;
противодавление — 14 ати; удельный вес топ-
лива— 0,85 кг/л.
Фиг. 44. Угол конуса струи в зави-
симости < т противод в тения. Давле-
ние впрыскивания — 280 ат; диаметр
сопла — 0,57 мм. Отношение длины
выходного отверстия к диаметру —
l:d — 4.
Фиг. 45. Верхнее пространство сгорания 2-тактного дви-
гателя двойного действия AEG Направление правой струи
неправильное, левой — правильное.
Давление дпрЬ/скиданая
Фиг. 46. Влияние давления впрыскивания на
дальность проникновения: диаметр сопла —
0,395 мм; удельный вес топлива — 0.85 кг/л;
противодавление — 200 фун /кв. дм.
канавок 90°) угол составляет
только 22°, т. е. изменением
угла наклона канавок на за-
вихрителе можно сильно из-
менять как дальность полета
струи, так и ее форму.
Зависимость угла ко-
нуса струи от противодав-
ления (для сопла без завих-
рителя, опыты Засса) изоб-
ражается диаграммой фиг. 44.
Изменение противодавления
от 0 до 15 ат вызывает уве-
личение угла струи с 6 до
17°; более плотная среда
сильнее взрыхляет струю, ускоряет ее
распадение на отдельные частицы. Эту
величину угла в 17° (или 18, как реко-
мендует взять Засс для большей надеж-
ности) следует иметь в еиду при про-
ектировании пространства сгорания и
назначать направления струй так, чтобы
они, проходя возможно ближе к днищу
поршня, на него не попадали (фиг. 45).
С увеличением давления впрыски-
вания дальность полета струи возрас-
тает пропорционально давлению (фиг.
46). Ранее отмеченное влияние проти-
водавления на дальность проникновения
струи подтверждается диаграммой (фиг.
47) (опыты Бэрдслея); уменьшение даль-
ности полета не следует закону прямой
(фиг. 48), особенно в области малых
давлений.
То, что на дальность влияет не
противодавление, а плотность среды, в
которую поступает струя топлива, выте-
кает из диаграммы фиг. 49, где даль-
174
♦
*
ность полета представлена как
функция плотности газа. С уве-
личением плотности среды даль-
ность проникновения умень-
шается независимо от того,
каким газом была наполнена
камера. В отмеченных на кри-
вой для 0,001 сек. точках дав-
ления для разных газов будут
иметь следующие значения, счи-
тая слева направо (в предполо-
жении одинаковой температуры
при опытах /=20° С);
1 N —1.81 ат
2 Не—44,8 ат
3 N —16,7 ат
4СО2—15,85 ат
5 N-31 ат
6 N—44,3 ат
7 СО2—44 ат
Фиг. 47. Влияние противодавления на дальность про-
никновения; диаметр сопла — 0,56 мм; удельный вес топ-
лива— 0,85 кг]л; давление впрыскивания — 560 ат;^
форсунка с сильным завихрителем.
По прошествии 0,001 сек.
путь, пройденный фронтом
струи, уменьшав лея по закону
прямой с возрастанием плот-
ности газа. После 0,002 сек.
уменьшение пройденного пути
при увеличении плотности про-
текает более быстро до у =
= 50 кг/м3, после чего следует
опять приблизительно закону
прямой. Для отрезка времени
в 0,003 сек. указанный харак-
тер изменения выражен более
ярко. Объяснение этого явле-
ния следует искать в более силь-
ном торможении струи при боль-
шей плотности газа (фиг. 41).
Удельный вес топлива
также влияет на дальность про-
никновения струи, что следует
Фиг. 48. Зависимость дальности полета от противодавления.
Фиг. 49. Влияние плотности газа на даль-
ность проникновения; диаметр сопла— 0,56 мм;
удельный вес топлива — 0,85 кг]л; давление
впрыскивания — 560 ат; форсунка с сильным
завихрителем.
Фиг. 5Э. Влияние удельного веса топлива на
дальность проникновения; диаметр сопла —
0,56 мм; давление впрыскивания — 560 am;
противодавление — 14 ати; форсунка с силь-
ным завихрителем.
175
Фиг. 51. Струя топлива в спокойном воздухе.
Фиг. 52. Струя топлива при наличии завихривания у стенок камеры.
Фиг. 53. Струя топлива при наличии завихривания у заднего конца камеры.
Фиг. 51. Снимок со струи, впрыскиваемой в сжатый воздух; давление
впрыскивания — 300 ат-, противодавление—15 ати.
из диаграммы фиг. 50. Опыты производились с бензином (у = 0,705), керосином
(у = 0,799), газойлем (у = 0,85) и нефтяными остатками (у = 0,90). С увеличением
удельного веса с у = 0,85 до у = 0,90 (т. е. на 6°/0) форма струи получалась в виде
Фиг. 55. Сила проникновение и скорость струи
в зависимости от времени; закрытая фор-
сунка.
конуса с меньшим углом при вершине
и имелось более грубое распыливание,
чем у легкого топлива, что и обеспечи-
вало ббльшую дальность проникновения.
Это объясняется более слабым завих-
риванием жидкостей с большим удель-
ным весом.
В зависимости от того, произво-
дится ли впрыскивание топлива в спо-
койный или завихренный воздух, струя
принимает различную форму. На фиг. 51
показан снимок струи, впрыскиваемой
в спокойный воздух. Фиг. 52 относится
к случаю завихривания воздуха у стенок
камеры. Фиг 53 — при завихривании у
заднего конца камеры.
176
Фиг. 56. Снимок со струи, впрыскиваемой в сжатый воздух при от-
крытой форсунке и тангенциальном кулачке. Давление впрыскива-
ния — 300 ат; противодавление — 10 ати.
•Фиг. 57. Глубина проникновения и скорость струи,
жак на фиг. 56; диаметр сопла — 0,57 мм; длина
сопла /=-М; удельный вес топлива — 0,87 кг/л.
Фиг. 58. Влияние сечения струи на глуби-
ну проникновения струи топлива:давление
впрыскивания — 300 ат; противо явле-
ние — 10 ати; 1—диаметр сопла 1 X 0,80
мм; 2 — диаметр сопла 2X0,70 мм;
3 — диаметр сопла 2 X 0,57 мм; 4 — диа-
метр сопла 4X0,40 MM.j
Засс произвел ряд опытов с целью уста-
новить влияние длины трубопровода и формы
жулачка на дальность полета струи. На фиг. 54
даны снимки со струи, полученной при дав-
лении распыливания 300 ат и противодавле-
нии 15 ати, а на фиг. 55 — диаграмма,
построенная для этого случая. Фиг. 56 полу-
чена при наличии длинного трубопровода
i(6 м) между насосом и форсункой и танген-
циальном профиле кулачка насоса. Давление
впрыскивания — 300 ат, противодавление —
10 ати.
Благодаря наличию длинного трубопро-
вода сильно уменьшилась дальность проник-
новения (фиг. 57): струя получилась в виде
конуса с очень малым углом при вершине,—
«форма неблагоприятная для распределения
топлива по пространству сгорания. При умень-
шении длины трубопровода дальность Про-
нин на глубину проникновения струи топ-
лива: диаметр сопла — 0,57 мм; давление
впрыскивания — 300 ат; противодавле-
ние —10 ати; удельный вес топлива —
0,87 кг)л; сопло без гавихрителя, I = 4d.
.никновения стала возрастать; для получения
формы струи по фиг. 54 нужно было применить кулачок с более быстрым подъ-
•емом; следовательно длина трубопровода сказывается на дальности проникновения
«и на форме струи.
Кроме этих исследований Зассом была выявлена также зависимость дальности
•проникновения от размера выходного отверстия сопла и числа оборотов кулачкового
вала насоса (фиг. 58 и 59). Уменьшение сечения струи, а также снижение числа
оборотов понижает дальность проникновения, причем влияние этих факторов оказьь
вается очень незначительным.
12 Авиационные двигатели.
177
Фиг. 60. Диаграмма для определения времени
впрыскивания при заданном диаметре сопла и
длине ст. уи; давление впрыскивания — 280 ат,
противодавление 10 ати', число оборотов вала на-
соса—90 об/мин., удельный вес топлива — 0,87 кг!л.
На основе своих многочислен-
ных и всесторонних опытов Засс со-
ставил диаграмму (фиг. 60), посред-
ством которой можно определить
необходимое время впрыскивания при
заданном диаметре и выбранной длине
струи. Диаграмма справедлива только
при соблюдении определенных усло-
вий: давление впрыскивания—280 ат,
противодавление—10 ати (/—20° С),
число оборотов вала насоса — 90 о
минуту, профиль кулачка — со сред-
ним подъемом, удельный вес топ-
лива — 0,87 кг]л. В то же время она
дает очень наглядное соотношение
между диаметром сопла, длиной струи
и временем прохождения струей пути
данной длины.
Приведенные в настоящей статье
теории распыливания Трибнигга и
Тимана, а также эксперименталь-
ные данные по изучению распыли-
вания, выполненные Миллером, Бэрд-
слеем и Зассом, внесли некоторую
ясность в неизвестную до сих пор
проблему распыливания.
Можно считать установленным,
что на степень распыливания влияют:
1. Давление впрыскивания: чем оно больше, тем мельче распыливание.
2. Противодавление среды: с увеличением противодавления распыливание ста-
новится более мелким.
3. Размер выходного отверстия и отношение длины отверстия к его диаметру:
чем это отношение меньше, тем мельче распыливание.
4. Скорость впрыскивания: уменьшение ее дает более грубое распыливание.
На дальность проникновения влияют:
1. Давление впрыскивания: с увеличением давления дальность проникновения
увеличивается.
2. Противодавление (плотность среды): с возрастанием плотности среды глу-
бина проникновения уменьшается.
3. Удельный вес топлива: чем он больше, тем больше дальность про-
никновения.
4. Сечение струи: уменьшение сечения струи вызывает уменьшение дальности
полета.
5. Скорость впрыскивания: чем она меньше, тем меньше дальность проник-
новения.
6. Длина трубопровода: более длинный трубопровод уменьшает дальность,
проникновения.
7. Наклон спиральных канавок на завихрителе: с уменьшением наклона (более
сильное завихривание) дальность полета уменьшается.
На форму струи влияет:
1. Противодавление и наклон спиральных канавок: с увеличением противодав-
ления и уменьшением наклона спиральных канавок на завихрителе угол конуса
струи увеличивается.
2. Профиль кулачка насоса: более медленный подъем дает более острую
струю.
Изучение влияния отдельных факторов на распыливание и дальность проник-
новения струи топлива является еще далеко недостаточным. Нужно знать еще чис-
ловую зависимость между отдельными величинами, так как приведенные цифровые
данные в таблицах и на диаграммах справедливы, как уже отмечалось, только
178
при точном соблюдении всех соотношений, имевших место при производстве опы-
тов; всякое отступление от этих соотношений повлечет за собой изменение в процессе
распыливании.
Невозможность заранее Ъпределить дальность проникновения струи и степень
распыливании, которые весьма тесно связаны с формой камеры сгорания и быстро-
ходностью двигателя, заставляет при создании новой машины итти исключительно
опытным путем, так подбирая размеры и конструкцию форсунки и насоса и увязы-
вая их с камерой сгорания, чтобы получить при этом наиболее благоприятные ре-
зультаты. Для большей успешности работы необходимо вести одновременно контроль
на специальной установке, дающей возможность определить влияние вводимых из-
менений на процесс распыливании.
12*
179
Инж.- мех. Б. Ф. Коробов.
ФОРСУНКИ И НАСОСЫ БЕСКОМПРЕССОРНЫХ
БЫСТРОХОДНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
ЧАСТЬ 1 f
ФОРСУНКИ
1. Назначение и типы форсунок
Форсунка бескомпрессорного двигателя представляет собой тот элемент впры-
скивающей системы, который предназначен для непосредственного введения топлива
в цилиндр. Основным требованием, предъявляемым ко всякой форсунке бескомпрес-
сорного двигателя, является соответствие распределения топливных струй типу ка-
меры горения и методу впрыскивания топлива, примененному у данного двигателя.
В настоящее время еще не выработан общеупотребительный, стандартный тип фор-
сунки для бескомпрессорного двигателя. В то время как у компрессорных машин
эта деталь более или менее унифицирована и отдельные типы лишь незначительно
отличаются друг от друга устройством распылителя, седла иглы и т. д., для беском-
прессорных машин применяются форсунки, существенно отличающиеся друг от
друга как по принципу действия, так и по конструктивному выполнению. Это объ-
ясняется тем, что существует большое число типов бескомпрессорных двигателей •
с широко отличающимися друг от друга конструкциями камер горения и методами
введения топлива в цилиндр. Каждый тип машины, размер цилиндра, форма камеры
сгорания и пр. требуют определенной характеристики топливной струи, а следова-
тельно и определенной конструкции форсунки.
Все существующие типы форсунок могут быть в основном разделены на две
группы: закрытые и открытые. Кроме того внутри этих групп их целесообразно
классифицировать по отверстиям, так как число и тип отверстий существенно влияют
на характеристику топливных струй.
2. Закрытые форсунки
Закрытыми форсунками называются такие, у которых топливная линия между
нагнетательным насосом и выходным отверстием прервана тем или иным распреде-
лительным органом, открывающимся в период впрыскивания либо механическим пу-
тем, либо гидравлическим давлением.
Метод впрыскивания топлива с применением механически управляемой фор-
сунки состоит в следующем.
Топливо тНгнетается насосом в специальный цилиндр, в котором давление
топлива сильной пружиной поддерживается постоянным. Этот метод впрыскивания
иногда называют „системой постоянного давления" или „аккумуляторным". В камеру
горения топливо попадает в тот момент, когда специальный кулачок открывает иглу.
Этот тип форсунок применяется главным образом в Англии и Америке.
На фиг. 1 даны примеры такого рода форсунок: Vickers и The Western Machinery Со.
Впрыскивающая система с механически управляемой иглой сравнительно сложна
ввиду наличия добавочного цилиндра с пружиной и деталей привода иглы. Поэтому
у большинства современных бескомпрессорных машин применяются форсунки с гид-
равлически управляемой иглой. Игла нагружается пружиной с таким расчетом, чтобы
упругость пружины обеспечивала давление, необходимое для хорошего распиливания
топлива. Игла должна быть хорошо пришлифована в корпусе форсунки или в осо-
бой направляющей, чтобы обеспечить плотность при давлении порядка 400 ат.
Но так как полностью устранить протекание топлива вдоль стержня иглы не
удается, то в верхней части форсунки обычно предусматривается приспособление
180
для отвода просочившегося топлива.
Сальники с уплотнительной набивкой
в этом случае не применяются, так
как затяжка их может повредить
стержень иглы во время работы. Пе-
ред пуском двигателя в ход в фор-
сунке и в топливной линии может
находиться воздух. Поэтому в наи-
высшей точке форсунки устраивается
кран для выпуска воздуха. Форма
внутренних полостей форсунки не
должна допускать скопления пузырь-
ков воздуха, так как наличие их на-
рушает процесс впрыскивания.
Седло для иглы форсунки вы-
тачивается или в отдельном стальном
закаленном насадке, или в стальном
корпусе форсунки. Вес иглы делается
возможно меньшим, чтобы обеспе-
чить быстрый подъем и посадку
иглы. Для наблюдения за действием
иглы сверху иногда вставляется контрольный
штифт, опирающийся на конец иглы или на
связанную с ней деталь.
Игла открывается гидравлическим дав-
лением топлива, причем последнее действует
на кольцевую поверхность, внешний диаметр
которой равен диаметру стержня иглы, а внут-
ренний диаметр равен диаметру седла иглы
(фиг. 2, слева) После того как игла откро-
ется, давление распространяется на всю пло-
щадь, как показано на той же фиг. 2, справа.
Следовательно при одной и той же упру-
гости пружины давление, нужное для откры-
тия клапана, выше, чем для удержания его
открытым.
Эта разница в давлениях открытого и
закрытого клапанов в связи с сжимаемостью
топлива определяет наименьшее возможное
количество топлива, которое может дать насос
за один ход плунжера. Например пусть будет
разница в давлениях равна 50 ат и объем
топливной линии равен 5 000 мл3. Сжима-
емость топлива равна примерно 0,0001 его
объема на каждую атмосферу давления. Сле-
довательно минимальная подача будет равна
50 X 5 000 X 0,0001 = 25 мл3. Если за каж-
Фиг. 1. Механически управляемые форсунки Vic-
kers и Western Machinery.
Фиг. 2. Распределение давлений при от-
крытии иглы форсунки.
дый ход плунжера насос доставляет меньшее количество, то в топливной линии нуж-
ного давления не возникнет и впрыскивания не произойдет. В этом случае мы будем
иметь за три—четыре хода плунжера лишь одно впрыскивание. Поэтому для малых дви-
гателей разница в давлениях топлива при открытом и при закрытом клапане должна
быть возможно меньшей. Затруднения, возникающие вследствие сжимаемости топлива,
могут иметь место только при впрыскивании малых количеств топлива.
Закрытая форсунка дает возможность иметь строго определенную продолжи-
тельность впрыскивания без подтекания. Величина объема топливной линии замет-
ного влияния на процесс впрыскивания не оказывает. Поэтому все насосные эле-
менты могут быть выполнены в одном агрегате и расположены так, как это будет
удобно в связи с общей компановкой машины.
Перейдем теперь к рассмотрению некоторых конструкций закрытых форсунок.
181
Фиг. 3. Закрытая Фиг. 4. Многодыр-
форсунка с одним чатая форсунка,
отверстием.
Фиг. 5. Форсунка Бош.
а) Закрытые форсунки с одним
отверстием.
Пример закрытой форсунки с одним
отверстием показан на фиг. 3.
Ось выходного отверстия может совпа-
дать с осью форсунки или же образовывать
с ней некоторый угол. Струя, выходящая из
такой форсунки, имеет коническую форму
с углом конуса от 4 до 18°. При углах
больших 12° правильность конуса легко на-
рушается малейшей неточностью в обработке
выходного отверстия. Для того чтобы полу-
чить правильный конус с большим углом, у
некоторых форсунок на стержне иглы де-
лаются спиральные канавки. В этом случае
центробежные силы, действующие на частицы
топлива, способствуют образованию широкого
конуса.
Форсунки с одним отверстием употреб-
ляются преимущественно в форкамерных дви-
гателях и в тех машинах, где топливо рас-
пределяется по камере горения сильными вих-
рями воздуха.
б) Закрытые форсунки с несколь-
кими отверстиями
Эти форсунки (фиг. 4) предназначены
главным образом .для двигателей струйного
распыливания, у которых топливо должно
хорошо распределяться форсункой. Такие
форсунки изготовляются фирмами Бош, Дейц,
Крупп, Линке-Гофман и др.
Бош. Устройство форсунки показано
на фиг. 5. Для укрепления форсунки в ци-
линдре двигателя и для соединения с трубо-
проводом служит держатель (фиг. 5). Корпус
держателя имеет внизу шлифованную тор-
цевую поверхность, к которой с помощью гайки прижимается сопло форсунки. От
места присоединения штуцера нагнетательного трубопровода сквозь корпус держателя
высверлен канал, примыкающий к кольцевой канавке на верхней торцевой поверх-
ности форсунки. Давление пружины передается игле форсунки через промежуточный
стержень. Сила пружины, а следовательно и давление открытия иглы регулируются
при помощи установочного винта. Пружина помещена в верхней части корпуса,
которая естественно является самой холодной. Нижняя тарелка пружины опирается
на промежуточный стержень, верхняя — на регулировочный винт. Сквозь регулиро-
вочный винт проходит контрольная игла, служащая для проверки действия фор-
сунки. Если нажать пальцем эту иглу, можно почувствовать легкие толчки, которые
показывают, что форсунка работает. Сбоку корпуса форсунки имеются два при-
соединения: одно — для нагнетательной магистрали от насоса и другое—-для отвода
топлива, могущего просочиться вдоль стержня иглы.
Дейц (фиг. 6) и Крупп (фиг. 7 и 8). Игла форсунки упирается своим ко-
нусом в седло, выточенное в корпусе сопла е (фиг. 8). Для того чтобы обеспечить
плотную посадку иглы, она должна быть хорошо центрирована относительно седла.
У Круппа нижняя часть иглы (фиг. 8) выполнена самоцентрирующейся. Д''ина иглы
сделана минимальной, чтобы уменьшить вес и силы инерции. У форсунки Дейца
сверху имеется контрольный штифт для проверки действия иглы.
Топливная'линия у обеих форсунок подходит к штуцерам i (фиг 6—7). К вы-
ходному отверстию топливо проходит по продольным канавкам, выфрезерованным
на вставной направляющей втулке.
182
в) Форсунки с кольцевой щелью
Выше было указано, что угол конуса струи у форсунки
•с отверстиями не бывает выше 15—18°. Таким образом струи
получаются довольно компактными. Для того чтобы получить
«струю менее компактную в виде пустотелого, широкого ко-
нуса или в виде ленты с максимальной поверхностью соприкос-
новения с воздухом, сконструированы форсунки, описание кото-
рых дается ниже.
Форсунка с неподвижной иглой. Американская
опытная форсунка этого типа представлена на фиг. 9
Седло форсунки состоит из тонких стальных листов, к ко-
торым прижата игла. Во время нагнетающего хода плунжера это
пружинящее седло отжимается гидравлическим давлением, и топ-
ливо впрыскивается через образовавшуюся щель. Такое устрой-
ство имеет то преимущество, что силы инерции, развивающиеся
•при действии форсунки, весьма незначительны.
Губная форсунка. По своему действию губная фор-
сунка принципиально не отличается от предыдущей. Выходная
щель между упругими сомкнутыми пластинами здесь так же
образуется гидравлическим давлением топлива. Устройство такой
форсунки показано на фиг. 10. От производства таких фор-
сунок однако отказались, так как в условиях высоких темпе-
ратур в камере горения стальные пружинящие пластины теряют
свою прочность и упругие свойства. Вторым недостатком является
наличие внутри форсунки довольно большой полости, заполнен-
ной топливом.
Виккерс. Устройство форсунки Виккерс показано на
фиг. 11. Выходная щель здесь образуется острыми краями седла
а иглы. При установке между ними не дается зазора, и щель
Фиг. 6. Форсунка
Дейц.
образуется во время впрыски-
вания за счет деформации краев
и удлинения стержня иглы.
Tartrais-Peugeot
(Тартрэ-Пежо). Устройство ее
(фиг. 12) аналогично предыду-
щей фо[ сунке. Разбрасывание
I
Фиг. 7. Форсунка Крупп.
Фиг. 8. Форсунка Крупп. Центри-
ровка иглы.
частиц топлива здесь происходит еще более энергично, потому что топливо до
выхода из форсунки проходит спиральную канавку, которая сообщает частицам топ-
лива вращательное движение.
Две последние форсунки дают очень тонкое распыливание; однако проникновение
струи получается небольшое. Такая характеристика струи подходит лишь для машин
< небольшой камерой сгорания.
183
Фиг. 9. Американская
опытная форсунка с не-
подвижной иглой.
Линк е-Г о ф м а н. Выбор закрытого типа форсунки
для автомобильного двигателя Линке-Гофман объясняется
тем, что при открытой форсунке на малых скоростях ма-
шины распыливание недостаточно ввиду наличия квадрат-
ной зависимости между давлением распыливания и числом
оборотов двигателя.
В форсунке Линке-Гофман (фиг. 48) выходное от-
верстие представляет собой кольцевую щель между ко-
нусом иглы и седлом. Топливо подается в камеру сгорания
конической струей. Стержень иглы пришлифован в длинной
• направляющей втулке, чтобы создать нужное уплотнение.
Подъем иглы весьма небольшой благодаря большому диа-
метру кольцевого выходного отверстия (около 6 мм).
г) Форсунки со штифтом
На фиг. 13 показаны штифтовые форсунки, при-
меняемые фирмами Бенц, Дейц и Бош. На нижнем конце
иглы имеется конический или цилиндрический выступ
(штифт), входящий с некоторым зазором в выходное от-
верстие форсунки. За штифтом имеется конус, который
служит для посадки иглы в корпусе форсунки. Выше этого
Фиг. 10. Губная форсунка.
Фиг. 11. Форсунка Вик-
керс с кольцевой щелью.
пенно или ступенями.
Фиг. 12. Форсунка
Tartrais-Peugeot.
конуса следует цилиндрическая часть, а
далее — заплечик (Бенц и Дейц) или
второй конус (Бош), которые служат
местом приложения силы давления топ-
лива при подъеме иглы.
Форсунки со штифтом дают воз-
можность получить струю в виде по-
лого цилиндра с глубоким проникнове-
нием или в виде конуса. Характерис-
тика струи у штифтовых форсунок
может изменяться в широких пределах.
Штифт делается коническим, цилиндри-
ческим или ступенчатым (фиг. 14). В-
соответствии с этим выходное сечение
по мере открытия иглы меняется посте-
в отношении фаз процесса горения.
Это дает возможность вести выгодно процесс впрыскивания
3. Открытые форсунки
Открытой форсункой называется такая, у которой внутреннее пространство
все время находится в открытом соединении с камерой сгорания. Размер выход-
184
Фиг. 13. Штифтовые форсунки Бенц, Дейц и Бош.
ного отверстия открытой форсунки
подбирается с таким расчетом,
чтобы его гидравлическое сопро-
тивление обеспечивало необходи-
мый для распыливания топлива
перепад давлений до и после вы-
ходного отверстия.
Открытая форсунка более
проста по.конструкции, и в этом
заключается ее главнейшее преи-
мущество. Однако отсутствие де-
тали, запирающей топливную ли-
нию, в связи с сжимаемостью топ-
лива обусловливает существенный
недостаток открытых форсунок —
Фиг. 14. Различные формы штифта.
подтекание.
Явление это состоит.в следующем. В момент отсечки подачи насоса нагнета-
тельная линия находится под давлением 300—400 ат. Хотя подача от насоса за-
кончилась, топливо будет все же поступать в цилиндр из форсунки до тех пор,
пока существует перепад давлений между топливной линией и камерой сгорания.
Допустим, что объем топлива в линии, соединяющей форсунку и насос, ра-
вен 3 000 мм3, сжимаемость топлива—0,0001 объема на 1 ат давления, давление
подачи—340 ат, максимальное давление в цилиндре—40 ат, следовательно пере-
пад давлений между нагнетательной линией и камерой горения—300 ат. Отсюда
легко подсчитать объем топлива, который вытечет из форсунки, пока давления не
уравняются. Этот объем будет равен:
3 000 - 300 0,0001 = 90 мм3.
Во время хода расширения давление в цилиндре упадет^ до 1 ат и еще
3 000 • 40 • 0,0001 = 12 мм3
топлива вытечет из форсунки. Это топливо впрыскивается в камеру сгорания при
пониженном давлении, и поэтому распылшание его будет недостаточным.
Такое подтекание имело бы место в том случае, если бы обратный клапан са-
дился на место до того, как упадет давление в нагнетательной линии. В действи-
тельности часть топлива проходит в насос и подтекание значительно уменьшается.
В связи с необходимостью устранить подтекание для открытых форсунок особен-
но большое значение имеет быстрая разгрузка нагнетательного трубопровода, для
чего в конструкции топливного насоса предусматривается специальное устройство.
Однако, несмотря на это, в открытой форсунке все-таки может иметь место подтека-
ние за счет колебаний столба жидкости в топливной линии.
185
s
Фиг. 15. Открытая фор-
сунка Юнкерса
Второй недостаток открытой форсунки заключается
а следующем. Так как у открытой форсунки сечение вы-
ходного отверстия остается неизменным, точно так же как
и продолжительность впрыскивания в градусах поворота
коленчатого вала, то отсюда следует, что при уменьшении
числа оборотов например в три раза продолжительность
впрыскивания по времени во столько же раз увеличи-
вается. Скорость в выходном отверстии уменьшается при
этом в три раза, а давление впрыскивания—в девять раз.
В таком случае на низком скоростном режиме машины
давление впрыскивания может оказаться недостаточным для
хорошего распиливания топлива, поэтому давлетие подачи
при открытой форсунке нужно выбирать с таким расчетом,
чтобы оно обеспечивало достаточное распыливание топлива
на малых оборотах. В таком случае на нормальное и тем
более на максимальном режиме это давление будет заведомо
больше, чгм требуется условиями распиливания.
а)Открытые форсунки с одним отверстием
Юнкере. Открнтая форсунка Юнкерса представ-
лена на фиг. 15. В корпус форсунки вставлена неподвиж-
ная игла, по осевому сверлению которой подводится топ-
ливо. В наконечнике иглы имеются два отверстия (фиг. 15),
Фиг. 16. Открытая форсунка MAN.
по которым топливо попадает в два выводящие
прореза, направленные к выходному отверстию
под углом 90°. Струя топлива, даваемая этой
форсункой, представляет собой широкий веер,
причем взаимодействие пересекающихся струй
дает вполне удовлетворительное распыливание
топлива.
