кандидат технических наук Мелькумов Т. М. Авиационные дизели -------------------------------------------------------------------------------- Издание: Мелькумов Т. M. Авиационные дизели. — М.: Воениздат НКО СССР, 1940. — 252 с. Цена 4 р. Scan: Андрей Мятишкин (amyatishkin@mail.ru) Аннотация издательства: Книга содержит основные сведения по теории дизелей и топливу для дизельмоторов. В ней дается краткое описание авиадизелей, насосов, форсунок и приводятся некоторые данные по эксплоатации авиадизелей. Книга предназначена для начальствующего состава Красной Армии. Книга в формате DjVu: Главы I—VII — 2723 кб Главы VIII—X — 3098 кб Невыправленный текст в формате TXT — 463 кб ОГЛАВЛЕНИЕ От автора (стр. 3) Глава I. Введение (стр. 5) Глава II. Теоретический и действительный процесс быстроходного дизеля (стр. 17) Глава III. Влияние различных факторов на рабочий процесс авиадизеля (стр. 35) 1. Влияние свойств топлив на период запаздывания воспламенения (стр. 35) Влияние химической структуры топлива — 36. Температура самовоспламенения — 39. Влияние присадок к топливу — 41. 2. Влияние конструктивных факторов на период запаздывания воспламенения (стр. 42) Влияние степени сжатия — 42. Влияние конструкции камеры сгорания — 43. Влияние давления распиливания топлива — 43. Влияние завихрения — 45. Влияние закона подачи топлива — 45. 3. Влияние условий на всасывании (стр. 47) Влияние температуры наружного воздуха — 47. Влияние давления на всасывании — 47. Рабочий процесс при наддуве и дросселировании — 48. Влияние концентрации кислорода в воздухе — 49. 4. Влияние эксплоатационных факторов (стр. 50) Влияние нагрузки и оборотов — 50. Влияние опережения впрыска — 52. Глава IV. Топливо для дизелей (стр. 55) Удельный вес — 58. Теплотворная способность — 58. Элементарный состав — 59. Вязкость — 59. Фракционный состав — 60. Температура вспышки — 61. Температура воспламенения — 61. Температура самовоспламенения — 61. Содержание воды — 62. Содержание механических примесей — 62. Содержание серы — 62. Содержание золы — 62. Коксообразование — 63. Нейтральность — 63. Температура застывания — 63. Дизельный индекс — 63. Цетеновое или цетановое число — 64. Глава V. Распыливание топлива (стр. 67) 1. Тонкость распыливания (стр. 68) Влияние давления впрыскивания — 70. Влияние противодавления — 72. Влияние числа оборотов мотора — 73. Влияние вязкости топлива — 73. Влияние конструкции сопла — 74. 2. Однородность распиливания (стр. 75) 3. Дальнобойность струи (стр. 76) Влияние давления впрыскивания — 79. Влияние противодавления — 80. Влияние диаметра сопла — 80. Влияние числа оборотов — 81. Влияние удельного веса топлива — 81. Влияние конструкции сопла — (стр. 82) Глава VI. Камеры сгорания быстроходных дизелей (стр. 84) 1. Однополостные камеры сгорания (стр. 85) Камера Гессельмана — 86. Камера сгорания авиадизеля Паккард — 88. Камера сгорания авиадизеля Юнкерс — 90. 2. Двухполостные камеры сгорания (стр. 92) Предкамерные конструкции дизельных головок — 92. Камера сгорания Ланова — 96. Аркокамора — 98. Вихревая камера Рикардо — 100. Камера Оберхенсли — 102. Камера сгорания двигателя Заурера — 102. Камера сгорания экспериментального двигателя NACA — 103. Смесеобразование и сгорание в двигателе Жальбера — 103. Глава VII. Схемы двухтактных двигателей и общие сведения по проверке продувки (стр. 106) Случай щелевой продувки с окнами, расположенными в нижней части цилиндра — 120. Случай прямоточной продувки типа Юнкерса — 122. Случай прямоточной клапанно-щелевой продувки — 125. Сравнение четырехтактных и двухтактных двигателей — 126. Глава VIII. Насосы и форсунки (стр. 132) 1. Топливные насосы (стр. 134) Насос Боша — 135. Насосы Юнкерса — 141. Насос Паккарда — 145. Насос Деккеля — 147. Регулировка топливных насосов — 149. 2. Форсунки (стр. 153) Сопла форсунок — 154. Форсунка авиадизеля Паккард — 154. Форсунка Юнкерс — 155. Форсунка Боша — 156. Сравнение открытых и закрытых форсунок — 158. Глава IX. Авиационные дизели (стр. 161) 1. Авиадизель Паккард (стр. 161) 2. Авиадизель ЮМО-204 (стр. 172) Некоторые конструктивные отличия ЮМО-205 (стр. 188) 3. Авиадизель Клерже (стр. 195) 4. Двигатель Коаталена (стр. 198) 5. Авиадизель Дешан (стр. 206) 6. Авиадизель ZOD-240A (стр. 217) 7. Авиадизель Бристоль (стр. 223) 8. Авиадизель Сальмсон-Шидловского (стр. 225) 9. Авиадизели Жальбера (стр. 228) 10. Дирижабельный дизель Мерседес-Бенц (стр. 229) Глава X. Авиадизели в эксплоатации (стр. 233) 1. Эксплоатационные особенности авиадизелей (стр. 233) Топливопровод — 233. Запуск мотора — 234. Регулировка и контроль топливной аппаратуры — 236. Особенности малых оборотов авиадизелей — 237. Приемистость — 239. Лакообразование — 239. 2. Некоторые результаты эксплоатации авиадизелей (стр. 240) ОТ АВТОРА В советской технической литературе имеется небольшое число оригинальных и переводных учебных пособий по теории и конструкции быстроходных дизелей, а также монографий, касающихся отдельных вопросов этой теории. Эти учебные пособия содержат в себе материал, относящийся главным образом к автотранспортным дизелям, и предназначаются для слушателей высших учебных заведений или для специалистов-инженеров. Действительная обстановка в настоящее время требует издания такого пособия, которое, во-первых, относилось бы преимущественно к области авиадизелестроения и, во-вторых, было бы доступно по характеру изложения более широкому кругу лиц. Предлагаемая книга и преследует указанные две цели. Наряду с вопросами, общими для всех быстроходных дизелей, в ней содержатся данные по конструкции, аппаратуре и эксплоатации, целиком относящиеся к авиационным дизелям. Ряд вопросов, как, например, тепловой расчет и термохимия, современные воззрения на механизм сгорания в дизелях, теория построения характеристик, процессы в топливопроводе и пр., — опущены сознательно, с одной стороны, учитывая назначение книги и, с другой, исходя из ограниченного ее объема. При составлении книги были использованы только проверенные материалы. В отдельных же случаях автор, излагая свое частное мнение, оговаривал это каждый раз. Описание насосов и форсунок, данное в главе VIII книги, составлено военинженером 2 ранга Д. Е. Городенским. Автор приносит свою глубокую благодарность профессору Л. К. Мартенсу, который, рецензируя данный труд в рукописи, сделал ряд ценных указаний. Ноябрь, 1939 г. Москва. ============================================== КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Т. Ж. МЕЛЬКУМОВ АВИАЦИОННЫЕ ДИЗЕЛИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НАРКОМАТА ОБОРОНЫ СОЮЗА ССР Москва—1940 Т. M. Мелькумов, Авиационные дизели Книга содержит основные сведения по теории дизелей и топливу для дизельмоторов. В ней дается краткое описание авиадизелей, насосов, форсунок и приводятся некоторые данные по эксплоатации авиадизелей. Книга предназначена для начальствующего состава Красной Армии. ОТ АВТОРА В советской технической литературе имеется небольшое число оригинальных и переводных учебных пособий по теории и конструкции быстроходных дизелей, а также монографий, касающихся отдельных вопросов этой теории. Эти учебные пособия содержат в себе материал, относящийся главным образом к автотранспортным дизелям, и предназначаются для слушателей высших учебных заведений или для специалистов-инженеров. Действительная обстановка в настоящее время требует издания такого пособия, которое, во-первых, относилось бы преимущественно к области авиадизелестроения и, во-вторых, было бы доступно по характеру изложения более широкому кругу лиц. Предлагаемая книга и преследует указанные две цели. Наряду с вопросами, общими для всех быстроходных дизелей, в ней содержатся данные по конструкции, аппаратуре и эксплоатации, целиком относящиеся к авиационным дизелям. Ряд вопросов, как, например, тепловой расчет и термохимия, современные воззрения на механизм сгорания в дизелях, теория построения характеристик, процессы в топливопроводе и пр., — опущены сознательно, с одной стороны, учитывая назначение книги и, с другой, исходя из ограниченного ее объема. При составлении книги были использованы только проверенные материалы. В отдельных же случаях автор, излагая свое частное мнение, оговаривал это каждый раз. Описание насосов и форсунок, данное в главе VIII книги, составлено военинженером 2 ранга Д. Е. Городенским. Автор приносит свою глубокую благодарность профессору Л. К. Мартенсу, который, рецензируя данный труд в рукописи, сделал ряд ценных указаний. Ноябрь, 1939 г. Москва. Глава I ВВЕДЕНИЕ Под двигателем Дизеля, или нарицательно дизелем, в широком смысле понимается всякий поршневой двигатель, который сжимает чистый воздух и сгорание в котором происходит путем самовоспламенения впрыскиваемого в цилиндр топлива. Способы распиливания топлива и формы камер сгорания могут быть самыми разнообразными; однако если в двигателе сжимается воздух и топливо воспламеняется без постороннего источника зажигания, то такой двигатель всегда будет представлять дизельмотор. Дизель-мотор в четырехтактном выполнении, т. е. совершающий один цикл от начала до конца за четыре хода (такта) поршня или за два оборота коленчатого вала, имеет следующую последовательнос!ь процессов в цилиндре: Первый такт — поршень движется от верхней мертвой точки к нижней при открытом всасывающем клапане и производит всасывание чистого воздуха из атмосферы или резервуара. Второй такт — поршень движется от нижней мертвой точки к верхней; все клапаны закрыты; в цилиндре происходит сжатие воздуха; сжатие должно обеспечить такую температуру воздуха в цилиндре, чтобы топливо, впрыскиваемое насосом через форсунку, в конце сжатия самовоспламенилось. Практически давление в конце сжатия достигает не менее 30 т/см9, а температура воздуха — около 550—600° Ц и выше. Третий такт — поршень движется от верхней мертвой точки к нижней; все клапаны закрыты; в цилиндре происходит сгорание, а затем расширение продуктов сгорания; в конце расширения открывается выхлопной клапан для выхлопа отработавших газов и понижения давления в цилиндре. Четвертый такт — поршень движется от нижней мертвой точки к верхней при открытом выхлопном клапане, и происходит выталкивание отработавших газов наружу. На фиг. 1 представлены схематически процессы четырехтактного мотора. Предварение открытия выхлопного клапана, запаздывание закрытия всасывающего клапана и перекрытие их в верхней мертвой точке делаются и в дизеле для обеспечения лучшей очистки и наполнения цилиндра. Перекрытие клапанов в дизелях •5 может быть сделан© большее, чем в карбюраторных моторах, так как здесь отработавшие газы встречаются с воздухом и, следовательно, нет опасности взрыва смеси, как это имеет место в карбюраторном моторе, где всасывается горючая смесь топлива и воздуха. По тем же причинам дизель-моторы легко могут быть выполнены двухтактными-, т. е. такими, у которых весь рабочий процесс совершается за два хода (такта) поршня или за один оборот коленчатого вала. Обычно двухтактный процесс осуществляется в следующем порядке. В конце сжатия в цилиндре имеется готовая смесь топлива и воздуха, если это карбюраторный мотор, или чистый А о '? '-о Фиг. I. Процессы четырехтактного двигателя: Л — всасывание, В — сжатие, С—сгорание и расширение, D — выталкивание. воздух, если это дизель. В карбюраторном моторе вблизи верхней мертвой точки подается электрическая искра, в дизеле впрыскивается топливо, происходит воспламенение, сгорание и расширение продуктов сгорания. В конце расширения открывается выхлопной орган (окно внизу цилиндра ил*и клапан в головке) и происходит выхлоп отработавших газов; вслед за этим открывается так называемое продувочное окно или клапан, через которые под некоторым искусственно созданным давлением в цилиндр поступает смесь, если это карбюраторный мотор, или воздух, если это дизель. Смесь или воздух принудительно очищают цилиндр от оставшихся в нем отработавших горячих газов и заполняют цилиндр. При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней закрываются продувочные и выхлопные органы, после чего в цилдндре происходит сжатие смеси иди воздуха, б На фиг. 2 представлен схематически рабочий процесс двухтактного мотора. Из описания процесса видно, что контакт свежей горючей смеси с отработавшими газами при продувке может привести к взрыву свежей смеси; кроме того, одновременное открытие продувочных и выхлопных органов при условии, что смесь, как указывалось выше, поступает в цилиндр под некоторым давлением, приводит к неизбежной потере смеси через выхлопные окна или к увеличению расхода горючего. По этим причинам двухтактные карбюраторные моторы имеют весьма ограниченное применение (мотоциклы, маломощные лодочные моторы и т. п.). Эти опасности отпадают для дизеля, в котором цилиндр заполняется чистым воздухом; поэтому дизели выполняются как четырехтактными, так и двухтактными. Фиг. 2. Процессы двухтактного двигателя: А — выхлоп и продувка, В — сжатие, С — расширение и начало выхлопа. Первый работоспособный дизель появился в 1897 г. в Германии, после упорной трехлетней работы изобретателя мотора Рудольфа Дизеля при широком содействии двух предприятий: Круппа и Аугсбургского машиностроительного завода. Еще до начала непосредственной работы над созданием мотора нового типа Дизель опубликовал небольшую книгу, в которой пытался теоретическим путем обосновать рабочий процесс рационального теплового двигателя, т. е. двигателя с высоким коэфициентом полезного действия. Правда, в ходе работы над мотором многие положения этой книги были отброшены и процесс двигателя в его окончательном виде сильно отличался от теоретических предположений, тем не менее громадная заслуга Дизеля и его сотрудников заключается в создании двигателя, работающего по новой схеме и обладающего высокой экоцомичцостъю. Первый двигатель Дизеля работал на керосине и имел удельный расход горючего 240 г на одну эффективную силу-час. С течением времени двигатели Дизеля стали работать на более тяжелых фракциях нефти: на сырой нефти, на мазуте, на маслах каменноугольного происхождения и других видах топлива. Возможность применения низкосортных и дешевых сортов топлив при малом их расходе послужила толчком к быстрому развитию дизель-моа оров и расширению сферы их применения. Дизели получили^применение на стационарных заводских установках, на электростанциях, на морских и речных судах, на сухопутном и, наконец, на воздушном транспорте. Первый судовой дизель был построен в России, в Ленинграде, в самом начале 900-х годов на заводе „Русский дизель". Двигатели Дизеля строились как в четырехтактном, так и в двухтактном выполнении, вертикального и горизонтального типа, простого и двойного действия. Как известно, двигателями простого действия называются такие, у которых цилиндр имеет только одну рабочую полость; в двигателях двойного действия цилиндр имеет две рабочие полости по обе стороны поршня. Для обеспечения двойного действия поршень соединен с шатуном через поршневой шток и особый опорный шарнир-крейцкопф, а цилиндр имеет две головки, в одной из которых поме-щен сальник для уплотнения движущегося ШЮКа. На фиг. 3 показана схема двигателя двойного действия. Выполнение дизеля четырехтактным и двухтактным двойного действия позволяет сильно увеличить мощность одного цилиндра. В тихоходных двигателях максимальная мощность, снимаемая с одного цилиндра, достигает 2500 л. с. Двойное действие в быстроходных дизелях не имеет применения ввиду ненадежной работы поршня и колец. Введение топлива в цилиндр в конце хода сжатия требует для обеспечения полного сгорания мелкого его распиливания и хорошего перемешивания с воздухом. Это в свою очередь требует создания высокого давления топливным насосом или применения какого-либо другого способа распыливания. В конце прошлого столетия состояние металлургии и машиностроения не 9 Фиг. 3. Схема двигателя двойного действия. ,, позволяло'обеспечить изготовление доброкачественного топливного насоса и форсунки, которые смогли бы надежно обеспечить необходимое высокое давление; ввиду этого Дизель был вынужден изыскивать другие способы распиливания топлива. Был разработан способ распиливания топлива с помощью сжатого воздуха, доставляемого особым компрессором, соединенным с основным двигателем. Этот способ рас-спыливания называется компрессорным, а сами дизели — компрессорными дизелями. Компрессорный двигатель работает по следующей схеме (фиг. 4): двух- или трехступенчатый компрессор а приводится в движение от вала или от шатунного механизма мотора и сжимает воздух до 60—80 am, нагнетая его в баллоны сжатого воздуха, один из которых меньшего размера (Ъ) называется рабочим баллоном и служит для распиливания топлива во время работы мотора, а второй большего размера (с) называется пусковым баллоном и, как показывает само название, служит для запуска мотора. В четырехтактном моторе после рабочего хода следуют такт выталкивания отработавших газов, такт всасывания воздуха и такт его сжатия. В головке двигателя для этой цели служат клапаны s выхлопа и е всасывания. Клапан гл является пусковым. Для подачи топлива в цилиндр служат насос k и форсунка t. Топливный насос приводится в движенце от распределительного вала, с числом оборотов вдвое меньше коленчатого вала двигателя, если это четырехтактный мотор, и с тем же числом оборотов, что и коленчатый вал, если это двухтактный мотор. Форсунка смонтирована на головке. Полость форсунки соединена с рабочим баллоном и, следовательно, при работе всегда заполнена сжатым воздухом; с другой стороны, форсунка соединена трубопроводом с топливным насосом. Естественно, что форсунка должна иметь запорную иглу Л которая открывается в необходимый момент (вблизи в. м. т.) с помощью коромысла, приводимого распределительным валом. Топливный насос дозирует (отмеривает) необходимое количество топлива и подает его в полость форсунки обычно в такте всасывания или в начале такта сжатия. Насосу приходится преодолевать давление сжатого воздуха. Топливо стекает Фиг. 4. Схема компрессорного дизеля: а — компрессор распиливающего воздуха; Ь — баллон распиливающего воздуха; с — баллон пускового воздуха; d—~ бак для топлива; е — всасывающий клапан; t—форсунка; /—игла форсунки; 5 ~ выхлопной клапан; Л — топливный насос; i — промежуточный холодильник; } — ступенчатый поршень компрессора; ft—2-я ступень компрессора; I — холодильник после 2-й ступени компрессора; т — пусковой клапан; п — фильтр для всасываемого воздуха; о — выхлопной трубопровод. через отверстия в пластинках (фиг. 5) вниз к устью форсунки. Когда игла форсунки приподнимается для впрыска, сжатый воздух с большой скоростью устремляется внутрь цилиндра, подхватывая при этом топливо, находящееся в форсунке, распы-ливая и перемешивая его с воздухом в камере сжатия. Для обеспечения хорошего распиливания топлива и перемешивания его с воздухом требуется определенная скорость вытекания воздуха из форсунки или определенная разность давлений между давлением воздуха в форсунке и давлением воздуха в камере сжатия. В конце сжатия давление в цилиндре равно в среднем 32—35 am, именно поэтому давление распиливающего воздуха достигает указанных выше величин 60—80 am. Впрыск заканчивается вблизи в. м. т., в начале расширения. За период впрыска, пока форсунка открыта, в цилиндр поступает, кроме топлива, сжатый распиливающий воздух, около 5—8% от количества воздуха, поступившего в двигатель через органы всасывания и наполнения. Это количество расходуемого на распиливание сжатого воздуха служит исходной величиной для определения производительности и размеров компрессора. После начала впрыска топливо в цилиндре самовоспламеняется, происходит сгорание и расширение продуктов сгорания с производством полезной работы. Компрессор, который вырабатывает сжатый распылива- ющий воздух, выполняется двух- или трехступенчатым. Воздух из атмосферы поступает через автоматический всасывающий клапан 1 в первую ступень низкого давления, сжимается в ней до определенного давления, причем в это время всасывающий клапан прижат к своему седлу давлением внутри цилиндра л особыми пружинами; при сжатии открывается автоматический нагнетательный клапан 2, и воздух из первой ступени поступает через охлаждаемый водою змеевик и через всасывающий автоматический клапан 3 во вторую ступень, где он сжимается еще 10 воздуха Подвод топливо Фиг. б. Форсунка компрессорного дизеля. больше и поступает через автоматический нагнетательный клапан 4 или в третью ступень, проходя опять через охлаждаемый водой змеевик /, или непосредственно в рабочий баллон. Компрессор служит и для заполнения сжатым воздухом пусковых баллонов. Промежуточное охлаждение между ступенями приходится обязательно делать, ибо иначе при высоком сжатии воздух будет иметь очень высокую температуру, что приведет к взрыву масла в ступени высокого давления, к взрыву баллонов, где при недостаточной аккуратности персонала может скопиться масло, которое способно самовоспламениться и привести к взрыву. Описанный нами компрессорный дизель был единственным типом дизеля с конца прошлого столетия и в сущности до конца мировой войны 1914—1918 гг. Этот тин дизеля получил весьма широкое распространение на силовых стационарных и судовых установках. Компрессорный дизель отличался большими достоинствами, заключавшимися в том, что давление в цилиндре при сгорании оставалось практически постоянным, равным давлению конца сжатия; что двигатель работал плавно, на широком ассортименте топлив нефтяного и каменноугольного происхождения. На фиг. 6 показана индика-торная диаграмма компрессор- НОГО дизеля. Как ВИДНО, дав- Фиг. 6. Вид индикаторной диаграммы ление в цилиндре при егора- компрессорного дизеля. нии не увеличивается. Однако компрессорный дизель обладал рядом существенных недостатков. Наличие компрессора с трубопроводами, змеевиками, баллонами усложняет эксплоатацию двигателя, делает его громоздким и .дорогим, увеличивает вес и габариты моторной установки; наконец, на привод компрессора затрачивается мощность от мотора и, следовательно, уменьшается его полезная, эффективная отдача и повышается расход топлива на силу-час. У компрессорных дизелей удельный расход топлива на эффективную силу-час составлял обычно около 190 г. В силу всего этого компрессорные дизели, получив широкое и разностороннее применение, не применялись на автомобильном транспорте. Когда успехи машиностроения и металлургии позволили создать насос и форсунку, надежно работающие при высоких давлениях и точно отмеривающие очень малые порции топлива, необходимые для впрыска, перешли к так называемому бескомпрессорному распыливанию. При этом способе распиливания компрессор со всем его хозяйством отпадает, стоимость, габариты и вес двигателя уменьшаются, удельный расход топлива уменьшается, так как двигателю не приходится затрачивать мощность на компрессор. Первый бескомпрессорный дизель был создан Д. Мая; К<зхни в АНГЛИИ (фирма Вдшеерса) еще до мировой войны; успешное решение безвоздушного впрыскивания топлива относится к 1910 г. Уже в годы войны в Англии для подводных лодок строились почти исключительно только двигатели этого типа. После войны бескомпрессорные дизели стали строиться во всех странах, и в настоящее время они почти полностью вытеснили дизели с компрессорным распыливанием. Появление бескомпрессорных дизелей расширило область их применения. Впоследствии стали делать успешные попытки применения дизелей для автомобильного и воздушного транспорта. Для этого нужно было значительно повысить обороты двигателя и снизить его вес. На пути создания многооборотных легких дизелей были большие трудности, связанные с тепловым процессом и технологией изготовления специальной аппаратуры (насосов и форсунок). Эти трудности были легче устранимы при создании дизель-моторов для автомобильного транспорта, где удельный вес мотора не ограничен такими жесткими нормами, как в авиации. В настоящее время быстроходный бескомпрессорный дизель завоевал прочное место на грузовых автомобилях и тракторах. Начало работ по внедрению дизеля в авиацию относится к 1915 г., когда фирма Юнкерс приступила к разработке авиационной модели своей классического типа двухтактной двух-поршневой машины. Первый опытный экземпляр авиадизеля был изготовлен в 1916 г., но он оказался неудачным. Фирма Юнкерс, с небольшим перерывом после войны, упорно работала и продолжает работать над преодолением многих трудностей создания авиадизеля, достигнув реальных результатов. С 1921 г. в Англии, по заданию правительства, были начаты исследования и изыскания, имевшие своей конечной целью изготовление авиационного дизеля. Вслед за Англией начались аналогичные работы в США и во Франции. * В мае 1929 г. поднялся в воздух первый самолет, оборудованный авиадизелем Паккард (США). В том же году в сентябре совершил первый полет самолет с установленным на нем авиадизелем Юнкерс. В 1930 г. английские дизели фирмы Бирд-мору были установлены на дирижабле R-101'4 погибшем во Франции на пути в Индию., В 1931 г. на самолете с авиадпзелем Паккард был совершен не превзойденный до сих пор рекордный но продолжительности полет без доливки горючего (84 часа 32 мин.). Авиадизели Паккард .имели небольшое эксплоатацион-ное применение на самолетах и дирижаблях ввиду несовершенства моторов. После гибели конструктора Вульсона производство дизелей Паккард было прекращено.. Линейная эксплоатация авиадизелей Юнкерс началась в 1931 г., и с тех пор она из года в год возрастает. В 1936 г. четыре дизеля Мерседес-Бенц (максимальная мощноать 1 200л. с.) были установлены *и успешно эксплоатировались на цеппелине LZ-129 на трансатлантических рейсах. В мае 1934 г. был осуществлен первый'высотный полет самолета с английским авиадизелем Бристоль „Феникс", цри этом 12 была достигнута высота 8370 м. Этот полет не был оформлен по правилам ФАЙ. Официальный рекорд высотного полета авиадизеля принадлежит Франции, где в 1937 г. на самолете „По-тез-25", с авиадизелем Клерже, была зарегистрирована высота полета 7 655 м. Экспериментальные и конструкторские работы по созданию авиадизелей проводились во многих странах достаточно интенсивно и широко. Однако необходимо констатировать, что, несмотря на многолетние изыскания, пока достигнуто очень мало реальных результатов; в настоящее время имеется только одна-две экспло-атационные модели авиадизелей. Чем объясняется сравнительно малая успешность работ в области авиадизелестроения? Основная трудность задачи лежит в особенностях рабочего процесса быстроходного дизеля. Авиационный мотор должен обладать малыми габаритами и весом. Габариты и вес мотора определяются многими условиями, среди которых наибольшую роль нужно отвести числу оборотов, .максимальному давлению вспышки и главное тому, насколько полно используется для сгорания топлива весь наличный запас кислорода в цилиндре. Основные размеры мотора (диаметр цилиндра и ход поршня) .