Форсунка Юнкерса чрезвычайно проста
по конструкции, легко разбирается, подводящие
прорезы и отверстия легко доступны для про-
чистки.
MAH (MAN). Форсунки МАН (с одним
отверстием) располагаются горизонтально в ка-
мере сгорания цилиндрической формы.
Конструкция форсунки представлена на
фиг. 16. Выходное отверстие форсунки на-
правлено в сторону относительно ее оси.
Струя топлива впрыскивается в цилиндр под
некоторым углом к радиусу, следуя направлению
воздушного вихря, создаваемого заширмленным
впускным клапаном.
б) Открытые форсунки с несколь-
кими отверстиями
Held. Эта форсунка предназначена для
опытной двухцилиндровой двухтактной машины
мощностью 20 л. с. и числом оборотов в 1 мин.
2000—2500. Устройство форсунки показано на фиг. 17. На холостом ходу и на
малой нагрузке топливо поступает по спиральной канавке распылителт только к
центральному выходному отверстию. При повышении нагрузки гидравлическим
давлением открывается шариковый каплан и топливо проходит по боковому свер-
лению к добавочным выходным отверстиям.
Бенкерт. Форсунка Б енкерта изображена на фиг. 18. Путь топлива в ней
почти такой же, как в форсунке Юнкерса. Топливо поступает по осевому каналу
диаметром 3 мм, разделяется затем на две струйки, которые ударяются друг о друга
186
у выходного отверстия. Благодаря
этому получается очень тонкое
распыливание уже при давлении
в 50 ат, но зато имеет место
сильное рассеивание капель. Струя
недостаточно компактна и глубина
проникновения ее невелика.
К ю м м и н с. Топливо от на-
соса проходит через кольцевой
зазор, образуемый в корпусе фор-
сунки дросселирующей иглой а,
и подается в пространство под
иглой в тот момент, когда игла
форсунки с (фиг. 19) находится в
положении, обозначенном пункти-
ром. Нижняя часть форсунки по-
казана на фиг. 20. Полость фор-
сунки g всегда содержит некото-
рый запас топлива, которое здесь
предварительно подогревается. Из
Фиг. 17. Открытая многодырча-
тая форсунка Held.
Фиг. 18. Форсунка
Бенкерт.
полости g топливо проходит в пространство h под иглой с. Во время хода сжатия
в цилиндре сжатый воздух проникает через выходные отверстия форсунки в прост-
ранство h. Выбрасывание топлива и воздуха из пространства h в камеру сгорания
производится ударом иглы от кулачка через коромысло и толкатель. Все фазы
действия форсунки показаны схематично на фиг. 21.
В новой конструкции форсунки Кюм-
Фиг. 19. Форсунка Кюмминс. Фиг. 20. Нижняя часть форсунки Кюмминс.
Фиг. 21. Фазы действия форсунки Кюмминс.
187
Фиг. 22. Форсунка MAN
। закрытого типа.
женный Гконец трубки
гайкой f
Для того чтобы подача топлива начиналась точно в наз-
наченный момент, движение иглы происходит с большими ус-
корениями. Наличие воздуха в пространстее под иглой об-
легчает процесс впрыскивания благодаря тому, что начальное
движение иглы с малой скоростью идет на преодоление упру-
гости воздуха, воздействие же на топливо начинается тогда,
когда игла имеет значительную скорость.
Форсунка Кюмминса однако не является типичной от-
крытой форсункой, ибо она со-
держит в себе элементы как
закрытой, так и открытой фор-
сунки. При этом в ней имеется
искусственный подогрев топ-
лива и распыливание происхо-
дит совместно с некоторым
количеством воздуха.
MAN. Форсунка MAN (с
несколькими отверстиями) пред-
ставлена на фиг. 22 и 23. Кор-
пус форсунки а зажат в го-
ловке цилиндра фланцем Ь. От-
верстия с нарезкой с служат
Фиг. 23.
MAN.
входит в
_ для выемки корпуса форсунки.
нки Внутрь корпуса ввинчена ла-
тунная трубка d. Нижний су-
сопло е, которое сильно притянуто к трубке
4. Сравнение открытых и закрытых форсунок
Для определения характеристики струи открытой форсунки ги сравнения ее
с закрытой в Америке в лаборатории Ланглея (Langley Aeronautical Laboratory) было
предпринято специальное исследование. При помощи аппарата, дающего 4 000 сним-
ков в секунду, были произведены кинематографические снимки струи. (Типичная се-
рия фотографий дана на фиг. 24. Здесь же виден метод измерения угла распыли-
вания. Глубина проникновения вершины струи определялась путем нанесения плавной
кривой через вершины струй на последовательных снимках.
В этих сравнительных опытах применена была открытая и закрытая форсунки,
разрезы которых даны на фиг. 25 и 26. В качестве впрыскиваемой жидкости было
взято моторное топливо уд. в. 0,85 при 80° F (26,8° С) и вязкости 44 по Сейбольту
(Saybolt), при атмосферном давлении и температуре 80° F (26,8° С).
На фиг. 27 показано влияние давления впрыскивания на глубину проникнове-
ния вершины струи для трех размеров выходного отверстия открытой форсунки
Фиг. 24. Фотографии струй, снятые в лаборатории Ланглея.
188
ч
Каждая кривая фиг. 27 получена как средняя
по нескольким фотографиям, произведенным при
одинаковых условиях опыта. Это делалось по-
тому, что, хотя условия опыта сохранялись
одни и те же, глубина проникновения все же
при последующих опытах несколько изменялась.
По фиг. 27 видно, что как при увеличении
диаметра отверстия, так и при уменьшении
давления впрыскивания кривые в начальный
период впрыскивания имеют тенденцию к об-
ратной. кривизне. Это явление объяснено в
работе Rothrock по исследованию изменений
давления во впрыскивающей системе (NACA
Technical Report, № 363, 1930).
Результаты сравнительных опытов по ис-
следованию глубины проникновения струй зак-
рытых и открытых форсунок графически пред-
ставлены на фиг. 28.
Сравнение' между собой кривых на этой
«фигуре показывает, что глубина проникновения
в начале впрыскивания для случая открытых
форсунок меньше, чем для закрытых. Примерно
через 0,0005 сек. кривые при открытых фор-
сунках дают обратную кривизну. После этого
скорость вершины сгруи становится почти такой
эке, как при закрытых форсунках.
Повышенная начальная скорость
вершины струи при закрытой форсунке
получается благодаря тому, что перед
началом впрыскивания топливо у вы-
ходного отверстия находится под боль-
шим давлением. При открытой форсунке
впрыскивание начинается тотчас же, как
только' давление топлива у выходного
отверстия форсунки превысит давление,
существующее в камере, куда впрыски-
вается топливо.
Как для открытых, так и для
закрытых форсунок, независимо от диа-
метра выходного отверстия, угол конуса
струи был равен примерно 18°.
Другая серия опытов (SAE Jour-
nal, май, 1930) имела целью сравнить
характер протекания кривых давления
во впрыскивающей системе при упо-
треблении открытых и закрытых фор-
сунок. Сравнительные опыты произво-
Фиг. 25. Опытная открытая форсунка.
Фиг. 26. Опытная закрытая форсунка.
дились в упрощенных условиях: топливо
впрыскивалось в воздух при атмосферном давлении. Результаты их приведены на
фиг. 29.
Открытая форсунка имела пять отверстий диаметром 0,45 мм каждое. Длина
нагнетательной линии была равна 1 м при внутреннем диаметре трубки 2,5 мм.
При окончании подачи давление в топливной линии быстро падало до нуля. Несмотря
на это, открытая форсунка продолжала впрыскивать топливо в течение 15—20° по
углу поворота валика насоса благодаря колебаниям топлива в нагнетательной
линии.
Закрытая форсунка работала в тех же условиях. Игла форсунки открывалась
при давлении 220 ат; закрытие иглы начиналось при давлении около 140 ат,
мгла полностью закрывалась, когда давление падало до 40 ат. По кривой видно,
189
Фиг. 27- Влияние давления впрыскивания на глу-
бину проникновения струи: /—диаметр отверстия
0,254 мж, II—диаметр отверстия 0,508 мм; III—
диаметр отверстия 0,762 мм. Давление впрыскива-
ния: а — 560 ат; в — 420 ат; с—280 am; ^d —
140 ат; е—70 ат.
Фиг. 28. Данные опытов по исследованию глуби-
ны проникновения струи закрытых (сплошные
линии) и открытых (пунктир) форсунок.
что после закрытия иглы в системе
некоторое время имело место коле-
бание давления. Однако колебания
эти были недостаточно сильны для
того, чтобы открыть снова иглу, так
что дополнительной подачи топлива
не происходило.
Сравнивая кривые давлений при
открытой и при закрытой форсун-
ках, можно кроме того отметить, что
подъем давления в открытой фор-
сунке происходит на 6—10° позже,
чем в закрытой. Это явление объяс-
няется тем, что в открытой форсунке
сперва возмещается потеря топлива
от подтекания и затем уже начина-
ется подъем давления.
5. Исследовательские|работы
по форсункам
Развитие быстроходного двига-
теля тяжелого топлива в тех направ-
лениях, которые нужны для авиации,
требует колоссальной исследователь-
ской работы. Эта работа охватывает
не только испытания двигателей в
целом и оценку их с точки зрения
веса, мощности и удельного расхода
топлива, но касается и отдельных
важнейших частей двигателей. В
частности, для бескомпрессорного
быстроходного двигателя имеет пер-
венствующее значение работа его
форсунок. Вот почему исследователь-
ская работа в области форсунок ве-
дется почти во всех лабораториях,
связанных с разработкой двигателей
тяжелого топлива. Результаты этих
исследовательских работ неоднократно
опубликовывались в иностранной тех-
нической литературе. Здесь нужно
упомянуть о работах Рикардо1, Гес-
сельмана 2, Тейлора 3, Гардинера 4,
Засса •.
Исследование форсунок распа-
дается в свою очередь на целый
ряд отдельных частных вопросов. Мы
осветим те из них, которые представ-
ляются нам наиболее интересными.
« „Aircraft Engineering 1929,Т№ 3„
стр. 82—88.
2 NACA Technical Memorandum,
1925, № 312.
з Journal of the Royal Aeronautical
Society, 1928, июль, стр. 555—595.
4 NACA Technical Report, 1926,
№ 243.
з Sass, Kompressorlose Dieselmo-
toren, Berlin 1929.
бпр. от*р. форсуний подтекание иЭ
Откр. форс.^
Фиг. 29. Действие открытой и закрытой форсунок.
В лаборатории NACA
(National Advisory Commit-
tee for Aeronautics) была
произведена работа по ис-
следованию движения фор-
суночной иглы. Движение
иглы фиксировалось на
быстро вращающийся ба-
рабан с окружной ско-
ростью 25,4 м/сек. Было
найдено, что полное от-
крытие иглы происходит
примерно в течение 0,0003
сек. Диаграмма хода иглы
представлена на фиг. 30.
Другая работа каса-
лась исследования удара,
который происходит при
посадке иглы гидравли-
чески управляемой фор-
сунки. Игла возвращается
Фиг. 30. Диаграмма хода иглы форсун-
ки: а—с ограничителем подъема до
0 5 мм, давление впрыскивания —
155 ат, давление открытия иглы
Фиг. 31. К определению
силы удара при посад-
ке топливной иглы.4|
—116 ат, Ь— без ограничителя, давле-
ние впрыски ания —210 ат, давление
открытия —140 ат.
на свое седло, как только
давление в форсунке по окончании впрыскивания топлива станет меньше упру-
гости пружины. Движений иглы при посадке противодействуют как сила инерции,
так и трение в направляющей иглы. При подсчете силы удара иглы предпола-
галось, что давление в форсунке во время закрытия иглы падает мгновенно и не
препятствует ее движению. Масса деформирующейся части седла и его ускорение
во внимание не принимались. Кроме того для упрощения было принято, что ускоре-
ния обоих концов иглы вполне идентичны. На величину силы удара заметное влия-
191
Фиг. 32. Камера сгорания опытного двигателя NACA.
ние оказывала форма иглы, а именно: тонкая игла с массой, сосредоточенной у пру-
жины, дает значительно меньшую силу удара, нежели такая игла, у которой масса
сконцентрирована у нижнего конца.
Среднее значение силы удара иглы вычислялось nojработе деформации (см.
схему фиг. 31), причем была получена следующая ф-ла:
В этой формуле введены следующие обозначения:
т — масса движущихся частей; v — скорость в момент удара; Е — модуль упру-
гости; /j — расчетная длина иглы; /2 — расчетная длина седла; аг — сечение иглы; ал —
расчетное сечение седла.
Следующая работа, произведенная в лаборатории NACA, представляет собой
исследование относительной отдачи быстроходного одноцилиндрового двигателя при
Фиг. 33. Опытная фор-
сунка NACA.
систематическом изменении числа, направления и размера вы-
ходных отверстий форсунки. Результаты этой работы весьма
показательны в смысле выяснения возможности улучшить от-
дачу двигателя применением соответствующей конструкции
форсунки.
Испытания были проведены на универсальном опытном
двигателе NACA со специальной головкой. Форма камеры сго-
рания, а также расположение форсунки и индикатора пока-
заны на фиг. 32.
Фиг. 33 показывает -продольный разрез форсунки, а
фиг. 34 — увеличенное се-
Фиг. 34. Сечение сопла форсунки
NACA-c семью отверстиями.
чение сопла.
В качестве впрыски-
ваемой жидкости было
применено моторное топ-
ливо уд. в. 0,847.
Насос был соединен
с форсункой стальной
трубкой без шва с внут-
ренним диаметром 3,2 мм
и длиной 915 мм. Давле-
ние открытия иглы было
около 210. кг/см2. Про-
филь кулачка насоса был
очерчен так, что скорость
плунжера во время цагне-
192
Авиационные двигателя.
Таблица 1.
Данные испытания форсунок в лаборатории NACA
в мм) Площадь Среднее Расход Максимальн Давление Крутя- Расход
№ фор- Отверстия (число и диаметр отвёрстий индика- давление ЩИЙ МО- топлива
торное давление KtjCM* топлива в цилиндре кг/ся* подачи мент в »/ от полное нагрузки В °/о от полной нагрузки
сунок А В С D Е в мм* г,и с. ч. кг хм*
Группа предварительных и t п ы т а и и й
3 1 - 0,203 2-0,152 2-0,102 0,0338 4,92 172 40,4 542 Проходное сечение
4 2 — 0,203 2 — 0,127 0,0903 5,07 150 38,0 542 отверстий слиш-
7 1 — 0,20; 2 — 0.178 2 — 0,127 2 - 0,102 0,123 5,70 168 33,8 527 ком * мало
1 Испытания форсунок с 7 отверстиями
1 £ « то । £
то ж то . а То и ТО ।
ТБ а!
> ео t- С т
9 1-0,178 2 — 0,457 2-0,127 2 — 0,703 0,445 7,03 8,79 160 213 39,8 338 84 68
10 2 — 0,381 0,348 6,90 8,51 161 222 38,7 • 402 87 71
11 2 — 0,348 0,264 6,47 7,95 186 240 х 35,2 443 75 62
12 2 — 0,254 0,219 6,05 7,10' 182 268 32,4 464 77 58
14 2 — 0,533 0,574 7,10 8,725 185 209 36,6 331 58 60
16 2 — 0Л57 2 — 0,152 0,413 6,54 8,02 195 227 33,1 341 78 73
16-1 2 - 0,203 0,445 6,89 8,58 182 218 35,2 338 83 75
16-2 2 — 0,178 0,464 7,10 8,79 163 213 35 2 324 87 77
17 2 — 0,127 2 — 0,251 0,477 7,32 8,86 154 215 38,0 351 88 78
17—1 2 - 0,305 0,522 7,32 8,93 154 209 34,8 338 86 76
18 2 — 0,305 2 - 0,254 0,60 6,54 8,15 195 236 34,1 343 73 67
18—1 1 — 0,253 0,625 6,54 8,15 195 236 34,8 327 72 67
18 — 2 1 —0,304 2—0,457 2 — 0,305 2 — 0,305 0,690 6,62 8,02 159 236 33,1 324 72 55
Испытания форсунок с 9 отверстиями
С 2 — 0,457 2 - 0,254 2 - 0,203 2 — 0,178 0,542 6,97 8,58 177 222 36,6 331 75 64
С- 1 1 — 0,178 0,567 7,39 9,14 154 209 • 37,3 392 87 77
С-2 1 — 0,254 0,593 7,46 9,20 163 204 35,9 331 80 70
С-3 1-0,178 2 —0,203 2—0,178 2 — 0,152 0,502 7,25 9,0 182 209 33,8 408 67 64
I
тательного хода возрастала. Путем перестановки
перепускного клапана впрыскивание можно было
отнести на любую часть хода плунжера, используя
таким образом переменную скорость • плунжера для
получения различных скоростей впрыскивания. Пе-
риод впрыскивания, измерявшийся осциллографом,
менялся от 37 до 55° по коленчатому валу.
Двигатель тормозился электродинамометром
- в 50—75 л. с. и им же пускался и вращался для
с определения фрикционных потерь. Последнее про-
£ изводилось немедленно после рабочих пробегов.
” Индикаторная мощность определялась как сумма
= тормозной мощности и потерь на трение.
g Скорость двигателя определялась счетчиком
® оборотов с часовым механизмом. Расход топлива
z определялся временем расхода 0,5 фун. (0,227 кг)
с топлива. Расход воздуха замерялся при помощи
s электрических часов, которые отмечали время про-
я хождения 2,26 мя воздуха через газометр. За ис-
ч ключением одного испытания, проведенного при
« скоростях от 400 до 2000 об/мин, все испытания про-
аг изводились при 1500 об/мин и степени сжатия 13,6.
С Результаты испытаний, приведенные к нор-
сп мальным условиям, представлены в табл. 1, в ко-
S торой перечислены форсунки, даны размеры от-
g - верстий и цифры отдачи двигателя.
g, Первые экспериментальные форсунки строи-
о. лись с расчетом полного устранения попадания
е струй как на поршень, так и на стенки камеры
g сгорания. Ограниченная отдача с форсунками № 3
и 4 и 7 (см. таблицу) даже при исключительно
а высоких давлениях впрыскивания имела место ввиду
« недостаточной проходной площади отверстий. Нужно
J отметить, что только с форсункой № 9 с выход-
е- ным сечением 0,445 мм2 двигатель мог работать
£ с полной нагрузкой.
Конструкция этой форсунки, имеющей семь
© отверстий двух различных размеров, была осно-
ю вана на предположении, что струи из отверстий
малого диаметра благодаря их малому проникнове-
* нию распределяют топливо в части камеры сгорания,
пиимыкающей к форсунке.
Дальнейшие испытания имелр целью определить, как влияют на работу двига-
теля, во-первых, два главные отверстия, подающие топливо в часть камеры непо-
средственно над поршнем, во-вто ых, — остальные отверстия, из которых топливо
распределяется по верхней части камеры. Наивыгоднейшим диаметром для главных
отверстий является 0,46 мм. Результаты исследования показывают, что среднее
индикаторное давление при увеличении диаметра отверстий от 0,25 до 0,46 мм
возрастало от 7,10 до 8,78 кг[см2. Соответствующий расход уменьшался от 260 до
21U г/м. с. ч. Дальнейшее увеличение диаметра главных отверстий от 0,46 до 0,53 мм
дало небольшое падение мощности. Это показало, что через отверстия диаметром
выше 0,46 мм проходило больше топлива, чем могло полностью сгореть в обстре-
ливаемом объеме.
Обследование нагара на днище поршня «показало, что все струи из отверстия
диаметром 0,46 мм и больше в действительности достшали поршня. Поскольку
удельный расход топлива при увеличении диаметра до 0,46 мм все-таки уменьшился
можно заключить, что, если струя соприкасается со стенками, это еще не означает
полной потери попавшего на стенки топлива для сгорания. Правда, в этом случае
струя попадала на днище поршня, нагретое до высокой температуры; однако позд-
194
нейшие опыты показали, что то же самое имело место и для струй, попадавших
на охлаждаемые стенки камеры. >
В следующих опытах отдача двигателя замерялась при изменении только двух
внешних боковых отверстий D (фиг. 34), подающих топливо в воздух самой верх-
ней части камеры сгорания. Диаметр боковых отверстий менялся от 0,15 до 0,3 мм
при диаметре двух главных отверстий в 0,46 мм. Начвыгоднейший диаметр внешних
отверстий оказался равным 0,25 мм. При полной нагрузке среднее индикаторное дав-
ление возрасло от 8,02 до 8,86 кг)см2 при увеличении диаметра от 0,15 до 0,254 мм.
Соответствующий расход топлива уменьшился от 230 до 216 г/и. с. ч. Увеличение
диаметра внешних отверстий от 0,254 до 0,3 мм вызвало слегка дымный выхлоп и
увеличение мощности приблизительно на 1°/0. Это показывает, что отверстия диа-
метром 0,254 мм доставляли такое количество топлива, которое соответствует коли-
честву воздуха в верхней части камеры сгорания.
В таблице показано также влияние на отдачу мотора изменения отверстий С
от 0,127 до 0,305 мм (форсунки № 17 и 18) Отверстия С нужно рассматривать как
вспомогательные по отношению к большим отверстиям D. Упомянутые изменения
отверстий С понизили среднее индикаторное давление от 8,86 до 8,15 кг)см2 и по-
13*
195
высили расход от 220 до 240 г/л. с. ч., благодаря менее равномерному распределе-
нию топлива.
Форсунки с девятью отверстиями дали настолько малые изменения по сравне-
нию с предыдущей группой форсунок, что осталось под сомнением, оправдывает
ли себя добавление двух отверстий. В этих форсунках крайние отверстия Е были-
стеснены в углу так, что расход через эти отверстия оказался слишком малым. Это
подтвердилось после фотографирования струй.
Фиг. 35 и 36 дают изображения струй из форсунки № 9 при давлении впры-
скивания 335 и 578 кг/см2.
Фиг. 37 дает картину струи из форсунки №17-1, имеющей наружные отверстия
0,3 мм диаметром. Можно видеть, что наружные струи форсунки 17-1, ударяясь о
стенку камеры, отклонялись вниз в ту часть камеры, которая иным путем не могла
быть обстреляна.
На фиг. 38 дано изображение струи из форсунки № 16-2, с диаметром наруж-
ного отверстия 0,2 мм.
Фиг. 39 показывает струю из форсунки № 12, имевшей главные отверстия диа-
метром 0,254 мм против 0,457 мм у остальных форсунок. Благодаря уменьшению
196
проходного сечения давление впрыскивания было
равно 490 ат против 335 ат в остальных фор-
сунках.
Наконец фиг. 40 дает картину струи из
форсунки с девятью отверстиями. Отсутствие
четких очертаний струи можно приписать стесне-
нию крайних струй. '
ЧАСТЬ 2
НАСОСЫ
1. Требования, предъявляемые к насосам,
и детали их устройства
Топливный насос служит для точной до-
зировки горючего и подачи его под большим
давлением в нужный момент в цилиндр двига-
теля. Задача введения топлива в цилиндр имеет
громадное значение. От ее решения в большой
степени зависит успешная работа машины. Осо-
бенно высокие требования в смысле точной ре-
гулировки количества подаваемого топлива, а
также моментов начала и конца подачи предъ-
являются к двигателям быстроходным, у кото-
рых подача за один рабочий ход по весу и объему
весьма незначительна, время впрыскивания ис-
числяется тысячными долями секунды, а давле-
ние впрыскивания должно быть порядка 200—
700 ат.
Отсюда вытекают те требования, которые
ставятся перед топливным насосом быстроход-
ного двигателя:
1. Точная регулировка количества подавае-
мого топлива соответственно нагрузке двигателя.
2. Подача топлива в определенное время
и возможность изменять моменты начала и конца
подачи соответственно скоростному режиму ма-
шины.
3. Минимальные усилия в регулировочном
механизме.
4. Разгрузка от давления нагнетательного
трубопровода во время отсечки подачи, в особенности в спучае открытой форсунки.
5. У многоплунжерного насоса для многоцилиндрового двигателя — одинаковая
подача топлива по времени и по количеству у всех насосных элементов.
6. Тщательная пришлифовка плунжера в цилиндре и всех поверхностей стыков,
обеспечивающая непроницаемость при высоком давлении подачи.
7. Простота конструкции, легкая замена отдельных деталей.
В качестве материала для плунжеров, цилиндров и клапанов насоса приме-
няется специальная сталь. Эти части насоса подвергаются термической обработке.
Втулки цилиндров насоса часто делаются из мелкозернистого перлитового чугуна.
Поверхности посадки клапанов делаются минимальными, чтобы обеспечить герме-
тичность. Для этой же цели все поверхности стыков шлифуются; там, где это невоз-
можно, ставятся медные прокладки. Уплотнительные набивки в насосах не приме-
няются, так как они не выдерживают продолжительное время высоких давлений, вы-
крашиваются, засаривают трубопровод, правильную затяжку их трудно обеспечить
в эксплоатации. "
Обычно каждый цилиндр двигателя имеет индивидуальный насос или соответ-
ствующий элемент в общем насосном агрегате. В некоторых конструкциях однако
197
Фиг. 41. Изменение коэфициента подачи насоса
в зависимости от давления впрыскивания: а —
при 860 ходах плунжера в минуту, b—при 620
ходах в минуту.
Фиг. 42. Топливный фильтр Гессельмана: а — вход топлива;
Ъ, с — продольные канавки; d — подводящая трубка для топ-
лива; е, f—отверстия для выхода топлива; g—гайка; h —
трубка к топливному насосу; i—палец с нарезкой для вы-
емки фильтра; k — хомуты для укрепления фильтра.
один элемент насоса обслуживает не-
сколько цилиндров. В этих случаях
плунжер делает соответственно большее
число ходов, и топливо подается в от-
дельные цилиндры через специальные
распределительные устройства. Система
привода к насосу делается достаточно
жесткой, свободной от упругих дефор-
маций, которые могли бы нарушить пра-
вильную работу насоса. Пружина тол-
кателя рассчитывается на силы инерции
движущихся частей, которые в известные
моменты стремятся отделить ролик от
кулачка.
Работа каждого плунжера соот-
ветствует по вре пени опре-
деленным положениям кри-
вошипа обслуживаемого им
цилиндра. Наиболее удобным
$ вляется привод плунжеров
при помощи кулачков; дру-
гие способы привода, нап-
ример при помощи эксцент-
риков, применяются сравни-
т льно редко. Кулачку дается
определенный профиль, ока-
зывающий существенное вли-
яние на процесс впрыскива-
ния топлива.
При проектировании
профиля кулачИа, а также
рабочих полостей насоса
исходят из основных положе-
ний гидравлики. В расчет
вводятся однако поправки
на сжимаемость топлива как
реальной жидкости. Выше
было указано, что сжимае-
мость топлива составляет
около 0,0001 его объема на
1 ат. Следовательно при
давлении подачи в 500 ат
объем топлива уменьшается приблизительно на 5°/0. Это обстоятельство влияет в
первую очередь на коэфициент подачи насоса. В начале всасывающего хода плун-
жера топливо, оставшееся в рабочем объеме насоса, расширяется до давления вса-
сывания, после чего только начинается поступление топлива в насос. На фиг. 41
показано, что коэфициент подачи топливного насоса значительно уменьшается с воз-
растанием давления подачи. В этом насосе отношение рабочего_рбъема ко всему
объему нагнетательной камеры составляет около 1:14.
Большое значение для успешной работы насоса имеет тщательная фильтрация
топлива, которая д?лжна обеспечить полное удаление частиц грязи, металлических
стружек и т. д. Средние диаметры частиц пыли и песка, имеющихся в спокойном
воздухе, бывают от 0,02 до 0,002 мм\ следовательно фильтр должен быть очень мел-
ким; в особенности это важно при работе с многодырчатыми форсунками, так как
при весьма малом диаметре выходных отверстий легко можно ожидать их засорения.
Среди многочисленных способов фильтрации топлива можно указать на приме-
нение матерчатых фильтров, лабиринтных, керамических и сетчатых. Последние
представляют собой набор из 15—30 листов тончайшей медной сетки (Kupfertuch).
Некоторые типы топливных фильтров показаны на фиг. 42—44.
198
Фиг. 43. Фильтр с металлическими шайбами.
Фиг. 44. Фильтр с металлическими
шайбами и приспособлениями для
очистки.
Хотя по своей конструкции топ-
ливные насосы не представляют со-
бой слишком сложного устройства,
однако условия их рэботы и предъяв-
ляемые требования обусловливают чрез-
вычайно точную обработку и при-
гонку всех деталей. Вот почему топ-
ливные насосы составляют предмет производства специальных заводов.
2. Способы регулировки подачи *
У топливных насосов бескомпрессорных двигателей применяются три способа
регулировки подачи: 1) изменением конца впрыскивания; 2) изменением начала
впрыскивания; 3) изменением одновременно начала и конца впрыскивания. На фиг. 45
все три случая представлены схематически. z
Горизонтальная линия на каждой фигуре представляет собой спрямленную
основную окружность кулачка, кривая линия — траекторию центра ролика; полезный
ход плунжера изображен вертикальными отрезками h.
Первый из указанных способов (фиг. 45, /) применяется чаще всего. Начало
впрыскивания соответствует точке А и остается все время неизменным. Конец впры-
скивания, обозначенный точками Bv В2 и В3, в зависимости от нагрузки двигателя
меняется, и таким образом меняется полезный ход плунжера.
Для тех машин, у которых скоростной режим изменяется в широких пределах,
описанный способ регулировки связан со следующим недостатком. На малом числе
оборотов начало впрыскивания, оставаясь неизменным по углу поворота кулачка,
по времени из-за пониженного числа оборотов происходит значительно раньше.
На некотором числе оборотов двигателя время от начала впрыскивания до прихода
поршня в в. м. т. может оказаться настолько большим, что развившееся горение
вызовет недопустимо высокие давления в цилиндре двигателя. Для этих машин
может быть применен второй способ, схематически представленный на фиг. 45, //
199
Фиг. 45. Способы регулировки
подачи: I— изменением конца
впрыскивания; II — изменением
начала впрыскивания; III—из-
менением начала и конца впры-
Конец впрыскивания, точка В, здесь сохраняет
все время одно и то же положение по отношению
к мертвой точке. Начало же впрыскивания, в соот-
ветствии с нагрузкой двигателя, переносится: точки
А2, Д3 соответствуют уменьшенной нагрузке по срав-
нению с первоначальным положением А3. Если при
этом способе регулировки машина идет на малых
оборотах и при уменьшенной нагрузке, то чрезмер-
ных давлений в цилиндре не будет, так как начало
подачи теперь ближе к мертвой точке, и горение
правильно располагается во времени.
Наконец третий способ регулировки показан на
фиг. 45, III. В этом комбинированном способе и
начало и конец впрыскивания меняют свое поло-
жение. С уменьшением нагрузки начало впрыскивания
переносится в точки А2, А3, а конец впрыскивания
одновременно с этим переходит в точки В2, В3.
При этом способе регулировки период впрыскива-
ния наилучшим образом может согласоваться с на-
грузкой и числом оборотов машины, но зато кон-
структивное оформление этого способа сложнее и
дороже, поэтому он применяется сравнительно редко.
Способы конструктивного решения задачи регу-
лировки топливных насосов чрезвычайно разнообразны.
Кладя этот признак в основу их классификации,
можно наметить следующие три группы топливных
насосов: 1) насосы с регулировкой перепуском топ-
лива; 2) насосы с переменным ходом плунжера; 3) на-
сосы с дросселирующей иглой.
3. Насосы с регулировкой перепуском топлива
Такие насосы являются довольно распространен-
скивания.
сс в
Фиг. 46. Способы регулировки подачи: а — пе-
репускным клапаном; Ь — винтовым прорезом на
плунжере.
ными. Регулировка количества пода-
ваемого топлива у этих насосов мо-
жет осуществляться тремя путями.
1. Всасывающий клапан насоса
остается открытым в продолжение
части нагнетающего хода плунжера
и закрывается в тот момент, когда
должна начаться подача топлива в
цилиндр. Таким образом часть топ-
лива отводится обратно во всасываю-
щую линию насоса, и размер подачи
изменяется в зависимости от переста-
новки момента закрытия всасываю-
щего клапана.
2. В конструкции насоса пре-
дусматривается специальный пере-
пускной клапан или золотник (фиг.
46, а), сообщающий нагнетательную
часть насоса со всасывающей. Раннее
или позднее открытие перепускного
клапана соответственно удлиняет или
укорачивает полезный ход плунжера и
следовательно является у этого насоса
способом регулировки подачи топлива.
3. Вместо всасывающего кла-
пана в насосе имеется впускное от-
200
верстие. Впуск топлива и отсечка подачи управляются самим
плунжером, причем для этого на плунжере или на втулке ци-
линдра имеется винтовая канавка, а также отверстие или про-
рез, сообщающий полость канавки с нагнетательной частью
насоса (фиг. 46, Ь). Начало подачи топлива остается неиз-
менным и совпадает с тем моментом, когда плунжер при дви-
жении вверх закрывает впускное отверстие. Отсечка подачи
происходит тогда, когда кромка канавки освобождает впуск-
ное отверстие и отводит избыточную часть топлива во вса-
сывающую линию насоса.
Ниже следует краткое описание некоторых конструкций
топливных насосов, у которых регулировка подачи произво-
дится перепуском топлива с применением одного из указанных
выше способов.
У авиационного и автомобильного дизелей должна быть
обеспечена работа насоса при расположении топливного бака
ниже насоса без помощи первичной вспомогательной помпы.
В особенности это важно для авиационного дизеля, так как
здесь перепад между баком и насосом зависит от положения
самолета. Этому требованию удовлетворяет насос, конструкция
которого показана на фиг. 47.
Плунжер е связан с толкателем k и эксцентриком р.
Всасывающий клапан b приводится от эксцентрика о. В на-
чале нагнетающего хода плунжера всасывающий клапан b
открыт. Когда плунжер пройдет почти половину нагнетающего
хода и его скорость достигнет максимума, всасывающий кла-
пан закрывается. В насосе быстро нарастает высокое давление,
и происходит подача топлива. Отсечка подачи наступает в
тот момент, когда серьга f подойдет к упору g и откроет
снова всасывающий клапан. С момента открытия клапана b
топливо перепускается во всасывающую линию насоса. К на-
фиг. 47. Насос с ре-
гулировкой открытием
всасывающего клапана.
чалу всасывающего хода плунжера
клапан b полностью открыт. Таким
образом полезный ход плунжера сос-
тавляет небольшую часть его подъема,
соответствующую максимальной ско-
рости плунжера. Эксцентрик р связан
с регулятором. В зависимости от по-
ложения эксцентрика серьга f раньше
или позднее подходит к упору g.
В многоцилиндровой машине
отдельные секции насоса могут быть
между собой точно согласованы путем
перемещения упоров g.
Линке-Г офман. Конструк-
ция топливного насоса Линке-Гоф-
ман видна на фиг. 48. С целью сок-
ращения объема топливной линии
насосы монтируются непосредственно
на головках цилиндров. Привод к
насосу от кулачкового валика а осу-
ществлен через толкатель с роликом Ь,
действующий на плунжер с. Топ-
ливо» попадает в цилиндр насоса е
через фильтр, имеющийся перед на-
сосом, и через всасывающий клапан d,
управляемый плунжером. В начале
нагнетающего хода плунжера топливо
перегоняется в пространство всасы-
Фиг. 48. Насос Линке-Гофман.
201
вания до тех пор, пока плунжер не закроет всасывающего
Фиг. 49. Насос конструк-
ции Фрей.
клапана. После этого топливо по короткому сверлению /
в корпусе насоса попадает в кольцевое пространство g зак-
рытой форсунки. Когда давление топлива преодолевает
упругость пружины i, игла форсунки открывает выходное
отверстие и топливо впрыскивается в цилиндр. Отсечка
подачи осуществляется открытием перепускного клапана I,
закрывающего канал k. Перепускной кл^ран открывается
рычажком т, на который действует второй рычажок п, при-
поднимаемый при движении вверх толкателя Ь. Конец ры-
чажка п закреплен на эксцентрике регулировочного валика р
таким образом, что поворот регулировочного валика в ту
или другую сторону дает соответственно раннее или позд-
нее открытие перепускного клапана.
Еще одна конструкция топливного насоса, разрабо-
танная инж. Фрей, показана на фиг. 49. Характерным в
устройстве насоса является то, что всасывающий клапан
расположен выше форсунки; Благодаря этому обеспечено на-
дежное удаление воздуха из насоса и трубопровода. В на-
чале нагнетающего хода плунжера всасывающий клапан
остается открытым, и попадающие в насос пузырьки воз-
духа удаляются во всасывающую систему.
Всасывающий клапан 8 расположен в верхней точке
цилиндра 6, который сообщен каналом 12 с простран-
ством вокруг форсунки 14. Плунжер 4 приводится в
движение от кулачка при помощи передаточной
штанги 2. Всасывающий ход плунжера совер-
шается тогда, когда штанга 2 под влиянием
сильной пружины идет вниз. Отросток штанги 9
открывает при этом всасывающий клапан, и топ-
ливо проходит в пространство 6. В продол-
жение части нагнетающего хода плунжера вса-
сывающий клапан остается открытым, и из сис-
темы вместе с частью топлива удаляются пу-
зырьки воздуха. Подача насоса начинается в
момент закрытия всасывающего клапана. Топливо
нагнетается по каналу 12 в полость форсунки 13
и открывает иглу. Отсечка подачи наступает в
момент открытия перепускного клапана 18, уп-
равляемого коромыслами 21.
К е р т и н г. Интересную конструкцию
представляет собой топливный насос; Кертинг
(фиг. 50) с диференциальным плунжером. В
верхней, более тонкой части плунжера, выс-
верленной вдоль оси, имеется перепускной кла-
пан, прижатый к своему седлу небольшой пру-
жиной. Вдоль стержня этого клапана имеются
канавки. Когда плунжер пройдет некоторую
часть хода, стержень перепускного клапана упи-
рается в верхний кулачок, клапан открывается,
Фиг. 59. Насос Кертинг с диферен- топливо перепускается по продольным канавкам
циальным плунжером. на стержне клапана в верхнюю полость насоса
и отсюда — во всасывающую линию. Момент
отсечки может изменяться поворачиванием верхнего кулачка.
Насос Атлас с редуцирующим поршнем. Особенностью этой кон-
струкции является наличие специального поршенька, служащего для разгрузки нагнета-
тельной линии насоса. Устройство насоса показано на фиг. 51. В корпусе нагнетатель-
ного клапана D имеется поршенек R. Топливо всасывается плунжером Р через кла-
пан 5. При нагнетающем ходе плунжера сперва выталкивается поршенек Р, а затем
202
уже открывается нагнетательный клапан D,
и начинается подача топлива. Отсечка по-
дачи происходит благодаря открытию вса-
сывающего клапана при помощи поршень-
ка St, который в свою очередь выдвигается
концом рычажка, посаженного на ось Е.
С открытием всасывающего клапана дав-
ление в насосе падает. Поршенек R воз-
вращается на место давлением, имеющимся
еще в нагнетательной линии, и увеличи-
вает ее объем. Таким образом давление в
нагнетательной линии уменьшается, вслед
за чем нагнетательный клапан D садится
на свое место.
Конструкция насоса, показанная на
фиг. 52, принципиально от предыдущей
ничем не отличается. Здесь поршенек R
вынесен в отдельную полость, сообщаю-
щуюся с насосом и.с нагнетательным тру-
бопроводом.
Юнкере. Устройство насоса Юн-
керса показано на фиг. 53. Регулировка
подачи осуществляется, как и у насоса
Бош, поворотом плунжера, для чегс имеется
специальное устройство. У нижнего конца
плунжера сделан боковой отросток, кото-
рый входит в продольный вырез втулки,
связанной с регуляторным механизмом. На
Фиг. 51. Насос Атлас с редуцирующим пор-
шеньком.
теле плунжера имеется выточка и два среза, образующие наклонные кромки. В верх-
ней своей части плунжер высверлен вдоль оси вплоть до поперечного отверстия,
которое сделано на высоте выточки. Для входа и перепуска топлива в цилиндрике
просверлены две пары отверстий. Когда плунжер движется кверху и его верхняя
кромка закрывает верхние отверстия, подачи топлива еще нет, так как нагнетатель-
Фиг. 52. Насос с редуцирующим пор-
шеньком в отдельной полости.
Фиг. 53 Насос Юнкерса.
203
Фиг. 54. Схема
насоса РЕФ.
ная часть насоса сообщена осевым сверлением плунжера и нижней
парой отверстий с пространством всасывания. Подача начинается в
тот момент, когда нижняя кромка выреза закроет нижнюю пару
отверстий; конец подачи наступает тогда, когда верхняя кромка
выреза освобождает верхние отверстия.
Насос РЕФ. Конструкция насоса, разработанная инженером
Оранж, схематично изображена на фиг. 54. Топливо из бака по-
дается самотеком или под давлением в кольцевую выточку Ь, имею-
щуюся в нижней части корпуса насоса а. Отсюда оно через отвер-
стия d в теле плунжера с попадает во внутреннюю полость плун-
жера е. В начале хода всасывания топливо проходит через откры-
тый всасывающий клапан / и заполняет объем g, диаметр которого
несколько больше диаметра плунжера. Далее топливо поступает в
пространство g, через отверстия h всасывающего клапана /. По
окончании хода всасывания клапан f под действием винтовой пру-
жины садится на свое седло в плунжере и разобщает всасывающую
полость от нагнетательной. Поступившее в насос топливо находится
в этот момент в пространствах g и glt сообщающихся друг с другом
отверстиями h.
Нагнетающий ход начинается всегда в один и тот же момент.
/, закрывающим его внут-
реннюю полость, движется
кверху и нагнетает топ-
ливо в цилиндр двигателя.
Отсечка подачи про-
исходит в тот момент,
когда отверстие k, веду-
щее во внутреннюю по-
лость плунжера, выходит
за кромку I цилиндра.
Так как эта часть ци-
линдра является продол-
жением пространства g и
в то же время сообщена
с пространством gv то
следовательно.отверстие k
соединяет между собой
нагнетательную и всасы-
вающую полости насоса.
Как только топливо
стало перепускаться через
отверстие k ю внутрен-
нюю полость плунжера,
давление тотчас же па-
дает, нагнетающий клапан
под действием пружины
закрывается и полезный
ход плунжера в этот мо-
мент прерывается.
Регулировка подачи
осуществляется поворачи-
ванием плунжера вокруг
его оси. Кромка цилиндра I
Плунжер вместе с всасывающим клапаном
Фиг. 55. Конструкция насоса РЕФ.
направлена по винтовой
линии, и следовательно перепускное отверстие k открывается раньше или позднее
в зависимости от угла поворота плунжера.
Конструкция насоса РЕФ представлена на фиг. 55. Плунжер насоса, работаю-
щий во втулке цилиндра L, соединен нижним концом с толкателем 5. Верхний конец
плунжера закрывается всасывающим клапаном F. На втулке цилиндра L выфрезеро-
204
вана винтовая канавка а, образующая распре-
делительную кромку. Нагнетательная трубка Н
закреплена при помощи ниппеля G и гайки I.
Для поворота плунжера вокруг оси служит
рычаг /?, связанный с регулятором. Нулевому
положению рычага отвечает такое положение
плунжера, при котором перепускное отверстие
открыто уже в н. м. т., и подачи топлива не
происходит.
Для выключения отдельных насосных эле-
ментов при работающем двигателе служит сто-
порное приспособление В. Рукоятка стопора
поворачивается на 90° по часовой стрелке,
стопор входит в кольцевую выточку толкателя 5
и оттягивает его от кулачка. При разборке
насоса стопор удерживает толкатель, нагружен-
ный пружиной.
Если требуется изменить подачу в неболь-
ших пределах, то это достигается заменой прок-
ладок V между втулкой цилиндра и корпусом
насоса. В многоцилиндровых машинах, где нужно
согласовать работу всех плунжеров, регулировка
производится перестановкой по сегментам ры-
чагов /?.
Положительная сторона описываемой кон-
струкции заключается в том, что все детали
насоса: плунжер, втулка цилиндра, корпус на-
соса, всасывающий и нагнетательный клапаны Фиг. 56 Двухплунжерныи насос РЕФ'
и наконец присоединение нагнетательной маги-
страли— собраны по одной оси. При разборке достаточно отдать гайку q и разоб-
щить штыковой запор между плунжером и толкателем, чтобы все это „хозяйство"
легко могло быть извлечено из корпуса насоса.
У насоса РЕФ на регулятор передается лишь небольшое усилие, обусловлен-
ное трением при поворачивании плунжера. Благодаря этому значительно умень-
шаются размеры регулятора, а регулировка получается более точной и чувстви-
тельной.
Интересно проследить, что заставило конструктора предпочесть автоматически
управляемый всасывающий клапан, вместо того чтобы воспользоваться и в этом слу-
чае плунжером насоса как распределительным органом Дело в том, что если плун-
жер выполняет функции золотника, то его путь значительно удлиняется, во-первых,
на высоту всасывающих окон и, во-вторых, еще на некоторое расстояние, обеспечи-
ваю, нее надежное закрытие окон. В противном случае часть топлива, особенно на
малых оборотах машины, когда скорость плунжера невелика, перепускается через
зазоры в пространство всасывания, и давление в нагнетательной линии падает. При-
менение всасывающего клапана устраняет эти недостатки. Огсечка происходит
мгновенно и не зависит от числа оборотов машины. Начало впрыскивания
отстает от момента закрытия всасывающего клапана лишь на ту незначительную
величину, которая обусловлена сжимаемостью жидкого топлива и деформацией тру-
бопровода.
У нормального всасывающего клапана имеется тот недостаток,, что в момент
его открытия должна быть преодолена инерция самого клапана и столба топлива
в трубопроводе. Отсюда неизбежно некоторое запаздывание начала всасывания, а
также уменьшение коэфициента подачи по мере увеличения числа оборотов. В на-
сосе РЕФ в начале всасывающего хода плунжера клапан и столб жидкости во
внутренней полости плунжера остаются в покое, и запаздывания не происходит.
Насосы РЕФ изготовляются в настоящее время трех типов, отличающихся друг
от друга по величине. Диаметр плунжера — от 8 до 16 мм.
На фиг. 56 представлен сдвоенный насос для двигателя большой мощности.
Оба плунжера здесь управляются одним и тем же регулировочным рычагом.
205
Фиг. 57. Топливные насосы Бош с одним, двумя, четырьмя и шестью плун-
жерами.
Бош. На фиг. 57 показан общий вид топ-
ливных насосов Бош с одним, двумя, четырьмя
и шестью плунжерами. Число насосных элементов
отвечает числу цилиндров двигателя, обслуживае-
мого насосом.
Конструкция насоса с одним плунжером
показана на фиг. 58. Насос состоит из цилинд-
ра а и плунжера Ь. Цилиндр акрыт сверху
нагнетательным клапаном с с нажимной пружиной.
От штуцера, в котором помещается пружина кла-
пана, идет нагнетательный трубопровод к фор-
сунке. В верхней части" корпуса насоса поме-
щается камера всасывания, которая соединена
с гопчивным баком при помощи трубки е.
С другой стороны эта камера соединена двумя
небольшими отверстиями с нагнетательной’ поло-
стью насоса. Ход плунжера постоянный. Подача
топлива начинается в тот момент, когда плунжер
при ходе вверх своей верхней кромкой закры-
вает упомянутые два отверстия из камеры всасы-
вания. Отсечка подачи наступает тогда, когда
нижняя наклонная кромка плунжера освобождает
эти отверстия.
Наибольшая полезная подача топлива за
один рабочий ход плунжера дана в следующей
табличке для насосов разных размеров:
Диаметр плунжера в мм ... 6,0 6,5
Приблизительная подача в мм3. . 100 125
7,0 7,5 8,0 9,0 10,0
J5 160 180 г230 280
Регулировка подачи топлива достигается изменением момента окончания подачи
путем поворота плунжера. Для этой цели на цилиндр насажена втулка /, у верхнего
конца которой имеется зубчатый венец. Этот венец находится зацеплении с зуб-
чатой рейкой g, которая передвигается от руки или от регулятора. В нижней части
втулки имеются два продольных прореза, расположенных один против другого, в ко-
торых ходит, поперечина плунжера. Таким образом угловое перемещение втулки пере-
дается плунжеру. Насос не подает топлива, когда регулирующая рейка находится
в одном из своих'крайних положений; в противоположном положении подача топ-
лива будет максимальной. _ '
Способ действия насоса детально показан на фиг. 59. В нижнем положении
плунжера оба отверстия, соединяющие цилиндр с камерой всасывания, открыты, и
цилиндр наполнен топливом. В начале нагнетательного хода плунжера некоторое ко-
личество топлива перегоняется обратно в камеру всасывания до тех пор, пока плун-
жер не закроет обоих отверстий. С этого момента начинается сжатие топлива, и оно
подается через нагнетательный клапан и трубопровод к форсунке. Подача заканчи-
206
вается в тот момент,
когда кромка наклон-
ного прореза, обозна-
ченная стрелкой, от-
крывает отверстие с
правой стороны. Тогда
пространство над плун-
жером, находящееся под
давлением, сообщается
посредством канавки на
Фиг. 59. Способ регулировки насосов Бош.
плунжере с камерой
всасывания. На двух видах слева плунжер
показан в положении максимальной подачи,
при которой наклонная кромка канавки
совсем не открывает правого отверстия.
Два соседних вида дают положение плун-
жера для средней подачи, и наконец край-
ний правый вид дает положение, при кото-
ром подачи не будет, так как вертикаль-
ная канавка на плунжере все время сооб-
щена с правым отверстием.
В тот момент, когда нижняя кромка
наклонной канавки открывает перепускное
отверстие, давление в цилиндре насоса па-
дает. Давление в топливной линии, а также
верхняя пружина закрывают нагнетательный
клапан. Благодаря особой конструкции наг-
нетательного клапана во время его закры-
Фиг. 60. Нагнетательный клапан насосов
Бош в закрытом (слева) и открытом (справа)
положениях.
тия происходит падение давления в топлив-
ной линии. Это необходимо для того, чтобы
обеспечить быстрое закрытие форсунки и
устранить подтекание, если форсунка от-
крытого типа.
Нагнетательный клатн (фиг. 60) имеет
внизу цилиндричес ий направляющий хвос-
товик. Когда клапан приподнимается с седла,
топливо протекает в нагнетательный тру-
бопровод сквозь продольный канал и от-
верстия, выходящие в кольцевую канавку
на клапане. Выше этой кольцевой канавки
имеется короткая цилиндрическая часть,
точно пригнанная к каналу седла. При
закрытии нагнетательного клапана эта ци-
линдрическая часть входит в канал кла-
панного гнезда, благодаря чему емкость
Углы поворота валика насоса в градусах.
Фиг. 61. Кривая давлений в нагнетатель-
ной линии при наличии разгрузочного пор-
шенька.
топливной линии увеличивается и давление
сразу же падает.
Влияние такого устройства нагнета-
тельного клапана на характер кривой давле-
ний показано на фиг. 61. Здесь дана кривая давлений в нагнетательной линии, заме-
ренная у 4-тактного двигателя со струйным распиливанием, при скорости вращения
валика насоса 500 об/мин.
На фиг. 62 показан разрез 4-плунжерного насоса Бош. Для привода шуиже-
ров имеется валик с кулачками по числу отдельных элементов насоса.
4. Насосы с переменным ходом плунжера
В отличие от насосов предыдущей группы, где ход плунжера оставался все
время постоянным, у этих насосов регулировка подачи достигается изменением хода
207
Фиг. 62. Разрез 4-плунжерного насоса Бош.
Фиг. 63 Различные способы регулировки насосов с пе-
ременным ходом плунжера.
плунжера, причем для этого
существует целый ряд спо-
собов. Некоторые из них схе-
матично показаны на фиг. 63.
Кулачок переменного про-
филя, перемещающийся вдоль
оси, позволяет иметь очень
простую конструкцию насоса.
Перемещение кулачка произ-
водится или от руки, или
воздействием регулятора. В
другом случае кулачок сме-
щается относительно плун-
жера при помощи двойного
эксцентрика. Следующий спо-
соб состоит в перемещении
конца толкателя плунжера
по качающемуся рычажку.
Изменяются плечи этого ры-
чажка и вместе с тем ход
плунжера. Наконец измене-
ние хода плунжера может
быть получено вставлением
клина в механизм толкателя.
В этом случае для изменения
хода требуется довольно
большое усилие. Для насо-
сов с давлением подачи выше
100 ат этст способ не при-
меняется, так как размеры
регулятора получаются очень
большие.
Насосы с переменным
ходом плунжера применя-
ются у быстроходных двига-
телей довольно часто. Крат-
кое описание некоторых ти-
пов таких насосов дается
ниже.
Насос Дорне р.
Насос Дорнер и форсунка
представляют собой один об-
щий агрегат (фиг. 64). В
нагнетательной линии насоса
имеется два шариковых об-
ратных клапана <и. Топливо
всасывается плунжером р
через щель $. Нижний конец
плунжера присоединен к нап-
равляющей втулке е, нагру-
женной пружиной. В шаро-
вое гнездо втулки упирается
толкатель I. Движение плунжера осуществляется следующим образом. Топливный
кулачок п, действуя на ролик гг, приподнимает рычаг й, имеющий ось качания в
точке о. Отсюда движение сообщается плунжеру через ролик г2 и толкатель I.
I Регулировка подачи производится путем изменения хода плунжера; регулиро-
вочный валик w связан с регулятором; поворот этого валика дает перемещение ро-
лика г2 по рычагу й, вследствие этого изменяется величина радиуса р, а значит, и
полезный ход плунжера. Наибольшей величине р соответствует максимальная подача.
208
ПройДя обратные кЛапайы <t). Топ-
ливо попадает в открытую форсунку
(фиг. 65), из которой впрыскивается
в цилиндр конусной струей.
МАН. Конструкция насоса прец-
Ставлена на фиг. 66. Два типа на-
сосов предназначены соответственно
для обслуживания 4- и 6-цилинаро-
вых двигателей У 4-плунжерного
насоса все четыре насосных элемента
заключены в одном агрегате. Насос
6-цилиндрового двигателя устроен в
двух блоках, по три плунжера в каж-
дом. Насос имеет две независимые
друг от друга регулировки: моментов
впрыскивания и количества подавае-
мого в цилиндр топлива. Привод
к плунжеру d от кулачка а осуще
ствлен при помощи двух промежу-
точных рычажков b и с. Концы обоих
промежуточных рычажков закреп-
лены на эксцентриках валикэв ей/.
Эксцентриситеты находятся в таком
положении, ч о нижний промежу-
точный рычаг при поворачивании
своего валика е перемещается в го-
ризонтальном направлении, верхний
же рычажок с при поворачивании
валика / получает вертикальное пе-
ремещение.
Горизонтальное перемещение
рычажка,Ь изменяет момент сопри-
косновения ролика с кулачком ва-
лика а и таким образом влияет на
момент начала подачи топлива. Экс-
центрики нижних промежуточных
рычажков устанавливаются точно на
одинаковое начало подачи у всех
насосных элементов.
Верхний промежугочный*рыча-
жж с в зависимости от положения
своет о валика / влияет на момент от-
сечки полезного хода плунжера. От-
сеч та производится открытием пере-
пускного клапана, нагруженного силь-
ной пружиной. Перепускным клапа-
ном топливо отводится во всасываю-
щую линию насоса.
При резком выходе через пе-
репускной клашн топливо вспени-
вается, и в нагнетательный трубо-
провод могут попасть пузырьки воз-
духа. Поэтому в данной конструк-
ции приняты меры против обра-
зования эмульсии. Топливо после
перепускного клапана, проходит вто-
рой клапан, нагруженный пружи-
ной. После этого оно попадает в
полость, соединенную трубкой с за-
209
шт/Л
14 4пиаць пяы. дтгатели.
от воздушных
пасным резервуаром для топлива, где последнее освобождается
9
пузырьков.
Как видно из фиг. 66, всасывающий клапан насоса подвешенного типа,
нагруженный пружиной, расположен вдоль оси плунжера. Над всасывающим клапаном
имеется также нагруженный пружиной толка-
Фиг. 67. Насос Робей.
210
тель, который может быть отжат кулачком
валика g. В этом случае он удерживает
всасывающий клапан открытым. Это устрой-
ство позволяет выключать отдельные цилиндры,
что обычно делается на холостом ходу, а так-
же в случае необходимости проверить работу
отдельных цилиндров.
Кулачковый валик а высверлен вдоль
оси. Внутри его помещена пружина предель-
ного регулятора (фиг. 66), действующего на
валик t и ограничивающего максил альную для
данного скоростного режима подачу топлива.
Робей (Robey). Очень простая и по-
тому особенно интересная конструкция насоса
разработана английской фирмой Robey
(фиг. 67). Привод к плунжеру от кулачка осу-
ществлен при помощи рычага второго рода
и переставного ролика. Регулировка подачи
производится изменением хода плунжера путем
изменения плеча рычага от оси ei о качания до
точки касания ролика. Для перестановки
момента начала подачи ось качания рычага
может перемещаться в обе стороны, чем
достигается изменение момента набегания
ролика на кулачок.
Фрейи Фишер. Насос и форсунка
Фрей объединены в одном агрегате (фиг. 68).
Движение передается от кулачка плунжеру
через промежуточный переставной рычаг. Над
плунжером имеется всасывающий клапан, свя-
занный с плунжером системой рычажков. Он
открывается при движении плунжера вниз. Пе-
реставной промежуточный рычаг изменяет ход
плунжера, а следовательно и количество пода-
ваемого насосом топлива.