определяют, при прочих равных условиях, количество поступившего в цилиндр воздуха. Если в одном типе мотора в силу каких-то причин для сгорания может быть использовано только 70—80% воздуха, а в другом типе при том же литраже—все 100%, то, очевидно, при прочих равных условиях мощность во втором типе мотора будет больше, чем в первом типе, а габариты будут одни и те же, так как габариты зависят от литража. Задача уменьшения габаритов мотора, следовательно, заключается в том, чтобы наилучшим образом использовать для сгорания топлива весь поступивший или введенный в цилиндр воздух. Рассмотрим с этой точки зрения карбюраторный мотор и дизель. В карбюраторном бензиновом моторе в цилиндр поступает смесь воздуха и топлива. При достаточной температуре воздуха на всасывании топливо в значительной своей массе испаряется и хорошо перемешивается с воздухом. Процесс парообразования горючего и перемешивания паров с воздухом продолжается и в ходе сжатия. Можно с большим основанием полагать, что в камере сжатия к моменту подачи электрической искры находится однородная смесь, т. е. в любой точке а камеры сжатия (фиг. 7) пропорция воздуха и топлива одна и та же и соответствует условию полного использования кислорода. Как известно, 13 Фиг. 7. Схема распространения пламени в камере карбюраторного мотора. это условие имеет место при коэфициенте избытка воздуха около 0,9 (богатая смесь). Если, для простоты рассуждения, допустить отсутствие вихревых движений смеси в камере сжатия, то получается следующая картина сгорания. Искра свечи Ъ воспламенит смесь, и пламя начнет передвигаться от свечи вперед во всех направлениях с одинаковой скоростью. Позади фронта пламени будут продукты сгорания, а впереди фронта пламени будет свежая несгоревшая смесь, в которой соотношение топлива и воздуха, к,ак было указано выше, остается тем, каким мы хотим его иметь при регулировке карбюратора. Таким образом, в любой точке камеры сжатия обеспечено или полное сгорание топлива, или полное использование кислорода воздуха. Совсем иначе обстоит дело в дизель-моторе. Здесь в цилиндре содержится только воздух. Топливо впрыскивается в цилиндр в конце сжатия, но не мгновенно, а в течение 10—25° угла поворота коленчатого вала. Воспламенение же топлива начинается еще до окончания впрыска. При сгорании первых порций топлива в цилиндре количество кислорода уменьшается, появляются продукты сгорания; оставшийся в цилиндре кислород разбавлен азотом воздуха и свежими продуктами сгорания. Поэтому последующим порциям впрыскиваемого топлива труднее находить необходимое количество кислорода для полного сгорания. Чем ближе к концу впрыскивания, тем более ухудшается качественный состав содержащихся в цилиндре газов и тем труднее обеспечивать полное сгорание топлива. В силу этого в дизелях не удается использовать полностью для сгорания весь кислород. Практически для сгорания удается использовать не более 75—80% количества поступившего в двигатель воздуха. Поэтому литровая мощность дизеля получается меньше литровой мощности карбюраторного бензинового мотора, даже несмотря на более высокий коэфициент полезного действия у дизеля. Поэтому при всех одинаковых условиях, а именно: если одинаковы обороты мотора, давление и температура воздуха на всасывании и одинаково число тактов,—габариты дизеля будут больше габаритов карбюраторного мотора, а увеличение габаритов означает также увеличение веса мотора на заданную мощность. Для обеспечения самовоспламенения топлива в дизелях применяется высокая степень сжатия: 16—17; при этом, как указывалось, давление в конце сжатия достигает высоких значений: 36 am и выше. В бескомпрессорных дизелях, в противоположность компрессорным, давление в цилиндре при сгорании возрастает. Это увеличение максимальных давлений вспышки в цилиндре тем более значительно, чем выше обороты. В быстроходных дизелях максимальное давление в цилиндре достигает величины 80—86 am и выше, если двигатель не имеет наддува и снабжен камерой сгорания типа, применяемого у тихоходных двигателей. Эти значения давлений превышают величину давления вспышки карбюраторных моторов и, как следствие, приводят к увеличению размера и веса деталей. 14 рати 80 Следует указать, что во многих случаях и само повышейпе вленпй в цилиндре дизеля при сгорании происходит более резко, чем в карбюраторном моторе. На фиг. 8 представлены три наложенные друг на друга индикаторные диаграммы. Диаграмма 1 относится к тихоходному компрессорному дизелю, диаграмма 2—к быстроходному бескомпрессорному дизелю, диаграмма 3 — к карбюраторному мотору. Из рассмотрения диаграмм следует, что и в компрессорном тихоходном дизеле и в бескомпрессорном быстроходном дизеле полезная работа (площадь диаграммы) меньше, чем в карбюраторном моторе; но, в то время как в компрессорном дизеле максимальное давление такое же, что и в карбюраторном двигателе, в быстро-* ходном бескомпрессорном дизеле давление намного выше. Таким образом, у дизелей растет вес не только из-за больших габаритов, но также и вследствие увеличения размеров деталей. Что касается оборотов, то дизель-моторы, как это доказано практически, могут иметь столь же высокие обороты, как и карбюраторные моторы. Есть автомобильные дизели, развивающие 3000 об/мин', имеются авиационные модели с числом оборотов 2500—2800 В МИ- нуту; в лабораторных условиях обороты успешно доводились до 4 000 в минуту. Следовательно, главная трудность создания авиадизеля заключается в том, что не удается использовать для сгорания весь кислород, поступивший в цилиндр. Вторым недостатком дизеля следует считать высокое давление в цилиндре. Попытки уменьшения максимальных давлений вспышки путем соответствующего устройства камеры сгорания до сих пор всегда сопровождались увеличением расхода топлива, т. е. уменьшением коэфициента полезного действия. Увеличение литровой мощности и вследствие этого уменьшение габаритов дизеля возможно путем применения двухтактного процесса работы, Этот дуть используется многими. Однако специфические трудности создания двухтактного мотора заключаются /5 Фиг. 8. Индикаторные диаграммы компрессорного дизеля, быстроходного бескомпрессорного дизеля и карбюраторного мотора. в необходимости производить надлежащую очистку цилиндра от отработавших газов и заполнение его свежим воздухом и главное в обеспечении надежного действия поршня и поршневых колец. Удвоение же числа вспышек увеличивает общее тепловыделение в цилиндре, повышает температуру поршня и колец и делает их, а также смазку менее надежными. Указанные выше трудности в создании авиационных четырехтактных и двухтактных дизелей не являются непреодолимыми. Это доказывается появлением двухтактных дизелей Юнкерс, четырехтактных дизелей Клерже. а также работами, проводимыми в Советском Союзе. о f Глава II ТЕОРЕТИЧЕСНИЙ И ДЕЙСТВИТЕ& БЫСТРОХОДНОГО ДИЗЕЛЯ Тепловой двигатель служит для преобразования в механическую работу энергии топлива, выделяемой при сгорании; при этом, согласно второму закону термодинамики, не все тепло, содержащееся в топливе, превращается в работу; часть тепла, даже в идеальном случае, должна быть отдана окружающей среде. В действительных условиях к этим потерям добавляются другие тепловые и механические потери, которые еще больше уменьшают фактически снимаемую с мотора мощность. Неизбежные термодинамические потери тепла полностью зависят от рабочего процесса или цикла, который совершается в данном двигателе. Поэтому чрезвычайно важно для правильного понимания процесса преобразования тепла в работу отвлечься от тепловых и механических потерь, связанных с теплообменом, неполнотой сгорания, трением в звеньях мотора и другими условиями реальной работы двигателя, с тем чтобы установить совершенство того идеального процесса или цикла, к которому приближается процесс двигателя. Это отвлечение от реальных условий позволяет, во-первых, сравнивать друг с другом два мотора различного типа и, во-вторых, совершенствовать данный тип двигателя путем использования и соответствующего изменения всех факторов, положительно влияющих на мощность и экономичность двигателя. Выбор идеального цикла, конечно, не может быть произвольным. Идеальный цикл должен максимально приближаться к той диаграмме, которая реально снимается индикатором при испытании двигателя. Таким образом, идеальный цикл представляет собой скелет рабочего процесса, освобожденный от тепловых потерь, связанных с сгоранием топлива в цилиндре и теплообменом со стенками, и от механических потерь. В компрессорных дизелях давление в цилиндре в период сгорания топлива не отличается значительно -от-давления конца сжатия, поэтому за идеальный цикл этих моторов бил принят цикл Дизеля. Как известно, идеальный цикл Дизеля (фит% 9) состоит из процесса адиабатического сжатия. чдст-ог? воздуха о л - U-v *?"ft ±17 2 Авиационные дизели ^ , // J—2, процесса подвода тепла при постоянном давлении 2—3, процесса адиабатического расширения 3—4 и процесса отвода тепла при постоянном объеме 4—J. Здесь QI—количество подведенного извне тепла для осуществления идеального цикла, а $2 — количество отведенного тепла при совершении замкнутого идеального цикла. О достоинствах идеального цикла судят прежде всего по величине термического коэфициента полезного действия. Под термическим коэфициентом полезного действия понимается отношение тепла, эквивалентного работе, полученной в результате совершения идеального цикла, ко всему теплу, подведенному к циклу. Яз термодинамики известно, что термический к. н. д. идеального цикла Дизеля равен: -* -1 т П7---ПТ- (1) где р —степень предварительного расширения; ? — степень сжатия; k—показатель адиабатического процесса, принимаемый для идеального цикла постоянным и равным 1,4. В отличие от компрессорных дизелей, при испытании бескомпрессорных тихоходных дизелей было установлено, что при сгорании топлива давление возрастает с 32—34 кг/см2 в конце сжатия до 40—45 т/см*, с одновременным заметным увеличением объема. Это дало основание считать, что идеальный процесс бескомпрессорного дизеля совершается по так называемому смешанному циклу, или циклу Сабатэ, в котором тепло подводится Фиг. 9. Идеальный цикл Дизеля. сначала при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении. По мере роста числа оборотов бескомпрессорных дизелей увеличение давления при сгорании становилось все более значительным и, наоборот, расширение при сгорании уменьшалось, т. е. рабочий процесс все более приближался к процессу карбюраторного мотора, а идеальный цикл все более приближался к циклу Отто. Однако за последнее время в некоторых конструкциях быстроходных многооборотных бескомпрессорных дизелей с наддувом увеличение давления при - сгорании имеет сравнительно умеренную величину, поэтому цикл Сабатэ может быть принят для них с большим основанием. Таким образом, за идеальный цикл авиадизелей будем принимать цикл Сабатэ. Как известно пз термодинамики, цикл Сабатэ сосюит из процесса адиабатического сжатия чистого воздуха 1—2 (фиг. ю); участка изохоры &—3, на котором подводится тепло Q'^ участка 18 изобары 3—4, на котором подводится тепло Q'(\ процесса адиабатического расширения 4—5 и из участка изохоры 5—7, на котором отводится тепло $2. Общее количество тепла, подведенного извне для осуществления цикла, равно ф. =- Q\ 4- (/'. Из термодинамики известно, что термический к. п. д. идеального цикла Сабатэ равен: .. ХрА-1 1 Ч X—l+fcX(p—1)* ?*~-> (2) где Х=- ^ — степень увеличения давления на участке подведения тепла (или в реальном случае — при сгорании); остальные величины имеют то же значение, что и в случае цикла Дизеля, Исследование этой формулы показывает, что термически! к, п. д. цикла возрастает при увеличении е и X и при уменьшении р. Таким образом, хотя с точки зрения ограничения максимальных давлений в цилиндре и нежелательно увеличение X, однако такое увеличение X повышает к. п. д. цикла и, следовательно, уменьшает расход топлива на силу-час, На фиг. И графически представлена зависимость термического к. п. д. при постоянной степени сжатия (г =15) от степени предварительного расширения р и степени повышения давления X. Как показывает график, термический к. п. д. растет заметно с увеличением X и с уменьшением р. р *--и Фиг. 10. Идеальный цикл Сабатэ. Термический к. п. д. цикла Сабатэ составляет около 60—65% для тех значений е, X и р, которые встречаются в авиадизелях. В реальном случае содержимое цилиндра меняет свой состав и имеет переменную теплоемкость; тепло не подводится извне, а выделяется в результате сгорания топлива, причем топливо не успевает полностью сгореть в соответствующий период рабочего процесса и догорает в большей или меньшей степени также и на линии расширения; затем имеет место теплообмен со стенками, причем часть тепла, выделяемого топливом при сгорании, уходит в стенки еще в период сгорания бесполезно для процесса; наконец, тепло от рабочего тела не отводится, а само рабочее тело — отработавшие газы — удаляется из цилиндра, имея высокую температуру. Все эти отклонения приводят к тому, что действительная работа, получаемая внутри цилиндра, или так называемая индикаторная работа LL становится меньше работы идеального цикла .L ; соответственно этому индикаторный коэфициент полезного действия т)., представляющий отношение, тепла, эквивалентного полученной внутри цилиндра работе, ко всему теплу, внесенному в машину для производства указан- 2* 19 ной работы, становится меньше термического к. п. д. t]t. Отношение •*-/ ___ fy ____ „. /Г>Л -?* ~~ И ~~ ™ ^ ^ называется относительным индикаторным к. п. д. и представляет величину, характеризующую степень приближения действительного рабочего процесса к идеальному циклу. Из равенства (3) получается: Величина rUo для быстроходных дизелей составляет 0,7 — 0,75, если ктермический к. п. д. цикла считать по формуле (2), т. е. 51 SO W 1.1 tf (3 14 1.5 US U 1,8 1.9 Zft 2J Z2 Z3 2.4 2.5 2jS 17 2.8 23 W 4/ 3.2 Jtf Ц4 & & 3.7 3.8 Фиг. 11. Зависимость термического к. п. д. цикла Сабатэ от степени повышения давления и степени предварительного расширения. предполагать теплоемкость газа за весь цикл постоянной. Таким образом, внутренние тепловые потери реального двигателя уменьшают его полезную отдачу на 25—30% сравнительно с работой идеальной машины. Но не вся полученная внутри цилиндра индикаторная работа передается по своему назначении}, например, в случае авиационного мотора на винт. Часть этой работы затрачивается на преодоление трения поршневого, кривошипно-шатунного механизма, на самообслуживание мотора (распределение, помпы, насосы 20 и др.), на удаление отработавших газов и заполнение цилиндра свежим зарядом. Следовательно, полезная работа, передаваемая по назначению (например, на винт), или так называемая эффективная работа Lf, получается меньше индикаторной работы Z.. Соответственно этому эффективный коэфициент полезного действия t\e, представляющий отношение тепла, эквивалентного работе, передаваемой валом мотора по назначению, ко всему теплу, внесенному в двигатель с топливом для производства указанной работы, будет меньше индикаторного к. п. д. yjf. Отношение L* т\л -5 -^ = 4- (-) называется механическим коэфициентом полезного действия и представляет собой относительный коэфициент, характеризующий степень механического совершенства мотора. Из формулы (5) получается: \ = Ч'Чп' (6) Величина v)m для авиадизелей составляет в среднем 0,8 — 0,82. Таким образом, на трение и самообслуживание мотора теряется 18— 20°/0 от работы, развиваемой внутри цилиндра в реальных условиях. Имея в виду формулу (4), выражение для эффективного к, п. д. можно написать в следующей развернутой форме: Это выражение показывает, что эффективный к. п. д. f\e зависит от совершенства (^) того цикла, который положен в основание данного мотора, от степени приближения реального процесса в цилиндре к идеальному циклу, т. е. от теплового совершенства двигателя (v]t.0), и, наконец, от механического совершенства двигателя (т\т). Эффективный к. п. д. у)е связывается с удельным расходом топлива на эффективную силу-час Се формулой % 632 где 632 — термический эквивалент силы-часа, выражает тепло в калориях, эквивалентное работе 1 л. с. в течение одного часа; Я„ — низшая теплотворная способность топлива в Бал/кг. Если при испытании мотора определены эффективная мощность Ne и часовой расход топлива G,n, то удельный расход топлива на эффективную силу-час получается непосредственно из формулы С, = ^, (9) 21 после чего может быть подсчитан эффективный к. п. д. \ по формуле (8). Удельный расход топлива на эффективную силу-час в современных авиадизелях составляет для номинальной мощности 1 60 — 170 г/л. с. ч., что при теплотворной способности газойля #м — =* 10 200 Кал/ы дает значения эффективного к. п. д. т)в == 0,39 — 0,36. На эксплоатационной мощности удельный расход топлива на эффективную силу-час составляет 152 — 155 г; этому удельному расходу, соответствует эффективный к. п. д. 0,4—0,41. Все изложенное выше полностью относится как к четырехтактным, так и к двухтактным моторам. Если известно среднее индикаторное давление в цилиндре pt кг/см2, число цилиндров г, рабочий объем одного цилиндра Vh в литрах и число оборотов мотора в минуту п, то, как известно, индикаторная мощность четырехтактного мотора может быть подсчитана по формуле <— 900 ' а расход топлива на индикаторную силу-час по формуле /"? _ ^*"»» / < i \ • - ~~ ^7 * ( ' Эффективное давление равно Р.^РЯ» (12) и эффективная мощность 900 Выражение для механического к. п. д. может быть написано, кроме формулы (5), еще в следующих двух видах: ИЛИ Рассмотрим случай двухтактного мотора. Прежде всего выясним, каким образом осуществляется весь его рабочий процесс. Предположим, что головка цилиндра не имеет клапанов, а в нижней части цилиндра имеется два ряда узких окон. На одной половине цилиндра сделаны длинные окна, обозначенные на фиг. 12 буквой а; на другой половине цилиндра сделаны более короткие окна, обозначенные буквой Ъ. Окна соединены — верхние с атмосферой, нижние с ресивером, в котором особый нагнетатель или компрессор поддерживает некоторое давление pk больше атмосферного давления ^а. Крайние положения поршня соответствуют вертикалям 1—1 (н. м. т.) и II—II (в. м. т.). Цилиндр расположен горизонтально; над цилиндром нанесены оси координат р, V. 22 Допустим, что Поршень, перемещаясь от нижней мертвой точки к верхней и закрывая при своем движении окна, дошел до положения, отмеченного вертикалью III—III, когда оба ряда окон закрылись. Так как перед этим пространство цилиндра было соединено через окна а с атмосферой, то можем считать, что при положении поршня Ill—Ill давление в цилиндре равно р0 и состояние рабочего тела изображается точкой 1. Очевидно, с этого момента при дальнейшем движении поршня начнется сжатие, изображаемое кривой 1—2. Перед верхней мертвой точкой в цилиндр впрыскивается топливо так же, как и в четырехтактном двигателе; топливо самовоспламеняется и сгорает. Процесс сгорания на фиг. 12 схематически изображен изохорой 2—3 и изобарой 3—4. При обратном движении поршня после, участка сгорания 3—4 имеет место процесс расширения отработавших газов, который продолжается до точки 5, соответствующей началу открытия окон а. Так как окна а соединены с атмосферой, а давление в цилиндре больше атмосферного (5—6 т/см*), то продукты сгорания будут выходить из цилиндра наружу, понижая давление и количество газов в цилиндре. При движении поршня от положения III—III к нижней мертвой точке окна а будут открываться все больше и больше^ вследствие чего давление в цилиндре будет падать быстрее. Так будет продолжаться до того момента, когда поршень придет в положение IV—1V, соответствующее началу открытия второго ряда окон Ь. Процесс падения давления в цилиндре изображается кривой 5—6, а сам процесс, очевидно, представляет собой нормальный выхлоп. Состояние рабочего тела в конце этого участка изображается точкой 6. Важно заметить, что отработавшие газы занимают весь объем цилиндра, считая от вертикали IV—IF. Начиная с этого момента открываются окна Ь, и так как давление в ресивере pk больше атмосферного давления, а давление в цилиндре упало, то при правильном выборе момента открытия окон Ъ воздух из ресивера начнет поступать в цилиндр, вытесняя отработавшие газы из всего пространства цилиндра. Этот процесс вытеснения отработавших газов из цилиндра носит название продувки. Таким образом, процесс продувки складывается из двух элементов: из поступления в цилиндр свежего воздуха через окна Ъ и из вытеснения (выхлопа) отработавших газов через окна « 23 Фиг. 12. Схема двухтактного процесса. естественным путем, вследствие разности давлений в цилиндре и наружной атмосферы, и искусственным путем — под влиянием поступающего воздуха. Эти два элемента процесса продувки называются: первый процесс — собственно продувкой и второй процесс — выхлопом во время продувки. Соответственно окна а называются выхлопными, окна Ъ—продувочными. Процесс продувки и выхлопа во время продувки изобразится кривой 6—7—6' при движении поршня от вертикали IV—IV вправо до н. м. т. и обратно снова до вертикали IV—IV. Состояние газа к моменту закрытия продувочных окон изобразится точкой б1, причем давление в этой точке, вообще говоря, может быть больше или меньше атмосферного давления р0, или ему равно. Йа участке от IV—IV до положения поршня III—III продувочные окна Ъ уже закрыты, выхлопные же окна еще открыты, поэтому продолжается процесс удаления содержимого цилиндра наружу до тех пор, пока не закроются выхлопные окна и не начнется снова процесс сжатия от точки 1. Содержимое в цилиндре к началу сжатия представляет собой смесь поступившего чистого воздуха с отработавшими газами, оставшимися в цилиндре от предыдущего процесса. Количественное соотношение остаточных отработавших газов и свежего воздуха зависит целиком от качества продувки, т. е. от конструкции и схемы продувочных и выхлопных окон, правильного выбора моментов открытия и размеров этих окон, от давления продувочного воздуха в ресивере и от других факторов. Эти вопросы более подробно мы рассмотрим в свое время в главе VII. Пока заметим, что нанесенная назш схема двухтактного процесса является несовершенной, но весьма удобна для наглядного представления способа осуществления рабочего процесса двухтактного двигателя. Количество отработавших газов, оставшихся в цилиндре к началу сжатия, в современных конструкциях авиационных двухтактных дизелей составляет от 2 до 8% в зависимости от типа. Схема, которую мы привели на фиг. 12, чаще всего не связывается с отдельным компрессором или нагнетателем; роль последних играет кривошипная камера, которая выполняется в этом случае герметической. Кривошипная камера соединена с продувочными окнами и имеет один автоматический клапан, открывающийся внутрь. Через этот клапан при ходе поршня вверх происходит всасывание воздуха в кривошипную камеру. При обратном движении поршня вниз клапан закрывается и в кривошипной камере происходит сжатие. Так как объем кривощипной камеры обычно велик 'сравнительно с рабочим объемом, описываемым поршнем, то достигается небольшое повышение давления в кривошипной камере. Когда поршень открывает продувочные окна, то воздух из кривошипной камеры поступает в ^цилиндр и вытесняет отработавшие газы. Схема двигателя с кривошипно-камерной продувкой приведена на фиг. 13. Такой тип продувкп является, как указыва- 24 лось, несовершенным, так как количество отработавших газов, оставшихся в цилиндре, достигает 20 и даже 30% от количества поступившего воздуха. Вследствие этого мощность в цилиндре получается небольшой, а расход топлива на силу-час, наоборот, большой. Такого рода схемы двухтактных мото- Фиг. 13. Разрез двухтактного двигателя с кривошипно- камерной продувкой. ров с кривошипно-камерной дродувкои находят свое применение в силовых установках малой мощности, там, где простота ухода и эксплоатации имеет решающее значение, тогда как малая мощность и сравнительно короткая по времени эксплоатация отодвигает вопросы экономии расхода горючего на второй план, например: мотоциклы, сельскохозяйственные установки (стационарные и передвижные). 25 В двухтактных двигателях продувочные окна всегда открыты одновременно с выхлопными. Так как давление продувочного воздуха больше атмосферного, то, очевидно, часть свежего воздуха через выхлопные окна будет непосредственно уходить наружу, не способствуя продувке. Количество этого потерянного воздуха, на сжатие которого была затрачена мощность в компрессоре или нагнетателе, стремятся уменьшить конструктивными приемами. Например, на поршне делают специальный козырек, который направляет струю поступающего воздуха таким образом, чтобы, во-первых, содействовать лучшей очистке цилиндра от отработавших газов и, во-вторых, уменьшить потерю воздуха через выхлопные окна. Так или иначе, но потеря воздуха всегда имеет место. Отношение количества воздуха, поступившего через продувочные окна в цилиндр, к тому количеству воздуха, которое осталось в цилиндре после процессов продувки и выхлопа, называется коэфициентом продувки и обычно обозначается через ср. В современных авиадизелях коэфициент продувки составляет величину, равную 1,25—1,35, т. е. около 30% воздуха теряется при продувке. Это обстоятельство увеличивает как размеры нагнетателя (компрессора), так и затрату мощности на него. Еще одно обстоятельство следует иметь в виду. Как видно из 'фиг. 12, на процесс выхлопа и продувки из рабочего объема цилиндра Уъ отнимается часть объема У'^ и соответственно из хода поршня 8 теряется часть хода 8", в течение которого фактически не происходит сжатия и расширения с производством заметной работы. Этот объем У'^ и ход S" называются потерянным объемом и потерянным ходом. В отличие от этого остальной объем V'h и ход S' называются полезным объемом и полезным ходом. Процесс сжатия и процесс получения работы фактически осуществляются в период полезного хода. Потерянный ход в зависимости от конструкции и типа, двухтактной машины составляет 12—30% от всего хода поршня. В дизелях требуется обеспечить самовоспламенение топлива в различных условиях работы, включая холодное время года и запуск. Всегда устойчивое самовоспламенение может быть обеспечено только при определенных величинах давления и температуры конца сжатия, т. е. при определенных величинах степени сжатия. Обычно под степенью сжатия в четырехтактных моторах понимают отношение ?f т. е. отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия. В четырехтактных моторах эта величина характеризует состояние гага у верхней мертвой точки. В двухтактных жз дизелях существование потерянного объема У\[ или хода S меняет представление о степени сжатия. Здесь различают две величины степени сжатия: геометрическую степень сжатия е' 26 и фактическую степень сжатия г. Геометрическая степень сжатия представляет отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия, т. е. (по фиг. 12) e' = ^±i. (16) Фактическая же степень сжатия е относится к полезному объему F-/ или ходу S', т. е. считается с момента закрытия окон или с начала фактического сжатия, именно V ' 4- V h ^ e /1 7\ s-= - у - • (I7) е Так как числитель выражения (16) больше, чем числитель выражения (17), а знаменатели в обоих случаях одинаковы, то, значит, геометрическая степень сжатия больше фактической. Обычно всегда в табличных .данных и в описаниях двухтактных моторов приводятся фактические степени сжатия Е, а не геометрические. Можно было бы думать, что, поскольку цикл двухтактного мотора совершается за один оборот, мощность, развиваемая им, должна быть в 2 раза больше мощности четырехтактного мотора, имеющего одинаковые литраж и обороты. Однако это не так. Диаграмма рабочего процесса двухтактного мотора на участке 1—2—з—4—5 ничем не отличается от диаграммы рабочего процесса четырехтактного мотора; поэтому при всех прочих равных условиях может быть получена та же работа или то же среднее индикаторное давление р., если разделить площадь цикла 1—2—3—4—5 на основание его V'h. Но среднее индикаторное давление рг> отнесенное ко всему объему FA, описанному порш- у' нем, очевидно, будет меньше р- в отношении объемов ^ . Таким образом, при прочих равных условиях среднее индикаторное давление двухтактного мотора будет меньше среднего индикаторного давления четырехтактного мотора в отно- у' у _у' шении ^ = —^г?—* и составит 70—88% от среднего инди- " h ' h каторного давления соответствующего четырехтактного мотора, так как V'h ^ (0,12 — 0,3) FA. Кроме того необходимость затраты мощности на сжатие воздуха, учитывая еще потерянный при продувке воздух, повышает механические потери двухтактного мотора. Вследствие этих двух причин развиваемая двухтактным мотором эффективная мощность получается не в 2 раза больше, чем в соответствующем ему по литражу, числу цилиндров и оборотам четырехтактном моторе, а только на 50—60%. Но и такое увеличение представляет серьезное преимущество, так как при заданной мощности существенно уменьшаются габариты и вес мотора. Вот почему многие организации и страны направляют свои усилия на создание двухтактных авиадизелей. 27 Если PI —- среднее индикаторное давление двухтактного моторак полученное по диаграмме, снятой индикатором, и отнесенное к полному объему Vh, описанному поршнем, то индикаторная мощность^будет определяться формулой (18) в которой все величины имеют ту же размерность, что и в формуле (10). Эффективная мощность двухтактного мотора определяется через среднее эффективное давление формулой (19) 450 ' Формулы (9) и (и), для определения удельных расходов топлива, связь между ре и pt [формула (12)], а также выражения для TQW [формулы (И) и (15)) имеют силу и для двухтактного мотора. В тихоходных малооборотных двигателях диаграммы рабочего процесса снимались индикатором обычно в координатах р (давление) и V (объем, пропорцио-у нальный ходу поршня). Эти \ диаграммы, давая зависимость давления в цилиндре от объ* ема, своей площадью, непосредственно выражали величину, пропорциональную ин- ^атмдав/, ДИКаТОрНОЙ '— 90 Сжатие вит Расширение н.м.