Форсунка — закрытого типа, с гидрав-
лически управляемой иглой.
Ганц (Ganz-Jendrassik). Особенностью
насоса Ганц является то, что плунжер приво-
дится в действие пружиной, освобождаемой
в нужный момент кулачком. Скорость плун-
жера, давление подачи, а следовательно и
Фиг. 68. Насос и форсунка Фрей.
степень распыливания топлива здесь не зави-
сят от числа оборотов машины. Это обстоя-
тельство в значительной мере облегчает
пуск двигателя в ход и работу на малых
оборотах.
Схема насоса представлена на фиг. 69. Поло-
жение движущихся частей на схеме отвечает моменту
начала впрыскивания.
На кронштейне укреплен основной рычаг g, к
которому присоединен при помощи пальца q второй
рычаг h, опирающийся одним концом через толка-
тель р на параллельные клинья т и п, а другим
концом — на кулачок f. Основной рычаг h нагружен
пружиной /, прижимающей его к упору I.
В тот момент когда рычаг h освобождается ку-
лачком /, основной рычаг g и плунжер а проталки-
ваются пружиной / до тех пор, пока конец рычага g
не ляжет на упор. В этот момент заканчивается наг-
нетающий ход плунжера. Между там кулачок / по-
ворачивается дальше в направлении, показанном
стрелкой, и отжимает снова вниз конец рычага h.
Плунжер, отжимаемый пружиной, движется вслед за
толкателем i, совершая всасывающий ход.
Регулировка подачи осуществляется изменением
хода плунжера. Для этой цели перемещается нижний
Фиг. 69. Схема насоса Ганц.
клин п при помощи стержня о. Вследствие этого
рычаг h поворачивается относительно оси q, и момент набегания кулачка на конец
рычага h изменяется.
Конструкция насоса представлена на фиг. 70. Описанное устройство и дейст-
вие насоса позволяет применить открытую форсунку с большим диаметром отвер-
стия и обеспечивает пуск двигателя в ход, а также надежную его работу на малых
оборотах.
Дейц. Конструкция топливного насоса Дейц представлена на фиг. 71 и 72.
В этом насосе применена система регулировки под!чи изменением хода плунжера
при помощи кулачка переменного профиля (хотя эта система в современном дизеле-
строении считается устаревшей). Недостаток этой конструкции заключается в том,
что ролики и кулачки касаются в одной точке и поэтому быстро изнашиваются.
14*
211
Однако особенно этот недостаток не
дает о себе знать, поте му что давление
подачи у Дейца не превосходит 70 ат,
а Тг.кже потому, что ролики и кулачки
насосов Де йц изготовляются из хорошей
специальной стали. Простота конструк-
ции насоса вполне отвечает условиям
его применения для автомобильного дви-
гателя. В насосе совершенно не имеется
каких-либо установочных приспособле-
ний. Идентичная регулировка отдельных
секций насоса обеспечивается исключи-
тельно точной обработкой и стрсгим
контролем при испытании нового насоса.
Разница в подаче отдельных плунжеров
насоса допускается не более 5°/0 от
подачи холостого хода. Кулачки пе-
ременного профиля сделаны заодно
с валиком насоса. Плунжеры располо-
жены в насосе горизонтально. Привод
к ним от кулачков осуществлен через
коромысла с роликами. Ролики все
время опираются на кулачки. Вса-
сывающий ход плунжера происходит
под действием сильной винтовой пру-
жины. Насос имеет приспособление
для изменения момента впрыскивания
топлива.
На фиг. 73 показаны кри-
вые подъема плунжеров насоса
6-цилиндрового двигателя. По
этим кривым видно, что к мо-
менту прихода поршня двига-
теля в в. м. т. плунжер проходит
половину своего максимального
подъема. Кривые подъема ос-
тальных плунжеров не нанесены
на чертеж, так как они друг
с другом совпадают.
5. Насосы с дросселирую-
щей иглой
Устройство таких насосов
схематично представлено на
фиг. 74. Кроме всасывающего и
нагнетательного клапанов име-
ется дросселирующая игла. Эта
игла помещена в канале, сооб-
щающем нагнетательную по-
лость насоса с пространством всасывания. Большая или меньшая часть топлива отво-
дится из прэстранства над плунжером во время его рабочего хода во всасывающую
линию. Количество отведенного топлива, а следовательно и количество топлива,
впрыскиваемого в цилиндр, зависят от положения дросселирующей иглы, которая
может быть связана с регулятором или устанавливается от руки. •
У быстроходных двигателей этот способ применяется сравнительно редко.
Хилл (Hill). Топливный насос Хилл, показанный на фиг. 75, имеет чугунный
или алюминиевый корпус, в который вставлен цилиндр с плунжером. Всасывание
топлива происходит через окно в стенке цилиндра. Отсечка подачи наступает в тот
212
момент, когда отверстие в плунжере во
время нагнетающего хода выйдет за кромку
окна в стенке цилиндра. После отсечки
топливо отводится через центральное от-
верстие плунжера во всасывающую линию.
Регулировка подачи производится
дросселирующей иглой, которая перепус-
кает часть топлива во всасывающую ли-
нию. Игла связана кинематически с регу-
ляторным механизмом двигателя.
6. Факторы, определяющие работу
насосов и форсунок
Работа впрыскивающей системы бес-
компрессорного двигателя Дизеля подчи-
няется ряду условий, от которых зависит
характер впрыскивания, а значит и сгора-
ния топлива в цилиндре двигатечя. Анализ
этих условий необходим не только для
оценки работы самого двигателя, но и для
получения отправных точек при конст-
руировании насоса, форсунки и топливных
трубопроводов.
Для того чтобы правильно подобрать
тип форсунки для данной камеры горения,
конструктор должен знать, какими спосо-
бами можно влиять на характеристику топ-
ливной струи, а также, какие условия и в
какой мере влияют на характер впрыски-
вания.
Фиг. 73. Кривые подъема плунжеров топливного
насоса Дейн.
Фиг 72. Насос Дейц. Поперечный разрез.
Фиг. 74. Схема насоса с
дросселирующей иглой.
Специальная конструкция форсунки. Выше при описании форсу-
нок был разобран ряд специальных устройств, благодаря которым удается изменять
характеристику струи в желаемом направлении. Сюда относятся например устройство
спиральных желобков, дающих вращательное движение струе топлива, направление
топливных струй навстречу друг другу, применение губных форсунок и т. д.
Чи.сло и диаметр выходных отверстий. В большинстве случаев чи-
сло выходных отверстий форсунки желательно делать больше, чтобы топливо могло
быть равномерно распределено в камере горения. Однако чем больше число отвер-
стий, тем труднее их расположить так, чтобы все струи были в достаточной сте-
пени эффективны. Кроме того с увеличением числа отверстий диаметры и/ умень-
шаются, а это кладет предел глубине проникновения струи. В статье об исследова-
213;
Фиг. 75. Топливный насос Хилл
с дросселирующей иглой.
тельских работах по форсункам было показано, что в
американских опытах получено наивыгоднейшее число
отверстий не выше семи; дальнейшее увеличение
числа отверстий условий впрыскивания не улучшало.
Выбору числа и диаметра выходных отверстий
форсунки предшествует подсчет их суммарной площади.
Этот потечет может производиться по следующей ф-ле:
—2_.
(1)
Обозначения здесь таковы: мм2 — суммарная
площадь сечения выходных отверстий форсунки; Q см3—
объем топлива за один ход плунжера; Wm м/сек —
средняя скорость впрыскивания; t сек — время, соответ-
а , О
ствующее углу впрыскивания и, оно равно t— —; g =
=0,7—0,8 — коэфициент истечения.
Пусть например подача насоса Q = 0,280 см3 (на-
сос Бош с диаметром плунжера 10,0 мм), средняя ско-
рость впрыскивания Wm = 150 м/сек, р=0,8 и время
впрыскивания t— 0,005 сек., что соответствует углу
впрыскивания 30° при я= 1 000 об./мин.; тогда:
0,280 п с ,
150 -0,005- 0,8 ~ ’ ММ'
Если число отверстий форсунки i равно 4, то площадь одного отверстия
будет:
/=^==^ = 0,125 мм2,
J i 4
откуда диаметр отверстия:
J /"4? . /470,125 л „
d=l/ — =1/ ----------= 0,4 мм.
у п [' п
Давление впрыскивания является одним из основных условий, влияю-
щих на характеристику топливной струи. Повышение давления впрыскивания увели-
чивает глубину проникновения струи и уменьшает размер частиц распыленного топ-
лива. Давление впрыскивания выбирается в таких пределах, чтобы гарантировать
нужную характеристику струи за весь период подачи топлива. Величина давления
впрыскивания в каждый данный момент может быть подсчитана по следующей ф-ле:
P=10-^-rX (2)
где скорость топлива при выходе из сопла форсунки:
A-W
Wm^=r- =£ . (3)
т р-2/ » V
Обозначения таковы: Wm м/сек—скирссть топлива; у г/cji3— удельный вес
топлива, g м/сек2— ускорение силы тяжести; А мм2 — поперечное сечение плунжера
насоса; '£/мм2 — площадь сечений выходных отверстий форсунки; м/сек—ско-
рость плунжера; р— коэфициент истечения.
Графическая иллюстрация зависимостей. (2) и (3) показана на фиг. 76.
Сплошной линией дана кривая подъема плунжера. Характер протекания этой
кривой зависит о г профиля ку тачка. Пунктирной линией обозначена скорость плун-
214
Фиг. 76. Кривые изменения скорости плунжера и давления впрыскивания по
углу поворота валика насоса.
Фиг. 77. Кривые изменения скорости плунжера и давления впрыскивания насоса Бош дви-
гателя de la Vergne.
жера, которая в данном случае увеличилась за время впрыскивания с 0,45 до 0,64 м/сек,
0,64
U,45
в
т. е
= 1,47 раза. Согласно ур нию (3) во столько же раз увеличилась и
выходная скорость топлива.
Увеличение выходной скорости топлива за период впрыскивания необходимо
для получения равномерной работы машины. При возрастании скорости увеличива-
ется глубина проникновения струи, благодаря чему частицы могут достигать каждый
раз зоны свеже о воздуха.
Что касается давления, то, оно, будучи связано со скоростью квадратной
зависимостью (2), должно увеличиться в 1,472=2,16 раза. Иначе говоря, если
215
Ф..г. 78. Действительное протекание кривой давлений за период впрыскивания.
««.
в начале впрыскивания давление было 200 ат, то к концу подачи оно в данном
случае должно возрасти до 435 ат. Эти значения являются вычисленным^.
На фиг. 77 даны кривые скорости плунжера и давления впрыскивания насоса
Бош двигателя de la Vergne 230X280 мм, л =750 об./мин.
Скорость плунжера определялась графическим методом, а давление находилось
подсчетом.
Действительное протекание кривой давлений за период впрыскивания показано
на фиг. 78. Здесь же нанесена кривая движения форсуночной иглы. Характер кри-
вой давлений определяется совместной работой всех элементов впрыскивающей
системы и подчиняется следующим условиям:
1. Закон движения плунжера нассса (профиль кулачка, или траектория центра
ролика).
2. Объем топливной линии между плунжером насоса и выходным отверстием,
в некоторые моменты уменьшенный на величину рабочего объема насоса.
3. Сжимаемость топлива и упругость включающих ею стенок.
4. Форма и величина выходных отверстий.
5. Давление, соответствующее открытию иглы.
6. Увеличение объема при открытии иглы. —
7. Уменьшение объема при за срытии иглы.
8. Давление, соответствующее закрытию иглы.
9. Характер окончания хода подачи (например перепуск топлива).
10. Наличие устройства для уменьшения давления в нагнетательном трубопро-
воде по окончании впрыскивания (отсасывающий клапан).
11. Неплотность иглы. k
Как видно из фиг. 78, подъем давления длится еще некоторое время^цосле
начала перепуска топлива. Перепуск начинается вскоре после открытия иглы и не
означает того, чго впрыскивание в этот момент закончилось. Давление начинает
падать лишь тогда, когда истечение топлива через форсунку и через перепускное
устройство вместе начинают преобладать над подачей топлива насосом.
Рассматривая кривую давлений (фиг. 78) по участкам, можно отметить сле-
дующее:
Участок ab — от открытия нагнетательного клапана до открытия- иглы — за-
висит от условий 1, 2, 3, 5 и 11.
Участок Ьс — с момента открытия иглы до конца хода ее — определяется сверх:
влияния условий 1, 2, 3, 5 и 11 еще влиянием условий 4 и 6.
Участок cd определяется теми же влияниями, за исключением 6.
Участок de — с момента начала перепуска до вершины кривой — зависит от вли-
яния условий 1, 2, 3, 4, 5 и 11 и кроме того 9.
Участок ef—от вершины кривой давлений, когда закрывается нагнетательный
клапан, до начала закрытия иглы — определяется влиянием условия 2, причем объем
топяивно 1 линии уменьшается на величину рабочего дбт>емд насоса, и за,те$1 влиянием
условий 3, 4, 7, 11.
216
/
Наконец участок fg—от начала закрытия иглы до открытия нагнетательного
клапана — определяется условиями 8 и 11. -
При наличии отсасывающего клапана кривая давлений протекает несколько
иначе. Она показана на той же фигуре пунктирной линией. Нагнетательный клапан
открывается в точке а,. Период агЬг — от момента открытия нагнетательного клапана
до открытия иглы (6,) — здесь длится несколы о дольше.
В соответствии с этим кривая течет немного ниже сплошной линии. Благо-
даря наличию отсасывающего клапана пунктирная кривая от вершины е} падает
быстрее, причем давление уменьшается до точки hv Далее, от точки до момента
открытия нагнетательного клапана аг пунктирная кривая проходит соответственно
ниже, чем в первом случае.
При сравнении обеих кривых видно, что чем ниже падает давление до точки а,
тем длиннее будет расстояние ab, следовательно тем позднее будет открываться игла.
У двигателей с большим колебанием числа оборотов влияние условия 11 на
низком скоростном режиме более ощутительно. Таким образом при меньшем числе
оборотов происходит большее запаздывание открытия иглы, чем при большем числе
оборотов, что как раз желательно. Следовательно имеется возможность, искусственно
понижая плотность иглы или перепуская топливо из нагнетательной линии, согла-
совать это перемещение начала впрыскивания с числом оборотов.
Давая картину действия впрыскивающей системы, кривая павлений ориентирует
конструктора в назначении типа и размеров насоса, форсунки и трубопроводов.
Изложенные здесь соотношения между условиями впрыскивания и их графиче-
ская интерпретация относятся лишь к насосам непосредственной подачи. В случае
применения насоса с аккумулятором форма кривой давлений получается иная; в основ-
ном она зависит от упругости пружины аккумулятора.
В области бескомпрессорных быстроходных двигателей насосы аккумуляторной
подачи применяются редко ввиду сравнительной сложности их устройства.' Однако
не исключена возможность упростить конструкцию этих насосов; это могло бы вы-
звать радикальное изменение конструкции всех частей впрыскивающей системы.
217
Инж.-мех. А. С. Орлин
ПРОДУВКА ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В настоящей статье после кратких данных по некоторым существующим спо-
собам расчета продувки двухактных двигателей приведен наиболее рациональный
из применяемых способ расчета. Далее проделаны примеры расчета двухпоршне-
вой машины (с отдельным продувочным насосом) и машины с кривошипно-камерной
продувкой, а также указаны некоторые соотношения между параметрами продувки.
Не останавливаясь на описании самого процесса выхлопа и продувки 2-тактного
двигателя, дадим здесь схемы выполнения продувочных и выхлопных его органов.
По способу введения продувочного воздуха 2-тактные двигатели могут быть
разделены на следующие оснозные типы:
1. Продувка происходит через окна, расположенные на боковой поверхности
рабочего ’цилиндра против выхлопных окон (фиг. 1, схема, с; Krupp (Крупп),
Wortington (Вортинггон), Polar (Полар), Kerfing (Кертинг), Benz (Бенц) и др.)
2. Продувка осуществляется через ряд окон, расположенных ниже выхлопных,
на той же стороне поверхности рабочего цилиндра (MAN, схемы g и h).
3. Продувка происходит через два ряда окон, расположенных друг над другом
по поверхности цилиндра против выхлопных окон. Верхний ряд окон управляется
клапаном и позволяет осуществлять наддув (Sulzer, Societdrd6s Forges et Chantier de
la Mediterran^e, схема b).
4. Прямоточная продувка через продувочные клапаны, расположенные в крышке
рабочего цилиндра. Схема позволяет осуществить наддув (Sulzer, старая конструкция
MAN, Krupp, Carels Freres и др.; схема а).
Фиг. I. Схемы выполнения продувочных и выхлопных органов двигателей^
218
5. Продувка происходит через ряд окон, расположенных ниже выхлопных по гсей
окружности цилиндра (Tartrais, схема //).
6. Щелевая прямоточная продувка, осуществляемая применением противопо-
ложно движущихся поршней (Junkers, Doxford и др.). Такая конструкция позволяет
осуществить наддув путем смещения кривошипов нижнего и верхнего поршней против
у>ла в 180° на некоторый угол (схема /).
7. Продувка происходит через ряд окон, расположенных по всей окружности
одного из цилиндров U-образного двигателя. Выхлопные окна расположены по
всей окружности другого цилиндра. Конструкция позволяет осуществить наддув, для
чего кинематические соотношения выбираются таким образом, что продувочный
поршень является запаздывающим в своем движении сравнительно с выхлопным
(Zoller, схема г).
8. Продувка происходит через ряд окон, расположеннь/х по поверхности ци- •’
линдра против двух рядов выхлопных окон (схема е).
1. Классификация способов расчета продувки. Приближенные способы
Существующие способы расчета продувки 2-тактных двигателей можно класси-
фицировать следующим образом: ’
а) способы, дающие возможность подсчитать размеры окон непосредственно
из формул (не прибегая к построению диаграммы пути поршня);
б) способы, по которым из формул определяется лишь необходимое время-
сечение соотьетствующей фазы процесса. Размеры же окон получаются по диаграмме
хода поршня графически или графоаналитически.
К первому классу относятся способы Otto-Foppl, Cutmann, Balog и другие,
основанные на том или другом приближении. Так Foppl (VDJ, 1913) в основу
вывода расчетных формул кладет допущение, что давление, температура и удельный
вес газа в двух любых-машинах при открытии выхлопных окон будут одни и те же,
предполагая нормальную нагрузку. Заменяя далее кривую время-сечений почукубической
параболой и вводя средние значения для скорости продувочного воздуха, коэфициента
продувки и т. д., Foppl выводит для продувки типа с и f простые формулы,
позволяющие определить непосредственно размеры окрн, по его мнению, с достаточ-
ной степенью точности:
£
ав =1,26(Dn)3 — выхлоп;
- 2
спр=0,59(£)«) 3 — продувка.
Здесь ав и апр — длины окон в процентах хода поршня; D — диаметр ци-
линдра в л; п — число оборотов в минуту.
Balog '(Oel-und-Gasmaschinen), давая способ расчета выхлопных окон р выводя
соответствующую формулу, считает скорость поршня во время выхлопа постоянной
и равной среднему арифметическому из ее крайних значений; температуру в ци-
линдре во время этой фазы процесса он принимает также постоянной.
Расчетная формула имеет следующий вид:
ч
У^Р^^Р, 24./г; bet*
Ра Vpf V 2 '
Здесь ра — давление в выхлопной трубе; ру—давление конца расширения;
ц — коэфициент истечения (Balog считает его равным 0,9); V — объем цилиндра;
с — средняя скорость поршня во время выхлопа; t — время прохода поршнем вы-
хлопных окон; b — ширина окон; Т — температура в цилиндре в конце расширения.
* bet2
Из этой формулы определяется —— (время-сечение), а по нему при изве-
стных t и b— длина окна ct.
219
Фиг. 2. Индикаторная"диаграмма двух-
тактного двигателя, снятая слабой пру-
' жиной.
Не вдаваясь в подробный анализ методов
расчета, относящихся к указанному классу, так
как это не входит в задачу настоящей статьи,
мы отметим еще раз, что вывод упомянутых
расчетных формул основан на большом прибли-
жении, и пользоваться последними можно ре-
комендовать только для грубо приближенного
расчета.
2. Фазы процесса
Переходя к способам расчета продувки,
относящимся ко второму классу (Schiile, Креглев-
ского, Брилинг, Гельда, автора и др.), напомним здесь, что вообще исследования
процессов выхлопа и продувки, приводящие в итоге к расчетным формулам, основы-
ваются на законах установившегося движения. За исходное положение для периода
продувки берется уравнение Цейнера в диференциальной форме:
<Ю = рф/1/dt,
для периода выхлопа — оно же, но радикал является уже величиной переменной:
Здесь G — расход газа; р.— коэфициент истечения; ф— величина, зависящая
от отношения давления в выхлопном трубопроводе к давлению в цилиндре ( —‘ I для
выхлопа и от отношения давления в цилиндре к давлению в ресивере I —) Для
\Ps /
продувки; /—сечение окон; pt, vt—давление и удельный объем внутри цилиндра;
vs — давление и удельный объем в ресивере продувочного воздуха.
В процессе выхлопа и продувки при выводе формул, относящихся ко второму
классу расчетов, обычно различают три периода (фиг. 2).
Первый период — с начала открытия выхлопных окон и до падения давления
в цилиндре до критического по отношению к выхлопному трубопроводу (точка k
на диаграмме фиг. 2). В течение этой фазы процесса ф = фтах = const =2,09 соот-
ветственно показателю истечения zn=l,3. Скорость истечения — критическая.
Второй период — продолжение процесса выхлопа при понижают- йся скорости
то начала продувли (точка з). Здесь
Eg
7 \pi1 Y gk-\\\pl) \pj
величина переменная (A — показатель адиабаты).
Третий период — продувка и продолжение выхлопа под влиянием поступающего
в цилиндр продувочного воздуха и вследствие разности давлений в цилиндре и вы-
хлопном трубопроводе. Коэфициент ф как для продувочных, так и для выхлопных
о .он считается постоянным, так как давление в цилиндре в течение этой фазы про-
цесса принимается постоянным (рцил или рг).
3. Период выхлопа
Как уже было указано выше, исходным положением при выводе формулы для
определения время-сечения выхлопа до периода гродувки является диференциальное
выражение расхода газа. Приравнивая его диференциалу разности весов газа, заклю-
220
ценного в цилиндре в момент начала выхлопа ^Gy — и оставшегося его
! ’
ства после истечения за г сек. G, — - , мы имеем:
\
количе-
Здесь Vf—объем цилиндра в начале выхлопа; ту—соответствующий удельный
объем; Vt — переменный объем цилиндра во время процесса выхлопа; — перемен-
ный удельный объем во время процесса выхлопа.
Диференцируя это уравнение по t и выражая vt через pt, vf, pf... из уравне-
ния политропы истечения с показателем т, можно после ряда преобразований притти
к следующему равенству:
- — d(^}= — — (О)1
«А \pfl у ff\Pf) V,
Pf
Пренебрегая последним членом полученного уравнения, т. е. изменением объема
цилиндра в процессе выхлопа, после преобразований можно вывести формулы для
J fdt (время-сечения) выхлопа до начала продувки. Нами принято т = 1,3; коэ-
ффициент истечения окон ц = 0,8г; газовая постоянная 7? = 29,3.
Переменная величина V„ входящая в первый член правой части равенства,
обыкновенно считается постоянной и равной рабоч му объему цилиндра (см. расчеты
Schule, Брилинг и др) или, что точнее,— среднему арифметическому объемов
начала и конца выхлопа до периода продувки (Калиш и Алексеев), или наконец
объему цилиндра в начальный момент фазы выхлопа (Креглевский). Обозначая этот
объем через V, имеем следующую формулу для суммарного время-сечения первых
двух фаз процесса:
В этой формуле 7^.—температура конца расширения. На основании последней
формулы построена диаграмма (фиг. 3), позволяющая по известным р?, Tf и ps
— время-сечение выхлспа, отнесенное к единице объема цилиндра.
\fdt
определить Ао =
Для определения длины окон по известному время-сечению необходимо построить
диаграмму хода поршня (см. ниже пример). Можно обойтись и без построения этой
диаграммы, воспользовавшись кривыми, приведенными ниже (см. примеры расчета)
или данными в моей" брошюре „Графоаналитический расчет продувки", или ана-
литическим способом, изложенным в „Дополнениях к Гюльднеру" в статье Калиш
и Алексеева, или аналитическим способом Хайлова (4-х квадрантных диаграмм).
В двигателях с большим потерянным ходом, а в особенности в 2-поршневых
машинах (Юнкере, Цоллер и др.) изменение объема цилиндра за процесс выхлопа
значительно, и пренебрежение им может привести к погрешносям в расчете. В этом
случае нужно пользоваться следующей ф-лой:
или достаточно точно следующей:
21—)—0,74 —(0,085+0,0032^)111—J ,
Ps / I Vf\
(V)
* Подробный вывод этой формулы см. Schule, „Technische Termodynamik", 1923 В. II.
8 Значение коэфициента истечения большей частью переоценивается.
3 Эта формула несколько отлична от имеющихся в литературе за счет того, что мной
подмечена простая зависимость в результате графического интегрировании равенства (0у Под-
робнее см. мою статью в бюллетене ИТС НАМИ № 1, 1929.
221
Ps Pf. Tt и—.
или —,
Pz
Фиг. 5. Значения коэфициента ь> в зави-
Ps
симости от —
Pz
П KO_L 0>128
O.bzH-------
Ps
О 115
—0,74—0,11п — ;
Vf\
иывод которых можно найти в моей статье (журнал „ТВФ“ ^а 1931
В этих равенствах
fdt =
(1")
г. № 8-9) 1.
приведзнное время-сечение; Vs—объём
цилиндра в момент открытия продувочных окон.
[fdt
Приведенное время-сечение А'=----, отнесенное к единице объема, можн<
^7 4
определить из диаграммы (фиг. 3): замечаем, что
5115(0,62+^8
\ Ps .
—0,74------Uo.lln = / — ДА
УТ, Vf
yf
i В настоящей статье взято довольно высокое значение ц. В упомянутой статье (»Т1 t *)
значение и принято равным 0,75, так что все приведенные здесь формулы дают меньшее
0,75
время-сечение в отношении Qgjj-
222
Нижняя часть ’диаграммы поз-
воляет определить ДЛ по известным
7}, V, и Vf.
Фиг. 4 приведена для облегче-
ния вычислений
4. Период продувки
С начала открытия продувоч-
ных окон (точка 5, фиг. 2) насту-
пает процесс продувки и наполнения
цилиндра свежим воздухом. Исход-
ным положением к выводу расчетной
формулы и здесь, как это было от-
мечено выше, является уравнение
расхода газа:
dG = ^f}f ^dt.
Определяя из этого уравнения
fdt, интегрируя и выражая G, ps и
ф через температуры, объемы и дру-
гие параметры, после ряда преобра-
зований получаем следующую ф-лу:
(2)
J ( т,)
Фиг. 6. Диаграмма зависимости от ps n'pz.
являющуюся расчетной для процесса продувки.
। Здесь Vh— рабочий объем цилиндра; Ts — температура продувочного воздуха;
ф = FI & ); — коэфициент продувки, равный отношению объема подаваемого через
*£ V fgl
продувочные окна воздуха за 1 ход к рабочему объему цилиндра, pz—среднее
давление в цилиндра за период продувки; То температура окружающей среды
По данным Wintterlin (VDI, 1931 г.) перепад давлений в продувочных окнах
составляет в среднем 65°/0 располагаемого перепада; следовательно:
рг=1+0,35(д^1). (2')
Значение ф по известным рг и ps определяется из диаграммы (фиг. 5).
Строго говоря, для двухатомных газов значения ф будут несколько большими,
чем для продуктов сгорания, но с достаточной степенью точности .для давлений
продувки ps не свыше 1,3 ат можно пользовапся приведенной кривой.
Приведеннье здесь данные дают зависимость Ts от ps и значения для рг по
данным Wintterlin.
ps 1,15 1,2 1,3 1,4
Т, 301 305 314 323
pz 1,04 -1,07 1,1 1,15
Нужно сказать, <fto значения pz по ф-ле (2') получаются для быстрсходных
двигателей преуменьшенными. После подсчета первой фазы процесса обычно бывает
известна длина продувочных окон и следовательно располагаемое время-сечение
продувки. Тогда из ф-лы (2) определяется ф и затем по нему—рг.
\fdt
Диаграмма (фиг. 6) позволяет определить Аг—-—— по известным рг и ps.