т. Фиг. 14. Диаграмма цикла Сабатэ в координатах р,а. мои внутри цилиндра за один цикл. Это представляло большое удобство. Зато сам процесс изменения давления при сгорании в координатах р, V выражался неотчетливо/ и его исследование поэтому было затруднено. Это объясняется тем, что вблизи верхней мертвой точки скорость поршня уменьшается и большому угловому перемещению кривошипа соответствует очень малый ход поршня. С увеличением оборотов мотора индикаторы, которые позволяли получить диаграмму одного цикла в координатах p,V, оказались неподходящими, так как инерция движущихся частей индикатора вносила искажение в диаграммы. Для быстроходных многооборотных двигателей применяются индикаторы, которые дают зависимость изменения давления в цилиндре не от объема, описываемого поршнем, а от угла поворота, коленчатого вала а. При этом, в зависимости от типа индикатора, снимается либо средняя диаграмма за много циклов, путем последовательного суммирования отдельных точек отдельных циклов (например, индикатором типа Фарнборо), либо снимается индивидуальная диаграмма одного отдельного цикла (например, пьезокварцевым или оптическим индикатором). Получаемая таким образом диаграмма в координатах р,ъ носит название развернутой диаграммы. 28 На фиг. 14 показана схема такой диаграммы для цикла Сабатэ. Обычно барабан индикатора типа Фарнборо вращается от коленчатого вала, поэтому для четырехтактных моторов участок всасывания совмещается с участком расширения, а участок выхлопа — с участком сжатия. Кроме того для снятия высоких давлений в цилиндре применяются так называемые сильные пружины, т. е. такие пружины, которые дают малую деформацию при изменении давления в цилиндре, например пружины, создающие перемещение штифта пишущего механизма1 на 2,4 мм при увеличении или уменьшении давления на 1 т/см2. Вследствие этого линия всасывания и линия выталкивания практически совпадают с атмосферной линией ввиду малой разности давлений (0,1—0,15 т/см2) и на индикаторной диаграмме не получаются. Так и построена диаграмма на фиг. 14. точки, обозначенные на ней цифрами, отвечают фиг. 10. Если нужно исследовать особо ход давлений при всасываний и выталкивании, то ставятся так называемые слабые пружины, которые имеют большую деформацию, и, следовательно, дают большой ход штифту пишущего механизма, например, 9 мм при изменении давления в цилиндре на 1 т/см*. В этом случае, конечно, область конца сжатия, сгорание и начало расширения выходят за пределы бумаги и всего хода пишущего механизма и на диаграмме поэтому не вычерчиваются. Диаграммы, полученные в координатах ^,<х, могут быть легко перестроены в координаты р, V для определения работы, развиваемой внутри цилиндра 2„ Следует помнить, что нельзя непосредственно использовать диаграмму р,ь для нахождения работы, так как произведение ^-Аа не представляет собою работы; как известно из термодинамики, работа выражается произведением p-LV, где AF—малое" изменение объема. Индикаторные диаграммы, получаемые в координатах ^,а, позволяют детально исследовать участок выделения тепла. На индикаторных диаграммах могут быть нанесены точки или линии, соответствующие началу поступления топлива в цилиндр из форсунки. Изучение диаграмм быстроходных дизелей выявило некоторые общие свойства их рабочего процесса. Оказалось, что топливо воспламеняется не сразу после его впрыска в цилиндр, а спустя некоторый промежуток времени. Топливо при поступлении в цилиндр имеет низкую температуру, и для начала воспламенения требуется efo физико-химическая подготовка. Эта подготовка топлива к воспламенению связана с затратой определенного времени. За это время коленчатый вал продолжает 1 Как известно, величина перемещения штифта пишущего механизма в миллиметрах при изменении давления в цилиндре на 1 гсг/с.м2 зависит от пружины, называется масштабом пружины и наносится на самой пружине. На этом основании стоит только измерить высоту любой точки диаграммы от атмосферной линии по вертикали в миллиметрах, чтобы, разделив эту высоту на масштаб пружины, получить избыточное давление в цилиндре в данный момент. 2 См., например, А. Зап кин и др. „Авиационные моторы", книга 1, Воениздат, 1937 г. 29 свое вращение, в цилиндре продолжается сжатие, и индикаторная диаграмма показывает нормальный ход линии сжатия. На фиг. 15 кривая .7 представляет линию сжатия и расширения воздуха в цилиндре, если не впрыскивать топливо и вращать коленчатый вал, например, от электромотора,, Точкой а, обозначено начало фактического поступления топлива в цилиндр; точкой Ъ обозначено начало воспламенения., Кривая 2 представляет линию сгорания и расширения в цилиндре. Линия сжатия до точки а полностью и на участке аЪ практически совпадает с линией сжатия для случая вращения от электромотора. Начиная с точки Ъ давление в цилиндре растет, вследствие возрастающего выделения тепла при сгорании. Угол р от точки а до в. м. т. называется углом опережения впрыска, Угол 8 между началом фактического впрыска топлива в цилиндр и началом воспламенения — между точками а и Ъ — называется периодом запаздывания воспламенения1, или первой фазой рабочего процесса. Период запаздывания воспламенения может быть измерен как в градусах поворота коленчатого вала, так и в секундах. Между углом поворота коленчатого вала а и временем t в секундах имеется простая пропорциональная зависимость, определяемая формулой Чго/i пов вала t = 60 ji_ ^^ n 360 ~~~ 6» 60 Здесь — —- время в секундах IV Фиг. 15. Основные фазы рабочего процесса. . совершения коленчатым валом одного оборота, если п — число оборотов в минуту; 360 — число градусов полной окружности; о — период запаздывания в градусах угла поворота коленчатого вала. Повышение давления от точки Ъ осуществляется различно, в зависимости от конструкции мотора, подачи топлива и от продолжительности периода запаздывания воспламенения, как это будет показано в дальнейшем. Характер повышения давления принято определять величиной, называемой скоростью нарастания давления. Скоростью нарастания давления называется отношение величины прироста давления к соответствующему углу поворота коленчатого вала, за период которого имело место указанное выше повышение давления. На основании этого определения скорость нарастания давления (фиг. 16) может быть выражена так: 1 В некоторых книгах и статьях период нельзя признать удачным. 30 5 называется периодом индукции, что и если Да = 1°, то W Величина скорости нарастания давления определяет жесткость или плавность рабочего процесса. При большой скорости нарастания давления получается жесткая работа мотора или на слух работа со стуками. При малой скорости нарастания давления двигатель работает мягко, без стуков. Пределом мягкой, плавной работы двигателя считается скорость нарастания давления 4—6 am на 1° угла поворота коленчатого вала. Участок более или менее интенсивного нарастания давления кончается в некоторой точке с. Участок Ъс представляет так называемую вторую фазу рабочего процесса, или фазу нарастания давления. Предполагается, что в конце этой фазы, в точке на 1°, Двигатель Заурер; п -= 1 600 об/мин. 8 Ю 12 14 16 18 20 22 24 Градусы поворота коленчатого вала до в.м.т 26 Фиг. 19. Влияние опережения впрыска на период запаздывания воспламенения 8, максимальное давление вспышки рг и на скорость нарастания давления Д/> на 1°. Двигатель Бенц; п --= 1 000 об/мин. 3 Авиационные дизели .Уменьшать скорость нарастания /(явления и максимальное давление вспышки. На фиг. 18 и 19, на основании опытов автора, проведенных в моторной лаборатории ВВА, приведены кривые изменения максимальной скорости нарастания давления и максимального давления вспышки, а на фиг. 19 кроме того и периода запаздывания воспламенения в зависимости от момента впрыска топлива. Кривые на фиг. 18 получены для мотора Заурер, а на фиг. 19 — для мотора Бенц. Оба мотора — шестицилиндровые автомобильного типа. Указанная выше зависимость максимального давления вспышки от скорости нарастания давления и обеих величин вместе от периода запаздывания воспламенения наглядно видна на этих графиках. Зависимость скорости нарастания давления и максимального давления вспышки от периода запаздывания воспламенения объясняют следующим образом. Топливный насос впрыскивает топливо не мгновенно, а в течение определенного времени, соответствующего в быстроходных дизелях углу поворота коленчатого вала 15—25° (в отдельных конструкциях до0). Чем больше период запаздывания, тем больше топлива будет накоплено в цилиндре к моменту воспламенения. После начала воспламенения давление и температура в цилиндре повысятся, и топливо, находящееся в цилиндре, начнет сгорать ускоренно. Следовательно, чем больше топлива будет в цилиндре к началу воспламенения, тем больше тепла выделится за второй период и тем резче будут нарастать давления. Глава III ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС АВИА ДИЗЕЛЯ В предыдущей главе было установлено, что период запаздывания воспламенения является важнейшим элементом рабочего процесса быстроходного дизеля. От продолжительности этого периода зависит скорость нарастания давления при сгорании или, иначе говоря, плавность работы мотора, а также максимальное давление вспышки, определяющее размеры и вес деталей. Поэтому весьма важно проследить влияние разнообразных факторов на период запаздывания воспламенения и тем самым на весь процесс сгорания в двигателе. Эти факторы должны соответствовать различным условиям работы двигателя. Их можно разбить на несколько групп: 1) факторы, связанные со свойствами топлива; 2) конструктивные факторы; з) условия на всасывании; 4) эксплоатационные факторы. Рассмотрим последовательно влияние всех перечисленных факторов на период запаздывания воспламенения. /. ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ТОП Л ИВ НА ПЕРИОД ЗАПАЗДЫВАНИЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ Мы указывали, что период запаздывания воспламенения обусловливается временем, необходимым для физико-химической подготовки топлива к самовоспламенению в среде сжатого воздуха высокой температуры. Понятно поэтому огромное значение рода применяемого топлива. В каком направлении идет подготовка топлива к воспламенению в дизелях, полной ясное! и еще нет. По современным воззрениям, топливо должно обладать большой склонностью к образованию пероксидов1, при этом самовоспламенение начинается в смеси паров топлива с воздухом. Следовательно, если это предположение справедливо, то нужно время на испарение части топлива и на образование перекисей; тепло на испарение топлива берется от сжатого воздуха в камере 1 Неустойчивых угдеводородо-кислородных соединений (см, „Авиационные моторы", книга 1, стр. 163—-364, Воениздат, 1937 г.). 3* 35 огорания. Таким образом, с одной стороны, имеет место чисто физический процесс передачи тепла от воздуха частицам топлива, с другой стороны, химический процесс образования пероксидов и разложения углеводородов топлива. Оба эти процесса тесно связаны друг с другом. Было бы ошибочно думать, что одно только испарение способно обеспечить легкое воспламенение топлива. Если бы это было так, в дизелях применяли бы бензин. Однако, хотя бензин и можно сжигать в камере дизель-мотора, он дает жесткий рабочий процесс; поэтому бензин хуже тяжелых фракций нефти, более склонных к образованию перекисей. Можно утверждать, что период запаздывания воспламенения будет короче для тех топлив, которые скорее образуют перекиси. Склонность к образованию перекисей зависит от структуры углеводородов, составляющих топливо. Влияние химической структуры топлива. Углеводороды представляют разнообразные химические соединения углерода и водорода; они делятся по своей структуре и свойствам на три основные группы: алифатические, нафтеновые и ароматические углеводороды. Ниже для иллюстрации показаны примеры структурных формул некоторых углеводородов: простейшего парафинового углеводорода — метана (СН4), тяжелого многоатомного парафинового углеводорода -— цетана (С16Н34), ненасыщенного алифатического углеводорода — цетена (С16Н32), нафтенового углеводорода — цикло-гептана (СеН^) и ароматического углеводорода — бензола (С6Нв). н н-с— н метан СН нннннннннннннннн н-с-с—с— с-с— с-с-с—с— с— с-с— с— с— с-с-н A U П U Hilil цетан С1вНз4 ННННННН ННННННННН Illlllllllllllil Н— С— С— С— С— С-С— С-С— С-С— С-С— С— С-С=С I I I I I I I I I I I I I I нннннннннннннн цетен С19Н32 н н н I н н\ u/G Н/ \ / с /\ н н циклогешан Н~ С I н-4 П V- - \/ с I н бензол С6Н6 Углерод четырехвалентен, т. е. он способен присоединить к себе четыре атома водорода. В приведенных выше формулах простая одновалентная связь атомов показана одной чертой, двойная связь — двумя черточками. Если между соседними атомами углеродов алифатических углеводородов существуют только простые одинарные связи, а остальные свободные валентности использованы на присоединение атомов водорода, то углеводород является насыщенным, например цетан; в противном случае углеводород является ненасыщенным, например цетен. В случае цетена для полного насыщения в молекулу следовало бы включить еще два атома водорода, вместо двойной связи между двумя последними углеродами. В нафтеновом углеводороде между атомами углерода, расположенными но вершинам многоугольника, существуют простые одинарные связи; в ароматическом углеводороде между атомами углерода имеются более прочные двойные связи. Алифатические углеводороды имеют структуру, характерную тем, что атомы углерода располагаются в виде открытой, незамкнутой цепи. К этой группе относятся предельные (насыщенные) парафиновые или метановые углеводороды (химическая формула СпН2п+2) и непредельные (ненасыщенные) олефины (химическая формула СпН2п). Нафтеновые углеводороды (химическая формула СпН2п) имеют кольцевую структуру атомов углерода, но, в отличие от олефинов, являются насыщенными, т. е. не имеют свободных связей, ввиду замкнутости кольца. Атомы углерода имеют между собой простые одинарные связи; поэтому каждый углерод способен присоединить к себе два атома водорода. Ароматические углеводороды (химическая формула бензольной группы СпН2п_6) так же, как и нафтены, характерны кольцевой замкнутой связью атомов углерода, но в данном случае углеродное кольцо содержит шесть атомов углерода, каждый из которых способен присоединить только один атом водорода или группу углеводорода, так как между атомами углерода в кольце существуют двойные связи. Углеводороды с кольцевой структурой (нафтены и особенно ароматики) отличаются большой прочностью молекулы, более стойки в отношении образования перекисей и расщепления молекулы, поэтому их способность к самовоспламенению мала. Наоборот, парафиновые углеводороды обладают менее прочной связью углеродных атомов, легче поддаются расщеплению и образованию перекисей, поэтому они легче воспламеняются. Эта их способность к воспламенению возрастает по мере удлинения цепи или увеличения числа атомов углерода, или, иначе, по мере увеличения молекулярного веса. Если взять две фракции нефти: одну низкокипящую с малым удельным весом, например бензин, а другую высококипящую с большим удельным весом, например минеральное масло, то в силу изложенного способность к самовоспламенению у тяжелой фракции окажется выше способности бензина к самовоспламенению1. 1 Это положение остается справедливым, несмотря на то, что для различных фракцпй одной и той $е нефти процентное содержанде отдельных групп углеводородов меняете рати Можно констатировать, что химическая структура топлива будет существенно влиять на продолжительность периода запаздывания воспламенения. Чем больше в топливе парафинов, тем меньше будет период запаздывания воспламенения; наоборот, чем больше ароматиков в топливе, тем больше будет период запаздывания. Соответственно периоду запаздывания воспламенения будет изменяться плавность хода мотора или скорость нарастания давления, а также максимальное давление вспышки. Эта. связь между химической структурой топлива я периодом запаздывания воспламенения экспериментально была проверена во многих лабораториях. На фиг. 20 приведены верхние части диаграмм рабочего процесса, полученные Ле-Мезюрье и Стенсфилдом на одноцилиндровом двигателе Юнкерс при 1 000 об/мин для трех различных топлив. Нагрузка и весь режим работы двигателя, а также момент впрыска топлива оставались неизменными. Кривая 5 показывает наиболее раннее воспламенение, более плавный подъем давления при сгорании и меньшее давление вспышки. Эта кривая получена для топлива, состоящего преимущественно из парафиновых углеводородов. Кривая 10 относится к топливу главным образом нафтено-арома-тического основания и показывает наибольшее запаздывание воспламенения, 28 Ю 8 S 4 2 0 2 4 6 8 Ю 12 И /о 18 20 Градусы до в и т Градусы после в м т. Фиг. 20. Диаграммы линий сгорания в двигателе Юнкерс при 1 000 об!мин для трех топлив. наибольшую скорость нарастания давления и максимальную величину давления вспышки. Среднее положение занршает кривая 12, относящаяся к топливу нафтенового основания. Аналогичные результаты многократно получались и в других лабораториях, в частности и у нас. Если взять в разных пропорциях два чистых углеводорода, например алифатический углеводород цетен и ароматический углеводород а-метил-нафталин, и провести испытание на двигателе различных смесей их, то период запаздывания будет тем больше, чем больше в смеси ароматика. На фиг. 21, по данным Боерледжа и Брезе, приводится кривая запаздывания воспламенения в градусах угла поворота коленчатого вала в зависи* мости от состава смеси цетена и я-метил-нафтадина. Температура самовоспламенения. Сгорание топлива в дизеле основано на принципе самовоспламенения, поэтому большое значение имсол так называемая температура самовоспламенения топлива. Под температурой самовоспламенения понимается та наинизшая температура, при которой топливо воспламеняется и горит без постороннего источника пламени. Эта температура не бывает строго постоянной для данного топлива, но зависит для одного и того ясе горючего от условий эксперимента, В частности температура самовоспламенения получается разной в различных аппаратах, служащих для ее определения. Необходимо поэтому всегда оговаривать, на каком аппарате и при каких условиях была найдена температура самовоспламенения; только Петен .'00 О.- мети л- Q нафталин 20 60 40 40 80 20 80 О XXJ' Фиг. 21. Кривая запаздывания воспламенения в зависимости от состава смеси цетена и а-метил-нафталина. в этом случае возможно сравнение воспламенителышх свойств двух топлив. Температура самовоспламенения зависит от химической структуры топлива; для парафиновых углеводородов температура самовоспламенения ниже, чем для ароматических; для более тяжелых фракций ниже, чем для легких фракций, что понятно на основании изложенного в главе о химической структуре топлив. В таблице 1 приводятся температуры самовоспламенения некоторых углеводородов и топлив, определенные в аппарате Мура при атмосферном давлении в струе кислорода. Таблица наглядно показывает уменьшение температуры самовоспламенения для одной и той же группы углеводородов по мере увеличения числа атомов углерода (например для парафиновых углеводородов СН4, С3Н6 и С6Н14). Температура самовоспламенения ароматпков выше температуры самовоспламенения парафинов при одинаковом числе атомов углерода. На- 39 конец, температура самовоспламенения тяжелых фракций нефти ниже температуры самовоспламенения легких фракций. Эта таблица объясняет целесообразность применения в дизелях легковоспламеняющихсл керосино-газойлевых фракций нефти. Таблица 1 Температуры самовоспламенения некоторых углеводородов и топлив в струе ниолорода. и при давлении 9 1 am Вид углеводорода или топлива Метан СН4 . . . . Этан С2Нв..... Этядео С^Н4 . . . . Гексан СвН14 . . . Бензол С6Н6 . . . . Бензин ...... Керосин..... Газойль ..... Парафиновое масло Температура самовоспламенения °Ц 550—700 520—630 500—519 487 730 470—530 240—380 255—270 240 Опыты Таусса и Шульте доказали, что температура самовоспламенения топлива зависит от давления той среды, куда вво- рат /. Парафин 2. Керосин 3. Газов, масло 4. Машинное масло 5. бензин 6. Цилиндр масло 7. Бензол 200 300 400 500 600 700 °С Фиг. 22. Зависимость температуры самовоспламенения от давления. дится топливо. На фиг. 22" приведены кривые зависимости температуры самовоспламенения различных тоилив от давления. Из этих кривых видно! что температура самовоспламенения ца- дает с увеличением давления. Нейман объясняет такое явление увеличением плотности воздуха и увеличением передачи тепла от воздуха к топливу, вызванным большей плотностью воздуха. Опыты ЦИАМ, проведенные в специальной бомое с газойлем прямой гонки Константиновского завода, дали результаты, вполне удовлетворительно совпадающие с выводом Неймана. На фиг. 23 приведена кривая влияния плотности воздуха на температуру самовоспламенения газойля, составленная по этим опытам. , . Влияние присадок к топливу. В карбюраторных моторах для улучшения антидетонационных свойств топливо - воздушной смеси к тошшву добавляются в малых долях особые вещества Т*°абс ьпп QUU АОП •IW * лкп ^ ч, 4QU «г О N> ААП TVI/ Jftr\ 420 АПП Фиг. 23. Влияние плотности воздуха на температуру самовоспламенения газойля. (например, тетраэтилсвинец), повышающие стойкость смеси в отношении детонации. Уменьшение стука в дизелях или увеличение плавности хода дизеля также возможно путем прибавления к топливу таких присадок, которые имеют высокие воспламенительные свойства и тем самым сокращают период запаздывания воспламенения. Были проверены многие присадки: амилнитрит, ацетальдегид, бензальдегид, этилнитрат и др. На фиг. 24 приведены, по опытам Уисера, кривые изменения угла запаздывания воспламенения для трех топлив, в зависимости от количества добавленного к ним этилнитрата. Там же приведена кривая Д которая относится к случаю добавки те-траэтилсвшша к топливу, характеристика которого с присадкой чэтилнитрата дана кривой А. Ясно, что свойства присадок для улучшения восиламенительных свойств дизельного топлива прямо противоположны свойствам присадок для топлива карбюраторных моторов. В условиях эксплуатации присадки прак- 41 тически не применяются, ввиду их дороговизны, неустойчивости их в отдельных случаях и в общем малой эффективности. По- Этил-нитрат 9 объемах ;А,ВиС 4 О D Тетраэтил. свинец в объемах; D Ю Двигатель .*• В-топливо N2 С-смесь гидроеениэи-рованного масла добываемого из каменного Ю° /5е Чглы запаздывания Фиг. 24. Влияние добавления этнлнитрата на период запаздывания воспламенения различных топлив. иытки применения присадок к топливу для уменьшения периода запаздывания воспламенения были сделаны только на опытном авиадизеле Клерже. 2. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА ПЕРИОД ЗАПАЗДЫВАНИЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ К числу конструктивных факторов можно отнести: степень сжатия, конструкцию камеры сгорания, давление распыливания, завихрения воздуха. Рассмотрим последовательно их влияние на период запаздывания воспламенения. Влияние степени сжатия. Изменение степени сжатия г вызывает, при прочих равных условиях, изменение давления и температуры в конце сжатия и к моменту начала впрыска. Увеличение давления уменьшает температуру самовоспламенения, а увеличение температуры сжатого воздуха увеличивает перепад температур между воздухом и частицами топлива, следовательно, при увеличении степени сжатия ускоряются физические и химические процессы подготовки топлива к воспламенению. На фиг. 25 показано влияние увеличения степени сжатия на температуру самовоспламенения топлива и температуру сжатого воздуха. Из графика ясно следует, что увеличение степени сжатия должно привести к сокращению периода запаздывания воспламенения. Уменьшение периода запаздывания воспламенения при возрастании степени сжатия увеличивает плавность хода мотора, но максимальное давление вспышки все-таки становится больше, 1100 825 1550 I §275 I * 0 'емпература воздуха На фиг. 26, ио испытаниям ДЙАМ на двигателе Модааг, показано, как растет давление вспышки рг в зависимости от степени сжатия е при постоянном числе оборотов (500 в минуту), постоянной нагрузке (pt — 5 кг! см*) и постоянном угле впрыска топлива (10,5° до в. м. т.). Однако давление Ёонца сжатия рс растет быстрее, и, вследствие сокращения периода запаздывания воспламенения, степень повышения давления при сгорании X = — Рс уменьшается. Влияние конструкции камеры сгорания. Конструкция камеры сгорания может оказать существенное влияние на период запаздывания воспламенения, скорость нарастания давления и максимальное давление вспышки, действующее на поршень. Подробно изложено в специальной главе, период запаздывания Минимальная температура самовоспламенения 8 J2 16 Степень сжатия 20 24 Фиг. 25. Температуры воздуха в в. м. т. и самовоспламенения топлива в зависимости от степени сжатия. о типах камер сгорания Здесь только мы укажем, что воспламенения в частности будет, при прочих равных условиях, меньше, если в камере сгорания имеются искусственно созданные горячиеточки(например, неохлаждаемые или плохо охлаждаемые вставки). Примером камеры сгорания, в которой имеется плохо охлаждаемая вставка, может служить камера сгорания автомобильного двигателя Оберхенсли (фиг. 27). Эта аккумулирующая тепло вставка (так называемый ПО 140 150 160 170 180 190 е ТеШ10ВОЙ Ыжумулятор), /.>,с, pz и ). в зависимости от е на двигателе Модааг (п=500 об\мин\ Я,-5 к г/см2=const; Ф0=10,5° до в. м. T.z^ размер капелек тошшва в камере сгорания. Таким образом, вопрос сводится к тому, способствует ли сокращению периода запаздывания воспламенения уменьшение размеров капелек топлива5? Вообще можно утверждать, что если диаметр капельки уменьшается, то отношение ее поверхности к объему увеличивается, так как поверхность капли пропорциональна квадрату, а объем пропорционален кубу диаметра. Следовательно, в этом случае физико-химическая подготовка топлива к воспламенению должна ускориться, так как улучшаются условия теплообмена всей капли с воздухом и кроме того возрастает^ относительная концентрация кислорода на поверхности и облегчаются процессы образования пероксидов и разложения молекул топлива. На этом основании мы были бы вправе утверждать, что увеличение давления распыливания^ приводит к уменьшению периода запаздывания воспламенения. Однако это не всегда так. Дело в том, что при впрыскивании капельки топлива получаются различных размеров— от малых до больших. Процентное содержание капелек малого диаметра возрастает с увеличением давления распиливания; тем не менее и при малых давлениях распиливания капли малых размеров имеются в достаточном количестве. Воспламенение не охватывает сразу весь наличный запас топлива в камере сгорания, а начинается в тех точках, где были наиболее благоприятные условия для нредпламен-ных процессов. А раз это так, то, следовательно, период запаздывания воспламенения практически не должен зависеть от давления распыливания, если оно не слишком мало. Это подаверждается опытами Венцеля, который исследовал период запаздывания воспламенения топлива в бомбах для различных давлений впрыскивания (ог 145 до 500 am и выше) при различной температуре воздуха, но при постоянной его плотности. Приведенные выше соображения относятся только к периоду запаздывания воспламенения. Было бы, однако, ошибочно делать вывод, что давление распыливания не оказывает влияния на процесс сгорания. Мелкость распыливания непосредственно влияет на улучшение перемешивания топлива с воздухом, так как увеличивает общую поверхность заданной порции горючего. Следовательно, скорость сгорания топлива может увеличиваться при увеличении давления впрыскивания. Опыты того же Венцеля показывают, что время полного сгорания топлива уменъ- Фиг. 27. Схема камеры 'сгорания Оберхенсли. шается с увеличением давления впрыскивания до известного предела (в условиях опытов до 280 am), выше которого улучшения практически уже не происходит. Влияние завихрения воздуха. Двигатели могут быть сконструированы таким образом, что воздух в камере сгорания может быть или в относительно спокойном состоянии, или в состоянии более или менее интенсивного вихревого движения. Вихревое движение воздуха в камере сгорания во многих случаях может способствовать лучшему перемешиванию топлива и воздуха и более полному использованию располагаемого кислорода для сгорания. Нас пока завихрения воздуха будут интересовать в связи с периодом запаздывания воспламенения. Общие соображения в данном случае могут быть следующие. При равенстве всех прочих факторов увеличение скорости движения воздуха в камере сгорания приводит к увеличению теплоотдачи в стенки и к понижению температуры и давления к моменту впрыска топлива. Это должно неблагоприятно отразиться на величине периода запаздывания воспламенения. С другой стороны, увеличение скорости вихревого движения воздуха улучшает условия теплопередачи от воздуха к топливу, увеличивает число молекул кислорода, соприкасающихся с частицей топлива, и, следовательно, ускоряет процесс физико-химической подготовки топлива. Какой из Ркг/см3 Начало подачи по насосу Фиг. 28. Характеристика подачи топлива, наложенная на диаграмму давления распы- ливания этих факторов преобладает, зависит от ряда причин и прежде всего от степени сжатия двигателя. В дизелях, где степень сжатия высокая, преобладает второй фактор. Поэтому в дизелях завихрения воздуха полезны и с точки зрения запаздывания воспламенения и для улучшения перемешивания топлива и воздуха. Влияние закона подачи топлива. Под законом подачи или впрыска топлива понимается зависимость количества топлива, подаваемого насосом, от угла поворота коленчатого вала. Эта зависимость главным образом определяется профилем топливного кулачка, действующего на плунжер насоса. Кривая закона подачи топлива по времени или по углу поворота коленчатого вала может быть построена различным образом. Например, на фиг. 28 приводится, по опытам ЦИАМ, кривая подачи, построенная так, что ординаты ее показывают количество топлива, впрыснутого через форсунку за угол поворота вала насоса в 1,06°. Для целей наших исследований удобнее этот закон строить иначе, а именно так, чтобы ординаты кривой показывали общее 45 количество топлива, впрыснутого в цилиндр от начала впрыска до рассматриваемого момента времени. Таким именно образом построен график фиг. 29, полученный на основании предыдущего графика. Следовательно, для некоторого значения угла поворота коленчатого вала о, количество всего впрыснутого топлива составляет Д^, выраженное ординатой кривой для момента од полное же количество впрыснутого топлива выражается конечной ординатой Д#ж, Выше указывалось, что в ди- 8 10 Q 14 \ К 18 20 22 24 Градусы поворота коленчатого вала Фиг. 29. Закон подачи топлива в цилиндр. зелях обычно воспламенение начинается еще до окончания процесса впрыскивания. Следовательно, к началу воспламенения в камере сжатия имеется очень большой избыток воздуха, поэтому изменение закона подачи топлива не может оказать практического влияния на период запаздывания воспламенения. Но при определенной величине периода запаздывания воспламенения закон подачи топлива может оказать существенное влияние на рабочий процесс двигателя. Пусть кривая 1 на фиг. 30 представляет закон подачи топлива, кривая 2—диаграмму рабочего процесса; период запаздывания выражается отрезком 5; количество топлива, впрыснутого в цилиндр к началу воспламенения, выражается ординатой д#1. Ничего не меняя в двигателе и во внешних условиях его работы, изменим профиль кулачка на ___--. более крутой. В этом случае ТО же количество топлива Фиг. 30. Влияние закона подачи топлива Д#от ПОСТУПИТ В ЦИЛИНДР В на Р^очий процесс. более короткий промежуток времени. Пусть кривая 3 представляет закон подачи топлива для нового кулачка. Условия подготовки топлива к воспламенению не изменились, и, следовательно, период запаздывания 6" остался тот же. Но количество топлива Д^' в цилиндре к моменту воспламенения теперь будет больше, поэтому после начала воспламенения больше топлива сразу включится в процесс сгорания, выделится больше тепла и скорость нарастания давления и сама величина максимального давления вспышки будут выше, чем в предыдущем случае. Рабочий процесс двигателя для более крутого кулачка представится кривой 4. 