* пт
После подсчетов процессов выхлопа и продувки необходимо проверить, доста-
точно ли располагаемое время-сечение для выхлопа за период продувки при известном
Pz и Ра (т' е- п₽и известном ф). Для этого служит ф-ла:
К (3)
J нФ VTf\pz)
223
вывод который аналогичен выводу ф-лы
(2)’. Здесь ф =
Необходимо отметить, что боль-
шой избыток располагаемого время-
сечения выхлопа во время продувки
является желательным. Особенно это
касается высокооборотных двигателей,
в которых зачастую, как это показы-
вают опыты, располагаемое время-сече-
ние указанной фазы процесса бывает
в 2—3 раза больше необходимого.
Диаграмм» фиг. 7 позволяет оп-
ределить необход мое время - сечение
этой фазы процесса. Так же, как и для
периода выхлопа, здесь возможно поль-
зоваться графоаналитическим или ана-
литическим методами, изложенными в
указанных выше статьях.
5. Пример расчета № 1 ~
Поверочный расчет продувочных
и выхлопных окон быстроходного двух-
поршневого двигателя с U-образным
расположением цилиндров (схема f
фиг. 1).
Данные
Диаметр цилиндра ...............................
Ход поршня выхлопного цилиндра . . .............
„ . продувочного „ .................
Число оборотов..................................
Параметры конца расширения......................
Давление продувочного воздуха ..................
Коэфициент продувки.............................
. использования 1 выхлопных окон........
» „ продувочных окон ........
П лоща ль поршня ...............................
Рабочий объем...................................
Длина выхлопных окон............................
. продувочных окон ...........................
D f= 120 лл.
Sb — 164 мм
S„= 163,2 мм
л = 1 800 об./мИн.
pf=z 4,5 кг/см*
rf = 1 000°
р = 1,3 кг/см-
<Р = 1,25
Ео= 0,61
?,= 0,665
F— 113 слА
Vh^F(Sb+ Sn)= 3,67 л
27 мм
23 мм
Фиг. 8 представляет собой диаграмму открытия окон (ходов поршней).
Масштабы:
0 5 1
По оси абсцисс 1 мм диаграммы — 0,5° или сек.
6л 21 600
По оси ординат для выхлопных окон 1 мм диаграммы — 0,5 мм хода поршня—
О,5го-ттО = 0,5-0,61 • тг • 120= 113 мм2.
По оси ординат для продувочных окон 1 мм диаграммы — 0,5 мм хода —
0,5^7?/) = 0,5-О.бботт-120 = 125 мм2.
1 2- 113 1
1 леи2 площади диаграммы для выхлопных окон — 7—7— = мм*. -сек.
216U0 1У1
, . 125 1
1 мм2 площади диаграммы для продувочных окон —7^-^- = —мм2. сек
Я 1 OvU I/O
* Вместо ps и Vs в исходное уравненье войдут рг и vg. Коэфициент использования
представляет соиой отношение общей ширины выхлопных или продувочных окон к длине
окружности цилиндра.
224
Айа'циовИы'е и1>игот»ли.
л<2 • сек \
(4 770 мм2)—время-сечение продувки, равное 10-6 =
1 / и
(5 780 леи2) — время-сечение выхлопа во время продувки, равное
Площадь АВС (равная 1 738 мм2) представляет собой в масштабе располагав-
1 738
мое время-сечение выхлопа, равное -р- • 10~6= 91 • 10-7 м2-сек\
площадь АВ'С (1620 мм2)— приведенное время-сечение выхлопа, равное
Ц1Р-85..0-,
площадь DEF
= 276-10~7м2-сек;
площадь CBG
.10_б = 300.10~7 м2-сек;
площадь FEH — время-сечение наддува.
Для определения необходимого время-сечгния выхлопа до начала продувки
необходимо знать объем цилиндра в момент начала выхлопа (1^) ив момент начала
продувки (VJ:
V/ = ^(S',, + S'n)+ Vc= 1,13(1,37+1,05)+0,217 = 2,957 л.
Vj = -J-(5"£, + 5„")+ Vc=1,13(1,62+1,41)+0,217 = 3,637 л.
Здесь Sb (Sb") — ход выхлопного поршня, считая от в. м. т. до начала открытия
выхлопных (продувочных) окон; 5'„(5П")— ход продувочного поршня, считая от в. м. т.
до начала открытия выхлопных (продувочных) окон; Vc — объем камеры сжатия;
У
+Г1’23-
Необходимое приведенное время-сечение по ф-ле (I'):
\fdt= [р о,11Б(о,62+^^
J Vrf f Ps
=-2.957_ 2 0^
103|/ 1 000 1>з
= 88 • 10-7m2 сек.
—0,74—(0,085-|-0,032/7,) In
_0,74 —(0,0854-0,032-4,51п 1,23)] =
Тот же результат можно получить проще по диаграмме (фиг. 3). Откладывая
по с си абсцисс 7^=1000° и проводя вертикальную прямую до пересечения с кри-
вой, соответствующей /7, =4,5 (данной кривой на диаграмме нет, поэтому приходится
интерполировать), получаем на оси ординат Ло = 36,4-10-4 м2-сек.
V
Аналогичным путем по известным 7ф и у находим:
А А = 6,2 • 10-4 м2 сек-,
А = А0 — ДЛ = (36,4-6,2)-10-4 = 30,2-10-4 м2-сек; f fdt=VfA.
Необходимое время-сечение продувки определяется по ф-ле (2):
Г 0,23- <о
\fdt= ’ . г Л Y
J Ф/т;
o X3’33 0,23 3,67 1,25 /288Х3’33 OQyl in7 ,
— I = —-----------------I-----I =284-107 м2-сек.
J IO3 1,6^314-^314;
Здесь 7^=314°— из табл. 1. Значение ф взято по кривой (фиг. 4) при
значении: рг= 1+0,35 (1,3 — 1)=1,1 кг)см2.
Необходимое время-сечение выхлопа за период продувки:
рД0,115 0,23-3,67-1,25 /4,5\3-33 О1П ,
ф \pJ —юз.1 ,зj/Тооб \i.i/ — м сек'
V. Vt
1 Для построения кривой АВ ординаты кривой АВ умножаются на отношение -у,
где V) переменный объем цилиндра.
0,23
15 Авиационные двигатели.
225
Напомним, что ф = F ( — V
\Pj
Таким образом приходится констатировать тот факт, что имеется недостаток
в располагаемых время-сечениях, — 3°/0 (табл. 2) для каждой из фаз.
Таблица 2
Необходимое время-сечение в лА-сек Располагаемое время-сечение в лА-сек
Выхлоп до продувки Продувка Выхлоп во время продувки » 88-10-5 (приведенное) 284-10-5 310-10-5 85-10-5 (приведенное) 276-10-5 ЗЭ0-10-5
Если для первой фазы вести подсчет по ф-ле (1), то мы имеем:
[Pz0,U5
0,62 4- ) - 0,74] =-------3’61____ [4,5°-И5
Ps 1 103 у' 1 000
0,62 4-
0,128\
1,3 /
— 0,74] = 135-10~7 м2сек,
т. е. полное несоответствие с располагаемым время-сечением выхлопа (91 • 10-7 м2-сск).
Если вести подсчет по той же формуле, но вместо Vh вставить среднее зна-
чение объема цилиндра за процесс выхлопа, то результат будет несколько точнее,
а именно:
IZ 3 3
fdt= 135-10“7- у = 135 10“7= 121 • 10“7 л2 . сек.
V 4- Vf
(Здесь = 3,3 л),
но все же ошибка значительна.
Для того, чтобы избежать кропотливого построения диаграммы открытия вы-
хлопных и продувочных окон и подсчета соответствующих площадей, на фиг. 9 дана
диаграмма, позволяющая определять размеры окон по известным А (время-сечениям,
отнесенным к единице объема). Данная диаграмма справедлива безоговорочно для
продувки типа с (фиг. 1). Для продувок типа а, Ь, е и f диаграмма справедлива
лишь для расчета выхлопных окон; для расчета продувочных требуется дополни-
тельный подсчет. Что касается продувок по схемам d, g и h, то здесь, пользуясь
диаграммой, можно просчитать непосредственно лишь продувочные окна.
Девая серия кривых диаграммы позволяет найти длину открытия выхлопных
окон до начала продувки, для чего необходимо подсчитать вспомогательную вели-
чину Ro = 0,0524 Ло. Здесь D — в м, Ао — в м2-сек.
Откладывая значение /?0 на левой вертикальной шкале и проводя горизонталь-
ную прямую до кривой данного потерянного хода, получаем на оси абсцисс длину
открытия выхлопных окон до начала продувки для двигателя с ходом поршня S =
= 1 м. Для данного S необходимо найденную величину умножить на значение S.
Аналогично просчитывается процесс продувки. Здесь вспомогательная величина
Dn
Rv равная 0,0262 • • А2 -<р, откладывается по правой шкале.
При построении диаграммы принималось, что объем цилиндра, входящий в рас-
четные формулы для процесса выхлопа до продувки, равняется рабочему объему, т. е.
тгО’
что V— Vh — —^--S. Отношение длины шатуна к радиусу кривошипа равно 4.
226
Необходимо иметь в виду, что при больших степенях сжатия V значительно
отличается от Vh; в этом случае расчет по приведенной диаграмме нужно рассма-
тривать как первое приближение. Кроме того остаются справедливыми указания от-
носительно влияния переменного объема цилиндра, которое не учтено при построе-
нии диаграммы.
6. Пример расчета № 2
Для примера произведем расчет двигателя с кривошипной камерной продувкой
(схема с, фиг. 1).
Данные
Диаметр цилиндра.......................................... D = 200 мм
Ход поршня................................................ S — 240 мм
Число оборотов в минуту................................... п = 600 об./мин.
/ р<= 3 кг!см*
Параметры конца расширения................................ (Ту=950°
Давление продувочного воздуха............................. Ps~ кг)см*
Коэфициент продувки....................................... ч— 0,75
„ использования выхлопных окон..................... . = 0,25
, , продувочных окон...................... 6 (= 0,25
Площадь поршня............................................ F=314 см*
Рабочий объем............................................. Vh~ 7,55 л
Потерянный ход (длина выхлопных окон в процентах хода поршня) с= 22°/0
Длина выхлопных окон...................................... L — cS — 0,22.240 =
= 53 мм
А. 1. Произведем подсчет, пользуясь диаграммой (фиг, 9).
Из диаграммы (фиг. 3) по известным рр Tfu pt находим До:
До = 27,5-10“4 м2-сек.
15*
227
Далее определяем /?0:
Яо=0,0524 0,0524 27,5 10'4=0,0692.
4j U,-ZD
Из диаграммы (фиг. 9) находим длину открытия выхлопных окон до начала
продувки, откладывая по левой вертикальной шкале значение /?0 и проводя горизон-
тальную линию до кривой, соответствующей потерянному ходу в 22°/0. Эта длина
для двигателя с 5= 1 м получилась равной 141 мм. Для 5=0,24 м (данного дви-
гателя) длина открытия выхлопных окон:
/в = 0,24-141 =34 мм.
Таким образом длина продувочных окон:
/пр = L — 1В = 53 — 34 = 19 мм.
2. Перейдем теперь к подсчету периода продувки. Так как длина продувочных
окон определилась после подсчета первой фазы процесса, найдем рг.
19
Для двигателя с 5=1 м длина продувочных окон равна ^-^ = 79 мм.
Из диаграммы (фиг. 9), откладывая найденное значение на горизонтальной
шкале и проводя вертикальную прямую до кривой „продувки", имеем по левой
шкале /^ = 0,068. Далее определяем Ау из ф-лы:
Я, = 0,0262^- А '-у;
*1
л 0,068-0,25 in 4 ,
А'= 0,0262-0,2.eOO.-OJ5=ra'5-10
По известному А1 (и ps) находим из диаграммы (фиг. 6) pz равным 1,04 кг/см2.
3. Найдем теперь избыток располагаемого время-сечения выхлопа за период
продувки.
Из диаграммы (фиг. 7) при известном =, равном = 0,962, и 7), интерпо-
лируя, находим необходимее время-сечение, отнесенное к 1 л3:
Л2 =115-10'4 м2-сек.
Располагаемое время-сечение получаем при помощи диаграммы (фиг. 9).
Откладывая так же, как и для продувочных окон, 79 мм на горизонтальной
шкале и проводя вертикальную прямую до кривой, соответствующей потерянному
ходу в 22°/0 (в правой серии кривых), находим R2 равным 0,250 (см. правую шкалу).
А2 (располагаемое время-сечение) определяем из ф-лы:
R2 = 0,0262-^
, . qo
Так как в данном случае а0=53, то
=
откуда:
Л2 = ^2А = ^-72,5 = 266-10-4 м,.сеКг
т. е. в 2,3 раза больше потребного (равного 115-10~4 м2-сек).
В. Произведем тот же подсчет, находя располагаемые время-сечения при по-
мощи построенной диаграммы хода поршня (фиг. 10). Заметим попутно, что объем
пространства сжатия Vc = 0,8 л. Масштабы:
По оси абсцисс 1 мм диаграммы — 1° — Д = —сек
би 3 600
228
Фиг. 10. Диаграмма открытий окон двигателя (с продувкой по схемеГс).
По оси ординат 1 мм диаграммы соответствует 1 мм хода поршня — £тт£> =
= 0,25-п-200 =157 мм2.
, , 157 1 2
1 мм2 площади диаграммы— -— = —- мм2- сек.
о ЬОО
Площадь АВС (равная 450 мм2) представляет собой в масштабе располагаемое
450
время-сечение выхлопа, равное • 10-в= 197-10-7 м2-сек.
390
АВ'С (390мм2) — приведенное время-сечение выхлопа, равное 10-6 =
= 170-10 7 м2-сек.
BED (930 мм2) — время-сечение продувки, равное • 10 6 = 405 • 10 7л2 • сек.
CBEDG (3 480 мм2)— время-сечение выхлопа во время продувки, равное
il^2.10_6=1520-10~7 м2сек.
22,9
1. Необходимое время-сечение выхлопа до начала продувки получаем при по-
у
мощи диаграммы (фиг. 3) при известных р^, Tj, ps и
_ V, F-S.+ V. 3,14.(2,40 - о,19) + 0,8 7.65
В нашей случае f+ у; = 3,14 (2,40 - 0,53) + 0,8 = 6^ = '
Здесь Sb — ход поршня от в. м. т. до начала открытия выхлопных окон,
Sn —ход поршня от в. м. т. до начала открытия продувочных окон. Из диаграммы
(фиг. 3) Л' = (27,5 — 4)-10“4 = 23,5-10“* м2 сек. Необходимое время-сечение вы-
хлопа (приведенное):
fdt=A’Vf = 23,5-7,65 -10~7 = 180 -10~7 м2-сек.
Таким образом располагаемое время-сечение (170-10 7 м2-сек) на 5,5°/0 менее
необходимого. Полное совпадение необходимого время-сечения и располагаемого по-
229
после
продувки
Фиг. 11. Распределение кислорода и прочих
газов в цилиндре перед продувкой и после
продувки.
лучается при длине выхлопных окон рав-
ной 35 мм, а не 34 мм, как это имело
место при первом (графоаналитическом)
способе подсчета. Разница настолько неве-
лика, что можно не делать пересчета.
2. Имея располагаемое время-сечение
продувки равным 405-10~7 др-сек, най-
дем, пользуясь диаграммой (фиг. 6), рг.
Определяем предварительно
4_05и0-И03 = 0_4
/,55-0,75
м2 сек.
По известному Л2 (и из диаграммы (фиг. 6) получаем р2 равным
1,035 кг)см2.
3. Необходимое время-сечение выхлопа во время продувки, отнесенное к 1 м3,—
Л2 —115-10-4 (эта величина была нами получена ранее из диаграммы фиг. 7).
Располагаемое время-сечение, отнесенное к 1 мя:
fdt
vh4
1 520-10~7-103
7,55-0,75
= 258-10-4
м2 • сек.
т. е. в 2,3 раза больше необходимого равного 115-10-4 м2-сек.
Таким образом мы видим, что результаты просчетов по обоим способам
достаточно близки друг к другу. Результаты подсчета первой фазы процесса с уче-
том и без учета изменения объема цилиндра для данного примера также не осо-
бенно различаются. Нужно иметь однако в виду, что вследствие указанных прибли-
жений последнее имеет место только при не особенно большой степени сжатия (в < 13).
7. Коэфициент наполнения продувки
Перейдем теперь к рассмотрению влияния элементов продувки на мощность
двигателя. В то время как для машин 4-тактных мы' имеем определенную зависимость
между основными размерами, числом оборотов машины и мощностью, для машин
2-тактных помимо указанных факторов большую роль играют еще давление и рас-
ход продувочного воздуха, коэфициент наполнения продувки, работа продувочного
насоса и др.
Установим основные положения, являющиеся базой для определения зависи-
мости между указанными параметрами. Коэфициент наполнения продувки r[v предста-
вляет собой отношение количества воздуха в цилиндре (непосредственно после
продувки) к рабочему объему цилиндра, указывая, какую часть объема занимает
свежий воздух в цилиндре после продувки. Отношение количества неиспользованного
воздуха в цилиндре перед продувкой к количеству его после продувки обозначим у.
Диаграмма фиг. 11 представляет собой распределение кислорода и прочих газов
перед продувкой и после продувки. О — содержание кислорода; А? —прочих газов.
Считая, что количества кислорода и прочих газов уменьшаются в равной степени
ВО время продувки, имеем:
Н4' : .г! * <в>
230
Далее:
§ = O1=yO-
Подставляя полученное выражение в равенство (В), имеем далее:
си = уо
так как
0 = 0' 4- О"
(см. чертеж), то:
(С)
откуда:
О = ЧО (1-Чо)4-0";
О"
(D)
Содержание кислорода в свежем воздухе остается постоянным, таким образом;
О" = 0,21
подставляя последнее выражение в равенство (D), получаем:
„ . 0.21^
1-(1—Vy‘
Доля рабочего воздуха к, содержащегося в цилиндре после продувки, выра-
зится тогда так:
у__________5»_____
Определение tqv является задачей экспериментатора.
Можно считать, что средним условиям продувки соответствует в лучшем слу-
чае следующая зависимость для rlz!:
_ vi'f
i]D= 1 — е ил+ vc ,
изображенная на фиг. 12, при выводе которой предполагается (Нейман), что
вводимый при продувке воздух в каждый данный момент полностью перемеши-
вается с содержащимися в цилиндре газами Кривая Неймана для двигателя Юн-
керса лежит "немного выше указанной кривой.
Исследования (Винтерлин) продувки свежим воздухом опытного цилиндра,
наполненного углекислотой, показали, что кривая riv располагается обычно ниже
приведенной кривой и что часть продувочного воздуха обычно удаляется через
выхлопные окна.
Влияние у по мнению Винтерлина незначительно. Он принимает среднее зна-
чение Y равным 0,2.
Если среднее индикаторное давление при условии совершенной продувки ()]„ =
= 1, Х=1) равняется р1т!Л, то при неполной продувке среднее индикаторное давле-
ние д. = ).р/тах, т. е. убывает в
том же отношений, что и X.
Среднее эффективное давле-
ние получается, как разность сред-
него индикаторного давления и
потерь на трение—ps и продувоч-
ный насос — pg.
8. Продувка и наддув
Наддув в 2-тактных двига-
телях, как было уже отмечено
* » Иначе говоря, в любой момент продувки, если изменяется у на величину d<f (ввиду
поступления в цилиндр некоторого объема продувочного воздуха), то такой же объем с со-
держанием св^жерр роздуха^^ удаляется ИЗ цилиндра через выхлопные окна-
231
Фиг. 13. Схема опытной
установки.
Фиг. 14. Зависимость р, и
от числа оборотов.
выше, обычно осуществляется или
через продувочные клапаны в
крышке цилиндра (Крупп, старая
А конструкция MAN, Зульцер и др.),
г или через дополнительный ряд
окон при помощи добавочного
4* клапана (Зульцер, русский Дизель),
3 или применением конструкции с
двумя противоположно движу щи-
мися поршнями (Юнкере, Докс-
форд, Камеллар-Фулагар) или на-
в0 конец применением двухпорш-
, невой U образной конструкции
(Цоллер).
Двухтактные двигатели с
продувочными клапанами в настоящее время строятся сравнительно редко', так как
окна, управляемые поршнем, дают конструктивно более простую машину. Правда,
клапаны, помещенные в крышке, позволяют осуществить прямоточную продувку и
тем самым уменьшить коэфициент остаточных газов, но они вынуждают придавать
крышке нерациональную конструктивную форму. Применение продувочных клапанов
в 2-тактных (бескомпрессорных) двигателях аннулирует крупное преимущество этих
двигателей — возможность выполнения их без механически управляемых клапанов.
Мы остановимся здесь на 2-поршневых схемах. Диаграмма хода поршня была
приведена в первом из предыдущих примеров (фиг. 8). Ошибочно думать, что уве-
личение время-сечения наддува (EFG) приведет к соответственному увеличению мощ-
ности. При излишне большом время-сечении, соблюдая обычное ресиверное давле-
ние, можно при!ти к тому, что в конце наддува воздух будет выбрасываться из ци-
линдра в ресивер, ухудшая коэфициент подачи.
Как известно, продувка 2-тактных двигателей происходит обычно при падаю-
щем давлении (в случае кривошипной камерной продувки) или примерно постоян-
ном давлении *, если между цилиндром и продувочным насосом включен ресивер
достаточной емкости.
Давление продувки во избежание образования вихрей берется обычно сравни-
тельно низким; поэтому даже при наличии в ресивере постоянного давления ограни-
чивается возможность наддува после окончания продувки.
Результаты опытных исследований показывают, что посредством соответственно
рассчитанного трубопровода (достаточной емкости) для продувочного воздуха, вклю-
ченного между цилиндром и ресивером, можно заменить продувку при постоянном
давлении продувкой с возрастающим давлением и использовать тем самым энергию
продувочного воздуха для наддува. Переменное ускорение и замедление воздушного
столба в трубопроводе вызывает значительные колебания давления у входа в ци-
линдр, и давление к концу продувки делается значительно выше, чем в ресивере,
если длина трубопровода правильно согласована с числом оборотов мотора.
Эрнст Штур (VDI 1929) провел ряд опытов над 2-поршневым мотором с U.-об-
разным расположением цилиндров.
У ввода продувочного воздуха с (фиг. 13) при различных по длине трубопро-
водах были засняты диаграммы изменений давлений продувочного воздуха индика-
тором со слабой пружиной. Кроме того каждый раз замерялось давление ресивера
pv а также к> нечное давление сжатия цилиндра р2. На фиг. 14 изображены эти
давления в функции от длины трубопровода /, а на фиг. 15 даны давления продувки
в точке с трубопровода в зависимости от угла поворота коленчатого вала для сле-
дующих длин трубопровода: /=940 мм, /=1500 мм и / = 2150 мм.
Для уяснения последних диаграмм укажем, что опыт велся над двумя лежащими
друг за другом ларами цилиндров, кривошипы которых смещены на 180°. Таким
образом столб воздуха в трубопроводе два раза ускоряется и замедляется во время
одного оборота коленчатого вала. Точки / и 2 на диаграмме соответствуют открытию
и закрытию выхлопных окон, точки 1' и 2'— открытию и закрытию продувочных
1 На самом деле в этом случае также имеет место падение давления.
окон. Давление продувки, возникающее каж-
дый раз в точке 1, вследствие замедления
движения столба воздуха у входа цилиндра,
лозрастает (в пределах опытов) с увеличением
днины трубопровода и всегда выше давле-
вия в ресивере d. При длине трубопровода
/ = 940 мм продувка начинается при срав-
нительно высоком давлении. Затем вследствие
обратной волны к ресиверу давление падает
до нуля, чтобы при окончании продувки опять
подняться. Такое протекание процесса, по
мнению Штура, благоприятно. При трубопро-
воде длины I = 1 500 мм продувка начина-
ется при возрастающем давлении, протекание
процесса получается также благоприятным.
При дальнейшем увеличении длины трубопро-
вода давление продувки и наполнение за-
метно возрастают в ущерб течению процесса
продувки (по мнению Штура), так как вслед-
ствие большей длины трубопровода столб
воздуха находится еще в колебательном дви-
о-п-
вл-
АН
енйоо-
г
J_____________
бо ло о ас w во юо <36 но"
АН -
2'
Фиг. 15. Давления продувки в зависи-
мости от угла поворота коленчатого вала
для различных длин трубопровода.
жении в направлении к ресиверу, когда продувочные окна открываются. Обратное
движение происходит медленнее, нежели при коротком трубопроводе, а вследствие
этого продувка начинается с запаздыванием.
Опыты были связаны с определенным распределением и поэтому не дают ва-
рианта максимального наполнения, достигаемого при благоприятном протекании про-
цесса. Заснятые слабой пружиной диаграммы изменений давления в цилиндре позво-
ляют например заключить, что угол поворота кривошипа, соответствующий процессу
наддува (25°), был взят слишком большим и что к концу наполнения воздух был
выброшен частично обратно из цилиндра в трубопровод. Для того чтобы для любой
длины трубопровода получить самый выгодный период продувки, нужно было бы
иметь возможность регулировать особым приспособлением угол, соответствующий
периоду продувки и наддува.
Обращаясь к продувке (и наддуву) по схеме f (фиг. 1), напомним, что и здесь
один из поршней управляет продувочными окнами, а другой — выхлойными. Как
уже было выше сказано, для осуществления наддува кривошипы нижнего и верх-
него поршней смещены против угла в 180° на некоторый угол. Таким образом
и в этом случае выхлопной поршень является опережающим, и диаграмма открытия
окон имеет тот же вид, как и в предыдущем случае (фиг. 7). Благодаря совер-
шенной продувке коэфициент остаточных газов в этом типе двигателя близок
к нулю. Расчет продувки аналогичен приведенному (см. пример № 1).
В заключение необходимо сказать, что для быстроходных машин приведенные
выше формулы дают обычно меньшее необходимое время-сечение, чем то требуется
в действительности для осуществления процесса (особенно для выхлопа в период
продувки). Причину этого повидимому следует- искать в том, что законы установив-
шегося движения, на основании которых выводятся расчетные формулы, не приме-
нимы полностью в этом случае. Кроме того, при выводе формулы для упомянутой
фазы процесса принято, что продукты сгорания не смешиваются с продувочным
воздухом, что ведет к уменьшению необходимого время-сечения.
233
Инж.-мех. Б. Ф. Коробов
БЫСТРОХОДНЫЕ ДИЗЕЛИ НЕАВИАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
По мере разработки конструкций быстроходных легких двигателей тяжелого
топлива, повышения их надежности, экономичности и уменьшения веса эти двига-
тели завоевывают себе место в целом ряде отраслей промышленности и транспорта.
Можно указать на растущее применение быстроходных дизелей в автогрузовом транс-
порте, в автобусном парке, в электрических агрегатах, компрессорных и вентиля-
торных установках, железнодорожном транспорте, на быстроходных судах и т. д.
Опыт конструирования, эксплоатационные, конструктивные и весовые данные
по всем этим классам двигателей представляют, несомненно, большой интерес и для
авиационного дизелемоторостроения. Вместе с тем сведений об этих двигателях не
так много; к тому же они разбросаны по большому числу источников, главным об-
разом в периодической и каталожной литературе, и пользование ими значительно
затруднено. Поэтому мы решили дать здесь очерк, который охватывал бы основ-
ные сведения и числовые характеристики главнейших типов двигателей.
В основу разделения двигателей на отдельные группы положены различные
системы смесеобразования в той последовательности, как они внедрялись в практику
дизелестроения.
1. Компрессорные двигатели
Введение в цилиндр топлива и его распыливание у этих двигателей происходит
при помощи сжатого воздуха. Благодаря этому точное согласование формы камеры
горения и характеристики топливной струи здесь не является столь важным. Воздух
и топливо, вводимые в камеру горения со скоростями, близкими к скорости звука,
создают в ней энергичное завихривание, в результате чего получается достаточно
хорошее перемешивание.
Однако установка компрессорного двигателя, в целом оказывается более доро-
гой и более тяжелой, так как кроме основного двигателя сюда присоединяется еще
вспомогательная машина — компрессор с его дополнительным оборудованием — про-
межуточными охладителями и баллонами.
Фиг. 1. Продольный разрез двигателя Майбах,
234
а) Майбах
Этот двигатель является почти единственным пред-
ставителем быстроходных компрессорных дизелей. Со
времени своего выпуска, в 1923 г., он производился
только одного размера. Основные данные двигателя
следующие:
Число цилиндров.......................
Диаметр цилиндра......................
Ход поршня............................
Отношение диаметра шатунной шейки к
диаметру цилиндра ....................
Отношение длины шатуна к ходу поршня .
Отношение высоты поршня к диаметру . .
Число коренных подшипников............
Число клапанов на цилиндр ............
Литраж двигателя.......................
Максимальная мощность ................
Максимальное число оборотов в минуту .
Литровая мощность......................
Давление конца сжатия .................
Давление распиливающего воздуха около .
Давление воздуха для пуска ...........
Среднее эффективное давление..........
Средняя скорость поршня..........
Расход топлива .......................
Сухой вес двигателя...................