4$ 3. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ НА ВСАСЫВАНИИ К этой группе факторов, которые могут оказать влияние На рабочий процесс, следует отнести: температуру и давление окружающего воздуха, наддув и дросселирование на всасывании, концентрацию кислорода в воздухе. Рассмотрим их последова- тельно. Влияние температуры наружиого воздуха. Изменение температуры наружного воздуха должно привести к изменению температуры также и в конце сжатия и к изменению периода запаздывания воспламенения. Это ясно на основании изложенного о влиянии степени сжанш и подтверждается испытаниями в бомбе и на двигателе. Для примера на фиг. 31 приводятся кривые зависимости периода запаздывания воспламенения от температуры всасываемого воздуха для трех значений давления внутри цилиндра в момент начала впрыска, Кривая а относится к давле- дсек 2.00.00065. 30 40 50 60 70 80 90 100 110 tH Нривая О для давления внутри цилиндра в ломент впрыскивания Фиг. 31. Влияние температуры всасывания на период запаздывания воспламенения. нию в начальный момент впрыска — 25 кг/см*, кривая б"— 30 кг/см* и кривая в — 35 т/см*. Хотя увеличение температуры воздуха уменьшает плотность в конце сжатия и несколько повышает температуру самовоспламенения топлива, разность температур конца сжатия и самовоспламенения увеличивается, и это оказывает наибольшее влияние. Влияние давления на всасывании. Давление и температуру на всасывании следует рассматривать отдельно, как непосредственно измеряемые величины, влияющие самостоятельно на рабочий процесс. Опыты Таусса и Шульте, уже упоминавшиеся нами, показывают уменьшение температуры самовоспламенения топлива при увеличении давления среды, в которую происходит впрыск. Следовательно, с увеличением давления на всасывании и соответственно в конце сжатия, период запаздывания воспламенения 47 30 2.7 должен уменьшаться. Это отчетливо видно из кривых фиг. 81 ь фиг. 32. Кривые на фиг. 32 получены в бомбе 1. Весьма важно проследить совместное влияние и давления и температуры воздуха в наиболее интересной мя ытюмля обстановке — в условиях работы на разных высотах. Уменьшение с высотой давления и температуры наружного воздуха влечет за собой увеличение периода воспламенения и должно привести к более жесткой работе мотора. ТТпавла следует заметить, что при высотном полете авиадизеля Бристоль' ,Феникс« на высоту 8370 м летчик на слух не заметил увеличения жесткости в работе двигателя, что, повидимому, объясняется малой литровой мощностью на высоте, Рабочий процесс при наддуве и дросселировании.Наддув двигателя связан с повышением давления и температуры воздуха. Вследствие этого, на основании изложенного выше, должен сократиться период запаздывания воспламенения и должна возрасти плавность хода мотора из-за уменьшения скорости нарастания давлений при сгорании. Однако в данном случае максимальное давление вспышки не уменьшается. Это объясняется сильным увеличением давления конца сжатия при наддуве. Увеличение давления наддува на 25% против атмосферного давления приводит к увеличению давления конца сжатия примерно на столько же процентов2.Так как давление конца сжатия для дизеля без наддува составляет 35—40 am, то это давление возрастает при указанных условиях на 8,5 — 10 am. Гост давления в конце сжатия и является причиной увеличения максимального давления вспышки в двигателе с наддувом сравнительно с тем же двигателем, но не имеющим наддува. Однако, как показывают испытания, отношение максимального давления вспышки к давлению в конце сжатия в двигателе с наддувом меньше, чем в двигателе без наддува, что связано с сокращением периода запаздывания воспламенения. Если поставить во всасывающей трубе заслонку, то при^дрос-селировании меняются давление и незначительно температура \ ) \ • . L \ \ \ \ \ \ \ V \ \ \ k * k Ч \ % N **-> ч pi fc. Ч г* fc 5 / 5 ; ' 1 V ? / ви 0 / сен / / t 2 ; з / 4 / Ю Фиг. 32. Запаздывание воспламенения в зависимости от начального давления воздуха. 1 См. журнал Дизелестроевие" № 10. 1938 г., работа Г. Морозова и А, Смирнова. 2 Это следует из формулы рс =^aenS где ^ — давление в конце сжатия, ра~ давление в начале сжатия, в — степень сжатия и п; — показатель политропы сжатия, 48 I о to 25" 20 15 ч % Ю -3 О воздуха, период зайаздывания и скорость нарастания давлений увеличиваются, растет также отношение максимального давления вспышки к давлению в конце сжатия, хотя сама величина максимального давления и уменьшается сравнительно с двигателем незадросселированным. На фиг. 33, по данным Боерледжа и Брезе, показано увеличение периода запаздывания воспламенения с уменьшением давления всасывания воздуха. Если заснять серию индикаторных диаграмм с двигателя при работе его с наддувом и дросселированием на всасывании, то указанные выше закономерности в отношении периода запаздывания воспламенения, скорости нарастания давления и максимального давления вспышки легко могут быть проверены. Подобные исследования проводили Боерледж и Брезе, и результаты, полученные ими, показаны на фиг. 34. Эти диаграммы относятся к одному и тому же значению оборотов, к одинаковому моменту начала впрыскивания и к одному количеству топлива, поданного в цилиндр. Наклонная линия, пересекающая диаграммы, проведена через точки начала воспламенения и показывает уве- § 0 0,2 ОА 0,6 0,8 W ** Давление всасываемого воздуха ата Фиг. 33. Запаздывание воспламенения в зависимости от дросселирования всасываемого воздуха. I Наддув Нормальное сжатие {Дроссель \ Фиг. 34. Влияние наддува и дросселирования на рабочий процесс. личение периода запаздывания при дросселировании и, наоборот, сокращение при наддуве. Влияние концентрации кислорода в воздухе. Прибавление остаточных газов к свежему заряду равносильно разбавлению концентрации кислорода в воздухе. Это особенно сильно должно сказаться при дросселировании воздуха на всасывании. Изменение концентрации кислорода должно отразиться на скорости окислительных химических реакций до воспламенения. Можно ожидать, что искусственное увеличение концентрации кислорода в камере сжатия должно привести к сокращению периода запаздывания; наоборот, уменьшение концентрации кислорода должно увеличить период запаздывания. Это подтверждается опытами Боерледжа и Брезе при испытании двигателя на двух степенях 4 Авиационные дизели 49 <&катия; этр подтверждается и испытаниями в бомбе1. Таким образен* увеличение периода запаздывания воспламенения при дрос-««лйровании на всасывании следует объяснить не только уменьшением давления и отчасти температуры в конце сжатия, но и уменьшением концентрации кислорода, вследствие относительного увеличения доли остаточных газов. 4. ВЛИЯНИЕ ЭНСПЛОАТАЦИОННЫХ Ф АН ТОРОВ К числу экеплоатационных факторов следует отнести: нагрузку и тепловое состояние двигателя, установку опережения впрыска, т. е. такие факторы, которые полностью или в известной степени зависят от воли персонала, обслуживающего мотор, или от потребителя энергии. Влияние нагрузки и оборотов. При увеличении нагрузки двигателя возрастает общее тепловыделение в цилиндре; температура 27 26 дсек 0,0028} 0,00271 У 4,0 45 5.0 5.5 6.0 6.5 % кг/см* Фиг. 35. Кривая изменения 5 в зависимости от ре при п = 1 600. ло дсек 26 24 0,0045 0.0035 0.0025 о». <зоо 1400 1500 1600 п об/мин Фиг. 36. Кривая изменения В по внешней характеристике двигателя ЦИАМ. деталей повышается. Если мощность, отдаваемая мотором, растет вместе с числом его оборотов, то, кроме указанных выше обстоятельств, имеет еще место увеличение вихревых движений воздуха в камере сжатия и увеличение фактического давления распыливания топлива. Все эти явления благоприятно отражаются на ходе подготовки топлива к воспламенению и должны сократить период запаздывания воспламенения, если его измерять в единицах времени (секундах). На фиг. 35, 36 и 37 приведены, 1 См. Труды ЦИАМ, вып. 25, 1938 г., а также журнал Дизелестроение", № 10, 3938 г., работу Морозова и Смирнова. 99 по опытам ЦЙА-Vl, графики зависимости периода запаздывания воспламенения от нагрузки /двигателя. Первый график относится к случаю работы при постоянных оборотах, но при меняющейся мощности мотора; второй график относится ко внешней характеристике; третий — к винтовой характеристике. Разница в характере изменения периода запаздывания воспламенения для трех указанных случаев объясняется различным для них изменением 1300 1400 1500 Фиг. 37. Кривые изменения о° и 3 сек. по винтовой характеристике двигателя ЦИАМ. теплового режима мотора, завихрений воздуха и давления рас-иьтливания. Ускорение физико-химических реакций подготовки топлива к воспламенению и уменьшение периода запаздывания (по времени) с увеличением числа оборотов объясняются указанными выше обстоятельствами и подтверждаются экспериментально. Этот факт а: 0.0035 % | 0.0030 |н 0.0025 §1 0,0020 Q.OOI5 0 со 1 0.00 Ю о с 500 750 ЮОО /250 1500 1750 2000 об/мин Фиг. 33. Влияние числа оборотов на запаздывание воспламенения. уменьшения периода запаздывания воспламенения с увеличением оборотов обусловливает возможность создания многооборотных бескомпрессорных дизелей. Иначе, если бы период запаздывания воспламенения по времени оставался постоянным, то с увеличением оборотов пропорционально возрастал бы угол запаздывания, и это поставило бы предел развитию оборотов, чего в действительности нет. Фиг. 38 показывает результат исследования Дэвиса и Джиффена о зависимости м<ежду числом 4* 51 оборотов и периодом запаздывания воспламенения, измеренным в секундах и градусах угла поворота коленчатого вала. Так, в области 750—2 000 об/мин период запаздывания в углах поворота коленчатого вала практически остается постоянным. Влияние опережения впрыска. Момент впрыска топлива, при всех прочих равных условиях, оказывает существенное влияние на развитие рабочего процесса, на период запаздывания воспламенения, скорость нарастания давления, максимальное давление вспышки, полное и своевременное сгорание топлива и, следовательно, на коэфициент полезного действия. Необходимо иметь в виду, что в двигателе приходится считаться с направлением и скоростью движения поршня в начальный момент впрыска и после этого. Слишком ранний впрыск в период сжатия имеет следствием малое давление и температуру в цилиндре в момент впрыска, поэтому период запаздывания воспламенения может возрасти сравнительно с несколько более поздним впрыском. Одновременно, при продолжающемся движении поршня к верхней мертвой точке и воспламенении большой порции горючего, чрезмерно резко нарастают давления, максимальное давление вспышки достигает больших величин и может иметь место даже полное сгорание топлива до в. м. т., с последующим сжатием и расширением продуктов сгорания Фиг. 39. Индикаторные диаграммы для трех опережений впрыска. (так называемая петля на диаграмме). При слишком позднем впрыске, например в верхней мертвой точке, хотя начальные условия в цилиндре — давление и температура — и благоприятны для воспламенения, но обратное движение поршня и связанное с этим быстрое падение давления и. температуры воздуха в цилиндре замедляют течение предпламенных процессов и приводят к увеличению периода запаздывания воспламенения. При этом скорость нарастания давления и максимальное давление вспышки оказываются очень малыми, вследствие возрастающей скорости обратного движения поршня на ходе расширения. Процесс развивается очень плавно, но слишком поздно, поэтому сгорание протекает с меньшими скоростями и с меньшей эффективностью; к. п. д. сильно падает. На фиг. 39 показаны наложенные друг на друга три индикаторные диаграммы, соответствующие: 1 — нормальному, 2 — слишком раннему и 3 — слишком позднему моменту впрыска топлива в цилиндр. Более отчетливо видно влияние опережения впрыска на процесс сгорания в двигателе, если индикаторные диаграммы пред- 52 ставить в координатах: давление — угол поворота коленчатого вала. Автор провел на ряде двигателей исследование о влиянии опережения впрыска на вид индикаторной диаграммы и на Топливо биби-Эйоатский? газойл Опережение 28°по кол. ' -40-20 0 20 40 -20 0 20 -----------Диаграммы акро- камеры "* -----------Диаграммы главной камеры -20 0 20 340 0 20 Фиг. 40. График зависимости удельного расхода топлива и вида диаграммы рабочего процесса от угла опережения впрыска. удельный расход топлива. Для иллюстрации изложенного выше на фиг. 40 приводятся полученные автором на двигателе Зау-рера диаграммы зависимости рабочего процесса и удельного расхода топлива от опережения впрыска. Это исследование по- 1 § -5 * «о 30 Ю /5 20 25 Чгол опережения впрыска Фиг. 4i. Влияние опережения впрыска на период запаздывания воспламенения 5. Дви- гатель Заурер;. п = 1 600 об/мин. казывает, что наивыгоднейший расход получается, когда воспламенение имеет место вблизи в. м. т.; более ранний впрыск связан с увеличением давления вспышки. На фиг. 41 дана кривая зависимости периода запаздывания воспламенения от угла опережения впрыска, цолученная автором на двигателе Заурер при 1 600 об/мин п при постоянной температуре охлаждающей воды на входе и на выходе. Ротрок исследовал влияние опережения впрыска на момент начала воспламенения при различных температурах воды в ру- 40' е.мт. §20 1/0 , | /О ^ 20 После в.мт.ЗО Температура охлаж-дающей воды 1 <Ь^-О^и -~- *&+ ш:Ш On Jo 20 Ю О Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 100" После вмт Начало впрыскивания До в м. т. Фиг. 42. Влияние температуры охлаждающей двигатель воды на момент начала воспламенения топлива по Ротроку. башке двигателя или, иначе, при различном тепловом состоянии двигателя (фиг. 42). Исследования эти также показали, что период запаздывания воспламенения зависит от опережения впрыска. Кроме того эти исследования установили, что период запаздывания воспламенения сокращается при повышении температуры воды в рубашке. Г л а в а IV ТОПЛИВО ДЛЯ ДИЗЕЛЕЙ Тихоходные стационарные и судовые дизели проявили себя в эксплоатации достаточно нетребовательными к качеству топлива. Они надежно работают на жидких топливах нефтяного, каменноугольного, сланцевого, растительного и животного происхождения. Быстроходные дизели, наоборот, могут удовлетворительно работать только на жидком топливе, полученном из нефти, и притом вполне определенного качества. Это объясняется главным образом тем, что, благодаря большому числу оборотов, время на сгорание топлива в быстроходном дизеле уменьшилось в 10 — 20 раз сравнительно с тихоходным дизелем; кроме того и размеры топливной аппаратуры (насоса, форсунки, трубопроводов) значительно уменьшились, и аппаратура также стала требовательной к топливу. Нефть широко распространена на земном шаре. Из разведанных месторождений богатейшими являются нефтеносные площади СССР, США, Мексики, Румынии, Ирана. В Советском Союзе нефть добывается на Апшеронском полуострове (Баку), в районе Грозного, Майкопа, Эмбы, в Фергане (Узбекская ССР), в Туркменской ССР, на острове Сахалине, в районе Башкирской АССР и Куйбышевской области, в Грузинской ССР и др. Основными источниками добычи нефти до последнего времени были Апше-ронские, Грозненские и Эмбенские месторождения. Согласно решению XVIII съезда ВКП(б), Уральские месторождения должны в ближайшие годы резко увеличить добычу нефти и превратиться во „второе Баку". По разведанным запасам нефти СССР занимает первое место в мире, по добыче нефти — второе, уступая первое место США. Удельный вес сырой нефти составляет в среднем от 0,80 до 0,90, хотя имеются и более легкие нефти (уд. вес до 0,73) и более тяжелые (уд. вес до 0,97). Нефть представляет собой жидкость со специфическим запахом; цвет нефти различен: от светлокоричневого до черного; встречается и более светлый тип нефти. Нефть содержит в себе различные углеводороды, начиная с простейших, легких (малоатомных) и кончая сложными, 55 тяжелыми (многоатомными). Легкие углеводороды имеют низкую температуру кипения, тяжелые углеводороды, наоборот,—высокую. Если постепенно нагревать нефть (например, в котле), то вначале будут испаряться легкие углеводороды или, как говорят, легкие фракции нефти, затем более тяжелые и т. д. Ограничив нагревание нефти, например, до 150° Ц, можно испарить только такие легкие фракции, температура кипения которых не превышает 150° Ц. Эти образовавшиеся пары можно собрать, охладить и превратить в жидкость, которая, очевидно, будет иметь меньший удельный вес, чем исходное сырье. Такой процесс называется перегонкой, а полученный продукт перегонки в общем виде называется дестиллатом. Остаток после этой перегонки имеет начальную температуру кипения или просто начало кипения 150° Ц. Если его подвергнуть вновь нагреванию, но уже до 300° Ц, то испарятся углеводороды, температура кипения которых лежит между 150 и 300° Ц. Образовавшиеся пары можно собрать, охладить и превратить в жидкость. Продукты перегонки нефти различаются между собой по своим удельным весам, структуре и другим физико-химическим характеристикам. Продолжая нагревание, можно, наконец, добиться такого положения, когда процесс испарения явно прекращается: основная часть топлива испаряется, и в котле остается небольшая часть так называемых остатков перегонки. Принято легкие фракции нефти, выкипающие до 175—200° Ц, называть бензинами; фракции нефти после отгона бензина, выкипающие до 300° Ц, называются керосинами; фракции нефти с началом кипения 180 — 220° Ц и концом кипения 350 — 360° Ц называются газойлем *. Остаток после перегонки бензина, керосина и газойля называется мазутом, или нефтяными остатками. Промежуточное положение между бензином и .керосином занимает лигроин (начало кипения около 100 —130° Ц и конец кипения не выше 230° Ц); таким образом, лигроин представляет смесь тяжелых фракций бензина и легких фракций керосина. Газойль содержит в себе главную массу керосиновых фракций нефти и кроме того более тяжелые масляные фракции. Мазут, или нефтяные остатки, в дальнейшем поступает как топливо для стационарных и судовых дизелей, для паровых котлов стационарных установок, морских и речных пароходов и паровозов. Однако многие сорта нефтей способны дать различные смазочные масла, получаемые путем перегонки мазута. Прежде всего при перегонке мазута получается соляровое масло, затем различные смазки (вазелиновое, веретенное, машинное, цилиндровое и другие масла). Остаток после перегонки солярового и смазочных масел называется гудроном. Описанный нами процесс относится к случаю так называемой прямой перегонки 1 Эта фракция называется газойлем или газовым маслом потому, что она раньше всего употребляла^ на газовых заводах ври процессе получения газа, нефти, когда путем постепенного нагревания получаются последовательно указанные выше продукты. Ниже дается графическая схема основных продуктов, получаемых из нефти. В таблице 2 даны главнейшие характеристики различных фракций нефтей согласно ОСТ. Сырая нефть 1 Дестиллаты Бензин Лиц юин К ере >син Газ ойль 1 Мазут (нефтяные остатки) I 1 1 Соляровое Смазочные Гуд рон масло шасла (масляник 5 остатки) Авиадизель должен надежно эксплоатиров^ться в различных климатических зонах. Для удобства эксшюатации топливо должно обладать достаточной текучестью, подвижностью при низких температурах. Следовательно, температура застывания авиадизельного топлива должна быть ниже тех температур воздуха, которые могут встретиться в эксплоатации зимой или в северных широтах. Кроме того топливо должно допускать легкую фильтрацию, чтобы не засорять отверстий форсунок и не изнашивать быстро насос и форсунку; для этого топливо должно иметь малую вязкость. По этим причинам в авиадизелях применяют газойль или смеси газойля и керосина. Газойли и керосины, полученные из разных нефтей, имеют различную химическую структуру. Между тем в предыдущей главе мы установили, что от химической структуры топлива сильно зависит характер работы двигателя. Поэтому для авиадизелей употребляют газойли, полученные из определенных нефтей и отличающиеся высокими воспламенительными качествами. Как проверить эти качества, будет изложено немного ниже. Каждое топливо, поступающее на снабжение, должно подвергаться лабораторному исследованию для определения ряда физико-химических величин, характеризующих в сумме топливо. При детальном лабораторном исследовании определяются: удельный вес, теплотворная способность, элементарный состав, вязкость, фракционный состав, температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения, содержание воды, механических примесей, серы и золы, коксуемость, нейтральность, температура застывания. Независимо от этого специальным испытанием опре- делаются воспламенителъные .качества тоилива. Наконец, обязательно нужно знать месторождение нефти, из которой получено данное топливо. Рассмотрим все эти величины последовательно. Удельный вес. Удельный вес является важной характеристикой, доступной легкому определению. Зная месторождение нефти, можно по удельному весу быстро убедиться в том, что получено именно ю топливо, которое нужно. Поэтому удельный вес определяется прежде всего. Для авиационных газойлей удельный вес колеблется в пределах от 0,85 до 0,88. Газойли отдельных нефтей имеют более узкие пределы значений удельного веса. Керосины, употребляемые в дизелях в смеси с газойлем, имеют удельный вес 0,820 — 0,835. Удельные веса определяются и в нормах указываются при температуре -f 20° Ц- Если при контроле температура топлива не равна+20° Ц, а равна, например, t° Ц, то необходимо замеренную при температуре I величину удельного веса fm привести к температуре -{-20° Ц, пользуясь формулой: Y20 ^ Y* + 0,00068 (t - 20). Только после этого следует сравнивать полученное значение удельного веса с техническими условиями на топливо. Таблица 2 Основные физичесние данные нефтепродуктов - Удельный вес Начало ки- ф р а к ц И 0 II И ы ii С 0 С I а в Й 0 Наименование . ^ 2 нри 15° пения °Ц ло » | 100° 160° 200° •270° 300° 360° •~ в Бензин Грозненский авиаци- онный ........ 0,700—0,720 40—60 65% — — — — — 130 Бакинский ..... 0,748—0,754 75 30", о 950/о — — — — 17 Г> Краснодарский . . . 0,710-0,715 45 — — — — — — ПО Грозненский автомо- бильный ...... 0,730 50 40°/,-. 90% — — — — 175 Бакинский автомо- бильный ...... 0,760 80 20% 80% — — — — 190 Лигроин из бакинских нефтей ....... . 0,780—0,795 — — ДО 90% — — — 230 150° Керосин тракторный I W/° сорта ........ 0,830 — — — 10% 80% 98% 300 Газойль ........ 0,85—0,89 180-230 — — — — 60% 95% 360 Соляровое масло .... 0,88—0,89 250-260 — — — — 23% 80% 400 . Теплотворная способность. Теплотворная способность оирсдг-ляется количеством калорий тепла, которое выделяет 1 w топлива при полном сгорании. Если продукты сгорания охлади- 1 Взято но „Техническим нормам нефтепродуктов", изданным Органефтью в 19&5 г., кроме данных по соляровому маслу. лись до начальной температуры (до температуры окружающего воздуха), то водяные пары, содержащиеся в продуктах сгорания, конденсируются и дадут, в прибор (калориметр) добавочное количество скрытого тепла парообразования. В* этом случае будет измерена полная тенлопроизводительность, или, как принято говорить, высшая теплотворная способность топлива. Если продукты сгорания уходят из прибора или машины при высокой температуре (например, в двигателях внутреннего сгорания), то скрытое тепло образования водяных паров не выделяется, и фактически замеренное количество тепла при сгорании будет меньше, чем в первом случае. Теплопроизводителъность 1 т топлива, определенная в условиях, когда скрытая теплота образования водяных паров не учитывается, называется низшей теплотворной способностью. Теплотворная способность топлива нужна при испытаниях для определения коэфициента полезного действия мотора и баланса тепла. Кроме того теплотворная способность также является средством контроля топлива. Низшая теплотворная способность 1 т газойля и керосина равна 10200— 10500 Кал. Элементарный состав. Пренебрегая содержанием золы, воды и механических примесей, количество которых в топливе, как будет видно из дальнейшего, невелико, можно считать, что топливо состоит из различных углеводородов; кроме того в топливе содержится небольшое количество кислорода, азота, серы. Целью определения элементарного состава топлива является установление весового процентного содержания углерода С, водорода Н, как главных составляющих элементов топлива, серы S и прочих элементов, обычно принимаемых в расчетах за кислород О. В газойле и керосине содержится в среднем углерода 85,5 — 86,5% по весу, водорода 13,0 —13,5% п прочих элементов не более 1%. Знание элементарного состава топлива необходимо при испытаниях двигателя, если нужно определить состав продуктов сгорания, количество теоретически необходимого воздуха, коэфициент избытка воздуха, баланс тепла в двигателе. Вязкость. Под вязкостью понимают внутреннее трение частиц жидкости при их движении друг относительно друга. Вязкость зависит от сил сцепления между молекулами; чем больше эти силы сцепления, тем больше вязкость жидкости. О вязкости жидкости судят по времени, необходимом для вытекания (истечения) определенного количества жидкости, взятой при определенной температуре, из стандартного сосуда с отверстием. Одна жидкость будет более вязкой сравнительно с другой жидкостью, если для ее истечения из сосуда потребуется больше времени. За техническую единицу вязкости принимают вязкость дестил-лированной воды при 20° Ц в аппарате (вискозиметре) Энглера и обозначают эту вязкость в градусах Энглера. Таким образом, вязкость дестиллированной воды в аппарате Энглера соответствует 1°Э и представляет то время в секундах, которое необходимо для истечения из аппарата 200 см* воды при 20° Ц. 59 В этом случае отношение времени истечения другой жидкости ко времени истечения дестиллированной воды условно представляет вязкость данной жидкости в градусах Энглера. Вязкость жидкости сильно зависит от ее температуры; поэтому необходимо знать, к какой температуре относится определенная величина вязкости. Знать вязкость топлива необходимо, так как качество распиливания, как это будет показано в дальнейшем, зависит от вязкости. Кроме того вязкость может иметь значение для движения топлива в трубопроводах при низких температурах. Вязкость авиадизельных топлив должна быть в пределах 1,2 —2,0° Э при температуре в 20° Ц и 2,0 —4,0° Э при температуре 0°Ц. Вязкость в комбинации с удельным весом может косвенно характеризовать содержание парафиновых углеводородов в топливе. Поскольку содержание парафиновых углеводородов определяет способность топлива к воспламенению, постольку знание вязкости и удельного веса может служить средством косвенной оценки качества топлива. Такой метод принят в США, и называется он методом вязкостно-весовой постоянной; он дает удовлетворительные результаты. Фракционный состав. Исследование фракционного состава топлива позволяет установить объемное процентное содержание углеводородов, выкипающих в определенном интервале температур.^ Знание фракционного состава также является средством контроля соответствия топлива, поступившего для эксплоатации, тому образцу, который признан наиболее подходящим для мотора, В результате испытаний можно построить кривую зависимости объема испарившегося топлива от температуры. Такая кривая называется кривой разгонки. В бензиновых карбюраторных моторах фракционный состав топлива имеет особое значение, так как именно этой характеристикой определяются пусковые способности топлива, приемистость мотора,, испарение топлива во всасывающей системе. В быстроходных дизелях до последних лет фракционному составу не придавали большого значения, так как предполагалось, что топливо в двигателе не успевает испариться и сгорает главным образом в жидком виде. Кроме того было установлено, что различные топлива с одинаковыми кривыми разгонки по-разному ведут себя в двигателе и, наоборот, при различных фракционных составах одинаково проявляют себя в двигателе. Однако за последние годы взгляд на процесс воспламенения топлива в двигателе изменился; есть много оснований предполагать испарение значительного количества топлива до воспламенения. Затем экспериментальным путем было установлено, что топлива с одинаковым удельным весом, но с различным фракционным составом, по-разному сгорают в двигателе. Поэтому в настоящее время технические нормы на авиадизельное топливо должны содержать в себе указания по фракционному составу. Для авиадизельного топлива можно установить следующие нормы фракционного состава; 60 Кипения 10% выкипает при температуре бОо/о я я „ 95% „ „ ISO—220°Ц и не выШе 23G6 не выше 240° » я 300° - „ 360° На фиг. 43 приведены кривые фракционной разгонки газойля, солярового масла, керосина и для сравнения бензина. 'SO ЮО 150 200 250 300 . 350 400 °С Фиг. 43. Кривые фракционной разгонки топлив. Температура вспышки. Под температурой вспышки понимается та наименьшая температура топлива, при которой количество испарившихся наиболее легких фракций может образовать горючую смесь с воздухом, способную воспламеняться в присутствии постороннего пламени. Однако, так как скорость испарения при этой температуре недостаточна для поддержания горения, горючая смесь вспыхивает и гаснет. Температура воспламенения. Температура воспламенения — наинизшая температура топлива, при которой горючая смесь паров топлива и воздуха над топливом при поднесении пламени вспыхивает, но, в отличие от температуры вспышки, горение не прекращается, а поддерживается, благодаря испарению достаточных количеств топлива. И температура вспышки и температура воспламенения не характеризуют топливо в отношении его поведения в моторе. Эти величины связаны только с пожарной опасностью горючего. Чем выше температура вспышки и воспламенения, тем менее опасно топливо в пожарном отношении. Температура вспышки бензина равна — 25° Ц и ниже; температура вспышки газойля + 65° Ц и выше. Понятно поэтому, что авиадизель, работающий на газойле, в пожарном отношении менее опасен, чем карбюраторный мотор, работающий на бензине. Температура самовоспламенения. Под температурой самовоспламенения понимается та наименьшая температура нагрева топлива, при которой оно воспламеняется и горит без поднесения постороннего пламени. Как уже указывалось, для одного и того же топлива можно получить различные значения температуры самовоспламенения, в зависимости от того, при каких условиях определялась эта величина: в среде воздуха или чистого кислорода, при атмосферном или большем давлении, наконец, в каком приборе. Дизельное топливо должно обладать возможно меньшей температурой самовоспламенения. В этом случае период запаздывания воспламенения будет короче, и сгорание в двигателе будет протекать более плавно. Температура самовоспламенения газойля и других топлив нами уже приводилась в главе III. Содержание воды. Присутствие воды в топливе нежелательно, во-первых, потому, что это понижает теплотворную способность единицы веса горючего, залитого в баки, и, во-вторых, на испарение воды будет затрачено тепло топлива. Значительная часть затраченного на испарение тепла, соответствующая скрытому теплу парообразования, отнимается от топлива бесполезно, поскольку продукты сгорания удаляются из цилиндра при высокой температуре и водяные пары не конденсируются. По этим причинам воды в авиадизельном топливе не должно быть. Нуж-но иметь в виду, что небольшое количество воды в топливе не мешает процессу сгорания. В так называемых нефтянках — двигателях с небольшой степенью сжатия (3,5—4,5), с калильной головкой, служащей для целей воспламенения, — в цилиндр впрыскивалась вода для поддержания температуры накаленной головки в определенных наивыгоднейших пределах, и это ни в какой степени не мешало сгоранию топлива. Содержание механических примесей. Механические примеси в дизельном топливе не допустимы, так как наличие их влече! за собой износ топливного насоса и форсунки, засорение отверстий форсунки; возможно даже заедание плунжера во втулке насоса или иглы форсунки в корпусе сопла. Содержание серы. В топливах нефтяного происхождения могут быть сера и сернистые соединения. Заметное количество серы (в среднем 0,5%) содержится в нефтяных остатках. В бензине, керосине и газойле серы обычно содержится не более 0,05—0,15%. В отдельных нефтях и их продуктах серы может быть и больше. Присутствие серы в топливе не вызывает опасений; опыты по сжиганию в быстроходных дизелях топлив с содержанием серы до 2% п° весу показали, что сера не влияет на работу двигателя. При наличии серы выхлопные газы имеют неприятный запах. Опасения, что наличие серы в топливе и вследствие этого сернокислого газа в продуктах сгорания может в соединении с водой дать серную кислоту и вызвать разъедание деталей камеры сгорания и поверхности цилиндра, повидимому, носят больше теоретический характер. Гарантируемое нефтяной промышленностью содержание серы в газойле не более 0,15°/0 вполне удовлетворяет условиям работы мотора. Содержание золы. Зола представляет собой твердые минеральные негорючие примеси в топливе. Большое их количество 62 может вызвать изйосы топливной аппаратуры и зеркала цилиндра; в авиа дизельном топливе содержание золы не должно быть более 0,01% цо весу. Коксообразование. Дизельное топливо, подобно смазочному маслу, может содержать смолы и асфальты, которые образуют кокс. О склонности топлива к нагарообразованию и отложению кокса судят косвенно по коксовому числу путем испытания топлива в аппарате Конрадсона. Этот метод позволяет составить представление об относительной склонности топлив к нагарообразованию. По американской спецификации содержание кокса, по Конрадсону, не должно превышать 0,2%. Нейтральность. Топливо должно быть нейтрально, т. е. не должно содержать кислот и щелочей, во избежание коррозии деталей. Температура застывания. Под температурой застывания понимают ту температуру, при которой топливо теряет текучесть. Знание этой температуры важно для обеспечения надежного движения топлива по трубам при всех условиях эксплоатации мотора. В случае авиационного двигателя нецелесообразно, по условиям веса и оперативности, применение искусственного подогрева баков и топливопроводов. Поэтому авиадизельное топливо должно иметь низкую температуру застывания. Для обеспечения надежной эксилоатации в зимних условиях и в северных районах Советского Союза необходимо-, чтобы авиадизельное топливо имело температуру застывания —40 — 50° Ц, а в отдельных случаях и —50—55° Ц. Перечисленные выше физико-химические величины характеризуют топливо и детально определяются всегда для каждой партии топлива, поступившего на снабжение. Помимо этого более короткая проверка должна быть сделана для каждой бочки. Эта проверка заключается в определении удельного веса, содержания воды и механических примесей и нейтральности. Воспламенительные качества топлива в дизель-моторе подлежат особому исследованию. Достаточно удовлетворительный ответ может дать знание температуры самовоспламенения. Однако более распространены лабораторный метод оценки качества топлива по так называемому дизельному индексу и моторный метод по цетеновому или цетановому числу. Дизельный индекс. Известно, что при нагревании смеси топлива и анилина, взятых в равных объемах, смесь при последующем ее охлаждении мутнеет при определенной температуре. Эта температура помутнения раствора называется анилиновой точкой. Опытным путем было установлено, что чем больше в топливе ароматических углеводородов, тем ниже температура помутнения раствора или тем ниже анилиновая точка. Так как в дизельном топливе нежелательно большое содержание арома-тиков, то от дизельного топлива требуется, чтобы анилиновая точка не была бы меньше определенной величины. По английским стандартам, анилиновая точка топлива, предназначенного для быстроходного дизеля, не должна быть меньше +60° Ц. 63 В США Беккер и Фишер нашли, что определенная величина, зависящая от анилиновой точки и удельного веса топлива и названная ими дизельным индексом, может служить характеристикой воспламенительных качеств. Опытным путем была установлена формула дизельного индекса: где JD — дизельный индекс; t — анилиновая точка в ° Ц; у — удельный вес топлива при температуре 15,5° Ц. Путем сопоставления поведения различных топлив в моторе и их дизельных индексов, вычисленных по указанной формуле, было доказано, что чем выше дизельный индекс, тем меньше период запаздывания воспламенения топлива в двигателе и, следовательно, тем лучше топливо. Поэтому дизельный индекс введен в стандарты США и некоторых стран Европы. Авиадизельное топливо должно иметь дизельный индекс не меньше 45. Цетеновое или цетановое число. Метод дизельного индекса является косвенным методом оценки качества топлива. Он получил признание, как указывалось, только в результате сравнения его данных с непосредственным испытанием топлив в двигателе. Следовательно, основным методом оценки воспламенительных свойств топлива является метод прямой проверки его поведения в двигателе. Нужно выбрать такой параметр, такую величину, зависящую от свойств топлива, изменение которой может быть измерено и главное может характеризовать рабочий процесс двигателя с точки зрения плавности или жесткости. При этом, если все прочие условия работы двигателя остаются неизменными, можно уверенно считать, что изменение принятого параметра есть следствие только замены топлива. Величинами, характеризующими воспламенителъные способности топлива, принято считать период запаздывания воспламенения и степень сжатия. В предыдущей главе указывалось подробно, какое большое значение имеет период запаздывания воспламенения для развития давлений в цилиндре при сгорании. Было показано, что уменьшение периода запаздывания воспламенения увеличивает плавность хода мотора; поэтому топливо, которое имеет меньший период запаздывания воспламенения, зависящий от его физико-химических свойств, будет лучше для дизеля. Но период запаздывания воспламенения зависит от многих факторов. Для правильного суждения о качестве топлива, очевидно, необходимо, чтобы все прочие условия работы двигателя, как-то: обороты, температуры, степень сжатия, момент впрыска и др., — оставались постоянными; меняться должно только топливо. Метод оценки топлива по периоду запаздывания воспламенения требует для своей реализации достаточно точного определения момента начала фактического впрыска топлива в цилиндр и момента воспламенения. Были разработаны и применены на практике приемы непосредственного и косвенного определения 64 продолжительности периода запаздывания воспламенения. Вла-годаря этому удалось различные топлива расположить в ряд по' величинам периода запаздывания воспламенения. В дальнейшем был принят метод сравнения периода запаздывания воспламенения данного топлива с периодом запаздывания воспламенения смеси так называемых эталонных топлив. Эталонными тошшвами называются такие, которые обладают строго определенными постоянными физико-химическими свойствами и служат для сравнения с ними других топлив. В качестве эталонных топлив применяются два отдельных углеводорода, из которых один является наиболее подходящим для мотора данного типа, а другой наименее подходящим. Как известно, например, для карбюраторных моторов эталонными топливами являются изооктан — стойкий в отношении детонации углеводород —и нормальный гептан — легко детонирующий углеводород. Антидетонационные свойства топлпв выражают в октановых числах, представляющих процентное содержание изо-окта'на в смеси изооктана и гептана, которая (смесь) в отношении детонации эквивалентна исследуемому топливу при испытании топлива и смеси в двигателе в строго одинаковых условиях. Подобно этому для дизельных топлив были выбраны: один углеводород ароматического ряда — а-метил-нафталин (С10Н7СН8), который очень трудно воспламеняется в дизелях и имеет большой период запаздывания, и второй углеводород алифатического ряда — цетен (С16Н32) или цетан (С16Н34), которые легко воспламеняются в дизелях и имеют малый период запаздывания воспламенения. Воспламенительные качества рыночных дизельных топлив укладываются между границами, определяемыми воспламенителъ-ными качествами указанных индивидуальных углеводородов. Располагая эталонными углеводородами, можно всегда подобрать такую пропорцию их смеси, которая будет иметь тот же период запаздывания воспламенения, что и исследуемое топливо. В этом случае качество последнего можно выразить числом, представляющим процентное содержание легко воспламеняющегося эталонного углеводорода в смеси, т. е. в цетеновых или цетановых числах. Таким образом, цетсновое число (или цетановое число) дизельного топлива характеризует его воспламенительные свойства и представляет процентное содержание цетена (или цетана) в смеси с а-метил-нафталином, которая (смесь) равноценна исследуемому топливу по величине периода запаздывания воспламенения при испытании топлива и смеси в двигателе при строго одинаковых условиях. Первоначально в качестве легко воспламеняющегося углеводорода применялся цетен. В последнее время, ввиду трудностей и дороговизны получения цетена, применяют цетан. Поэтому именно и выражают качество топлива либо в цетеновых, либо в цетановых числах. Второй моторный метод оценки качества дизельного топлива — это метод критической степени сжатия, Можно проводите исйн- 5 Авиационные дизели танпе топлива, оставляя вес решительно условия работы мотора постоянными, кроме степени сжатия. Уменьшая степень сжатия, можно добиться прекращения воспламенения топлива в цилиндре. Та величина степени сжатия, начиная с которой и ниже которой топливо не воспламеняется, называется критической степенью сжатия. Очевидно, что чем лучше дизельное топливо, тем меньше будет величина критической степени сжатия. Если определить величины критических степеней сжатия для а-метпл-нафталнна и цетена (или цетана) и их смесей, взятых в различных пропорциях, то можно выражать качество испытуемого топлива в цетеновых (или цетановых) числах. В этом случае цетеновое (или цетановое) число показывает процентное содержание цетена (или цетана) в смеси, которая имеет ту же критическую степень сжатия, что и данное топливо, при испытании их в двигателе в строго определенных условиях. Испытания проводятся на стандартном двигателе фирмы Вокеша (США), в технике известном под названием CFR (Cooperative Fuel Research Engine, что значит мотор объединенного комитета по исследованию топлив). Стандартные условия испытаний по методу запаздывания воспламенения и критической степени сжатия даны в таблице 3. Таблица 3 Метод Параметры режима Период запаздывания восплйменени» Кржтичеекая степень сжатия оборотов в минуту . . . Температура рубашки цалиндра Охлаждающая жидкость . . . . Температура воздуха, поступающего в мотор.......... . . Давление впрыскивания ....... Опережение впрыска ........ Количество впрыскиваемого топлива . . Температура водя, охлаждающей фор- еунку.............. Головка .............. Давление масла .......... Зазоры клапанов в холодном состоянии .........., . . . Диаметр цилиндра Ход поршня . . . 90— 300° И Деетвляированная вода ±1° Ц 105rt3,5 к»/с.на 10° до в.. м. т. 13,0±:0,5 ем3 в ми-. нуту 38-±3° Ц С высокой турбу- лентностью 1,7—2,1 «1/с.м2 Всасывающий 0,2 .и.ч, выхлопной 0,25 мм 82,57 мм 114,3 „ 900^:3 96—100° Ц Дестяллировакяая вода 12° до в. м. т. 18,0:±0,а смл в ми- нуту Стандартная CFR с чагакообразиой выемкой в поршне 1,7—3.1 т/см* Всасывающий 0,2,H.V, выхлопной 0,25 мм 82,57 мм "М , По американской и французской спецификации авиадизельное топливо должно иметь цетановое число минимально 55—со, что соответствует критической степени сжатия 8.2—-7,9. Глава V РАСПЫЛНВАНИЕ ТОПЛИВА Из рассмотрения схемы рабочего процесса дизель-мотора, даже не обращаясь к результатам опыта, можно сделать заключение, что и мощность мотора и его экономичность в сильной степени должны зависеть от условий и качества распиливания топлива. Топливо впрыскивается в цилиндр непосредственно перед моментом, соответствующим желаемому началу сгорания. За короткий период впрыска и сгорания (в авиадизелях ^ -г- ~-у секунды) топливо должно успеть перемешаться с воздухом настолько, чтобы полностью сгореть и притом в наименьшем избытке воздуха, т. е. оставив неиспользованным возможно меньшее количество кислорода. Полнота сгорания топлива в отведенный для процесса сгорания промежуток времени определяет экономичность мотора, а полнота использования воздуха, находящегося в конце сжатия в цилиндре, определяет мощность мотора. На оба эти обстоятельства оказывают влияние: конструкция камеры сгорания, способ организации движения воздуха и топлива в камере, месторасположение форсунки, число, направление и диаметр отверстий сопла (наконечника) форсунки, момент начала и продолжительность впрыска, давление впрыскивания, топливо и пр. В каждом отдельном случае только удачная комбинация многочисленных параметров, влияющих на процесс сгорания, может дать положительный эффект. В настоящее время теория быстроходных двигателей тяжелого топлива (дизелей) не располагает возможностью заранее пре;^-сказать для новой конструкции наивыгоднейшее сочетание всех этих факторов. Однако наше знание о характере влияния каждого из них на рабочий процесс далеко продвинулось вперед. Это позволяет безошибочно наметить для начала правильное исходное сочетание, совершенствование которого в дальнейшем удается только экспериментальным путем. Среди факторов, влияющих на более полное сгорание топлива и более полное использование воздуха, процесс распылнвания имеет достаточно большое значение, 5* 67 Мы займемся изучением бескомпрсееорного распиливания топлива, поскольку только этот способ и применяется в авиадизелях. Рассмотрение распиливания тоылив с помощью сжатого воздуха в наши задачи не входит; Распиливание топлива представляет процесс раздробления впрыскиваемой в цилиндр порции топлива на мельчайшие части и внедрения этих частиц в гущу сжатого воздуха. Нас прежде всего будут интересовать тонкость, однородность и дальнобойность распыленного топлива. Определение тонкости, однородности и дальнобойности мы дадим в дальнейшем изложении. Легко можно убедиться в том, что распад струи и распиливание топлива зависят от явлений, происходящих внутри самой струи топлива, и от сил воздействия воздуха на поверхность струи. Для этого можно сначала произвести опыт впрыска топлива в бомбу, из которой выкачан весь воздух и тем создан глубокий вакуум. Опыт покажет, что топливо, впрыснутое в пустоту, распиливается. Это доказывает наличие в струе самого топлива внутренних причин, содействующих распиливанию. Возьмем другой случай. Мы все имели возможность наблюдать, как спокойная зеркальная поверхность воды под влиянием ветра возмущается, образуются волны (неровности) на поверхности и тем большие, чем сильнее ветер. При определенной силе ветра воздух отрывает с гребней волн частицы воды и распыливает их на мельчайшие капельки (водяная пыль). Этот отрыв и распыление воды могут получиться и в результате столкновения волн, образованных движением воздуха. Следовательно, этот пример показывает наличие внешних по отношению к струе причин ее распада и распиливания, — это аэродинамические силы воздействия воздуха на поверхность струи. Очевидно, если возрастает скорость струи при неизменной плотности воздуха, то увеличиваются и центробежные силы внутри струи и аэродинамические силы воздействия воздуха на ее поверхность; в результате возрастет тонкость распыливания. Если скорость струи меняется мало, а плотность воздуха сильно, то следует ожидать изменения тонкости распиливания. Например, при увеличении плотности воздуха следует предполагать улучшение распыливания, вследствие увеличения аэродинамических сил воз-действия воздуха при неизменных или почти неизменных условиях внутри струи. /. ТОНКОСТЬ РАСПЫЛИВАНИЯ При впрыскивании топливо раздробляется на огромное число капелек очень малого диаметра. Хотя капельки распыленного топлива имеют различный диаметр, однако в каждом случае специальными опытами можно установить, каков средний диаметр подавляющей части топлива. Величина среднего диаметра большинства капелек характеризует тонкость распыливания топлива. 68 Принят® считать, что расныднвание т®нк©?, если средний диаметр капелек относительно мал, и грубое, если средний диаметр относительно велик. Нет абсолютной меры тонкого и грубого распиливания. Сравнивается средний диаметр капелек в одном случае распиливания со средним диаметром капелек в другом случае и определяется, какой из этих случаев дает более тонкое или, наоборот, более грубое распыливание. В быстроходных дизелях средний диаметр капли распыленного топлива на основании ряда опытов составляет 0,002—0,005 мм. Размер капелек топлива при распыливании или, иначе, тонкость распиливания зависит от многих условий. Для качественной и количественной оценки влияния различных факторов на тонкость распиливания нужно, очевидно, уметь определять размеры капелек топлива. Были применены методы измерения тров капелек. Напр пливо впрыскивалось на закопченную пластинку. Путем взвешивания пластинки до и после впрыскивания определялся вес порции топлива, попавшей на пластинку; затем подсчитывалось общее число капелек на пластинке. Зная число капелек и их суммарный вес, легко вычислить средний диаметр. В другом случае применялась не закопченная пластинка, а стекло, покрытое лл ППРТИ- ртпгттртишя Тгпттштю фиг- 44' Микрофотография отпечатков ка-СЛОем ЫИЦерИНа. ЮШШВр педь топлива на закопченной пластинке. впрыскивалось на стекло, «я щ» после чего под микроскопом определялось числоькапелек п измерялся пх диаметр. В ряде опытов топливо впрыскивалось на поверхность жидкости, находящейся в сосуде на некотором расстоянии от форсунки. Эта жидкость, как и глицерин в предыдущем случае, обладает тем свойством, что топливо в ней не растворяется. После впрыскивания фотографируется с большим увеличением поверхность жидкости, с вкрапленными на поверхности капельками топлива, и по полученным снимкам подсчитывается число капель и измеряется их диаметр. Иногда вместо фотоснимков прямо применяют микроскопы с большим увеличением и со специальной измерительной сеткой на окуляре, что позволяет непосредственно, без фотографирования, измерить число капелек и их диаметр. Исследования по измерению тонкости распыливания очень громоздки и кропотливы, Для иллюстрации на фиг, 44 показана 69 микрофотография (фотография с большим увеличением) отпечатков капель топлива на поверхности закопченной пластинки. Поле пластинки разбито на клетки для удобства измерений и подсчета капелек. На фиг. 45 показана микрофотография капелек топлива, впрыснутого на поверхность улавливающей жидкости (опыты Вёльтьсна). Определив средний диаметр капелек в данных условиях опыта, можно установить влияние различных факторов на тонкость расиыливания. Нас больше всего будут интересовать следующие факторы: давление топлива в нагнетательной магистрали, противодавление среды, в которую производится впрыск, число оборотов мотора, вязкость топлива, конструкция сопла, Рассмотрим опытные данные, касающиеся этих факторов. Следует иметь в виду, что при рассмотрении влияния изменения одного какого-либо фактора остальные условия всегда считаются постоянными (неизменными). Влияние давления впрыскивания. Опыты многих исследователей показали сильную зависимость тонкости распиливания от давления впрыскивания. Под давлением впрыскивания понимается давление топлива перед выходным отверстием форсунки. Чем больше давление впрыскивания, тем больше скорость струи топлива и тем меньше средний диаметр капелек. На фиг. 46 показаны микрофотографии капелек распыленного топлива при давлении впрыскивания 50, 100,- 150, 200, 250 и 300 am. Давление среды, в которую производился впрыск, или, как принято говорить, противодавление во всех случаях было одно и то же (30 am), как и все прочие условия впрыскивания. Диаметр капелек, ввиду их малости принято, выражать в микронах, т. е. в тысячных долях миллиметра. Микрон обозначается греческой буквой {1. Средний диаметр капелек распыленного топлива при давлении впрыскивания 50 am составляет 0,04 мм, или 40 \i, а при даглонии впрыскивания зоо от— только 0,00437 мм, или 4,37 ц. Увеличение тонкости распыливания с увеличением давления впрыскивания тесно связано с увеличением скорости струи у выхода. Кривые возрастания скорости струи и уменьшения диаметра капелек в зависимости от давления распыливания приведены на фиг. 47. Они подтверждают существование зависимости между скоростью выхода струи из форсунки и средним диаметром капелек. Мы указывали, что распад выходящей из форсунки струи и распыливание топлива обусловлены как внутренними, так и 70 Фиг. 45. Микрофотография отпечатков капель топлива на поверхности улавливающей жидкости. Фиг, 46. Влияние давления впрыскивания на тонкость рлсныливання: давление i прыснивання • •............ а б С г a 50 am, A = 40 (i; 100 am, rf = 33,75 150 am, d = 26.75 200 aw, rf=20|_; •250 em. cf = 13,75 800 a/w, Й — 4.31? внешними причинами. В данном случае противодавление, а следовательно, и плотность среды не меняются, поэтому возрастание давления впрыскивания увеличивает перепад давлений, под которым происходит впрыск, и тем самым повышается скорость выхода струи (по уравнению Бернулли). Увеличение скорости в свою очередь содействует, во-первых, распаду струи яз-за больших вихревых движений внутри струи и на ее периферии и, во-вторых, увеличивает аэродинамические силы воздействия воздуха, при данной его плотности, на поверхность струи, чю способствует отрыву и распылению частиц топлива. ?-••&••-• •••.'»••:•• *: :т?:-. л. . 1й*Л '. ф-.. :•;•.-•• 1ШйШ^^*>Ш 'й'А^Л''-1-•'•'*:!•?'