Вес на 1 л. с.........................
Вес иа 1 л рабочего объема ............
Нефтяной насос.........................
б
140 мм
180 мм
0,5
1,85
1,3
7
2
16,6 л
150 л. с.
1300
9,01 л. с. 1л
38 кг'см1
100 кг) см1
55 кг 1см1
6,25 кг! см1
7,8 м!сек
200 г/э. с. ч.
1 200 кг
8 кг)л. с.
Фиг. 2. Поперечный разрез
двигателя Майбах.
72,4 кг\л
Майбах, 6 плунжеров
Способ регулировки
в одном агрегате
изменение полезного
хода плунжера
Разрезы двигателя показаны на фиг. 1 и 2, общий вид — на фиг. 3 и характе-
ристика на фиг. 4.
Все шесть цилиндров отлиты в один общий чугунный блок. На каждом ци-
линдре имеются впускной и выхлопной клапаны, форсунка, пусковой и предохрани-
тельные клапаны. Поршни (фиг? 5) — чугунные. Двигатель имеет несколько интерес-
ных конструктивных особенностей. Всасывание воздуха происходит через верхнюю
половину картера для охлаждения картера и смазочного масла. Коленчатый вал
(фиг. 6) лежит в семи роликовых подшипниках. На заднем конце вала имеется глу-
Фиг. 3. Общий вид двирателя”Майбах.
235
гр./л.с/час об./fwt
Фиг. 4. Двигатель Майбах. Nr — 150 л. с ; и — 1 300. Кри-
вые изменения максимальной мощности и расхода топлива.
//я == 10 000 лгал. кг. 1 — расход топлива при п — 1 000
об./мин.; 2— расход топлива при п = 1100 об./мин.; 3 — рас-
ход топлива при /7=1 290 об./мин. 4 — расход топлива
при п — 1 300 об./мин.
шитель колебаний. Смазка—
под давлением. Пуск в ход—
сжатым воздухом. Имеется
предельный регулятор, не
допускающий перехода за
1400 об./мин. Топливная
игла имеет постоянный подъ-
ем. При перемене нагрузки
меняется сечение форсунки
между распыливающими шай-
бами и выходным отверстием.
Регулятор давления, связан-
ный с регулировкой проход-
ного сечения форсунки, слу-
жит для изменения давления
распиливающего воздуха со-
ответственно числу оборотов
и нагрузке двигателя. Это
дает возможность регулиро-
вать двигатель в широком
диапазоне числа оборотов
и крутящих моментов.
Топливный насос, при-
водимый в движение верти-
кальным валиком, состоит
из вертикальных плунжеров,
прижимаемых пружинами к
общей качающейся шайбе.
Изменением наклона этой по-
следней изменяется рабочий
ход плунжеров насоса.
Для получения распи-
ливающего воздуха служит
3-ступенчатый поршневой
компрессор с приводом от
заднего конца вала мотора.
После каждой ступени име-
ется промежуточный охлади-
тель для воздуха. Шатунный
Фиг. 5. Поршни двигателя Майбах.
механизм компрессора — на
роликовых подшипниках.
Большое количество
компрессорных двигателей
Майбах установлено на теп-
ловозах германских, датских
и венгерских железных дорог.
2. Форкамерные
двигатели
Форкамерные двигатели
Фиг. 6. Коленчатый вал с глушителем колебаний. представляют собой один из
основных типов бескомпрес-
сорных машин. Так как в последних топливо вводится только посредством насоса
и форсунки, без помощи сжатого воздуха, то необходимо принять' какие-то меры
для того, чтобы имели место хорошее распыливание и распределение топлива в ка-
мере горения.
В форкамерных двигателях это достигается следующим образом: топливо
впрыскивается в форкамеру, помещенную в головке цилиндра, и затем благодаря
236
повышению давле-
ния от частичного
сгорания топлива в
форкамере оно вы-
талкивается вместе
с воздухом в глав-
ную камеру горения.
Форкамера является
почти закрытой по-
лостью, соединенной
одним или несколь-
кими небольшими
отверстиями с глав-
ной камерой горе-
ния. Нет необходи-
мости иметь в фор-
камере равномерную
смесь топлива и воз-
духа, так как в фор-
камере сгорает толь-
ко часть топливного
заряда. Основная же
масса топлива вь?б-
Фиг. 7. Автомобильный дизель Даймлер-Бенц со снятым кожухом
клапанного привода.
расывается повышением давления в форкамере в главную камеру горения. Двигатели
с форкамерой не могут быть пущены в ход в „холодном" состоянии без добавоч-
ных приспособлений, так как поверхность форкамеры относительно велика и
быстро отводит теп ю сжатия. Машины этого типа нуждаются при пуске в ход в
применении особых запальных свечей.
б) Бенц
Четырехтактный 6-цилиндровый двигатель Даймлер-Бенц автомобильного типа
является характерным представителем форкамерных машин.
Его основные данные следующие:
Диаметр цилиндра.................................
Ход поршня.......................................
Отношение диаметра пальца поршня к диаметру ци-
линдра ..........................................
Отношение высоты поршня к диаметру..............
Литраж двигателя...............................
Номинальная мощность................
Число оборотов в минуту.................
Максимальная мощность ....
Максимальное число оборотов в минуту .
Литровая мощность................................
Давление конца сжатия около .....................
Максимальное давление в цилиндре око то....... .
Среднее эффективное давление..........
Средняя скорость поршня..........................
Расход топлива ..................
Сухой вес двигателя с маховиком .
Вес на 1 л. с................
Вес на 1 л рабочего объема ...
Нефтяной насос...............
Способ регулировки подачи . . ...........
Давление подачи около ...........................
Форсунка..............................
Габаритная длина ................................
Габаритная высота................................
105 мм
165 мм
0,286
1.3
8,55 л
70 л. с.
1300
78 л. с.
1400
8,2 л. с. 1л
38 кг) см'2
55 кг[см2
5 67 кг; см'2
7,15 м)сек
210—225 г/э. с. ч.
730 кг
10,4 кг1л. с.
85,4 кг л
Бош
отсечка винтовым про-
резом
70 кг1см'2
закрытая, с пружиной,
1 отверстие
1 590 мм
735 мм
Общий вид двигателя предел влей на фиг. 7 и разрез по цилиндру на фиг. 8.
Цилиндры со сменными чугунными втулками расположены в один ряд, в двух
блоках по три. Картер и блоки отлиты из алюминия. Коленчатый вал вращается в
237
Фиг. 8. Разрез по цилиндру двигателя Дайм-
лер-Бенц.
семи Скользящих коренных подшипни*
ках. Шатуны — двутаврового сечения,
штампованные из специальной стали.
Поршни — алюминиевые со стальными
днищами; это сделано с целью противо-
стоять местным перегревам днища при
омывании его струей раскаленных газов
из форкамеры.
Съемные головки цилиндров от-
литы из чугуна. В них помещаются вса-
сывающий и выхлопной клапаны, фор-
камера с распиливающим насадком,
форсунка и спираль накаливания. При-
вод к клапанам осуществлен при по-
мощи коромысел и толкателей от рас-
пределительного вала, расположенного в
верхней половине картера. Для привода
топливного насоса, водяной помпы и
Фиг. 9. Характеристика двигателя Даймлер-Бенц. N, — индика-
торная мощность; Ne — эффективная мощность; — механичес-
кий к. п. д.; Ре — среднее эффективное давление; Md — крутящий
момент; В — абсолютный расход топлива; Ь — удельный расход
топлива.
динамо имеются два
вспомогательных гори-
зонтальных валика, свя-
занных зубчатой пе-
редачей с коленчатым
валом. На нижнем
вспомогательном валике
монтирован центробеж-
ный регулятор предель-
ного числа оборотов.
Смазка двига-
теля — под давлением.
Привод к масляному
насосу от распредели-
тельного вала осущест-
влен при помощи про-
межуточно! о верти-
кального валика и чер-
вячной передачи.
Водяная помпа —
центробежного типа.
Перед всасывающим
трубопроводом имеется
воздушный фильтр.
Пуск двигателя в
ход производится элек-
трическим стартером,
передающим работу на
вал через зубчатый ве-
нец на маховике.
Несмотря на то,
что давление конца
сжатия достигает вели-
чины около 38 кг'см2,
для запуска мотора все-
таки требуется вклю-
чение спиралей накаливания, которые действуют как посторонний источник зажигания.
В форкамере имеется накаливающийся насадок. Устройство этой детали сле-
дующее; в головку цилиндра ввинчивается втулочка, в нее вставляется насадок,
имеющий ребра, между которыми остаются каналы для выхода газов в- цилиндр.
Насадок прижимается донышком форкамеры, которое имеет посредине отверстие и
238
закрепляется на ре-
зьбе во внешней вту-
лочке. Нельзя ска-
зать, чтобы устрой-
ство выходного от-
верстия в центре
форкамеры было вы-
годно. Струя раска-
ленных газов попа-
дает непосредствен-
но на днище поршня,
которое вследствие
этого сильно пере-
гревается. Днище
приходится делать
стальным, и конст-
рукция поршня ус-
ложняется.
На фиг. 9 пока-
заны характеристи-
ки двигателя. В экс-
плоатационных пре-
Фиг. 10. Двигатель Даймлер-Бенц. Ne = 120 л. с.
делах среднее дав-
ление и крутящий момент изменяются незначительно. Расход топлива (газойль
у = 0,87)- тоже изменяется очень мало: при средних числах оборотов он составляет
около 240 г/э. с. ч. Эффективная мощность возрастает с числом оборотов почти
по прямой и при л =1400 достигает 78 л. с , чему соответствует литровая мощ-
ность 9,12 л с./л. Механический к. п. д. равен 0,72—0,78.
На фиг. 10 дан вид сбоку нового 120-сильного 6-цилиндрового двигателя
Даймлер-Бенц, показанного фирмой на Берлинской автомобильной выставке 1931 г.
На снимке хорошо видны топливный насос Бош, справа от него — компрессор для
пневматического тормоза Кнорра, ниже насоса расположена динамомашина. Для
пуска в ход имеются два электрических стартера. Конструкция форкамеры изменена.
Камера горения сообщается с форкамерой несколькими соединительными каналами.
в) Дейц
Двигатели Дейц относятся к классу форкамерных машин. Они применяются
на тракторах, грузовых автомобилях и тепловозах. На Берлинской автомобильной
выставке 1931 г. фирмой были показаны 2-, 4- и 6-цилиндровые двигатели.
Основные данные двух последних типов следующие:
Число цилиндров .... 4 6
Диаметр цилиндра в мм 115 115
Ход поршня в мм Отношение диаметра пальца поршня к диаметру ци- 170 170
линдра . 0,33 0,33
Поршневой палец Отношение диаметра шатунной шейки к диаметру ци- плавающий 0,65
линдра 0,65
Ошошение длины шатуна к ходу поршня ...... 2 2
Отношение высоты поршня к диаметру ... 1,3 1,3
Число коренных пвдшипников 5 7
Число клапанов на цилиндр 2 2
Литраж двигателя вл ............ 7,06 10,56
Номинальная мощность в л. с 40 60
Число оборотов в минуту : 1000 1000
Максимальная мощность в л. с. . . . 55 80
Максимальное число оборотов в минуту 1250 1200
Литровая мощность в л. с./л 5,66 5,68
Среднее эффек ивное давление кг; см2 . . . 5,1 5,1
Средняя скорость поршня в м/сек ....... 5,67 5,67
Расход топлива в г/э. с. ч - 190—220 190—220
Сухой вес двигателя с маховиком в кг . . 600 750
239
Вес на 1 л. с. в кг\л. с............................... 15,0 125
Вес на 1 л рабочего объема в «г/л...................... 85,0 71,0
Нефтяной насос........................................ Дейц
Способ регулировки подачи—переставной кулачок переменного профиля
Давление подачи в кг[см2 около 70
Форсунка закрытая, с пружиной, 1 отверстие
Габаритная длина в мм.................................. 1 180 1 550
Фиг. 11. 4-цилиндровый двигатель Дейц. Л/е = 40 л. с.; п = 1000
об./мин.
Общий вид двигателя представлен на фиг. 11 и 12, поперечный разрез и устрой-
ство форкамеры показаны на фиг. 13 и 14.
Картер отлит из алюминиевого сплава и состоит из двух частей. Цилиндры
расположены в чугун-
ных блоках по два.
Нижние крышки ко-
ренных подшипников
притягиваются длин-
ными анкерными бол-
тами, которые связы-
вают картер, блоки и
головки цилиндров. Эти
болты воспринимают на
себя давления, разви-
вающиеся в цилиндре,
и разгружают от них
картер.
На фиг. 15 пока-
зан коленчатый вал
двигателя Дейц в срав-
нении с валом бензи-
новой машины равной
мощности. Привод к
клапанам от нижнего
распределительного ва-
ла осуществлен при
помощи коромысел и
толкателей. Имеются
Фиг. 12. 6 цилиндровый двигатель Дейц. Ne — 60 л. с.; п=1000
об./мин.
кроме того два вспо-
могательных валика:
один из них — для
привода динамома-
шины, водяной пом-
пы и регулятора по-
дачи топлива, второй
валик — для топлив-
ного насоса.
Форкамера сме-
щена в сторону от
оси цилиндра (фиг.
14), и соединитель-
ные каналы располо-
жены под углом 45°.
Преимущество та-
кой конструкции по
сравнению с цент-
ральным" расположе-
нием форкамеры за-
ключается в том, что
струя раскаленных
газов не попадает
непосредственно на
240
днище ПорШня. Таким путем устраняются местные перегревы поршня и переох-
лаждение струи топлива. Температура
около 350° С.
Пуск в ход производится от
руки или электрическим стартером.
Для облегчения пуска служат, во-
первых, электрические спирали нака-
ливания, установленные в форкаме-
рах, и, во-вторых, приспособление
для декомпрессии.
При пуске в ход с помощью
декомпрессионных кранов уменьша-
ется давление сжатия !во всех цилинд-
рах и выключаются все секции топ-
ливного насоса.
После того как маховик приоб-
ретет достаточную инерцию, пос-
ледовательно закрываются декомпрес-
сионные краны в цилиндрах и* вклю-
чаются соответствующие секции топ-
ливного насоса.
в) Хилл (Hill)
На фиг. 16 показан общий вид
двигателя Хилл. 5 Основные дднрые
двух типовс этого двигателя сле-
дующие:
в центре донышка форкамеры составляет
Фиг. 13. Разрез по цилиндру и картеру
двигателя Дейц.
16 Авиационные двигатели.
Фиг. 14. Устройство и расположение форкамеры
двигателя Дейц.
241
Фиг. 15. Коленчатые валы: 1) 40-
сильного дизеля Де“.ц и 2) бен-
зинового двигателя той же мощ-
ности.
Число цилиндров ...................................
Диаметр цилиндра в мм . . . .............
Ход поршня в мм .... .............
Отношение диам: тра шатунной шейки к диаметру ци-
линдра ............................................
Литраж двигателя вл...............................
Номинальная мощность в л. с.......... ............
Число оборотов в минуту...........................
Литровая мощность в л. с.\л.......................
Среднее эффективное давлеш е в кг1см3 ............
Средняя скорость поршня в м]сек...................
Расход топлива в г/л. с. ч........................
Сухой вес двигателя с маховиком в кг...............
Вес на 1 л. с. в кг}л. с...........................
Вес на 1 л рабочего объема в кг'л..................
Давление подачи в кг[см?...........................
Форсунка...........................................
6 6
127 152
178 254
— 0,67
13,5 27,8
75 120
1 000 800
5,5 4,3
5,05 4,9
5,94 6,7
230 230
1 800 3 440
24 28,5
133 124
105 —
закрытая, с пружиной,
1 отверстие
На фиг. 17 видно устройство форкамеры двигателя. Она расположена в
головке цилиндра под углом к его оси и окружена водяной рубашкой. Главная
камера сгорания сообщается с форкамерой одним большим отверстием.
На фиг. 18 и 19 показан четырехцилиндровый автомобильный двигатель Хилл
с основными размерами 89 X 152 мм.
Блоки цилиндров и головки отлиты из хромоникелевого чугуна.. Обе части
картера и трубопроводы из алюминиевого сплава. Поршни отлиты из специаль-
ного алюминиевого сплава с малым коэфициентом расширения. Стальные валики
топливных насосов нитрированы и вращаются в роликовых подшипниках.
г) К е р т и н rv
6-цилиндровый 4-тактный двигатель Кертинг автомобильного типа характери-
зуется следующими основными данными:
Диаметр цилиндра ................................. 130 мм
Ход поршня............................................ 180 мм
Отношение диаметра пальца поршня к диаметру ци-
линдра ............................................. 0,42
Поршневой палец..................................... плавающий
Отношение диаметра шатунной шейки к диаметру ци-
линдра ............................................. 0,55
Отношение длины шатуна к ходу поршня............. 2.
Отношение высоты поршня к диаметру.............. 1,6
Число коренных подшипников........................ 7
Число клапанов на цилиндр......................... 2
Литраж двигателя.................................... 14,32 л
Номинальная мощность.............................. 90 л. с.
Число оборотов в минуту........................... 1 200
Максимальная мощность........................ . . 120 л. с.
Максимальное число оборотов в минуту ............. 1500 I
Литровая-мощность.................................... 6,28 л. с.\л
Давл ние конца сжатия около............................ 40 кг[сл'?
Среднее эффективное давление.................. . . 4,7 кг\слА
Средняя скорость поршня....................... . 7,2 MjceK
Расход топлива........................................ 210 г/э. с. ч.
242
16*
243
Фиг. 19. Поперечный разрез авто-
мобильного двигателя Хилл.
Сухой вес двигателя с махсвиюм 1 400 кг
Вес на 1 л. с................... 15,5 кг'л. с.
Вес на 1 л рабочего объема . . 97,8 кг]л
Неф 1 яной насос.................Кертинг
Способ регулировки подачи . . плунжер с перемен-
ным ходом
Форсунка........................закрытая, с пружиной,
1 отверстие
Габаритная длина ............... 1 800 мм
Габаритная высота ....... 1530 мм
Все шесть цилиндров—в одном блоке, отли-
том из чугуна, заодно с верхней половиной кар-
тера. В блок запрессованы сменные чугунное втулки.
Головки цилиндров — съемны, отдельные на каж-
дый цилиндр. Поршни — чугунное Привод к кла-
панам — от нижнего распределительного вала. Ха-
рактеристика двигателя представлена на фиг. 20.
Форкамера типа Кертинг (фиг. 21) имеет
плоскую широкую форму. Она соединена с глав-
ной камерой сгорания длинным воронкообразным
каналом. Струя топлива подается непосредственно
в этот канал, не попадая на стенки форкамеры.
Стенки канала интенсивно охлаждаются водой.
Рабочий процесс в форкамере типа Кертинг
исследован проф. Нейманом (Ганновер) на одно-
цилиндровом двигателе мощностью 18 л. с. и
размерами: диаметр цилиндра—190 мм; ход пор-
шня— 316 мм\ число оборотов в минуту — 350.
Рабочий процесс в форкамере исследованного
двигателя следующий.
За 13—14° до в. м. т. открывается игла
форсунки, и топливо подается в воронку соедини-
канала между форкамерой и цилиндром.
Так как в это время давление в ци-
линдре больше, чем в форкамере, то
воздух с большой скоростью (около
350 м/сек) перетекает по соединитель-
ному каналу в форкамеру навстречу
струе топлива и увлекает части топ-
лива за собой. За ,4—5° до в. м. т.
Фиг. 20. Характеристика автомобильного дви-
гателя Кертинг.
наступает вторая фаза горения, связанная с резким нарастанием давления, и направ-
лшние потока в соединительном канале меняется вследствие того, что давление в
форкамере значительно превосходит давление в цилиндре. w
244
7
Топливо, продолжа-
ющее поступать через
форсунку, проносится в
главную камеру сгорания
сильной' струей газов,
температура которых око-
ло I 850° (по данным
проф. Неймана), где и
сгорает.
д) Ганц
' Австрийская фирма
Ganz & Со производит
несколько типов быст-
роходных форкамерных
дизелей: 2-цилиндровый—
Ne = 24 л. с.; 4-цилиндро-
вый— Л/й = 48 л.с.; 6-ци-
линдровый—Ne—72n. с.;
6-цилиндровый — Ne —
= 110 л. с.; я =1000
Фиг. 22. Автомобильный двигатеть Ганц.
об./мин.
Первые два типа двигателей применяются в электрических установках, третий
предназначен для судовой эксплоатации и наконец последний (фиг. 22) представляет
собой автомобильную машину.
Основные данные автомобильного двигателя следующие:
Литраж двигателя .................................
Литровая мощность.................................
Среднее эффективное давление......................
Давление конца сжатия ............................
Расход топлиза ...................................
Вес на 1 л. с.....................................
Нефтяной насос....................................
Способ регулировки ..............................
Давление подачи .................................
Форсунка.........................................
19,6 л
5,62 л. с. 1л
5,05 кг! ел?
10 кг!сл^
200 г/э. с. ч.
13,ч8 кг>л. с.
своей конструкции,
плунжер приводит-
ся в движение по-
средство и пружины,
управляемой кулач-
ком
переменный ход пл} н-
жера
80 кг/сл#
открытая, 1 отверстие
Для- облегчения пуска двигателя в ход имеется специальное устройство, кото-
рое обеспечивает высокую температуру в цилиндре в конце сжатия. Сущность дей-
ствия этого устройства заключается в том, что во время пуска машины в ход
всасывающий клапан открывается с большим запаздыванием, вследствие этого в ци-
линдре образуется сильное разрежение, которое по открытии всасывающего клапана
выравнивается. Воздух в цилиндре при этом сильно подогревается. Это предвари-
тельное подогревание воздуха до начала хода сжатия обеспечивает достаточно вы-
сокую для самовоспламенения топлива температуру в конце хода сжатия.
Двигатель имеет два распределительных вала: первый управляет выхлспными
клапанами, второй—впускными. Конец второго распределительного вала с приспосо-
блением для пуска в ход показан на фиг. 23. На каждый впускной клапан имеется
тройной кулачок. Части кулачка а, b и с служат, соответственно, для нормальной
работы, для позднего открытия при пуске и для декомпрессии при проворачивании
машины. Распределительный вал может передвигаться в одном направлении путем
проворачивания шпинделя d, в обратном направлении — действием пружины, имею-
щейся на другом конце вала.
Другой особенностью рассматриваемой машины является конструкция камеры
сгорания (фиг. 24) и способ впрыскивания топлива.
245
Фиг. 23. Конец распределительного вала с приспособлением
для пуска в ход.
Топливо подается в
форкамеру открытой фор-
сункой с одним отвер-
стием. Из форкамеры струя
топлива проходит через
отверстие в донышке фор-
камеры и ударяется о
выступ на поршне, распи-
ливаясь плоским веером
во все стороны и таким
образом перемешиваясь с
воздухом.
е) Листер
’ Форкамерный 4-такт-
ный двигатель со специ-
альным устройством для облегчения пуска в ход путем повышения давления конца
сжатия производится американской фирмой Листер. Двигатель спроектирован Ри-
кардо и строится 2- и 4-цилиндровым. Основные данные двигателя следующие:
Диаметр цилиндра..................................
Ход поршня........................................
Рабочий объем цилиндра ...........................
Номинальная мощность 1 цилиндра...................
Число оборотов в минуту...........................
Максимальная мощность.............................
Максимальное число оборотов в минуту..............
Литровая мощность.................................
' Среднее эффективное давление....................
Средняя скорость поршня...........................
Расход топлива ...................................
Вес на 1 л. с.....................................
Топливный насос...................................
Форсунка ....
114 мм
140 мм
1,41л
9 л. с.
1000
11 л. с.
1100
6,3 л. с.]л
5,66 кг[см2
4,67 м[сек
195 г/э. с. ч.
24 кг/л. с.
Бьш
закрытая, 1 отверстие
Головка цилиндра и продольный разрез машины даны соответственно на
фиг. 25 и фиг. 26. Особенностью двигателя является устройство камеры сгорания,
которая состоит-из двух частей, как видно на фиг. 25. Канал, соединяющий между
собой обе части камеры, закрывается клапаном, регулируемым от руки. Канал за-
246
крывается при пуске двигателя в ход. Это
дает возрастание давления конца сжатия
от нормальных 28 до 42 ат. Высокая
температура, развивающаяся в цилиндре,
обеспечивает пуск двигателя в ход при
низкой температуре наружного воздуха
без помощи посторонних источников за-
жигания.
Распределительный вал расположен
в картере и приводится от коленчатого
вала при помощи пары цилиндрических
шестерен. Масляный насос монтирован вне
картера; циркуляция смазки показана на
фиг. 26. Двигатель предназначен для ста-
ционарных установок.
3. Двигатели непосредственного
впрыскивания
- В этом типе машин топливо вво-
дится непосредственно в камеру сгорания
и перемешивается с воздухом или благо-
даря тонкому распиливанию, или при по-
мощи искусственного завихривания воздуха.
В первом случае перемешивание топлива
и воздуха зависит всецело от форсунки.
Струи топлива направляются таким обра-
зом, чтобы обстрелять наибольший объем
камеры, не попадая однако на холодные
стенки. В машинах этого типа форма,
число и расположение топливных струй
должны находиться в соответствии с фор-
мой камеры сгорания.
В других машинах смесеобразование
обеспечивается искусственным завихрива-
нием воздуха. Для этого существует целый
ряд сцрсобов: направляющие козырьки на
впускных клапанах, выступы на поршнях,
сужения в камере сгорания и наконец
специальное устройство и расположение
впускных окон.
Достаточное для хорошего сгорания
распыливание топлива требует весьма высо-
ких давлений подачи.
Это обстоятельство заставляет предъ-
являть серьезные требования к конструк-
ции и точности обработки топливных на-
сосов.
Так как количество топлива, подава-
емого в цилиндр, даже на полной нагрузке
двигателя чрезвычайно мало, то регули-
ровка подачи топлива в условиях изме-
няющейся нагрузки приобретает большое
значение. В особенности это касается
транспортных двигателей, которые работают
на переменном режиме.
а)5МАН
Первые быстроходные дизели МАН
автомобильного типа поступили в экспло-
Фиг. 26. Продольный разрез и схема смазки
двигателя Листер.
। Фиг. 27. Поперечный разрез двигателя МАН
[120X180 мм.
247
атацию в 1923 г, В настоящее время имеется в основном два типа этих двигателео,
причем каждый из них выполняется 4- и 6-цилиндровым. Все машины — струйногй
распыливания.
Основные данные двигателя следующие:
Число цилиндров...............................
Диаметр цилиндра в мм.........................
Ход поршня в мм ..............................
Отношение диаметра пальца поршня к диаметру ци-
линдра .......................................
Отношение диаметра шатунной шейки к диаметру ци-
линдра .......................................
Отношение длины шатуна к ходу поршня..........
Отношение высоты поршня к диаметру............
Число коренных подшипников....................
Число клапанов на цилиндр ....................
Литраж двигателя в л..........................
Номинальная мощность в л. с...........5, . . . .
Число оборотов в минуту.......................
Максимальная мощность в л. с.............. . .
Максимальное число оборотов в минуту..........
Литровая мощность в л. с.1л...................
Давление конца сжатия в кг1сМ*................
Максимальное давление в цилиндре в кг]см?.....
Среднее эффективное давление в кг'см'^........
Средняя скорость поршня в м)сек...............
Расход топлива в г/э. с. ч....................
Сухой вес двигателя с маховиком в кг ........
Вес на I л. с. в кг)л. с................
Вес на 1 л рабочего объема в кг]л.............
Нефтяной насос................................
Способ регулировки ...........................
4 6 4 6
120 120 165 165
180 180 220 220
— — — 0,36
— 0,6 06
— — 2,25 2,25
— — 0,5 0,5
5 7 5 7
2 2 2 2
8,41 12,8 18,8 28,2
45 68 100 165
1 000 1 000 1 000 1 000
50 80 — —
Давление подачи в кг!слА...около
Форсунка........................
Габаритная длина в мм ...............
Габаритная высота в мм ...............
1 ICO 1 150 — —
5,52 5,57 5,85 5,85
25 25 25 ,25
42 — — -
5,0 5,0 5,27 5,27
0,0 6 0 7,33 7,33
203 200 200 200
685 8 0 1 600 2 103
15,2 12,0 14,5 12,7
84 73 85 74,5
MAH
механически управ-
ляемый перепускной
клапан
400 400 400 400
открытая, 1 отверстие
756 1 053 1 450 —
855 855 1 300 1 300
В первом типе цилиндры расположены в блоках по два, картер отлит из си-
лумина, блоки связаны с картером анкерными болтами. Поперечный разрез двига-
теля представлен на фиг. 27.
У второго типа блоки и картер (фиг. 28) представляют собой одну чугунную
отливку. Поршни — алюминиевые; цилиндры — чугунные. В картере имеются* люки
Фиг. 28. Блоки и верхняя половина картера двигателя
МАН 165X220 мм.