•(: ?4>}:%lJlk:'•'+'•'•'» .,'••''•/ 300 4: ^260 S 0^0 о; 5 з «а /00 N > X Ч ч ^s '> Ч' ч / х^ / ч S X1 ч г ч „\ ' \ ' 0,040^ 0020 & иою% 50 100 150 200 Давление впрыск, am 250 300 Фиг. 47. Влияние давления впрыскивания на скорость струи и средний диаметр капелек. Влияние противодавления. В полном соответствии со сделанным ранее предположением опытные данные показывают уменьшение среднего диаметра капелек с увеличением противодавления или, что одно и то же, с увеличением плотности среды, в которую производится впрыск. На фиг. 48 приведены три фотоснимка капелек распыленного топлива, полученных при одинаковых давлениях впрыскивания (280 am) и одинаковых других условиях впрыскивания, но при различных противодавлениях. Снимок а относится к противодавлению Юати, снимок б—к бати и снимок в — к 1 ати (опыты Засса). Эти и другие опыты 72 Фиг. 48. Влияние противодавления на тонкость распы-ливания, дали основание сделать вывод об увеличении: тонкости распиливания с увеличением противодавления. Однако было бы ошибочно думать, что данное положение может быть принято без оговорок и всегда. Если бы оно было верно во всех случаях, то мы в праве были бы ожидать увеличения тонкости распиливания и при противодавлении в 100, 200 и выше атмосфер. В действительности трудно рассчитывать на такой результат. Когда начальное давление впрыскивания равно 280 am, а противодавление меняется с 1 ати до 10, то разность давлений, под которой вытекает топливо, изменяется незначительно, а именно с 279 до 270 am', скорость же топлива, пропорциональная, по уравнению Бернулли, корню квадратному из разности давлений1, изменится в данном случае всего только на 1,5—2%. Между тем плотность воздуха увеличилась в 10 раз, и соответственно этому выросли аэродинамические силы воздействия воздуха на струю. Следовательно, мы констатируем в данном случае следующее: увеличение противодавления до известных пределов мало отражается на величине скорости топлива и поэтому практически не меняет действия внутренних причин распада и распыления струи. Однако при этом сильно возрастают внешние силы воздействия воздуха на поверхность струи, что содействует распылению топлива. Чрезмерное увеличение противодавления может сильно уменьшить скорость струи, и это обстоятельство, по предположению автора, настолько ухудшит внутренние причины распада и распыления, что хотя влияние сил воздуха и будет все время возрастать, тем не менее результирующий эффект влияния обеих групп причин будет отрицательным и распиливание станет более грубым. Влияние числа оборотов мотора. При увеличении числа оборотов вала мотора или кулачкового валика топливного насоса пропорционально возрастает скорость движения плунжера насоса, и, следовательно, при определенном сечении выходных отверстий сопла форсунки должна увеличиться скорость струи. Опыты действительно показывают увеличение фактического давления топлива в нагнетательной магистрали при увеличении оборотов. Как следствие, средний диаметр капелек получается меньше, или тонкость распиливания возрастает. Влияние вязкости топлива. Экспериментально установлено, что чем больше вязкость топлива, тем хуже распиливание. На фиг. 49 представлены графически результаты американских опытов для Скорость по уравнению Бернулли, как известно, определяется формулой где (х — коэфициент истечении; -у — удельный вес тоцлива; д — ускорение сида тяжести; Ар — разность давлений, 73 двух топлив. Вязкость топлива Jsis 1 равна 0,022 пуаза1 при температуре 22° Ц и при атмосферном давлении; вязкость топлива Лз 2 при тех же условиях равна 0,102 пуаза. Как показывает график, размеры капелек в случае более вязкого топлива № 2 получаются больше. Это обстоятельство следует иметь в виду при смене горючего на авиадизелях. Влияние конструкции сопла. В начале дизелестроения существовало мнение, что если обеспечить искусственно вращательное движение струи топлива, то распиливание должно улучшиться. Равным образом предполагалось, что столкновение двух топливных струй должно способствовать лучшему распиливанию. 80 60 40 Дизельное топливо N1- Дизельное топливо N2 Нормальное С винтовой иглой 0,002 0,004 капель дм Фиг. 49. Влияние вязкости топлива jwa тонкость распыливания. Со сталкивающ. струями Фиг. 50. Эскизы опытных сопел. Для выяснения правильности этих предположений были проделаны опыты с тремя типами сопел, показанных на фиг. 50. Опыты показали, что обычное нормальное сопло обеспечивает более тонкое распиливание, чем форсунка с винтовыми канавками на игле и в особенности чем форсунка со сталкивающимися струями. Объясняется это явление большими потерями давления в форсунке с винтовыми канавками и уменьшением скорости струи. Например, при давлении впрыскивания 160 am скорость струи форсунки нормального типа была 180 м/сек, в то время как для форсунки с винтовыми канавками на игле даже при большем давлении впрыскивания (345 am) скорость струи равнялась только 1 IIуаз — единица изиэроша абсолютной вязкости. Один пуаз представляет вязкость такой жидкости, ь поторой сила в 1 дину перемещает два слоя жидкости в 1 с.ма каягдый, отстоящие друг от друга на расстоянии 1 см, со скоростью в 1 см/сек* 74 В случае форсунки со сталкивающимися струями рас-пшшвание также получалось хуже, чем в нормальном сопле. Опыты с различным отношением длины отверстия сопла к его диаметру показали практическую независимость тонкости рас-ныливанпя от этого фактора, хотя величина потерь (коэфициент истечения) и зависит от типа сопла. Если изменить диаметр отверстия сопла, не изменяя остальных условий впрыскивания, то, как показывают опыты, тонкость распиливания ухудшится. Из всего изложенного можно сделать следующие выводы: 1. Тонкость распиливания тем больше, чем больше а) давление впрыскивания; б) противодавление воздуха; в) число оборотов двигателя. 2. Тонкость распиливания ухудшается с увеличением вязкости топлива. 3. Тонкость распиливания практически не зависит от отношения длины отверстия сопла к его диаметру. 4. Тонкость распиливания тем больше, чем меньше диаметр отверстия сопла. 5. Форсунки с винтовыми канавками иглы и со сталкиваю-щимися струями не улучшают распиливания топлива; наоборот, тонкость распыливания несколько ухудшается сравнительно с соплом с нормальным цилиндрическим отверстием. 2. ОДНОРОДНОСТЬ РАСПЫЛИВАНИЯ При распыливании получаются капельки различного диаметра; это хорошо видно на микрофотографиях, приведенных выше. Распыливание называется однородным, если подавляющее количество капелек имеет близкие друг к другу размеры диаметра; в противном случае распыливание называется неоднородным. Идеально однородным распыливание будет в том случае, когда все капельки топлива будут иметь один и тот же диаметр. На практике этого никогда не бывает. Однородность распыливания не имеет связи с тонкостью распыливания. Может быть грубое распыливание и вместе с тем однородное, если диаметры капелек относительно велики, но близки друг к другу. Распыливание может быть тонким и неоднородным, если размеры капелек заметно отличаются, но в общем подавляющая масса имеет относительно малые размеры. Для суждения о качестве распиливания принято строить так называемые характеристики распыливания. Характеристики распыливания представляют собою кривые, построенные в следующих координатах: по оси абсцисс откладываются диаметры капелек топлива, по оси ординат — процентное количество капелек данного диаметра от всего количества капелек, принятого за 100%. Таким образом, ордината любой точки этой кривой показывает процентное содержание капелек данного диаметра, соответствующего абсциссе точки. На фиг. 51 представлены три характеристики распыливания. 75 Очевидно, кривая, которая поднимается и впуекается круче, соответствует более однородному распыливанию (более узкие пределы диаметров капелек); наоборот, кривая, поднимающаяся и спускающаяся полого, показывает неоднородное распылива- ние (диаметры капелек изменяются в более широких пределах). Чем ближе вершина кривой характеристики к началу координат, тем тоньше распыливание. Кривые 1 и 2 показывают более однородное распиливание, чем кривая 3, но кривая 3 относится к случаю более мелкого распиливания, чем кривая 2\ кривая 1 показывает тонкое и однородное распыливание. Для сгорания топлива в дизелях недостаточно еще обеспечить тонкое Диаметр капелек м Фиг. 51. Кривые характеристики распиливания. распыливание. Необходимо кроме того добиваться однородности и, что очень важно, равномерного распределения топлива по объему камеры сжатия. Если топлива неравномерно распределено по объему камеры сжатия, то труднее использовать для сгорания воздух, поэтому мощность мотора будет меньше. При эксплоатации авиадизеля, исходя из этих положений, следует внимательно контролировать работу форсунки в смысле давлений впрыскивания, чистоты сопла, правильности работы всех отверстий многодырчатой форсунки, отсутствия заедания иглы. 3. ДАЛЬНОБОЙНОСТЬ СТРУИ Под дальнобойностью понимают глубину проникновения конца струи топлива в среду сжатого воздуха за определенный промежуток времени. Изучать дальнобойность струи необходимо по следующим причинам. Если дальнобойность струи слишком мала, топливо не сумеет охватить весь объем камеры сжатия, отдельные периферийные участки окажутся необстрелянными топливом, и воздух в них будет плохо вовлечен в процесс сгорания. Вследствие этого уменьшится мощность мотора или увеличится расход топлива. Наоборот, если дальнобойность струи чрезмерно велика, то топливо, еще не начав гореть, может достигнуть стенок цилиндра, поршня. В этом случае осевшее на стенках топливо будет сгорать с цоверхности неполно, давая сажу и нагар; в результате также уменьшится возможная индикаторная мощность мотора и увеличится удельный расход топлива. Наилучшим случаем будет тот, когда струя успевает пробить все расстояние камеры сгорания и топливо сгорает, едва дойдя до стенки. Чтобы правильно подойти к выбору условий впрыскивания, необходимо уметь определять дальнобойность 76 струи и знать, как влияют на дальнобойность различные факторы. Определение дальнобойности представляет сложную задачу. Для ее разрешения нужна специальная установка, позволяющая осуществлять впрыскивание и фотографирование струи топлива. На фиг. 52 приведена схема советской установки (ЦИАМ) по определению дальнобойности струи. Топливный насос л, приводимый в движение электромотором и, впрыскивает топливо через форсунку д в камеру а. В боковые стенки камеры вставлены стекла. Искра, -полученная в разряднике р, помещенном в фокусе параболического зеркала б, освещает конус струи распыленного топлива, при этом луч света из искрового разрядника через объектив в и отражательное зеркало м попадает на кинопленку, надетую на барабан п, и фиксирует на пленке весь контур струи. Барабан п вращается электромотором о. Искровой разряд получается с помощью дискового прерывателя ж, включенного во вторичную цепь трансформатора з. Дисковый прерыватель имеет 20 контактов и вращается электромотором е\ число оборотов прерывателя доходит до 10000 в минуту. Таким образом, в минуту можно получить до 200 000 разрядов или до 3 330 разрядов и фотоснимков в секунду. Если выбрать очень чувствительную пленку и мощный световой луч, то при достаточно короткой выдержке (экспозиции), например, выдержка или время экспозиции .. *'пп- секунды, юи иои можно получить мгновенный фотоснимок струи, соответствующий моменту проскакивания искры в разряднике. Далее, если барабан с кинопленкой вращать с большой, но достоянной скоростью и за время впрыскивания многократно освещать путем искровых разрядов топливную струю, то на кинопленке получится ряд последовательных кадров, фиксирующих различные мгновенные состояния конуса распыливания от начала до конца впрыска. Зная число оборотов и радиус барабана п, можно определить скорость движения кинопленки или пропорциональную этой скорости величину времени. По отпечаткам же конуса струи можно в определенном масштабе измерить путь, проделанный концом струи в любой отрезок времени, считая от начала впрыска, и тем самым можно установить дальнобойность струи. На фиг. 53 приведена часть полученных указанным путем фотоснимков, показывающих развитие струи или путь, проходимый концом струи, в зависимости от времени. Исследование дальнобойности проводилось у нас, в Советском Союзе, и в других странах, особенно в США. Оно показало, что дальнобойность зависит от многих факторов, а именно: от давления впрыскивания, противодавления, диаметра сопла, числа оборотов, профиля топливного кулачка, удельного веса топлпва и конструкции сопла. Рассмотрим влияние на дальнобойность каждого из перечисленных факторов в отдельности, Попрежнему 77 Фиг. 52. Схема установки для фотографирования струи: камера; б — параболическое зеркало; в — объектив; д — форсунка; о, е, и — электромоторы; ж — диск-прерыватель; з — трансформатор; к — конденсатор; л — топливный насос; м — зеркало, отражающее иь-ображение на пленку; н — держатель зеркала; п — барабан с г лейкой; р — разрядник. tipif рассмотрении влияний изменения одного 'какого-либо фактора ^остальные будут считаться постоянными. Фиг. 53. Снимки струй топлива по Миллеру и Бердслею. Влияние давлзния впрыскивания. Следует ожидать, что увеличение давления впрыскивания увеличивает дальнобойность струи топлива, так как при этом возрастает ее скорость и живая сила. Опытные данные вполне подтверждают это положение. На фиг. 54 представлены графически] результаты американских , Через 0.006сек Через 0,005 сен Через 0.004 се к Ч врез 0,003 сен Через 0.002 сек Через 0.001 сея ЮО 200 300 400 г>00 600 Дпвяение nor пыливания от 700 Фиг. 54. Влияние давления впрыскивания на дальнобойность струи; противодавление 22 ата. опытов по исследованию влияния давления впрыскивания на дальнобойность. По оси абсцисс отложено давление впрыскивания, по оси ординат — глубина проникновения или дальнобойность струи. Кривые указывают глубину проникновения конца топливной струи через 0,001 сек., 0,002 сек. и т. д. Из графика ясно видно, что дальнобойность струи растет по мере увеличения давления распиливания, 79 влияние противодавления. Увеличение давления сжатого воздуха, в который производится впрыск, или увеличение противо- и 12 Противодав —пение -о ? 0,00/ 0,002 0,003 0,004 0,005 0.006 Время в секундах Фиг. 55. Влияние противодавления на дальнобойность струи по Бердслею. ••-p..---, 1отверстие заглушено - 2*0,57 мм lomaepcrii-je зает/имно —- 4» 0,40мл 3 отверстии заглушены __ ЮОЭсек Фиг, 56. слияние диаметра сопла на дальнобойность струи. давления приводит к увеличению плотности газа, увеличивает сопротивление среды проникновению струи и, следовательно, должно уменьшать дальнобойность. На фиг. 55 показана, но опытам Бердслея, зависимость дальнобойности струи топлива от противодавления. По осп абсцисс отложено время, по оси ординат— глубина проникновения конца топливной струи в среду сжатого азота; кривые получены при противодавлении 14, 28 и 42 ата. Левая наклонная прямая соответствует случаю впрыска в вакуум (противодавление равно нулю). Влияние диаметра сопла- Предполагаются постоянными давление впрыскивания и противодавление среды, иначе говоря, постоянной предполагается скорость впрыскивания. В этом случае большой диаметр сопла приводит к увеличению компактности или плотности стержня струи и к увеличению ее пробивной способности. Следовательно, мы в праве ожидать увеличения дальнобойности при увеличении диаметра сопла. Это подтверждается опытами Йасса, представленными на фиг. 56. По этим данным, например, при диаметре сопла 0,8 лш струя топлива за время 0,006 сек, проникает на глубину около 29 см, 90 Сопло 8*0.55 Сопло 8*0.50 Сап по Сопло 8* 0.35 Сопло 8*0.25 Г 0.00/ 0.002 0.003 0,004 0.005 Время s секундах O.G08 фиг. 57. Влияние сечения проходных отверстий на дальнобойность струи. а при диаметре 0,4 лш — только на глубину 20 см. Тот же результат следует из опытов ЦИАМ, представленных графически на фиг. 57. Для пяти сопел, в которых было просверлено по восьми отверстий диаметрами от 0,25 до 0,55 мм, была найдена /* At / /ол /7* Ш 7 \s •у / > П"( 20L / 1 0 У1 J*> шп / j ^_>< х^ > /0 / S ^^ •> /?-» 800 V V Ь* on у У /* л л jf / г 0, 1* ** 60 4 4 / г 5 ) S ^ с** й-Г п^ *40 Oot 7* т вш т 'а -г-. и, у О 40 У / / jr 9f> Г^ у s &.V ij 1 f \ Т . О С.001 0,002 0,003 0.004 0.005 0,006 tee к Фиг. 58. Влияние числа оборотов на дальнобойность струи. глубина проникновения струи за определенные промежутки времени. Эти опыты показывают, что сопло с меньшим диаметром отверстий обеспечивает меньшую дальнобойность сравнительно с соплом, имеющим больший диаметр отверстий. В общем зависимость дальнобойности от диаметра сопла невелика. Влияние числа оборотов. При увеличении числа оборотов скорость впрыскивания топлива должна возрастать, так как сечения топливного насоса ц отверстий сопла форсунки остаются постоянными, а скорость плунжера насоса увеличивается пропорционально оборотам. На фиг. 58, по опытам ЦИАМ, показана зависимость дальнобойности от оборотов валика топливного насоса. Как показывает график, в области больших оборотов зависимость дальнобойности от числа оборотов невелика. Влияние удельного веоа топлива. Опытом установлено увеличение дальнобойности струи при возрастании удельного веса топлива. Это объясняется более грубым распыливанием топлива, имеющего больший удельный вес. Более же грубое распылива-ние при той же скорости впрыскивания увеличивает живую 0,65 0,70 0,75 ОМО 0,85 Удельный вес топлива нг/л Фиг. 59. Влияние удельного веса топлива на дальнобойность струи. Авиационные дизели 81 силу и, следовательно, пробивную способность струи топлива. На фиг. 59, по опытам Бердслея, показана зависимость дальнобойности от удельного веса топлива. В действительных условиях удельный вес топлива для данного типа мотора, в частности для дизеля, не может изменяться в широких пределах. Практически удельный вес авиадизелъного топлива может быть в пределах от 0,84 (газойль в смеси с керосином) до 0,88. При Фиг. 60. Влияние конструкции сопла на форму и дальнобойность струи. этих условиях дальнобойность с увеличением удельного веса топлива возрастает не намного. Влияние конструкции сопла. Можно предполагать, что сопло, из которого топливо выходит компактным, плотным в своей массе, с малым конусом расширения струи, будет обеспечивать большую дальнобойность сравнительно с соплом, по выходе из которого топливная струя сильно расширяется. В первом случае сопротивление воздуха проникновению топлива невелико, относительно большее количество топлива движется в одном направлении, и если передовые (головные) частицы струи теряют свою живую силу, они отбрасываются в сторону и заме- 82 ШПотся сзади идущими частицами, эКпваЯ сила п пробивнай способность которых сохранилась; все это содействует дальнобойности топливной струи. Наоборот, при широком конусе топливной струи меньшее количество топлива движется в одинаковом направлении и глубина проникновения уменьшается. На фиг. 60. но американским опытам, приведены фотографии топливных струй, снятых для простого цилиндрического отверстия в сопле при противодавлении 1 ата и 15 ата (снимки а и Ъ). Там же показаны для противодавления 15 ата снимки топливных струй при соплах, выполненных с винтовыми канавками, обеспечивающими сильное (снимки d) и слабое (снимки с) закручивание струи. Эти снимки показывают, во-первых, увеличение конуса рас-иыливания и в результате уменьшение дальнобойности с увеличением противодавления (сравните « и 6); во-вторых, увеличение конуса распиливания и уменьшение дальнобойности в случае сопел с винтовыми канавками и тем больше, чем интенсивнее закручивание струи или чем меньше угол наклона винтовой канавки. Эти выводы графически наглядно представлены на фиг. 61. Следует сделать оговорку, когда речь идет о дальнобойности струи. Дальнобойность в экспериментальной установке определяется в условиях, когда нет сгорания. Поэтому результаты вышеприведенных исследований в полной мере, и качественно и количественно, могут относиться только к периоду запаздывания воспламенения. Кроме того в бомбе, куда впрыскивается топливо, воздух находится в спокойном состоянии, тогда как во многих двигателях имеет место энергичное движение воздуха. Тем не менее закономерности, устанавливаемые в бомбе для дальнобойности, и зависимости ее от тех или иных факторов остаются справедливыми и для двигателя. Из изложенного можно сделать следующие выводы: 1. Дальнобойность струи тем больше, чем больше: а) давление впрыскивания, б) диаметр сопла, в) число оборотов, г) удельный вес топлива. 2. Дальнобойность уменьшается с увеличением противодавления. 3. Дальнобойность в случае сопла с цилиндрическим отверстием больше, чем в случае сопла с винтовыми канавками. 30° 50° 70° 90° Наклон канавок Фиг. 61. Влияние закручивания струи на дальнобойность и угол конуса струи. Глвва VI НАМ ЕРЫ СГОРАНИЯ БЫСТРОХОДНЫХ ДИЗЕЛЕЙ В предыдущей главе мы рассмотрели главнейшие вопросы, связанные со впрыском топлива в среду сжатого воздуха. Тонкость и однородность распыливания, а также дальнобойность струи содействуют хорошему перемешиванию топлива с воздухом и более полному и плавному сгоранию топлива в меньшем избытке воздуха. Но овладеть одним процессом раслыливаиия топлива недостаточно. Необходимо организовать воздух в камере сгорания и, наконец, сочетать наилучшим образом оргашпг«;'ию воздуха и распыливание топлива. Только в этом случае м- ;,но рассчитывать на увеличение литровой мощности цилиндра ,>рп удовлетворительных удельных расходах горючего. Воирс" об организации движения воздуха, о форме его объема в к-шере сжатия и обеспечении перемешивания топлива с воздухом непосредственно связан с конструкцией камеры сгорания двигателя. Понятно поэтому, что было предложено и получило практическое применение большое число различных типов камер сгорания, в основу конструирования которых были положены те или иные предположения и пожелания. Можно установить следующие общие задачи камер сгорания быстроходных дизелей: 1) обеспечение хорошего перемешивания топлива с воздухом и полного сгорания впрыснутого топлива в возможно меньшем количестве воздуха; 2) снижение максимального давления вспышки; з) возможное сокращение периода запаздывания воспламенения; 4) минимальные расходы топлива. Эти задачи камера сгорания решает не оторванно от остальных факторов, а, наоборот, в наиболее благоприятном сочетании с ними, именно: при определенной степени сжатия, согласованной с условиями на всасывании, при подходящем сорте топлива, при надлежащем устройстве, расположении и регулировании распиливающих органов, при возможно большем наполнении цилиндра свежим воздухом, при возможно более полной очистке цилиндра от отработавших газов и пр. Одновременное выполнение приведенных выше четырех требований не удается, поэтому конструкция камеры сгорания обычно имеет целью обеспечить достижение одной какой-либо задачи, рассматриваемой как главная; остальные же задачи разрешаются как второстепенные, 84 Камеры сгорания быстроходных дизелей не удается классифицировать по одному какому-либо признаку, так как в отдельных случаях при одинаковых, с точки зрения формальной классификации, внешних признаках рабочий процесс осуществляется различно. Удобно камеры сгорания делить на: однополостные и двух-полестные в зависимости от конфигурации самой камеры; с другой стороны, камеры сгорания можно делить на безвихревые и вихревые в зависимости от того, находится ли воздух в камере в относительно спокойном состоянии, или искусственно принятыми мерами он находится в состоянии более или менее интенсивного вихревого движения. В двухполостных камерах сгорания воздух неизбежно приходит в состояние вихревого движения, поскольку в этих камерах всегда имеет место перетекание содержимого одной полости в другую полость. Таким образом, будем различать однополостные (вихревые и безвихревые) и двухполостные (вихревые) камеры сгорания. Есть, правда, случаи, когда, по соображениям облегчения запуска или для улучшения сгорания, камера сгорания выполнена трехпо-лостной *, но эти схемы не имеют развития, и их можно не иметь в виду при классификации. Вихревое движение может быть получено тремя путями: 1) при всасывании или при продувке соответствующим устройством конструкции всасывающих или продувочных органов; 2) при сжатии с помощью специальной формы поршня или при двухполостных камерах соответствующим переходом от одной полости ко второй; 3) при сгорании за счет искусственно создаваемой разности давлений между полостью, где начинается сгорание, и второй полостью. Как это следует из описания, последний спосоо образования вихревого движения воздуха возможен только в двухполостных камерах сгорания. Само собой разумеется, что в действительном случае вихреобразование может быть комбинированным, например, одновременно и за счет всасывания и за счет сжатия или сжатия и сгорания и т. д. Перейдем к рассмотрению схем различных типов камер сгорания. Полезно привести не только те камеры, которые нашли применение в авиадизелях, но и некоторые типы камер автомобильных двигателей. /. ОДНОПОЛОСТНЫЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Из общих основных задач камеры сгорания быстроходного дизеля и црежде всего т стремления увеличить использование воздуха вытекают для однополостных камер сгорания и общие условия их конструирования. Условия эти вкратце сводятся к следующему: 1. Соответствие конфигурации камеры сгорания и формы топливной струи. Соответствие формы струи и камеры сгорания способно 1 Камера сгорания Дистера, одна из модификаций канеры Ланова и камера советского автомобильного дпаеля КОДЖУ. обеспечить наибольшее использование воздуха, благодаря искусственному сближению воздуха и топлива. Это условие имеет исключительно большое значение в случае безвихревой одно-полостной камеры сгорания, где других средств хорошего перемешивания топлива и воздуха нет, но оно сохраняет значение и для вихревых однополостных камер сгорания. Соответствие между конфигурацией камеры сгорания и формой струи в выполненных конструкциях достигается путем приспособления формы головки или поршня к форме топливной струи при выбранном месторасположении форсунки, или подбором числа и месторасположения форсунок и конструкции распылителя при намеченной форме камеры сгорания, или, наконец, одновременным сочетанием обоих этих способов. 2. Сравнительно высокие давления распыливания топлива. Это условие оказывается необходимым как для целей тонкого распыливания топлива, лучшего его перемешивания с воздухом и более полного его сгорания при меньшем избытке кислорода, так и для обеспечения необходимой дальнобойности струи. 3. Организованное движение воздуха в вихревых однополостных камерах сгорания. Благодаря ограниченным размерам камеры сгорания частицы воздуха в ней могут находиться во вращательном движении. Движение будем называть организованным, если движение всего воздуха в целом имеет определенную ось вращения. Необходимость организации движения воздуха в камере сгорания непосредственно вытекает из условия лучшего использования запаса воздуха в цилиндре. Как правило, продолжительность впрыскивания топлива больше продолжительности периода запаздывания воспламенения, и, следовательно, сгорание начинается еще до момента окончания впрыска. Воздух, находящийся в камере, отдает часть кислорода на сгорание и загрязняется свежеобразующимися продуктами сгорания. Если движение воздуха в камере будет неорганизованное, хаотичное, очевидно, условия сгорания топлива, поступающего в конце впрыска, будут хуже, чем в случае организованного движения воздуха, когда к топливной струе, с одной стороны, подходят новые порции относительно чистого воздуха и, с другой стороны, уходят продукты сгорания. Камера Гессельмана. Камера Гессельмана характерна центральным расположением многодырчатой форсунки. Ось форсунки совпадает с осью цилиндра, а оси сверлений в сопле-распылителе образуют большой угол с осью форсунки. Отверстия в сопле одинакового диаметра и расположены равномерно по окружности. Днище поршня представляет тело вращения с выступом посредине и углублением, возрастающим от середины к краю, но не доходящим до последнего. Форма днища поршня и внутренней поверхности головки при определенном угле отверстий в сопле выбирается так, чтобы в верхней мертвой точке форма камеры строго соответствовала форме топливной струи; при этом необходимо учитывать и дальнобойность струи, чтобы топливо не осело на днище поршня. 86 Схема камеры Гессельмана показана на фиг. 62. .Клапанъ7, обычно четыре, расположены в головке. В четырехтактном двигателе они служат для всасывания и выхлопа; в двухтактном двигателе клапаны используются или только для выхлопа, или только для продувки. В своем нормальном выполнении камера сгорания этого типа является однополостной безвихревой. Однако камера Гессельмана может быть превращена в одно-полостную камеру с организованным, но слабым завихрением воздуха. Для этого всасывающий клапан снабжают на части окружности, около опорного конуса, цилиндрическим выступом а — ширмой, таким образом, что при подъеме клапана сторона, на которой имеется ширма, остается закрытой, и воздух поступает только на вторую половину клапана. При расположении ширмы относительно головки так, как показано на фиг. 63, воздух при всасывании получает тангенциальное движение и, направляясь стенками цилиндра, в дальнейшем вращается, имея осью вращения ось цилиндра. Наивыгоднейшая Фиг. 62. Схема камеры Гессельмана. Фиг. 63. Схема завихрения и смесеобразования в камере Гессельмана. угловая скорость вращения воздуха при определенном числе отверстий сопла форсунки, повидимому, будет та, при которой воздух за время впрыскивания успеет совершить угловое перемещение, равное проекции угла между двумя соседними сверлениями сопла. В этом случае каждая струя топлива имеет свою порцию воздуха, расположенную в секторе между двумя струями, причем этот воздух подходит к топливу постепенно за время 87 впрыскивания, освобождая место для продуктов сгорания соседней струи топлива. Хотя такое организованное завихрение воздуха и заманчиво с точки зрения лучшего использования воздуха и более полного сгорания топлива, однако выполнение клапана с ширмой сильно сокращает проходное сечение для всасывания и уменьшает наполнение цилиндра. Вследствие этого для авиационных четырехтактных дизелей всасывающие клапаны не снабжаются ширмой, и камера сгорания выполняется безвихревой. В случае двухтактного двигателя, с выхлопом через клапаны в головке и продувкой через окна, расположенные внизу и имеющие оси, касательные к некоторой окружности, описанной из центра на оси цилиндра, вращательное движение воздуха обеспечивается легко. 60 5040 30 20 10 О Ю 20 30 4Q 50 50 70 80 90 &.' в м т Фиг. 64. Индикаторная диаграмма авнадизеля с камерой типа Гессель- манз. Фиг. 65. Схема камеры сгорания авиаднзеля Паккард. Давление затяжки пружины форсунки зависит от размеров цилиндра и оборотов мотора и практически не ниже 200 кг/см2. Число отверстий в сопле зависит главным образом от диаметра цилиндра. Ориентировочно можно считать 5—-6 отверстий для цилиндров диаметром от 100 до 125 мм, 6—8 отверстий для цилиндров диаметром от 125 до 150 мм, 7—9 отверстий для цилиндров диаметром 150 мм и выше. Удовлетворительное сгорание топлива в камере типа Гессельмана достигается при коэфициенте избытка воздуха не ниже 1,5. Максимальное давление вспышки в быстроходных дизелях составляет величину 80—85 am, а при наддуве—90 am и выще. На фиг. 64 показана индикаторная диаграмма авиадизеля, имеющего камеру сгорания типа Гессельмана. Камера Гессельмана применяется в частности в авиадизелс Коатален. Камзра сгорания авиадизеля Паккард. На фиг. 65 представлена схема камеры сгорания авиадизеля Паккард, Головка имеет только один клацай, 'являющийся одновременно и выхлопным и всасывающпм. Такое решение допустимо для дизеля, у которого после выхлопа отработавших газов производится всасывание чистого воздуха. В карбюраторном моторе при таком решении всасываемая свежая горючая смесь воспламенилась бы от контакта с выхлопными газами. Один клапан, служащий одновре- п= 1830 об/мин р.--* 7,29на/смз Фиг. 66. Индикаторная диаграмма авиадизеля Паккард. менно и для выхлопа и для всасывания, имеет, не говоря о сокращении числа клапанов, еще и то преимущество, что его температура более низкая, чем у обычного выхлопного клапана. Клапан в головке авиадизеля Паккард расположен эксцентрично; это способствует завихрению воздуха в цилиндре при всасывании. Поршень имеет против клапана выемку, которая вместе с плоской головкой и образует камеру сгорания. При движении поршня вверх выступающая часть днища подходит почти вплотную к головке, вытесняя воздух из этой части в камеру 89 сгорания. Это обстоятельство создает добавочное завихрение воздуха. Завихрение воздуха при всасывании и завихрение ири сжатии имеют различные оси вращения и в сущности представляют пример неорганизованного движения воздуха. Форсунка расположена сбоку цилиндра, со стороны выемки в поршне, и выполнена таким образом, что топливо выходит через кольцевую щель и образует поверхность конуса. Конус этот имеет довольно большой угол, и поэтому при малых размерах камеры неизбежно оседание топлива на стенках поршня и клапана. Таким образом, в камере авиадизеля Паккард нет соответствия между конфигурацией камеры сгорания и формой струи топлива. Камера авиадизеля Паккард принадлежит к числу однопо-лостных вихревых камер сгорания, в которых не выполнены два условия: организация движения воздуха и соответствие между формами топливной струи и камеры. Это объясняется ранним появлением авиадизеля Паккард и недостатком экспериментального материала к тому времени. Естественно поэтому, что и результаты, достигнутые с этой камерой сгорания, оказались невысокими. Удовлетворительное сгорание и сравнительно малый расход топлива (180 г/э. л. с.-ч.) достигались при среднем эффективном давлении порядка 6 кг/см*; уже при среднем эффективном давлении 6,5 кг/см2 расход топлива достигал 190 г/э. л. с.-ч. и выше и выхлоп становился дымным. Максимальное давление вспышки равно 80—90 am, и процесс осуществляется жестко, с большим нарастанием давлений при сгорании. Диаграмма рабочего процесса показана на фиг. 66. В силу указанных недостатков камера авиадизеля Паккард не находит себе дальнейшего применения. Камера сгорания авиадизеля Юнкерс. Авиадизель Юнкерс не имеет головкии клапанов, как это обыкновенно принято для авиамоторов, а представляет бесклапанную, двухтактную машину. Гильза цилиндра открыта с обеих сторон и имеет отверстия — наверху, расположенные по окружности и служащие для выхлопа; внизу —для продувки, расположенные также по всей окружности, и примерно в середине пять отверстий, из которых одно служит для вворачивания пускового клапана сжатого воздуха, а четыре для установки форсунок (фиг. 67). В цилиндровой гильзе помещены два поршня. Каждый поршень через о'тделъ-ный шатун соединен со своим коленчатым валом, таким образом, авиадизель Юнкерс имеет два коленчатых вала, один из которых находится вверху, а другой — внизу. Коленчатые валы монтируются таким образом, что оба поршня попеременно сближаются и отходят друг от друга. Когда поршни находятся в своих мертвых точках 90 Фиг. 67. Схема камеры сгорания авиадизеля Юнкерс. (верхний поршень вверху, а нижний внизу), выхлопные и продувочные окна открыты, и происходят процессы продувки через нижние окна и выхлопа — через верхние. Продувочные окна выполнены так, что их оси, во-первых, касательны к некоторой окружности, описанной из центра на оси цилиндра, и, во-вторых, наклонены под небольшим углом к оси цилиндра. Вследствие этого продувочный воздух получает винтовое движение в цилиндре и энергично вытесняет отработавшие газы через выхлопные окна. Когда поршни движутся навстречу друг другу, закрываются выхлопные и продувочные окна, и происходит сжатие воздуха в цилиндре. В конце сжатия осевая составляющая вин-Т.ОБОГО движения воздуха при продувке уже уничтожается, воздух в камере сжатия находится только в организованном вращательном движении. zj V Продувка Сжатие Выхлоп Впрыск Фиг. 68. Последовательность процессов в двигателе Юнкерс. Момент максимального приближения поршней друг к другу определяет объем камеры сжатия и, следовательно, степень сжатия мотора. Перед концом сжатия через четыре однодырчатые форсунки под большим давлением (на номинальных оборотах около 700 am и выше) впрыскивается мелко распыленное топливо. Подхватываемая воздушным вихрем струя топлива отклоняется в сторону движения. Схематически это изображено на фиг. 68; там же показана последовательность процессов в цилиндре Юнкерса. Камера сгорания Юнкерса представляет собою однополост-ную вихревую камеру в виде простого цилиндра небольшой высоты, причем в данном случае впрыскивающая система приспособлена к форме камеры. В камере Юнкерса, таким образом, полностью выполнены основные условия для удовлетворительной работы однополостных камер, поэтому и результаты, достигнутые в ней в области сгорания, весьма высокие. Эффективный расход 91 топлива на силу-час на крейсерских режимах полета составляет 150—155 г. Вполне удовлетворительное сгорание получается при коэфициенте избытка воздуха порядка 1,35—1,40. Максимальное давление вспышки равно 85—100 am, в зависимости от степени сжатия и величины наддува. Период запаздывания \впрыскивания 3,0° Р ати \ 90 Период запаздывания воспламенения 3.0" 30 80 70 60 50 40 30 20 Ю О Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 (X* в. JH. т Фиг. 69. Индикаторная диаграмма авиадизеля Юнкерс. На фиг. 69 представлена индикаторная диаграмма рабочего процесса авиадизеля Юнкерс (ЮМО-204). Важно отметить высокое давление сжатия (65—70 кг/см2), очень короткий период запаздывания воспламенения (около 3—4° поворота коленчатого вала) и малую скорость нарастания давления, что характеризует плавность сгорания. 2. ДВУХПОЛОСТНЫЕ НАМЕРЬ/ СГОРАНИЯ Двухполостные камеры сгорания отличаются большим разнообразием типов. Из них необходимо выделить в одну группу ряд камер, конструктивное выполнение которых хотя и различно, однако процесс смесеобразования и сгорания в них принципиально одинаков. Это так называемые предкамерные головки. Остальные конструкции двухполостных головок придется ^рассматривать в отдельности. Как и в случае однополостных камер сгорания, мы ограничимся рассмотрением небольшого числа схем двухполостных камер сгорания. > > Предкамерные конструкции дизельных головок. Принципиальная схема цредкамерной головки1 приведена на фиг. 70. Как доказывает схема, объем камеры сгорания Vc делится-на две части: на объем V'e, находящийся в головке и составляющий 20—30% от всего объема камеры сжатия, и объем F", расположенный В литературе и в разговорной речи называют также форкамера, аванкамера. 92 Свеча накаливания \ Форсунка между поршнем и крышкой. Обе части камеры сгорания соединены между собой одним пли несколькими отверстиями малых размеров. Больший объем V'e' называется главной камерой, а малый объем V'c — предварительной камерой или предкамерой. Конфигурация предкамеры и ее месторасположение в различных конструкциях различны. Число, диаметр и направление огверстий в промежуточном насадке между предкамерой и главной камерой строго подбираются для выполнения возложенной на насадок задачи. Форсунка, всегда однодырчатая, располагается в предкамере и притом так, что топливная струя направлена в сторону промежуточного насадка. • Процесс смесеобразования и сгорания в предкамерных конструкциях осуществляется следующим образом. При ходе сжатия воздух сжимается, и определенная часть его перетекав! из полости цилиндра в предкамеру. Перед концом сжатия в предкамеру впрыскивается топливо. Так как температура п давление в предкамере достаточно высокие, топливо самовоспламеняется, однако не все, а только малая часть, вследствие того, что в предкамере мало воздуха. В предкамере может сгореть только такое количество топлива, которое соответствует запасу кислорода при теоретическом соотношении топлива и воздуха. При сгорании части топлива в предкамере выделяется, тепло, повышав! ся давление и ампера-тура, и создается перепад давлений между предкамерой и главной камерой. Этот перепад давлений обусловлен тем, что обе части камеры сгорания соединены отверстиями малого сечения, и давление между ними не успевает мгновенно выравниваться. Чем меньше будут соединительные отверстия, тем больше будет перепад давлений. В пределе, когда отверстий не будет совершенно, сгорание части впрыснутого топлива будет происходить при постоянном объеме, и давление в предкамере будет наибольшим. Наоборот, если соединительные отверстия сделать большего диаметра, тогда разкость давлений между предкамерой и главной камерой будет меньше. Если предкамера и главная камера будут соединены друг с другом непосредственно без всякого сужения, тогда не будет разнос!и давлений, так как давление распространится - во все стороны беспрепятственно. Для дальнейших целей необходимо, чтобы между предкамерой и главной камерой был бы определенный перепад давлений после возникновения воспламенения в предкамере. Поэтому 93 Вставка с канавками Фиг. 70. Схема предкамерной головки. итверстия в соединительном насадке необходимо делать НС больше определенного диаметра, подбираемого экспериментально. Вследствие возникновения перепада давлений между предкамерой и главной камерой, продукты сгорания из предкамеры перетекают с большой скоростью в главную камеру, подхватывая но пути несгоревшее топливо, добавочно распыливая его, создавая в главной камере энергичное вихревое движение воздуха и перемешивая топливо с воздухом, находящимся в главной камере. Сгорание переходит в главную камеру, и давление в ней, действующее на поршень, начинав! повышаться. После окончания процесса сгорания происходит расширение продуктов сгорания в цилиндре и в предкамере; при этом часть продуктов сгорания перетекает из предкамеры в полость цилиндра. Таким образом, предкамера предназначена для создания очага пламени и перепада давлений между нею и главной камерой. Перепад же давлений нужен для дальнейшего распиливания топлива и перемешивания его с воздухом. Понятно поэтому, что топливо форсункой должно впрыскиваться в сторону соединительного насадка, так как только в этом случае продукты сгорания из предкамеры при своем перетекании в главную камеру смогут захватить и выбросить в главную камеру все несгоревшее топливо. Понятно также, что для лучшего перемешивания топлива с воздухом, находящимся в главной камере, число, направление и диаметр отверстий в соединительном насадке имеют весьма важное значение. В однополостных камерах сгорания распыливание, а в ряде конструкций кроме того и перемешивание топлива с воздухом целиком возлагаю!ся на впрыскивающую систему, поэтому в подобных камерах необходимо обеспечить высокое давление впрыска и большое число малых отверстий сопла форсунки или несколько форсунок. В предкамерных конструкциях распиливание топлива частично обеспечивается насосом и форсункой, частично же предкамерой. Поэтому распыливание из форсунки может быть грубее, а сопло может быть выполнено однодырчатым и вследствие этого относительно большого диаметра. Давление затяжки пружины форсунки в предкамерных двигателях в среднем составляет 80—100 am. Наличие сопла с одним относительно большим отверстием удобно для производства и контроля; оно удобно также и в эксплоата-ции, так как меньше опасений засорения соплового отверстия; кроме того износ отверстия будет иметь меньшее значение. Грубое распыливание топлива форсункой позволяет в предкамерных конструкциях меньше считаться с вязкостью топлива, в то время как в однополостных камерах качество распыливания определяет полноту сгорания топлива, и переход на более вязкое топливо может повысить расходы или ограничить мощность мотора. Меньшее давление впрыскивания уменьшает действующие в насосе и форсунке силы и повышает надежность их работ. Можно одновременно снять индикаторные диаграммы процессов в предкамере и главной камере и наложить их друг на 94 друга; такое совмещение диаграмм представлено на фиг. 71. Линия сжатия в предкамере пойдет ниже линии сжатия в главной камере, так как при конечной скорости поршня перетекание части воздуха в предкамеру за ход сжатия будет происходить с определенной скоростью, на создание которой нужен перепад давлений. Кроме того понадобится добавочный перепад давлений на преодоление сопротивлений при проходе воздуха через узкие каналы соединительного насадка. По тем же причинам после окончания процесса сгорания в период расширения давление в предкамере будет немного выше давления в главной камере, так как при расширении движение газов обратное. Сгорание начинается в предкамере, и на индикаторной диаграмме мы видим резкое повышение давления. В данном случае резкость вспышки и величина максимального давления в предкамере не имеют значения, так как они не Процесс в предкамере Процесс в 2ло~вной камере 6 м т а Фиг. 71. Индикаторные диаграммы предкамеры и главной камеры. действуют на поршень. Вслед за вспышкой давление в предкамере начинает падать, а в главной камере начинает повышаться; объясняется это истечением продуктов сгорания и топлива из предкамеры и переносом сгорания в главную камеру. Так как в главную камеру смесь топлива и газов поступает в состоянии горения, то давление в главной камере нарастает плавно, соответственно количеству тепла, выделяющегося при сгорании топлива. По этой причине и максимальное давление вспышки в главной камере достигает невысоких значений (55—60 am). Формы и месторасположение предкамер могут быть весьма различны, но принципиальная схема остается той, которая была разобрана выше. Изложенные особенности и следствия рабочего процесса пред-камерной головки дают много преимуществ этому типу камер сгорания. Однако предкамерные конструкции обладают одним весьма существенным недостатком —- повышенным против одно- 95 полостных камер сгорания удельным расходом горючего. Автомобильные предкамерные двигатели имеют расход топлива веред-нем 200—215 ?/э. л. с.-ч., т. е. на 10—20% больше, чем удельный расход однополостных камер1. Повышенный расход топлива в предкамерных дизелях объясняется двумя причинами: во-первых, более сложной конфигурацией камеры сгорания и вследствие этого большей относительной поверхностью камеры, что приводит к увеличению тепловых потерь в стенки; во-вторых, часть энергии сгорания топлива в предкамере теряется на создание скорости перетекания из предкамеры в главную камеру и на создание завихрений в главной камере, а также на преодоление сопротивлений при проходе смеси газов и топлива через узкие каналы соединительного насадка. Эти дополнительные тепловые и дроссельные потери вызывают увеличение удельного расхода. Для авиации расход топлива имеет весьма большое значение, поэтому пред-камерные двигатели не нашли практического применения на самолетах. Следует оговориться, что предкамерный мощный дизель Мер-седес-Бенц (1 200/900 л. с., 16 цилиндров, V-образный), установленный на погибшем дирижабле LZ-129 и с небольшими изменениями устанавливаемый на новый дирижабль LZ-130, если верить опубликованной характеристике, обладает поразительно низким удельным расходом, именно 170—175 i/э. л. с.-ч. на мощности в 900 л. с. Однако это все-таки на 10% больше, чем удельный расход авиадизеля Юнкерс, и достигнуто ценой большого избытка воздуха, а следовательно, больших габаритов и веса конструкции. В предкамерных двигателях удовлетворительное сгорание топлива достигается при сравнительно высоких значениях коэфи-циента избытка воздуха, практически не ниже 1,6. Предкамерная головка относится к группе двухполоетных камер с образованием вихревого движения за счет сгорания. Камера сгорания Ланова. Камера сгорания Ланова состоит из двух частей: из главной камеры, образованной двумя небольшой высоты пересекающимися цилиндрами с параллельными осями, и из дополнительной камеры2 небольшого объема, ось которой перпендикулярна оси цилиндра. Схема камеры Ланова дана на фиг. 72. Дополнительная камера 8 соединена с главной отверстием, имеющим в середине сужение. Однодырчатая форсунка расположена в главной камере против дополнительной камеры таким образом, что ось форсунки совпадает с осью дополнительной камеры. Над цилиндрическими полостями главной камеры расположены всасывающий и выхлопной клапаны. Процесс смесеобразования и сгорания в камере Ланова происходит следующим образом. Воздух сжимается в главной 1 Есть конструкции автомобильных предкамерных дизелей, например, Мак-Дорена и Дейца, которые имеют удежьный расход топлива 190 г/9. л. с.-ч. 2 Называют также нахкамерой. ., . 96 и дополнительной камерах и частично перетекает при сжатий из главной камеры в дополнительную. При впрыскивании топливо вначале попадает в дополнительную камеру S и там прежде всего и воспламеняется. Вследствие дросселирующего действия соединительного канала, давление в дополнительной камере резко возрастает. Под разностью давлений газы из дополнительной камеры с большой скоростью устремляются в главную камеру Ъ, подхватывая движущееся им навстречу топливо и добавочно распиливая его. Дойдя до противоположной стенки, газы направляются стенками камеры симметрично в обе стороны, как показано на схеме стрелками. Это способствует хорошему перемешиванию топлива и воздуха1. В начале появления камеры Ланова были произведены исследования рабочего процесса, которые выявили большие преимущества этого типа камеры сгорания. Швагер, например, указывает, что коэфи-циент избытка воздуха в камере Ланова доходит до 1,2 и даже до 1,1. Лошге снимал индикаторные диаграммы с дополнительной камеры и с главной камеры. Он установил, что давление Фиг. 72. Схема камеры сгорания Ланова. вспышки в дополнительной камере доходит до 80 am и почти не зависит от нагрузки двигателя. Давление вспышки в главной камере возрастает с увеличением нагрузки, однако даже на полной мощности оно не превосходит 43—45 am, т. е. равно давлению вспышки карбюраторного мотора. На фиг. 73 приведены диаграммы рабочего процесса дополнительной и главной камер Ланова, полученные Лошге на полной мощности двигателя. Как показывают диаграммы, давление, действующее на поршень, нарастает плавно и имеет небольшое значение максимума. Эти преимущества камеры, естественно, привлекли к ней внимание. В ряде стран появились автомобильные дизели с камерой Ланова. Авиационная фирма БМВ давно работает над 1 В недавно опубликованном исследовании экспериментально установлено, что сгорание начинается (в условиях опыта) в главной камере, затем оно переносится в дополнительную камеру, которая и в этом случае служит источником вихреобразо-вания в главной камере. Однако автор считает, что такая схема работы камеры Ланова противоречит идее, заложенной в камере, и доджва дать худшие результаты, чем схема работы, описанная в тексте и подтверждаемая опытами нроф. Лошге. 7 Авиационные днзелц 97 созданием звездообразного авиадизеля с камерой Ланова, однако полного успеха, повидимому, пока еще не достигла. Объясняется это тем, что дальнейшие исследования не подтвердили столь высокого использования воздуха, как это указывал Швагер. Кроме того расход топлива получался высокий, порядка 200 г на силу-час и выше из-за повышенной теплоотдачи в стенки за время сгорания и вследствие потерь энергии на создание скорости, преодоление сопротивлений и образование вихревых движений воздуха. Дополнительная камера содействует распиливанию топлива, поэтому впрыскивание через .форсунку может производиться 70 60 50 JL Полная нагрузка Р^ 8,0 am \ V 'Дополнительная камера Главная камера сгорания 160 120 80 40 0 40 80 120 160 Угол поборота вала 200* Фиг. /3. Индикаторные диаграммы главной и дополнительной камеры двигателя Ланова. при сравнительно невысоком давлении; практически давление затяжки пружины равно 120—150 am. Форсунка в камере Ланова не расположена в дополнительной камере, которая поэтому и не является предкамерой. Тем не менее рабочий процесс осуществляется так же, как и в предкамерной конструкции. Это дает основание некоторым авторам относить камеру Ланова к группе предкамерных головок *. Камера Ланова относится к группе двухполостных камер, с образованием вихревого движения воздуха за счет сгорания. Акрокамера. В автомобильных дизелях применяются акрокамеры или, иначе, камеры с воздушным аккумулятором. Последнее 1 Диода; относит камеру Ланова к типу акроканерной головки. Это неверно, так как задачи, возложенные на дополнительную камеру Ланова, и вследствие этого ее объ°м отличны от задач и объема акрокамеры. 98 Название сложилось исторически, когда предполагали, что дополнительная камера играет роль аккумулятора воздуха. Позднее это представление оказалось неверным, но название камеры с воздушным аккумулятором еще сохранилось. Схема акрокамерной головки приведена на фиг. 74. Камера состоит из двух полостей: одна полость заключена между поршнем и головкой, а вторая полость сделана отдельно или в головке, или в поршне. Обе полости соединены между собой одним отверстием. Форсунка расположена так, что топливо впрыскивается в горловину соединительного канала. Полость между поршнем и головкой получается вынужденно. Теоретически объем этой полости следовало бы сделать равным нулю. Однако необходимость иметь зазор между днищем поршня и головкой, предварение открытия всасывающего клапана и запаздывание закрытия выхлопного клапана приводят к тому, что объем этой части практически составляет 30—40% от всего объема камеры сжатия. Объем дополнительной камеры, таким образом, занимает СО— 70%. Начальное воспламенение имеет место в дополнительной камере. Под влиянием разности давлений воздух из камеры устремляется в цилиндровое пространство; этому в конце сгорания способствует и обратный ход поршня. На своем пути воздух встречает струю топлива, разбивает ее и перемешивается с топливом. Вихревое движение, создаваемое при Фиг. 74. Схема акро-камеры. этом, включает в процесс сгорания и те 30—40% воздуха, которые были в цилиндровой полости. Максимальное давление в дополнительной камере доходит до 75—80 am, а максимальное давление в цилиндровой полости не превышает 60—70 am. Расход топлива получается сравнительно большой — около 200—220 г на силу-час в автомобильных конструкциях1. Давление распиливания применяется невысокое—-в среднем юо—120 am, так как вихревое движение воздуха способствует распыливанию топлива. Форсунка — однодырчатая. На фиг. 75 приведены индикаторные диаграммы дополнительной камеры и цилиндровой полости, полученные автором в моторной лаборатории ВВА с двигателя Заурера. Диаграммы 1 Если верить литературным данным, то ватфокамерном дизеле Авелинт—Ннвиктя, предназначенном для трактора, удельный расход топлива доходит до 160 г на эффек- тивную силу-час (см. папр. Джодж, Быстроходные дизели, 1938 г., стр. 231), 99 отчетливо показывают, что топливо прежде всего воспламеняется в дополнительной камере, где развиваются кроме того и более высокие максимальные давления. Акрокамерные двигатели для автомобилей и тракторов получили вначале широкое распространение, однако дальнейшее развитие их приостановилось. В авиационных конструкциях акрокамерные головки не применялись. ати ивцгатель Заурер п* /600 об/мин — Акро-камера Главная номера 180 160 140 КО 100 80 60 40 20 в.