для доступа к коленчатому валу.
Смазка у обоих типов — под
давлением. На картере монтиро-
ваны стартер и динамомашина.
Для облегчения пуска имеется де-
компрессионное устройство. При
частичной нагрузке дви ателя и на
холостом ходу всасываемый воздух
подогревается выхлопными газами.
Топливный насос имеет двойную
регулировку: момента подачи и
коли тественную.
На всасывающем клапане име-
ется козырек для сообщения воз-
духу вращательного движения. Вы-
ходное отверстие форсунки диамет-
ром 0,15 и 0,22 мм соответственно
для .обоих типов двигателя дает
тангенциальное направление струе
топлива, как показано на фиг. 29.
На следующ й фиг. 30 дано
изменение расхода топлива в за-
248
Фиг. 29. Движение воздуха и
направление струй ^топлива у
двигателя МАИ.
Фиг. 3J. Изменение расхода топлива двигателя МАН в
зависимости от нагрузки при различных числах обо-
ротов: а—при л =400; b — при и = 600; с\—при
п = 800; d - - при п — 1 j000; е — при п = 1 100.
Фиг. 31. Изменение расхода
топлива двигателя МАЙ в за-
висимости от момента начала
подачи: а—-раннее начало впры-
скивания; b — нормальное на-
чало впрыскивания; с—-позднее
начало впрыскивания п = 1000.
висимости от нагрузки при различных
числах оборотов. Диаграмма фиг. 31 со-
держит ряд кривых, показывающих изме-
нение расхода топлива в зависимости от
момента начала впрыскивания топлива в
цилиндр при постоянном числе оборотов
(п =1 000). Кривая b получена при нор-
мальной установке начала впрыскивания;
кривая с отвечает регулировке насоса для
;z = 700 и наконец кривая я соответствует
режиму п —500.
Если момент начала впрыскивания
топлива установлен правильно, то в ци-
линдре двигателя развивается максимальное
давление не свыше 42кг]см2. При'слишком
раннем впрыскивании (соответствующем
кривой а) получается возрастание макси-
мального давления до 52 ат, запаздыва-
ние начала впрыскивания (кривая с) вле-
зает за собой понижение максимального
давления до 30 ат.
Наконец на последней фиг. 32 пока-
зано изменение расхода топлива при различ-
ных числах оборотов в зависимости от ве-
личины среднего эффективного давления ре.
Фиг. 32. Изменение расхода топлива Дви-
гателя МАН при различных числах оборо-
тов в зависимости от величины среднего
эффективного давления.
249
На сельскохозяйственной выставке в Англии в 1931 г. был показан новый
тип двигателя МАН; разрез его показан на фиг. 33. Размерность двигателя 120X180 леи,
мощность 90 л. с. при 1 500 об/м н Особенностью новой модели является спе-
циальная воздушная полость в поршне. При наличии этого устройства можно ожи-
дать уменьшения скорости повышения давления при сгорании.
б) Юнкере
2-тактный автомобильный двигатель Юнкерса со встречно движущимися поршнями
выполняется 2- и 3-цилиндровым. Основные данные 2-цилиндрового двигателя следующие
Диаметр цилиндра ... 80 мм
Ход поршня............2Х150лж
Отношение диаметра
пальца поршня к диа-
метру цилиндра . . . 0,44
Поршневой палец . . . плавающий
Отношение высоты пор-
шня к диаметру .. . . 1,9
Число колен коленчатого
вала.................. 6
Число коренных под-
шипников ............. 3
Литраж двигателя ... 3,0 л
Номинальная мощность . 45 л. с.
Число оборотов в ми-
нуту .................1103
Максимальная мощность 53 л. с.
Максимальное число обо-
ротов в минуту ... 1 200
Литровая мощность . . 15 л. с./л
Степень сжатия . . . • 18
Максимальное давление
в цилиндре............ 65 кг]см*
Среднее эффективное
давление.............. 6,0 кг]см?
Средняя скорость пор-
шня .................... 5,5 м/сек
Расход топлива .... 195 г\э. с. ч.
Сухой вес двигателя с
маховиком............. 375 кг
Вес на 1 л. с.........8,31 кг] л. с.
Вес на 1 л рабочего
объема................125 кг]л
Габаритная длина . . . 1 125 мм
Габаритная высота . . . 1 ПО мм
Габаритная ширина . . 555 леи
Нефтяной насос........Юнкере
Способ регулировки . . отсечка вин-
товым про-
резом на
плунжере
Давление подачи .... 500 — 700
кг] см?
Форсунка..............открытая, 1
отверстие
Общий вид двигателя пред-
120ХД80 мм\ 90 л. с. ставлен на фиг. 34, продольный
и поперечный разрезы — на фиг.
35, 36.
заключены в один блок, отлитый из силумина. Картер—
частей. Верхняя половина картера и блок предс1авляют
Фиг.ЗЗ. Новый двигатель МАН
при 1500 об./мин.
Цилин ары — чугунные,
литой из силумина, из двух
собой одну отливку. Шатуны — стальные, двутаврового сечения. Чу1унные поршни
имеют по три верхних уплотнительных кольца и по одному маслосборочному. Колен-
чатый вал — цельный, по три колена на каждый цилиндр. Среднее колено несет
нижнюю головку шатуна, а два крайних несут нижние головки штанг, связанных
с верхним поршнем. К верхнему поршню примыкает поршень продувочного насоса.
Продувочный воздух поступает в верхние окна цилиндра, расположенные под углом
250
к радиусу, и получает внутри цилиндра вращательное движение по спирали. Выхлоп
происходит через нижние окна. На переднем конце двига!еля монтирован топливный
насос, регулятор предельного числа оборотов и масляный насос. Топливо впрыски-
вается непосредственно в цилиндр через открытую форсунку. Для пуска в ход имеется
электрический стартер. Смазка —циркуляционная, под давлением.
в) Линк е-Г о ф м а н
Быстроходные двигатели Линке-
Гофман изготовляются 4- и 6-цилиндро-
выми, мощностью 50, 85, 150, 300 и
400 л. с. В автотранспорте получили
широкое распространение первые два
типа; их основные данные следующие:
4
115
165
6
120
170
0,3
плавающий
0,52
1,2
3
7
2
6,85
2
11,5
50
Число цилиндров . . .
Диаметр цилиндров в мм
Ход поршня в мм . . .
Отношение диаметра
пальца поршня к диа-
метру цилиндра . . .
Поршневой палец . . .
Отношение диаметра ша-
тунной шейки к диа-
метру цилиндра . . .
Отношение высоты пор-
шня к диаметру . . .
Число коренных под-
шипников .............
Число клапанов на ци-
линдр ................
Литраж двигателя в л .
Номинальная мощность
в л. с................
Число оборотов в минуту 1 200
Максимальная мощность
в л. с................
Максимальное число обо-
ротов в минуту . . .
Литровая мощность в
л. с.1л...............
Давление конца сжатия
в кг)слА..............
Максимальное давление
в цилиндре в кг! см2 .
Среднее эффективное
давление в KifCAfl . .
Средняя скорость пор-
шня в м[сек...........
Расход топлива в г/э. с. ч.
Сухой вес двигателя без
маховика в кг ... .
Вес на 1 л. с. в «2/ л. .
Вес на л рабочего объ-
ема в кг\л............
Габаритная длина в мм . 1 040
Габаритная высота вл«.и . 1 040
Нефтяной насос .... собственной конст-
рукции
Способ регулировки . . механически управ-
ляемый отсечной
клапан
. . закрытая, с пружи-
ной, 1 отверстие
85
1200
60
90
1400
1300
7,3
7,4
30
42
5,48
6,6
ГО
530
10
73
30
42
5,53
7,1
190
850
10
73
Форсунка . .
Разрез 4-цилиндрового двигателя
Линке-Гофман показан на фиг. 37, на
фиг, 38 дан общий вид двигателя.
Фиг. 34. Автомобильный двигатель Юнкерса.
Общий вцд.
251
Фиг. 35. Продольный разрез двигателя Юнкерса.
Цилиндры сделаны из чугуна и расположены в 4-цилиндровом моторе в одном
блоке, в 6-цилиндровом — в трех блоках. Головки цилиндров из перлитового чу-
гуна, по две в одной отливке. Привод к клапанам — через коромысла и толкатели
от нижнего распределительного вала. Картер — алюминиевый. В верхней части его
расположены коленчатый вал, распределительный вал и валик топливного насоса.
Нижняя половина картера служит только как масляная ванна. Распределительный
вал и валик топливного насоса вставляются в картер спереди. Приводятся они не-
посредственно от шестерни на переднем конце коленчатого вала. Вкладыши корен-
ных и шатунных подшипников — бронзовые с заливкой белым металлом. Поршневые
пальцы работают в бронзовых втулках. Поршни — чугунные, но в некоторых случаях
завод ставит и алюминиевые поршни.
Смазка -т под давлением, при помощи шестеренчатой масляной помпы, монти-
рованной в нижней части картера. Имеется редукционный клапан. Водяная помпа
монтирована в передней части двигателя. Пуск двигателя в ход производится элек-
трическим стартером. Для облегчения пуска имеется декомпрессионное устройство.
По конструкции камеры сгорания и органов впрыскивания топлива этот двига-
тель значительно отличается от других быстроходных двигателей. Камера сгорания
расположена в головке цилиндра и сужена при переходе к пространству цилиндра.
Форма камеры сгорания отвечает форме топливной струи, а размеры ее таковы,
что частицы топлива не попадают на стенки. Благодаря наличию сужения при пе-
реходе к пространству цилиндра, в конце хода сжатия образуется разность давлений
в цилиндре и камере сгорания, вызывающая завихривание воздуха. Такая конструк-
ция камеры сгорания дает кроме того возможность осуществить хорошее ее охлаж-
дение и вместе с тем частично предохранить клапаны и поршни от непосредствен-
ного действия пламени.
На головках цилиндров монтированы отдельные для каждого цилиндра топлив-
ные насосы. Регулировка подачи насосов производится перепуском топлива: по-
252
Фиг. 37. Двигатель Линке-Гоф:. ан. Попере1
ный разрез.
Фиг. 36. Поперечный разрез двига-
теля Юнкерса.
Фиг. 38. 4-цилиндровыи двигатель Линке-Гофман. Обшии вид.
253
кал[кг) при постоянном числе оборотов п = 1200 и переменной нагрузксг
По оси абсцисс — среднее эффективное давление в кг[см2.
Фиг. 20. Двигатель Линке-Гофман. Кривые максимальных
крутящих моментов: а — 4-цилиндровый двигатель, Ne =
= 50 л. с., b — 6-цилиндровый двигатель, А\ = 85 л. с.
лезный ход плунжера в из-
вестный момент времени пре-
рывается ввиду открытия
перепускного клапана. Впро-
должение части нагнетаю-
щего хода плунжера всасы-
вающий клапан насоса оста-
ется открытым, и полезный
ход плунжера начинается
лишь в тот момент, когда
всасывающий клапан закры-
вается. Момент отсечки по-
дачи зависит от положения
регулировочного валика, свя-
занного с ручным рычагом
и ножной педалью. Кроме
того имеется регулятор пре-
дельного числа оборотов с
приводом коническими шес-
тернями от распределитель-
ного вала.
Как видно из диаграммы (фиг. 39), расход топлива (с теплотворной способ-
ностью 10 000 кал/кг) составляет около 190 г/э. с. ч. и на некоторых режимах
понижается до 178 г/э. с. ч.
Кривые моментов фиг. 40 характеризуют малое изменение крутящего момента
на валу двигателя в зависимости от числа оборотов. Средний расход масла у этого
двигателя за 150-часовое испытание оказался равным 1,57 г/э. с. ч. Помимо авто-
грузового транспорта двигатель Линке-Гофман применяется для электрических уста-
новок, а также для привода насосов, компрессоров и пр.
г) Крупп
Быстроходный дизель Крупп
данные двигателя следующие:
выполняемся 4- и 6-цилиндровым. Основные
Число цилиндров.......................... 4 6
Диаметр цилиндров ь чм .............. 135 135
Ход поршня в мм............................. 200 200
Литраж двигателя вл........• ......... 11,5 7,2
Номинальная мощность в .. с............... 65 100
Число оборотов в минуту.................... 1 000 1000
Максимальная мощность в л. с................ — ' ПО
254
Максимальное число оборотов в минуту.. . •— 1100
Литровая мощность в л. с.1л ............ 5,65 5,8
Среднее эффективное давление в кг/см?............. 5,08 5,23
Давление конца сжатия в кг/см* ........ г . '. 33 33
Максимальное давление в цилиндре в кг/см? около . . 42 42
Средняя скорость поршня в м/сек................... 6,66 6,66
Расход топлива в г/э. с. ч............ 210 210
Сухой вес двигателя без маховика в кг ..... . 520 800
Вес на 1 л. с. в кг/л. с............................. 8 8
Вес на 1 л рабочего объема в кг\л ......... 45 46,5
» Разрез двигателя показан на фиг. 41.
Эти двигатели применяются на быстроходных катерах, в электрических агре-
гатах и в качестве вспомогательных судовых механизмов. В автотранспорте они пока
большого распространения не получили.
д) Оберхэнсли
4-цилиндровый двигатель
основные данные:
автомобильного типа
Оберхэнсли имеет следующие
Диаметр цилиндра.............130 мм
Ход поршня...................180 мм
Отношение хода поршня к диа-
метру цилиндра.................. 1,38
Литраж двигателя................. 9,56 л
Мощность в л. с..............номиналь- максималь-
ная ная
80 103
Число оборотов в минуту .... 1350 1 380
Литровая мощность в л. с./л . . 8,4 10,7
Среднее эффективное давление в
кг/см?........................ 5,6 7,02
Средняя скорость поршня в м/сек 8,1 8,3
Расход топлива в г/э с. ч. ... 200 219
Коэфициент подачи ....... 0Д7 0,77
Коэфициент избытка воздуха . . 1,51 1,10
Форсунка..................... Бош
Насос........................Бош или REF
Способ регулировки подачи . . . отсечка винтовым про-
резом на плунжере
Диаметр шатунной шейки .... 85 лслг
Длина шатунного подшипника • • 70 мм
Диаметр коренного подшипника . 90 мм
Длина коренного подшипника . . 50 мм
Диаметр поршневого пальца . . 35 мм
Длцда шатуна..................... 390 мм
Высота поршня..................... 200 мм
Степень сжатия.................... 14
Давление конца сжатия........ 25 кг/см*
Максимальное давление в цилиндре 45 кг/см*
Сухой вес без маховика....... 512 кг
Удельный вес...................... 6,4 кг/л. с.
На фиг. 42 и 43 представлен общий вид
двигателя, на фиг. 44 и 45 даны разрезы цилиндра
по камере сгорания.
Машина работает по 4-тактному циклу. Пор-
шни— алюминиевые, с инварными вставками. Для
облегчения пуска в ход имеются запальные свечи
Бош, питаемые током от аккумуляторной батареи.
Фиг. 41. Двигатель Крупп 135X200
мм. Разрез поршня и головки ци-
линдра.
Главнейшей особенностью двигателя является конструкция камеры сгорания.
Внутри главной камеры помещена дополнительная шарообразная вставка, играющая
роль подогревателя воздуха. Во время хода сжатия часть воздуха, находящаяся в
цилиндре, входит во внутреннюю полость этой вставки, другая часть воздуха обте-
_ кает стенки вставки извне и таким образом подогревается. Топливо впрыскивается
в подогреватель в конце хода сжатия. Цель устройства подогревателя — обеспечить
надежной воспламенение и горение топлива на всех скоростных режимах.
255
Фиг. 42. Двигатель Оберхэнсли. Общий вид. Фиг. 43. Двигатель Оберхэнсли. Общий вид.
I О
Фиг. 44. Камера сгорания двигателя Обер- Фиг. 45. Разрез по головке цилиндра двигателя
хэнсли. ' Оберхэнсли. "
Фиг. 46. Литровая мощность 1 Ге/Уй, общий часовой В и удельный Ве расход топлива,'
среднее эффективное давленье Ре и эффективный к. п. д. в.зависимости от нагрузки при
постоянном числе оборотов.
256
Общая компановка
машины вполне отвечает
условиям автомобильной
практики. Двигатель снаб-
жен электрическим стар-
тером и динамомашиной,
дающей ток для зарядки
аккумуляторной батареи.
На фиг. 46 и 47
показаны характеристики
двигателя, полученные при
исследовании его на за-
водском станде проф. Ней-
маном. Кривые показы-
вают, что удельный рас-
ход топлива в широком
диапазоне нагрузок из-
меняется незначительно и
составляет (за вычетом
расхода на динамо и вен-
тилятор) около 200 г/э.
с. ч , крутящий момент с
увеличением числа оборо-
тов примерно до 1 130 в
минуту возрастает.
Пуск двигателя в ход
не вызывает затруднений.
/%/
А-г н
6с
50
Рс
3<?
2о
ю
о
Фиг. 47. Литровая мощность /Уе/Ул, эффективная мощность Ne,
крутящий момент Ма, среднее эффективное давление—г_Ре,
общий часовой В и удельный Вв расход топлива и эффектив-
ный к. п. д. в зависимости от числа оборотов.
в „холодном" состоянии при помощи запальных свечей
Машина — приемиста, быстро реагирует на изменения
нагрузки.
Кроме описанного двигателя фирмой построен в последнее время опытный
одноцилиндровый двигатель размером: D= 100 мм, 150 мм, с числом оборотов
около 1800 в минуту. Литровая мощность его составляет 12,7—14,5 л. с.[л. В на-
стоящее время этот двигатель развивается в 6-цилиндровую машину.
е) Рикардо
Быстроходный бескомпрессорный двигатель тяжелого топлива, спроектированный
Рикардо, впервые был показан фирмой Ъротерхуд на Британской промышленной
выставке в Бирмингаме в феврале 1929 г. К тому времени двигатель прошел дли-
тельные испытания на станде.
Основные данные двигателя следующие:
Число цилиндров............................................ 2, 3, 4 и 6
Диаметр цилиндра.......................................... 190 мм
Ход поршня................................................ 305 мм
Рабочий объем цилиндра..................................... 8,65 л
Мощность одного цилиндра .................................. 50 л. с.
Число оборотов в минуту....................................... 900
Литровая мощность.................................... 5,8 л. с.\л
Давление конца сжатия.................................... 33,6 кг>см‘г
Максимальное давление в цилиндре......................... 52,5 кг/см*
Среднее эффективное давление.............................. 5,8 кг/см*
Средняя скорость поршня.................................... 9,15 м1сек
Расход топлива............................................ 182 г/э с. ч. .
Расход смазочного масла................................... 4,6 г/э. с. ч.
Вес 6-цилиндрового двигателя......................... 5 400 кг
Вес на 1 л. с.............................................. 18 «г/л. с.
Вес на 1 л рабочего объема................................ 104 «г/л
Нефтяной насос....................................... Рикардо
Способ регулировки подачи............................ механически управ-
ляемый отсечной
клапан
Давление подачи......................................... 350 кг1см*
Форсунка............................................... открытая, 1 отвер-
стие
17 Авиационные двигатели.
257
Двигатель работает по 4-тактому циклу и имеет золотниковое распределение.
Золотником является втулка цилиндра, которая в верхней части имеет окна для
впуска и выпуска и совершает поступательно-вращательное движение. Во время хода
сжатия, пооцесса горения и хода расширения верхняя часть втулки цилиндра с окнами
входит в кольцевой зазор головки цилиндра, а уплотнение производится специаль-
ными уплотнительными кольцами, расположенными в начале кольцевого зазора.
Разрезы двигателя даны на фиг. 48 и 49. Цилиндры поставлены отдельно. Головки
цилиндров — стальные, обработанные со всех сторон. Картер — чугунный. Поршни,
258
Фиг. 49. Двигатель РикардсГ (Brotherhood). Разрез по цилиндру и топливному насосу.
отлитые из легкого сплава, имеют по шести колец, из которых два нижних—масло-
сборочные. Кольца расположены сравнительно очень низко, для того чтобы предот-
вратить выход колец за кромку окон распределения. Шатуны — круглого, сечения,
штампованные из специальной никелевой стали. Трущиеся поверхности нижней
головки шатуна и шатунной шейки вала цементированы, между ними лежит пла-
вающая бронзовая втулка, просверленная в нескольких местах. Благодаря наличию
втулки в два раза уменьшается скорость скольжения трущихся поверхностей головки
шатуна и шейки вала. Коленчатый вал — составной из отдельных частей, причем
коренные шейки завинчены в щеки в горячем состоянии, шатунные шейки с наде-
тыми на них бронзовыми втулками зажаты в щеках при помощи стяжных болтов.
Рабочие поверхност и стальных гильз цементированы и тщательно отшлифованы.
Окна выфрезерованы по’шаблону. Золотник управляет как впуском так и выпуском.
Его движение, как было указано выше, состоит из поступательного и вращательного
относительно оси цилиндра. Золотники приводятся в движение при помощи коро-
мысел. В свою очередь эти последние приводятся в движение от эксцентрика на оси
качания. Один конец коромысла связан при помощи шарнира с золотником, другой
конец присоединен к угловому рычагу. Таким образом угловой рычаг приводится
в качательное движение от коромысла.
Свободный конец этого рычага служит для привода в движение плунжера
топливного насоса. Конец коромысла, закрепленный к золотнику, описывает эллип-
тические линии. Шарнир допускает перемещение золотника по дуге относительно
оси цилиндра.
18 Авиационные двигатели.
259
Каждый цилиндр имеет свой
топливный насос с механически уп-
равляемым отсечным клапаном. Плун-
жер насоса работает в сменном чу-
гунном цилиндрике. Регулировка по-
дачи осуществляется при помощи
отсечного клапана. Камера сгорания —
цилиндрической формы. Форсунка
расположена вертикально и смещена
от центра к краю камеры. Воздух,
поступающий в цилиндр тангенци-
ально, получает внутри цилиндра
вращательное движение. Круговой
вихрь сохраняется и к концу
сжатия.
Интенсивность вихря рассчитана
так, чтобы за время впрыскивания
воздух сделал внутри цилиндра один
оборот. Топливо впрыскивается в
этот завихренный воздух и таким
путем получается при сравнительно
грубом распыливании форсункой хо-
рошее перемешивание топлива с
воздухом.
В конструкции форсунки кроме
шарикового обратного клапана не
имеется подвижных частей. Диаметр
отверстия форсунки около 0,8 мм.
Фиг. 50. Двигатель Трейбер 406X406 мм. Попе-
речный разрез.
В канал форсунки входит игла, от положения которой зависит давление распыли-
вания топлива. При установке игла сперва запирается до отказа, а затем приот-
крывается приблизите-ьно на 0,15 мм. Второй штуцер в камере сгорания предназ-
начен для установки предохранительного клапана или индикатора.
У двигателя имеется два масляных насоса, монтированных по обеим сторонам
коленчатого вала, у маховика. Один из насосов всасывает масло из масляной ванны
картера и гонит его через фильтр к подшипникам и золотникам. Второй насос
отсасывает сквозь фильтр стекающее масло и нагнетает его через охладитель в
масляный бак.
Пуск в ход производится небольшим 4-цилиндровым двигателем, работающим
при-помощи сжатого воздуха, с давлением около 18 ат. Для получения сжатого
воздуха на переднем конце мотора имеется специальный одноцилиндровый компрес-
сор с водяным охлаждением головки.
ж) Трейбер
Двигатель Трейбер является представителем быстроходных дизелей большой
мощности. По своей конструкции он сильно напоминает авиационные двигатели.
Основные данные двигателя следующие-
Число цилиндров . . •............................. 12
Диаметр цилиндра.............'....................... 406 мм
Ход поршня........................................... 406 мм
Литраж двигателя..................................... 630 л ‘
Номинальная мощность................................ 3000 л. с.
Число оборотов в минуту.................................. 700
Литровая мощность....................................... 4,76 л. с./л.
Среднее эффективное давление............................... 6,12 кг'см2
Средняя скорость поршня . . ............................... 9,3 м(сек
Расход топлива............................................ 192 г/э. с. ч.
Сухой вес двигателя с маховиком......................... 28 800 кг
Вес на 1 л. с.............................................. 9,6 кг л. с.
Вес на 1 л рабочего объема................................ 45,7 кг]л
Габаритная длина..................................около 6000 мм
Габаритная ширина........................................ 2 675 мм
Габаритная высота........................................ 2 700 мм
260
Поперечный разрез дзигателя дан на фиг. 50.
Цилиндры расположены V-образно под углом 45°. Картер двигателя — литой
из стали. Головки цилиндров, всасывающие и выхлопные патрубки отлиты
из медно-алюминиевого сплава. Втулки цилиндров откованы из специальной стали и
имеют поверхностную твердость около 300 по Бринеллю.
Картер и головки цилиндров cthhj ты длинными анкерными Оолтами. Цилиндры
с рубашками привернуты к головкам и благодаря наличию опорных промежуточных
стальных рамных стоек разгружены от действующих в направлении оси цилиндра
сил и свободно могут удлиняться при нагревании. Головки цилиндров жестко свя-
заны друг с другом в стыках и образуют прочную балку. Коленчатый вал — цель-
ный, откован из хромованадиевой стали. Шатуны — из этой же стали. Коренные
и шатунные подшипники залиты белым металлом и не имеют канавок для масла;
толщина заливки — 2,5 и 1,6 мм соответственно. Поршни с масляным охлажде-
нием сделаны из никель-алюминиевого сплава. Смазка двигателя — циркуляционная
под давлением. Двигатель реверсивный: на маховике имеется тормоз, обеспечиваю-
щий быстрое реверсирование. Двигателями этого типа снабжены американские бы-
строходные суда, имеющие скорость до 40 узлов (около 70 км/час).
3) Рено
Двигатель французской фирмы Рено конструируется 4- и 6- цилиндровым и
предназначен, главным образом, для автогрузового транспорта. Основные данные
двигателя следующие:
Диаметр цилиндра (леи)................................115
Ход поршня (мм) . ... ............................... 170
Отношение хода поршня к диаметру цилиндра............ 1,48
Отношение диаметра пальца поршня к диаметру цилиндра . . . v 0,37
• Поршневой палец ...................................плавающий
Отношение высоты поршня к диаметру................... 1,58
Число коренных подшипников:
а) у четырехцилиндрового двигателя.................. 5
б) у шестицилиндрового двигателя.................... 7
Число клапанов на цилиндр ............................. 2
Рабочий объем одного цилиндра (л) .....-............. 1,77
Номинальная мощность (л. с.):
а) четырехцилиндрового двигателя.................. 55
б) шестицилиндрового двцгателя..................... 85
Числе! оборотов в минуту........................... 1503
Литровая мощность (л. с.[л.) .......................... 8
Давление конца сжатия (кг/см9) ..................... 33
Степень сжатия . ..................................... 16
Среднее эффективное давление (кг/см-) ............. 4,8
Средняя скорость поршня (м/сек) .'................... 3,5
Расход топлива(г/э. с. ч.)...•.........•..............208
Удельный вес (кг/л. с.) ................. 12
Топливный насос и форсунка .... * . . . •.............Бош
Давление подачи (кг/смг) ................ • ... 250—280
Двигатель — блочной конструкции. Блок отлит из специального чугуна, уси
ленного ребрами. Головки — отдельные на каждый цилиндр. Коленча-ый вал —
штампованный из хромоникелевой стали. Высокая степень сжатия выбрана для того,
чтобы приспособить двигатель к различным топливам (колониальные мас..а). Клапаны
приводятся от нижнего распределительного валика. Форсунка расположена в центре
головки (фиг. 50а). Форма камеры сгорания приспособлена к форме топл”?' ых струй.
Поршень по краям имеет выступ-воротник, предохраняющий от попадания струй
на стенки цилиндра.
♦
и) Майбах GO-5
Конструкция нового 12-цилиндрового веском прессорного двигателя А лйбах
является развитием 6-цилиндровой модели GO-4, причем в ней несомненно
использован опыт постройки 12-цилиндровых бензиновых двигателей дирижабельного
типа. Основные данные двигателя GO-5 следующие:
18*
261
Фиг. 50?. Поперечный разрез автомобильного дизеля Рене
Фиг. 506. Двигатель Майбах GO-5, 410 л.с., 1400 об./мин.
262
Диаметр цилиндра (мм)........... 150
Ход поршня (мм)................. 200
Число клапанов и i цилиндр........... 2
Литраж двигателя'^.................... 42 4
Номинальная мощность (л.с.) .... 410
Число оборотов в минугу.............. 1400
Литровая мощность (л.с./л.) ..... 9,7
Давче чие конца сжатия (кг/см?) . . . 30—40
Мжсимальное давление в цилиндре
(кг/см?).................... 55
Среднее эффективное давление (кг 'см?) 6,22
Средняя скорость поршня (м/сек) . . 5,6
Вес двигателя (кг).........1700
Удельный вес (кг/л. с.).. 4,15
Литровый вес (кг/л) ......... 40
Габаритная длина (мм)......• . 1865
» высота (мм) . ... . 1346
Общий вид двигателя представлен на фиг. 506, его характеристики — на фиг.
50в и 50г. Цилиндры расположены в два ряда по шести. Коренные и шатунные
подшипники — роликовые. На
коленчатом валу имеется махо-
вик и глушитель колебаний
Цилиндры выполнены из
специального чугуна. По шести
цилиндров каждого ряда свин-
чены в один общий блок,
который целиком устанавлива-
ется на картер. Клапаны управ-
ляются верхними распредели-
тельными валиками, по одному
на каждый ряд цилиндров. Рас-
пределительные валики приво-
дятся от коленчатаго вала через
систему шестерен со стороны
маховикал С этой же стороны
монтированы топливные насосы,
имеющие привод непосредст-
венно от распределительных
валиков. Форсунки расположены
с внутренней стороны каждого
ряда цилиндров. Смазка — цир-
куляционная под давлением.
Воздух в цилиндры просасы-
вается через картер с целью
охлаждения смазочного масла. Кроме того при этой системе не происходит выби-
вания из картера масла и масляных паров.
Фиг. 50 г. Кривая расхода топлива двигателя Майбах GO-5.
4. Двигатели с вспомогательной воздушной камерой
На фиг. 51 и 52 показаны два типа этой машины. В первом типе воздуш-
ная камера и воронка выполнены в поршне, во втором типе они расположены в
головке цилиндра. В обоих случаях поршень в в. м. т. очень близко подходит к
головке цилиндра. Воздушная камера и воронка соединены отверстием небольшого
диаметра. Процесс горения в э’их машинах происходит следующим образом. Во
время хода сжатия воздух из рабочего объема цилиндра перетекает во всцомога-
263
Фиг. 51.*Вспомогателы1ая воздушная~ка-
мера Акро, тип: 1.1 — поршень; 2 — пор-
шневое кольцо; 3 — вспомогательная воз-
душная камера; 4—горло воронки: 5—во-
ронка; 6—сопло-форсунки; 7—корпус
форсунки; 8— медная втулка; 9 — за-
пальная свеча; 10 — диафрагма.
Фиг. 52. Вспомогательная воздушная ка-
мера Акро, тип II. 1 — поршень; 2 — пор-
шневое кольцо; 3—вспомогательная воз-
душная камера; 4—горло воронки; 5—во-
ронка; 6—сопло форсунки; 7 — корпус
форсунки; 8—медная втулка; Pj—за-
пальная свеча; 10— диафрагма,
» f
Фиг. 53. Опытный двигатель Акро-
Бош 125 X 180 мм; разрез по камере
сгорания.
Фиг. 54. Опытный двигатель Акро-
Бош 100X140 леи; разрез по камере
сгорания.
тельную воздушную камеру. При положении пор пня, близком к в. м. т., начинает
впрыскиваться топливо, которое воспламеняется в горловине, и начало процесса
горения происходит в этом месте. Благодаря образовавшейся разности давлений в
цилиндре и вспомогательной воздушной камере в горловине возникает сильный
поток воздуха, направленный из вспомогательной камеры в цилиндр, и в этот поток
продолжается впрыскивание топлива. Подача топлива продолжается до тех пор,
пока поршень не пройдет путь примерно 15° после в. м. т. Струя воздуха из
вспомогательной воздушной камеры питает пламя, возникающее в воронке, и обе-
спечивает полное сгорание. Образующиеся газы уходят во все увеличивающееся
пространство над поршнем и таким образом не нарушают процесса горения.
?64
Фи1\55. 6-цилиндровый двигатель Заурер. Вид сбоку.
Машины этого типа работали
при скоростях от 400 до 3 000 об./мин.
при бездымном выхлопе и с малым
избытком воздуха. Перепад давлений
во вспомогательной воздушной ка-
мере и камере сгорания увеличивается
по мере увеличения числа оборотов
двигателя. Вместе с тем п вышается
и скорость выхода воздуха из воз-
душной камеры. Соответственно уси-
ливаются и завихрения в цилиндре.
Благодаря этому уменьшается тот
период, который Рикардо называет
„периодом запаздывания воспламене-
ния" в двигателях тяжелого топлива.
Первыми машинами с вспомо-
гательной воздушней камерой была
опытные одноцилиндровые двигатели
Акро-Бош, размером 125 X 180 мм
№ 100 X 1 40 мм (фиг. 53 и 54).
Последний служил в свое время объ-
ектом известных исследований проф.
Штрибек (VDJ 1927, стр. 765).
Фирма Бош продала лицензии на
устройство вспомогательной воздуш-
ной камеры целому ряду других фирм.
Фиг. 56. 6-цилиндровый двигатель Заурер. Вид
спереди.
а) Заурер
Фирма Заурер является одним из лицензиатов Боша. Она выпускает 4- и
6-цилиндровые двигатели с вспомогательной воздушной камерой. Основные данные
6-цилиндрового двигателя Заурер следующие:
Диаметр цилиндра............................................ ПО мм
Ход поршня................................................. 150 мм
Литраж двигателя ...................................... 8,55 л.
Номинальная мощность......................................... 70 л. с.
Число оборотов в минуту.................................. 1 400
Литровая мошность........................................... 8,2*л. с.1л
Степень сжатия......................................... 15,5
Давление конца сжатия . ................................ 32глгг/сл/-
Максимальное давление в цилиндре...................... 40-кг/см3
265
Фиг. 57. 6-цилиндровый двигатель Заурер. Продольный разрез.
Среднее эффективное давление............................ 5,25 кг]см-
Средняя скорость поршня................................. 7 mJ сек
Расход топлива.......................................... 237 г/э. с. ч.
Сухой ве: двигателя без маховика........................ 630 кг
Вес на 1 л. с........................................... 9 кг/л. с.
Вес на 1 л рабочего объема.............................. 73,7 кг/л
Общий вид двигателя представлен на фиг. 55 и 56. Разрезы двигателя показаны
на фиг. 57 и 58 и характеристика — на фиг. 59. Вспомогательная воздушная
камера, сделанная из стали и не охлаждаемая, расположена в головке цилиндра и
смещена относительно его оси.
Верхняя часть картера и блок цилиндров представляют собой одну отливку.
Коленчатый вал лежит в семи роликовых подшипниках.
б) А Е С (A’s sociated EquipmentCo.)
Фирма АЕС вместе с Лондонской генеральной автобусной компанией с 1928 г.
экспериментировала с быстроходными двигателями тяжелого топлива различных кон-
струкций. Первая машина, которая испытывалась, была старой бензиновой машиной,
приспособленной для работы на тяжелом топливе. Когда были получены удовлетво-
рительные результаты, фирмой был сконструирован и построен одноцилиндровый
двигатель специально для производства лабораторных рабрт. В результате адногочи-
266
еденных экспериментов с опытным цилиндром была разработана конструкция двига-
теля, описание которой дается ниже.
Основные данные двигателя следующие:
Число цилиндров ... 6
Диаметр цилиндра ... ПО мм
Ход поршня.............142 мм
Отношение диаметра
пальца поршня к диа-
метру цилиндра . . . 0,363
Поршневой палец . . . закреплен в
шатуне
Диаметр поршневого
пальца............... 45 мм
Диаметр коренной шейки 85 мм
Диаметр шатунной шей-
ки ............... 75 мм
Отношение диаметра ша-
тунной шейки к диа-
метру цилиндра . . • 0,68
Отношение длины ша-
туна к ходу поршня . 2
Отношение высоты пор-
шня к диаметру . . . 1,38
Число коренных подшип-
ников ............... 7
Число клапанов на ци-
линдр ............... 2
Литраж двигателя ... 8,1 л
Номинальная мощность . 95 л. с.
Число оборотов в ми-
нуту .................2 000
Максимальная мощность. 100 л. с.
Максимальное число обо-
ротов в минуту ... 2 590
Литровая мощность . . 11,7 л. с.]л
Давление конца сжатия . 38 кг1см'2
Максимальное давление
в цилиндре........... 60 кг]см*
Степень сжатия .... 15,5
Среднее эффективное
давление............. 5,28~кг/смг
Средняя скорость пор-
шня .............. . 9,47 м'егк
Расход топлива .... 220 г/э. с. ч.
Сухой вес двигателя с
маховиком..............610 кг
Фиг. 58. Двигатель Заурер. Поперечный разрез.
Вес па 1 л. с......... 6,42 кг\л. с.
Вес на 1 л рабочего объ-
ема ..................... 75 лг/л
Нефтяной насос .... Бош
Способ регулировки по-
дачи ................. отсечка винто-
вым прорезом
на плунжере
Давление подачи .... 105 кг) см2
Форсунка................Бош, закрытая,
с пружиной, 1
отверстие
На фиг. 60 представлен общий
вид двигателя. На фиг. 61 и 62 даны
разрезы двигателя, на фиг. 63 — его
характеристика.
Камера сгорания двигателя АЕС
сконструирована по типу Акро-Бош.
Как видно на фиг. 61, вспомогатель-
ная воздушная камера расположена
в головке цилиндра. Когда поршень
Фиг. 59. Двигатель Заурер. Характеристика.
находится в в. м, т., камера сгорания
267
Фиг. 60. Двигатель АЕС. Общий вид.
и вспомогательная воздушная камера имеют примерно одинаковые объемы, разделен-
ные узкой горловиной. Топливо впрыскивается под некоторым углом по направле-
нию к горловине.
Несколько ниже горловины имеется запальная свеча, служащая для облегчения
пуска двигателя в холодную погоду. Свеча состоит из изолированного электрода,
оканчивающегося в камере сгорания нихромовой спиралью, которая накаливается
электрическим током. Как только двигатель заработает, ток, идущий к запальной
свече, выключается, после чего машина работает самовоспламенением.
Конструкция топливного насоса допускает управление началом и концом впры-
скивания, что является существенным для нормальной работы машины. Если при ра-
боте машины на больших скоростях имеется запаздывание начала подачи по времени,
то это вызывает потерю мощности и дымный выхлоп.
Упраьление впрыскиванием имеется и в обычном насосе Бош, но ввиду того что
число оборотов машины АЕС примерно на 1 000 оборотов выше, чем у других
машин тяжелого топлива, а при ряде опытных испытаний доходило до 3 000 об/мин,
период опережения здесь должен быть больше. Здесь имеется возможность изменять
опережение в пределах до 12° угла поворота кулачкового валика насоса (24° по ко-
ленчатому валу). При позднем впрыскивании подача начинается за 10° до в. м. т.;
при полном Опережении подача начинается за 34° до в. м. т. Впрыскивание при
полном опережении и при максимальных оборотах заканчивается прежде, чем пор-
шень приходит в в. м. т.
Картер двигателя с масляным сборником отлит из алюминия. Чугунные цилинд-
ры отлиты в один общий блок, который крепится бочтлми, проходящими через
верхнюю часть картера. Съемные головки цилиндров со стальными и асбестовыми
прокладками расположены в две группы по три и имеют по два клапана с приводом
ст нижнего распределительного валика через корсмысла и толкатели. Коленчатый
вал вращается в семи подшипниках.
Поршни выполнены из сплава Y. Они имеют по четыре уплотнительных коль-
ца и по одному маслосборочному. Днище поршня со стороны воздушной камеры
имеет небольшой срез. Шатуны выполнены из хромоникелевой стали; рабочие по-
верхности головок залиты баббитом непосредственно по стали. Клапаны сделаны из
сильхромовой сгали (тот же. материал употребляется для клапанов бензиновых ма-
шин АЕС).
Коренные и шатунные подшипники смазываются под давлением, кулачковый
вал, поршни и поршневые пальцы — разбрызгиванием. Для опорных валиков кла-
панных коромысел применяется система смазки под низким давлением при цомощг*
268
Фиг. 61, Двигатель АЕС. Поперечный разрез. Фиг, 62. Двигатель АЕС. Разрез.
редукционного устройства. Масло из нагнетальной системы подается в пустотелый
валик корчмысла и приходит к трущейся поверхности коромысла через радиальные
сверления валика. Масло стекает у переднего конца машины и смазывает приводные
шестерни масляной помпы.
Кулачковый вал и вспомогательные механизмы приводятся в движение тройной
роликовой цепью с автоматическим натяжением. Все вспомогательные механизмы,
исключая стартер, монтированы с левой стороны двигателя.
Для подачи топлива из главного бака к топливному насосу имеется диафраг-
менная помпа, подающая топливо под давлением 0,2 кг/см2.
Фиг. 63. Характеристика двигателя АЕС.
Об/мин.
269
Фиг. 64. 4-цилиндровый двигатель MWM.
В новой серии
этого двигателя, в ре-
зультате совместной ра-
боты инженеров АЕС
и Рикардо, форма ка-
меры сгорания была
значительно изменена.
Новая модель двигателя
имеет камеру сферичес-
кой формы. Диаметр
цилиндра увеличен до
115 мм. Двигатель раз-
вивает мощность 130
л. с. при 2 200 об./мин.
и 140 л. с при 2 500
об/мин. Удельный вес
равен 4,54 кг/л. с. Сред-
нее эффективное дав-
ление 7 KzjcM2. Новая
форма камеры сгорания
обеспечивает более ин-
тенсивное завихривание
воздуха до впрыскивания топлива, следствием чего является более совершенное сго-
рание. Идея, положенная в основу конструкции, заключается в том, чтобы обеспе-
чить постоянный приток свежего воздуха каждой частице топлива, поступающего
из форсунки. Таким образом удается лучше использовать заключенный в цилиндре
воздух и повысить среднее эффективное давление.
в) MWM
На Берлинской и Лейпцигской выставках 1931 г. фирмой MWM был показан
новый автомобильный дизель с вспомогательной воздушной камерой. Его основные
данные следующие: С
Фиг. 65. Вспомогательная
воздушная камера двигателя
MWM.
топлива составляет около
Число цилиндров.............................. 2, 4 и 6
Диаметр цилиндра...................••..... 105 мм
Ход поршня..................................150 мм
Число коренных подшипников 4-цилиндрового
двигателя................................... 5
Рабочий объе.т цилиндра...................... 1,3 л
Номинальная мощность одного цилиндра ... 14 л. с.
Литровая мощность........................... 10,8 л. с.]л
Число оборотов в минуту...................1 400
Расход топлива........................ ... 190 г/э. с. ч.
Вгс 4-цилиндрового двигателя ....... 525 кг
Вес 6-цилиндрового двигателя................63Э кг
Вес на 1 л. с. (4-цилиндровый)............... 9,4 кг'л. с.
Вес на 1 л. с. (6-цилинзровый)............... 7,4 кг)л. с.
Общий вид 4-цилиндрового двигателя представ-
лен на фиг. 64. Устройство вспомогательной воздушной
камеры — на фиг. 65: Цилиндры расположены в блоках
по два Картер отлит из силумина. В верхних головках
шатунов имеются плавающие чугунные втулки. Вспомо-
гательная воздушная камера, расположенная в головке
цилиндра (фиг. 65), отделена от камеры сгорания решет-
кой с. Перемешивание воздуха и топлива происходит
достаточно энергично. При работе двигателя на пере-
менной нагрузке выхлоп остается бесцветным. Расход
190 г/э. с. ч. В верхней части вспомогательной воздуш-
ной камеры имеется запальная свеча для пуска двигателя в ход в холодную
погоду.
270
В этих двигателях применены топливные на-
сосы Деккель (Мюнхен) с давлением подачи 100—
120 кг/см2. Регулировка подачи осуществляется
перепуском топлива. Форсунки — закрытые, Бош—
с диференциальной иглой.
5. Двигатели с малыми степенями сжатия.
t
В последние годы появилось несколько типов
двигателей, работающих на тяжелом топливе при
малых степенях сжатия. Развитие такого рода
двигателей в связи с двумя методами сжигания
топлива идет в двух направлениях: первый ме-
тод — введение в цилиндр карбюрированного тяже-
лого топлива и сжигание его при помощи испа-
рительной вставки (Крупп); второй — впрыскивание
Фиг. 66. Испарительная вставка
двигателя Крупп.
тяжелого топлива через форсунку и зажигание от
свечи с созданием организованных вихрей в цилиндре (Дорнер, Гессельман); сюда
же, повидимому, следует отнести американские опыты (Пратт-Уитней) с двига-
телем „УосП“ (Wasp).
а) Крупп
На Берлинской автомобильной выставке 1931 г. фирмой Крупп был показан
двигатель с испарительной вставкой, работающий на тяжелом топливе. Основные
данные этого двигателя следующие:
Число цилиндров.....................................
Диаметр цилиндра ...................................
Ход поршня..........................................
Литраж двигателя....................................
Номинальная мощность................................
Число оборотов в минуту.............................
Литровая мощность...................................
Среднее эффективное давление............................
Давление конца сжатия около ........................
Максимальнс е давление в цилиндре.............около
Сухой вес двигателя.................................
Вес на 1 л. с.......................................
6
100 мм
160 мм
7,53 л
100 л с.
1 800
13,3 л. с./л
6,63 KZjCM^
8 KzjcM*
30 KzfcM2
470 кг
4,7 кг<л. с.]
Это — нормальный карбюраторный крупповский двигатель, в котором в ка-
честве вспомогательного средства для сжигания тяжелого топлива применена испа-
рительная вставка, сделанная из специальной крупповской стали и помещенная в
камере сгорания. Фотография этой детали дана на фиг. 66. Рабочая смесь пригото-
вляется в карбюраторе Паллас с двумя поплавковыми камерами. При пуске в ход,
а также на холостом ходу двигатель работает на легком топливе. В испарительной
вставке имеются круглое отверстие (фиг. 66) и направляющая перегородка. Рабо-
чая смесь до поступления в камеру сгорания попадает на эту раскаленную вставку
и испаряется.
Для поддержания в двигателе постоянной рабочей температуры охлаждающей
воды, около 60° С, между радиатором и охлаждающими рубашками цилиндров
установлен термостат, действующий через электрическую цепь на систему автома-
тической регулировки подачи топлива.
На фиг. 67 показана установка двигателя на автомобильном шасси. На рисун-
ке хорошо видны оба карбюратора В, термостат А, переключающий электромагнит
D, а также система рычагов и тяг у карбюраторов.
Положительной стороной крупповского двигателя с испарительной вставкой
является то, что он по весу своему (4,7 кг]л. с.) приближается к нормальным
карбюраторным двигателям. Расход топлива у двигателя Крупп выше, чем у боль-
шинства дизелей.
271
Фиг. 67. Автомобильный двигатель Крупп 100 л. с.
б) Дорн ер
•Как было указано выше, вторым способом сжигания топлива в двигателях с
малыми степенями сжатия является впрыскивание его в цилиндр при помощи фор-
сунки и зажигание от свечи. Одна из опытных работ по применению этого спо-
соба производилась с 1927 по 1929 г. в
лаборатории ВТУ в Брауншвейге.
В качестве объекта исследований был
Фиг. 68. Поперечный разрез двигателя
Дорнер.
272
использован 4-цилиндровый двигатель Дор-
нер
автомобильного типа. Основные данные
этого двигателя следующие:
Диаметр цилиндра .................. 95 мм
Ход поршня ........................160 мм
Литраж двигателя ................. 4,5 л
Номинальная мощность................ 30 л. с.
Число оборотов в минуту..........1 000
На фиг. 68 дан поперечный разрез
двигателя. Путем установки прокладок
между цилиндрами и головками степёнь
сжатия была понижена до 5,6. Топлив-
ная система оставлена была без измене-
ния. Свечи устанавливались в отверстиях
для индикатора, причем потребовались спе-
циальные свечи, так как нормальные не
подходили по размеру. Для получения в
цилиндре завихривания всасывающий кла-
пан заширмлен. Кроме того был сужен
впускной канал, чтобы увеличить скорость
воздуха при входе в цилиндр. Оба эти
мероприятия оказались рациональными.
Опыты показали, что работа двигателя
с малой степенью сжатия без энергич-
ного завихривания воздуха в цилиндре
едва ли возможна.
Первая группа опытов была предпри-
нята с целью найти наивыгоднейшие мо-
менты начала впрыскивация топлива и за-
жигания, а также определить расход
топлива. В результате были установ-
лены следующие величины: наименьший
расход топлива 260 г/э. с. ч, наивы-
годнейший момент начала подачи—50е
до в. м. т., соответствующий момент 6
зажигания — 15° до в. м. т. у
Как показал анализ выхлопных
газов, высокий расход топлива нельзя
объяснить только неполным сгоранием.
Основной причиной здесь является то
обстоятельство, что при уменьшении "
давления конца сжатия глубина про-
никновения струй оказалась слишком
большой и часть топлива конденсиро-
валась на стенках.
Характеристики двигателя, полу-
ченные при степени сжатия 5,6, начале
подачи 50° до в. м. т. и зажигании 17° 5
до в. м. т., даны на фиг. 69. Умень-
шение крутящего момента, начиная от
800 об/мин и выше, объясняется не-
достаточным проходным сечением всасы-
Фиг. 69. Характеристики двшателя Дорнергай
—эффективиый'к. п. д.; в — удельный расход
топлива (г/э. с. ч); Md — крутящий момент
(«г-ж); В — содержание СОа и СО в % по
сиъему; Ре — среднее эффективное давление;
Ne — мощность (э. л. с.).
серия
вающего клапана. Экономический к. п. д.
уменьшается вместе с числом оборотов
машины вследствие невыгодных в данном
случае условий впрыскивания и распы-
ливания топлива на низком скоростном
режиме.
Помимо описанных исследований
с двигателем Дорнер была произведена
работ по изучению скорости горения тяжелых
топлив в двигателях с малыми степенями сжатия.
Опытные работы с двигателем Дорнер яв-
ляются частью обширных экспериментально-ис-
следовательских работ, ведущихся в направлении
разработки двигателей с малыми степенями
сжатия.
г) Гессельман
Еще одним представителем машин с ма
лыми степенями сжатия является двигатель Гес-
сельман. На фиг. 70 изображен 4-цилиндровый
двигатель Гессельман блочной конструкции. Диа-
метр цилиндра 104,6 мм, ход 139,7 мм, степень
сжатия 5,5—6, как у нормального бензинового
двигателя. Двигатель работает на тяжелом топ-
ливе с подачей топлива, насосом и распылива-
нием через форсунку, конструкция которой бу-
дет описана ниже.
Насос установлен сбоку двигателя, приво-
дится в движение от распределительного валика.
Каждый цилиндр снабжен нормальной электри-
ческой искровой свечей. Ток высокого напряже-
ния получается от магнето Бош. Головка дви-
гателя — общая, литая, чугунная, садится на
блок по пришабренной поверхности и притяги-
вается болтами. Цилиндр имеет два клапана:
Фиг. 70, Двигатель Гессельман с малой
степенью сжатия. Поперечный разрез.
273
1
Фиг. 71. Форсунка двигателя Гессельман.
стенках цилиндра, а следовательно стекать в картер и
храняет электроды свечи от забрызгивания топливной
один всасывающий и один
выхлопной. Всасывающий
клапан имеет ширму, служа-
щую для завихривания вса-
сываемого воздуха. Так как
ширма должна быть всегда
в одном положении относи-
тельно оси цилиндра, клапан
имеет приспособление, пред-
охраняющее его от повора-
чивания. Поршень двигателя
отличается от нормального
особым кольцевым выступом
с двумя прорезами. В один
прорез входит свеча, а в дру-
гой— сопло форсунки. Этот
выступ не позволяет топ-
ливу конденсироваться на
разжижать смазку, и предо-
пылью.
Принцип работы двигателя
Воздух, проходя через всасывающий клапан, завихривается. Во вращающийся
вихрь к концу хода сжатия через форсунку впрыскивается топливо и зажигается
электрической искрой. При работе с неполной нагрузкой в цилиндр засасывается
соответственно уменьшенное количество воздуха. Дросселирование производится с
помощью дросселя, установленного во всасывающем трубопроводе.
Пуск двигателя в ход производится на бензине" (электрическое пусковое при-
способление Боша). Для сохранения постоянства а (коэфициент избытка воздуха)
действие дроссельной заслонки и валика, управляющего топливным насосом, согла-
совано.
Топливный насос
Топливные насосы приводятся в движение от общего распределительного
валика. На валике посажены специальные топливные кулачки g, действующие на
толкатель h (фиг. 70). Отрицательное ускорение толкателю h обеспечивает пружина,
помещенная в блоке двигателя и скрытая от загрязнения. Одним концом толкатель
упирается в плунжер насоса d (фиг. 70). На опорном конце плунжер имеет заточ-
ку р (71), по которой садится тарелка пружины е (фиг. 71). Пружина е обеспе-
чивает постоянство стыка между толкателем и пл .нжером. Под заточку р подходит
особый зуб д, ограничивающий ход плунжера. Этот зуб посажен на валик к и
управляется от руки. При повороте валика на некоторый угол (на фиг. 70 пока-
зано пунктиром) изменяется ход плунжера, а следовательно изменяется количество
подаваемого топлива.
Насос двигателя Гессельман отличается оригинальной конструкцией отсечного
клапана / (фиг. 71). Этот клапан f за ход всасывания и частью за ход нагнетания
прижат к своему седлу сильной пружиной через фигурную тарелку.
К концу хода нагнетания плунжер насоса, упираясь в клапан, приподнимает
последний, благодаря чему топливо перепускается из полости высокого давления в
полость отсечного клапана, откуда через сверления в самом клапане выбрасывается
в общую магистраль.
Подобная конструкция отсечки требует особой жесткости пружины, так как
последняя преодолевает все давление, развиваемое насосом. Роль всасывающих и
обратных клапанов выполняют шарики.
Насос выполнен вместе с форсункой, что является необходимым требованием
при работе с открытой форсункой.
Необходимо отметить, что при всех режимах работы двигателя конец подачи
будет всегда постоянным; меняется начало подачи, т. е. чем больше подается топ-
лива, тем раньше осуществляется начало подачи.
274
Система подачи топлива
На фиг. 72 изображена
схема подачи топлива. В дан-
ном осуществлении она пред-
ставляет большой интерес.
Из общего топливного
бака топливо поступает сначала
в фильтр, из фильтра в помпу
АС, нагнетается в общую ма-
гистраль и подводится к каж-
дому насосу. Излишек топлива
проходит в верхнюю часть на-
соса мимо всасывающего кла- Фиг. 72. Схема подачи топлива у двигателя Гессельман.
пана и по отводящей трубке
собирается в общую отводящую магистраль, откуда стекает обратно в резервуар.
Для избежания гидравлических ударов в момент отсечки в топливную магистраль
каждого насоса включена мембрана т (фиг. 71).
Система такой беспрерывной циркуляции имеет преимущество в смысле удале-
ния пузырьков воздуха, которые могут быть как в топливе, так и в мало омывае-
мых углах конструкции. Температура топлива благодаря хорошему перемешиванию
держится постоянной, что помогает однородности распиливания.
Распыливание и сгорание топлива
В открытой форсунке имеются два отверстия, дающие лучи, направленные по
двум хордам цилиндра. Впрыснутое в цилиндр топливо не должно конденсироваться
на стенках, а потому, как это уже указывалось, на поршне устроен высокий выступ.
На фиг. 73 показана схема процесса впрыскивания на полной нагрузке.
Фиг. 73 дает представление о начальной стадии подачи топлива во вращаю-
щийся поток, а также показывает процесс смесеобразования и распределения топ-
лива по камере сгорания.
На фиг. 74 представлен схематично процесс впрыскивания на холостом хо-
ду. В данном случае имеет место образование ограниченного, местного „облака“
распыленного топлива, подхваченного вращающейся массой воздуха, причем неболь-
шое пространство перед свечей получается заполненным рабочей смесью, воспламе-
няемой затем с помощью искры.
Рабочий процесс в двигателе Гессельман осуществляется по циклу раннего
сгорания. На фиг. 75 представлены’ индикаторные диаграммы холостого хода и с
нагрузкой.
Фиг. 74. Схема процесса впрыскивания топлива на холостом ходу.
275
Фиг. 75. Индикаторные
диаграммы холостого
хода и с нагрузкой.
Фиг. 76. Двигатель Гессельман. Общий вид со стороны выхлопа.
При испытании двигателя на станке он дал следующие результаты: число обо-
ротов в минуту от 500 до 2 200, среднее эффективное давление было при-
мерно на полной мощности (50 л. с.) — 5,4 кг)см-, расход топлива — 240 г/э. с. ч.
Однако весьма сомнительно, что в условиях эксплоатации будет такой расход. Ин-
дикаторная диаграмма снималась индикатором Югасц.
На фиг. 76 представлена 6-цилиндровая машина Гессельман, по внешнему-
виду напоминающая нормальную машину автомобильного типа со всеми необходи-
мыми агрегатами как для пуска в ход, так и для обслуживания и управления.
/БИБЛИОТЕКАХ
/хДРЬКлШ^ОН.Х
/ ЙНСТИТ$7А \
/им.0С0ДеИАХГ,МА\