мт.20 40 60 80 100 120 МО /60 180° пит нмт Фиг. 75. Индикаторные диаграммы главной и дополнительной камер двигателя Заурера, г Акрокамера относится к группе двухполостных камер сгорания с^вихревым движением воздуха, полученным за счет сгорания и? обратного хода поршня. Вихревая камера Рикардо. Известный английский исследователь Рякардо, помимо однополостной вихревой камеры „Вор- текс", осуществленной в бесклапанном золотниковом двигателе Бротерхуда, предложил оригинальную вихревую камеру, названную камерой „Комет". Схема этой камеры дана на фиг. 76. Камера сгорания состоит из цилиндровой полости, составляющей по конструктивным причинам, как и для акрока-мерной головки, 30—40% от всего объема камеры сжатия, и из отдельной шаровой камеры, соединенной с цилиндровой полостью узким отверстием, тангенциально расположенным по отношению к шаровой камере. Форсунка расположена в шаровой камере и ось ее, как правило, направлена по радиусу. При сжатии воздух через тангенциальный канал проходит в шаровую камеру и вследствие этого интенсивно завихри-вается. Скорость завихрения воздуха зависит от скорости поршня и диаметра соединительного канала. Наивыгоднейшая скорость завихрения, очевидно, будет та, при которой воздух за период впрыскивания топлива совершит один круг в шаровой камере, 100 Фиг. 76. Схема камеры Рикардо „Комет*. так как в этом случае весь воздух успеет подейтд к топливной струе. При сгорании давление в шаровой камере возрастает, и топливо с воздухом, а также продукты сгорания устремляются в цилиндровую полость, в которой в свою очередь возникает вихревое движение; этому способствует и обратное движение поршня к нижней мертвой точке. шаровая камера охлаждается плохо, поэтому период запаздывания воспламенения короткий. Наличие дросселирующего соединительного канала снижает максимальное давление в цилиндровой полости. Рабочий процесс получается плавным, с давлением вспышки в цилиндровой полости около 60—65 am. Вследствие тепловых потерь в камере и потери энергии при протекании через канал, расход топлива получается немного больше, чем в однополостных камерах, но меньше, чем в предкамерных и других двухполостных камерах, и достигает величин 190—200 г на силу-час для автотракторных конструкций1. Коэфициент избытка воздуха доходит до величины 1,4; эффективное давление доходит до 7—8 am без- большого дымления. Месторасположение форсунки выбирается экспериментально и с учетом конструктивных возможностей. Это наивыгоднейшее месторасположение зависит от многих причин: скорости вихревого движения в камере, момента начала впрыска относительно верхней мертвой точки, продолжительности впрыскивания. Форсунка теоретически должна быть установлена так, чтобы в момент перетекания газов из шаровой камеры в цилиндровую полость к соединительному каналу подошли бы продукты сгорания. Форсунка применяется однодырчатая; давление затяжки форсунки 100—150 am. Камера Рикардо „Комет" в силу своих серьезных достоинств получила широкое распространение для автомобильных и тракторных, а также для экспериментальных дизелей. Индикаторные диаграммы, полученные с двигателя, у которого применена камера сгорания „Комет", показывают плавное сгорание, сравнительно небольшое максимальное давление вспышки и высокое среднее индикаторное давление. Вихревая камера Рикардо может быть выполнена в различных модификациях. Например, вихревая камера может быть выполнена не шаровой, а цилиндрической, соединительный канал может быть расположен в различных местах. В конструкции двигателя „Геркулес" кроме того возникает дополнительное дросселирующее действие из-за перекрывания верхней частью поршня выходного отверстия соединительного канала, сделанного сбоку в цилиндре. Вихревая камера Рикардо „Комет" относится к числу двухполостных вихревых камер, у которых основное мощное завихрение получается за счет хода сжатия при наличии специальной конструкции камеры; дополнительное завихрение в конце сго- 1 В данном и в других случаях раньше мы всегда указывали, что расход топлива относится к определенному тину мотора (автотракторному, авиационному), так как эффективный расход зависит не только от совершенства рабочего процесса, но и от иеха-кпд.; последний асе зависит от назначения мотора, рання получается за счет перепада давлений между камерами и обратного движения поршня. Камера Оберхенсли. Представляет интерес кратко ознакомиться со схемой камеры Оберхенсли. При конструировании этой камеры ставилась задача искусственно сократить период запаздывания воспламенения. Для этого в дополнительную шаровую камеру, соединяющуюся с цилиндровой полостью достаточно широким проходом, помещается с зазором чугунная вставка (фиг. 27). Вставка, плохо охлаждаемая, накаляется при работе и ускоряет процесс физико-химической подготовки топлива к воспламенению. Шаровая форма дополнительной камеры и тангенциальное расположение соединительного канала создают, как и в камере Рикардо „Комет", вихревое движение воздуха во время сжатия. Форсунка — однодырчатая и расположена в дополнительной камере. Чугунная вставка играет роль аккумулятора тепла, поэтому камеру Оберхенсли называют камерой с тепловым аккумулятором. Камера Оберхенсли применяется для двигателей грузовых и легковых автомобилей. В последнем случае обороты двигателей доходят до 3 000 — 4 000 в минуту. Среднее эффективное давление 7 — 7,5 «г/сл«2; расход топлива 210 — 220 г на силу-час. Камера Оберхенсли с точки зрения процесса смесеобразования и сгорания относится к тому же типу вихревых камер, что и камера Рикардо „Комет". Камера сгорания двигателя Заурера. Камера сгорания нового двигателя Заурера представляет оригинальный тип камеры с Фиг. 77. Камера сгорания Зпурера. комбинированным впхрсобразованием. Схима камеры Заурера представлена на фиг, 77, Завихрение воздуха получается сперва Ш при всасывании, благодаря, боковому расположению заширмлен-\ ного клапана; при этом воздух получает вращательное движение \ относительно оси цилиндра. Второе самостоятельное завихрение воздуха получается при сжатии, благодаря специальной выемке в поршне; эта выемка представляет в проекции два пересекающихся нруга одинакового диаметра. Форсунка расположена в головке испрыскивает топливо через четыре отверстия, расположенные одно относительно другого иод углом 90° и составляющие неболь-щбй угол с плоскостью головки. Мощное комбинированное завихрение способствует хорошему перемешиванию топлива и воз-д^ха и совершенному сгоранию топлива в малом избытке воздуха. ^публикованные характеристики показывают, что среднее эффективное давление доходит до величин 8,0 — 8,2 т/см2 при удельном расходе топлива не свыше 170 —175 г на эффективную силу-час. Давление впрыскивания может быть сравнительно невысокое, благодаря добавочному распыливающему действию воздушных вихрей. Максимальное давление вспышки составляет величину около 60 ы/см2, что может быть объяснено коротким периодо^ запаздывания воспламенения из-за • высокой температуры поршня. Камера сгорания экспериментального двигателя NAGA. В крупнейшей исследовательской авиационной организации США — Национальном консультационном комитете по авиации (National Ad visory Comitee of Aeronautics или сокращенно NAG A) — проводится интенсивная работа по всем вопросам, касающимся дизелей. Многочисленные работы, связанные с воспламенением, сгоранием, наддувом, проводились и продолжают еще выполняться на одноцилиндровой установке, имеющей оригинальную камеру сгорания NACA, поэтому целесообразно вкратце ознакомиться с этой камерой. Прототипом камеры NACA в смысле конфигурации и расположения клапанов и форсунки является давно известная камера сгорания Дейца. Однако, в противоположность камере Дейца, в камере NACA приняты меры к тому, чтобы не было вихревых движений воздуха; отсутствие завихрений компенсируется многодырчатой форсункой. 4 Одна из подобных модификаций камеры NACA представлена схематически на фиг. 78. Камера сгорания является плоской и соединена широким отверстием с поршнем. Выхлопной и всасывающий клапаны расположены друг против друга. Форсунка имеет много (до 1C) отверстий разных диаметров, расположенных под различными углами в три ряда таким .образом, чтобы струи топлива охватили всю камеру. С этой камерой сгорания в лабораторных условиях получены высокие значения среднего эффективного давления без наддува и особенно при большом наддуве. Опыты проводились и при наличии завихрений разной интенсивности, что достигалось специальными накладками на поршне. ^Смесеобразование и сгорание в двигателе Жальбера. Во Франции конструктор Жальбср уже в течение многих;лет пытается достроить авиаднзель оригинального типа, в котором топливо № вводится в цилиндр не в жидком виде с помощью насоса и форсунки, а особым, ниже описываемым образом. Жальбером были } построены различные модели авиадизелей, В настоящее время / Вспомогательные струи Основные струи Фиг. 78. Камера сгорания экспериментального двигателя NACA. сам процесс введения топлива в цилиндр, процесс образования смеси и сгорания уже выяснен в достаточной мере, хо/гя авиадизели по схеме Жальбера еще не получили практического применения. 7 8 Фиг. 79. Схема головки двигателя Жальбера. Цилиндр 8 мотора снабжен нормально клапанами всасывания воздуха и выхлопа отработавших газов (фиг. 79). Кроме того над головкой расположен особый впрыскивающий цилиндр 3, поршень которого 4 приводится в движение шатуном ,? от отделу 104 ного вала 1, делающего вдвое меньшее число оборотов, чем главный коленчатый вал мотора. Между основным и впрыскивающим цилиндрами расположен распылитель; в последнем просверлены проходные каналы 6 и помещен клапан 7, нагруженный пружиной 5. Впрыскивающий цилиндр 3 в верхней своей части каналом 9 соединен с карбюратором. Когда поршень 4 движется вверх, под ним создается разрежение, и при открытии бокового отверстия из карбюратора во впрыскивающий цилиндр поступает смесь тяжелого топлива и воздуха. Эта смесь содержит настолько мало воздуха, что воспламенение смеси невозможно. При обратном движении поршня 4 смесь топлива с воздухом в цилиндре сжимается, топливо испаряется и частично газифицируется. Давление в цилиндре 3 через канал 6 передается на поверхность s клапана; с другой стороны, на клапан в противоположном направлении действует давление газов в основном цилиндре (на поверхность S) и сила затяжки пружины 5. Можно так подобрать фазу движения поршня 4 относительно движения основного поршня цилиндра мотора и поверхности s и S клапана, а также силу затяжки пружины, чтобы обеспечить введение богатой паро-газообразной смеси из впрыскивающего цилиндра в основной цилиндр мотора в необходимый момент до в. м. т. в период сжатия воздуха. Дальше в основном цилиндре произойдет нормальное смесеобразование, самовоспламенение и сгорание топлива. Задачи, которые возлагаются на это устройство, сводятся к следующему: парообразование и газификация топлива и сжатие его с небольшим количеством воздуха во впрыскивающем цилиндре помогут провести ряд физико-химических процессов, предшествующих сгоранию, еще до введения топлива в цилиндр и, следовательно, могут сильно сократить период запаздывания воспламенения и тем самым сделать процесс плавным, а давление вспышки сравнительно небольшим. Кроме того введение в основной цилиндр паро-газовоздушной смеси, вместо жидкого топлива, должно, по мысли конструктора, обеспечить лучшее смешение топлива с воздухом и в результате более полное использование воздуха. Опубликованные Жальбером результаты, если они правильны, подтверждают эти предположения. Однако мы еще не располагаем объективными наблюдениями и в частности не знаем, насколько надежно работает распылитель. Глава УН СХЕМЫ ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ПРОВЕРКЕ ПРОДУВКИ Процесс очистки цилиндра от отработавших газов и наполнения его свежим зарядом в двухтактных двигателях, как известно, осуществляется в конце хода расширения и в начале хода сжатия. За этот период открываются выхлопные и продувочные органы. Выхлопные органы открываются раньше. Под влиянием разности давлений между цилиндром и окружающей средой отработавшие газы уходят наружу. Вследствие этого температура и давление отработавших газов сильно падает и количество их уменьшается. Однако нужно помнить, что отработавшие газы в конце выхлопа заполняют весь цилиндр и что их необходимо удалить принудительно. После заметного снижения давления в цилиндре но время выхлопа открываются продувочные органы, и через них в цилиндр поступает воздух, нагнетаемый особым компрессором. Взаимное расположение выхлопных и продувочных органов п конструктивное оформление поршней и головок предусматривают боле.е или менее совершенную очистку цилиндра свежим продувочным воздухом от отработавших газов и заполнение цилиндра свежим воздухом. Момент закрытия выхлопных и продувочных органов также зависит от конструкгщи двигателя. Здесь могут быть три случая, когда выхлопной орган закрывается после, одновременно или до момента закрытия продувочных органов. В последних двух случаях возможно повышение давления в цилиндре, вследствие поступления добавочного количества воздуха, т. е. возможен наддув. Таким образом, задача очистки и заполнения цилиндра требует: 1) обеспечения достаточных сечений выхлопных органов и своевременного открытия их для удаления газа и уменьшения давления в цилиндре в отведенный для этого отрезок времени; 2) своевременного открытия продувочных органов, сообразуясь с величиной давления газов в цилиндре и давления воздуха в ресивере перед цилиндром; з) определенного сечения продувочных органов для того, чтобы пропустить в цилиндр необходимое количество продувочного воздуха за отведенный промежуток времени; 4) повышения давления продувочного воздуха в особом компрессоре или нагнетателе до необходимой величины, обесдо 106 чикающей продувку; 5) продуманного конструктивного оформления всей схемы выхлопа и продувки для лучшего удаления отработавших газов из цилиндра, с меньшими потерями свежего воздуха через выхлопные окна и малым количеством остаточных газов. В авиационных конструкциях кроме того желательно обеспечить наддув. Выхлопные и продувочные органы могут быть выполнены в виде окон-прорезов или сверлений в цилиндре. В этом случае открытие и закрытие их регулируются самим поршнем. Они могут быть выполнены в виде золотников или клапанных механизмов, причем клапаны открываются через распределительные валики с помощью кулачков. Конструктивных схем продувки существует много. Простейшая схема кривошипно-камерной продувки была нами рассмотрена в главе П. Тогда же было указано, что конструктивная схема продувки должна обеспечить выполнение перечисленных выше задач при меньшей по возможности величине коэфициента продувки <р и при меньшем значении давления продувочного воздуха ^>к, так как эти условия уменьшают расход воздуха и мощность, затрачиваемую на нагнетатель. Наконец, конструктивная схема продувки должна позволить фор-сировку оборотов и наддув для увеличения литровой мощности; это особенно важно для авиационных конструкций. Рассмотрим различные конструктивные типовые схемы устройства выхлопа ц продувки двухтактных дизелей. Мы не будем приводить всех существующих схем продувки, ограничимся лишь главнейшими схемами, представляющими интерес для ознакомления, либо в той пли иной форме получившими применение в практике быстроходного дизелсстроения. На фиг. 13, в главе II, была показана схема кривошипно-камерной продувки. Детально се устройство и работу мы уже имели возможность изложить. Большим достоинством этой схемы продувки является отсутствие клапанов, приводов к ним и отсутствие особого компрессора, — все это делает машину простой в производстве и эксплоатации. Однако большое количество остаточных газов в цилиндре после продувки (до 20—30°/0) и малое наполнение цилиндра свежим воздухом ухудшают процесс сгорания, ограничивают литровую мощность и увеличивают удельный расход горючего. Малое же наполнение цилиндра воздухом получается, во-первых, потому, что в кривошипной камере рабочий объем равен объему, описываемому в рабочем цилиндре, и кроме того имеются потери при всасывании; во-вторых, часть продувочного воздуха теряется в выхлопные окна. Кривошппно-камерная схема продувки применяется в двигателях небольшой мощности, имеющих один-два цилиндра. В авиационных моторах эта схема не находит применения. Схема с противоположно расположенными (вблизи н. м. т.) окнами для выхлопа и продувки и с повышением давления продувочного воздуха не в кривошипной камере, а с помощью приводного центробежного нагнетателя, представлена на фиг. 80. Эта схема была применена в оцытнхш звездообразном маломощном авиадп- 1Q7 зеле Сименса, который, правда, не получил практического применения. Рассматриваемая схема лучше предыдущей, так как она не ограничивает количество продувочного воздуха и помогает лучшей очистке цилиндра. Однако и в данном случае качество очистки цилиндра все-таки неудовлетворительное, а наличие отдельного нагнетателя для продувочного воздуха усложняет и удорожает машину. Обе эти схемы отличаются друг от друга только способом получения продувочного воздуха. Как та, так и другая схема не позволяют осуществить наддув двигателя, поскольку выхлопное окно выше продувочного и, следовательно, закрывается позднее. Однако возможно осуществление наддува и при таком расположении окон, Фиг. 80. Схема двухтактного дизеля Сименс. если в непосредственной близости от выхлопных окон в трубопроводе поместить управляемый клапан, золотник или кран, который открывается перед началом выхлопа и закрывается до закрытия продувочных окон. Такая схема вносит добавочное усложнение в мотор в виде клапана и привода к нему, но позволяет уменьшить потерю продувочного воздуха и повысить мощность двигателя. Схема с управляемым клапаном на выхлопе, но с иным расположением выхлопных и продувочных окон применяется, например, на тихоходных двухтактных дизелях завода Нобель. В некоторых конструкциях продувочные окна, расположенные на одной стороне, состоят из двух рядов; верхний ряд расположен выше выхлопных и соединен коллектором, в котором помещен управляемый клапан. В конце расширения клапан закрыт, поэтому верхние продувочные окца бездействуют, С откръь Ш тпем выхлопных окон производится выхлоп, а затем продувка — через нижний ряд продувочных окон. При обратном движении поршня клапан верхнего ряда, продувочных окон поднимается, и продувка производится через оба ряда окон до тех пор, пока не закроются сначала нижние продувочные, а затем и выхлопные окна. После этого через верхние продувочные окна производится наддув. Изложенная схема применяется заводом Зульцер для судовых дизелей; она наглядно представлена на фиг. 81. Левый чертеж относится к случаю, когда поршень находится в н. м. т. и верхние продувочные окна еще закрыты; правый чертеж соответствует моменту, когда при движении поршня вверх нижний ряд окон уже закрыт и продувка производится через верхний ряд продувочных окон. Фиг. 81. Схема продувки и наддува двигателя Зульцера. На фиг. 82 представлена схема так называемой фонтанной продувки. Выхлопные и продувочные окна расположены по всей окружности в два ряда: верхний ряд — выхлопные окна, нижний ряд — продувочные окна. Такой способ продувки позволяет лучше очистить цилиндр от отработавших газов; однако качество продувки все-таки остается невысоким, вследствие вихревых движений в цилиндре. Продувочный воздух, поступающий по всей окружности, устремляется к центру, затем движется вверх, у головки поворачивается вновь к наружным стенкам и, опускаясь вниз вдоль стенок, уходит в выхлопные окна, вытесняя отработавшие газы и частично перемешиваясь с ними. Получается подобие фонтана, откуда и получилось название продувки. Фонтанная продувка применялась в моторе Тартрэ-Пежо. Фонтанная продувка при отсутствии клалана в выхлопном коллекторе наддува не обеспечивает. Конструктивных схем щелевых бесклапанных продувок различного типа, кроме описанных, имеется много. Заслуживает внима- 109 нпя краткое описание еще одного типа Щелевой Продувки с односторонним расположением выхлопных и продувочных окон — это продувка типа MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nttrnberg). В продувке типа MAN выхлопные окна расположены выше продувочных и непосредственно над ними (фиг. 3). Продувочные окна имеют небольшой наклон в сторону нижней мертвой точки. Днище поршня вогнутое, причем кривизна профиля днища согласована с наклоном продувочных окон. Воздух направляется днищем поршня, доходит до противоположной стенки, поднимается вверх, поворачивает у головки и опускается вниз в сторону выхлопных окон. Фирма MAN применяет этот тип продувки в стационарных и судовых дизелях как простого, так и двойного действия. Как известно, в двигателе двойного действия рабочие полоса цилиндра расположены по обе стороны поршня; шатун соединяется с поршнем с помощью крейцкопфа и поршневого штока, который, проходя через днище цилиндра, уплотняется в нем особым сальником. Эта схема продувки в соединении с двойным действием применялась фирмой MAN в экспериментальном быстроходном дизеле, предназначенном для дирижабля. Все приведенные выше схемы продувок отличаются тем, что продувочный воздух в рабочей полости совершает повороты и движется в обе стороны. Благодаря этому в цилиндре развиваются вихревые движения, воздух и отработавшие газы частично перемешиваются; кроме того отдельные пространства цилиндра не продуваются или плохо продуваются. В противоположность этому имеются такие схемы нро/^увок, в которых продувочный воздух совершает движение только в одном направлении, не имея ни на каком участке цилиндра двухстороннего движения. Такие тдшы продувок носят название прямоточных. К числу прямоточных продувок относятся продувки типа Юнкерса, Цбллера, Михеля и клапанно-щелевая. Рассмотрим последовательно схемы этих продувок, ПО Фиг. 82. Схема фонтанной продувки двигателя Тартрэ-Пежо. Двухкоршневая схема Юнкерса в конце прошлого столетий была применена впервые Охельхейзером, совместно с Юнкерсом, для газового двигателя, затем она была применена Юнкерсом для стационарных и судовых двухтактных дизелей. Эта схема была использована в Англии (дизели Доксфорд и Каммелар-Фуллагар). В период войны Юнкерс начал постройку автомобильных и экспериментальных авиационных двухтактных дизелей. В стационарных, садовых и автомобильных моделях дизелей Юнкерс мотор выполнялся вертикальным с одним коленчатым валом, расположенным внизу; давление газов, действующее на верхний поршень, передавалось на коленчатый вал через два боковых длинных шатуна; давление же, действующее на нижний поршень, передавалось на вал обычным образом. Для обеспечения противоположно направленного движения в цилиндре оба колена для присоединения шатунов верхнего поршня сдвинуты относительно среднего колена, с которым соединен шатун нижнего поршня, на 180°. Это дает одно весьма серьезное преимущество двухпорш-невой системе с одним коленчатым валом, заключающееся в том, что влияние сил инерции поступательно движущихся масс при этой системе может быть значительно уменьшено. На первый взгляд даже создается представление о полном уравновешивании сил Г Си ли инерции поршня\ коротким 'Силы инерции с длинным Фиг. 83. Силы инерции поступательно движущихся масс двухпоршневой системы с одним коленчатым валом. инерции поступательно движущихся масс в том случае, если массы верхней и нижней группы одинаковы. Однако, как это показывает график на фиг. 83, составленный проф. Л. Мар-тенсом, полного уравновешивания не получается вследствие различных длин шатунов, а главное из-за различного закона изменения ускорений для верхнего и нижнего поршней. Если поступательно движущиеся массы, относящиеся к верхнему и нижнему поршням, неодинаковы, то возможно уравновешивание, в такой же степени, как и в случае одинаковых масс; для этого необходимо определенным образом изменить радиус кривошипов нижнего и верхнего поршней. На фиг. 84 показан в разрезе автомобильный дизель Юнкерс ранней модели. В этой конструкции радиусы кривошипов обоих поршней одинаковы. Продувочный насос для подачи сжатого продувочного воздуха выполнен поршневого типа с автоматическими пластинчатыми клапанами для всасывания воздуха из атмосферы и нагнетания его в ресивер, в качестве которого служит кривошипная камера и весь объем внутри наружного кожуха мотора. Поршень продувочного насоса непосредственно 111 Фиг. 84. Автомобильный дизель Юнкерс. соединен с верхним рабочим поршнем. Такая схема передачи работы на один коленчатый вал сильно удлиняет мотор, так как для каждого цилиндра необходимо иметь три кривошипа. Поэтому для авиационной конструкции была принята двухваль-ная система: нижние поршни через шатуны связываются с одним валом, расположенным внизу, верхние поршни — со вторым верхним валом. Оба вала соединяются друг с другом рядом цилиндрических шестерен. При такой схеме достигается полное уравновешивание сил инерции поступательно движущихся масс. Продувка типа Юнкерса является совершенной, так как при этой схеме достигается полная очистка цилиндра от отработавших Фиг. 85. Схема продувки типа ЦОллера. газов (остаточных газов после продувки 0—з°/0). Схема продувки Юнкерса позволяет осуществить хорошую продувку на больших оборотах и кроме того позволяет реализовать при определенном условии наддув; об этом будет изложено ниже. Продувка тина Юнкерса применяется в авиадизелях Юнкерс. Схема продувки типа Цоллера показана на фиг. 85. Два цилиндра имеют общую камеру сгорания. Каждый цилиндр имеет поршень; поршни движутся в одинаковую сторону — оба вверх или оба вниз, выполняя ход сжатия или расширения. В одном цилиндре внизу расположены выхлопные окна, в другом цилиндре — продувочные. Сначала открываются выхлопные окна, а затем продувочные. Продувочный воздух поступает в первый цилиндр, у головки поворачивается и движется во втором цилиндре к выхлопным окнам, вытесняя отработавшие газы. Хотя при этой схеме продувочный воздух и меняет направление, но всюду в каждом цилиндре он движется только в одном § Авиационные дизеля направлении; поэтому продувка Цоллера относится к числу прямоточных продувок. Благодаря одностороннему движению воздуха, продувка Цоллера позволяет произвести хорошую очистку и наполнение цилиндра на больших числах оборотов. Развитию оборотов способствует и то обстоятельство, что выхлоп и продувка осуществляются с помощью окон-щелей. Если выполнить конструкцию таким образом, чтобы продувочный поршень приходил в соответствующие мертвые точки позднее выхлопного поршня, т. е. чтобы его движение относительно движения выхлопного поршня запаздывало, тогда можно получить наддув. Продувка тина Цоллера осуществлена в авиационном дизеле Сальм-сон-Шидловского SH-18. Оригинальная схема двухтактного мотора была предложена Михелем. Мотор имеет три вала, оси которых находятся на одной окружности (фиг. 86). Три цилиндра расположены радиально и имеют общую камеру сгорания в центре. Каждый поршень соединен с помощью шатуна с коленчатым валом. Кривошипы поставлены так, что все три поршня или сходятся Фиг. 86. Схема продувки Михеля. Фиг. 87. Схема клапанно-щелевой продувки. к центру, обеспечивая сжатие, или расходятся для расширения. Вблизи н. м. т. одного поршня находятся выхлопные окна; вблизи н. м. т. двух других поршней сделаны продувочные окна. Воздух поступает в оба цилиндра, устремляется к центру, далее переходит в третий цилиндр, двигаясь к выхлопным окнам. Эта система обеспечивает совершенную очистку и наполнение цилиндра. Три коленчатых вала для согласования взаимного движения соединены спереди треугольной траверсой. Схема Михеля позволяет форсировать обороты и над дуть двигатель. Она была применена в экспериментальном автомобильном моторе. Для авиационных целей прямоточная продувка типа Михеля не нашла применения, повидимому из-за неудобства трех коленчатых валов и кинематической связи между ними. Клапанно-щелевая прямоточная продувка может быть выполнена двояко: в одном случае клапаны служат для целей выхлопа и в нижней части цилиндра сделаны продувочные окна; во втором случае, наоборот, продувка осуществляется через кла- 114 . . пайы в головке, а выхлоп — через нижние окна. Схема клапанно-щелевой продувки представлена на фиг. 87. Выхлоп через клапаны удобен тем, что поршень при этом имеет меньшие температуры, вследствие хорошего охлаждения его продувочным воздухом. Клапанно-щелевая продувка позволяет осуществить наддув двигателя, так как наличие управляемого клапана допускает в обоих вариантах продувку закончить после закрытия выхлопных органов. Клапанно-щелевая продувка уступает бесклапанной прямоточной продувке в отношении возможности увеличения оборотов, так как при одинаково располагаемом времени сечение для прохода выхлопных газов и воздуха в случае клапанов будет меньше. Кроме того сокращенная, по необходимости, против четырехтактного двигателя фаза выхлопа или продувки заставляет быстрее открывать клапаны, т. е. делать профиль кулачка распределения более крутым, что связано с возникновением больших -скоростей, ускорений и, следовательно, больших действующих сил в клапанном механизме. Ускорения в клапанном механизз!е двухтактного многооборотного двигателя в 3—4 раза превышают ускорения в клапанном механизме четырехтактного двигателя при одинаковых оборотах. Конструктивно клапанно-щелевая продувка отличается тем достоинством, что она может быть применена как для рядного, так и для звездообразного мотора, в то время как бесклапанные прямоточные продувки с окнами, управляемыми поршнями (Юнкерс, Михель), связаны только с определенной конструктивной схемой мотора. Очистка и наполнение цилиндра при клапанно-щелевой продувке получаются вполне удовлетворительными. Этот тип продувки применен в звездообразном авиа дизеле воздушного охлаждения ZOD-240A и Д-образном, перевернутом мощном авиа дизеле водяного охлаждения Дешан-Ламбер. Имеются конструкции, в которых вместо клапанов применяются краны или золотники. На фиг. 88 показана схема двухтактного дизеля с золотниковым распределением; продувка — прямоточная. Золотник совершает поступательное (вдоль оси) и вращательное движение, 8* 115 Фиг. 88. Схема прямоточной продувки с золотниковым распределением. открывая и закрывая при этом продувочные и выхлопные окна. Золотниковое распределение имеет преимущество перед клапанным распределением, заключающееся в возможности иметь большие сечения для прохода газов и в отсутствии сильно нагруженного распределительного механизма. Это открывает золотниковому двигателю более широкую перспективу дальнейшего увеличения оборотов. Авиационных конструкций двухтактных дизелей с золотниковым распределением пока не разработано. Мы рассмотрели большое число схем продувок. Все они в той или иной степени стремятся выполнить основные задачи очистки цилиндра от отработавших газов и наполнения его свежим воздухом. Однако для удовлетворительного разрешения этой задачи при конструировании нового мотора нужно уметь предварительно определить для данной схемы и оборотов мотора такие проходные сечения, которые способны пропустить наружу отрабочавпше газы из цилиндра и, наоборот, пропустить внутрь цилиндра необходимое количество свежего продувочного воздуха в отведенное для этого время. Эта задача отличается большой сложностью и недостаточной определенностью. Поэтому окончательное решение вопроса о проходных сечениях и о фазах выхлопа и продувки получается экспериментальным путем на моторной установке. Общая схема расчета продувки кратко приводится ниже. Весь процесс очистки цилиндра от отработавших газов и наполнения его свежим воздухом делится, вообще говоря, на три части или, как принято называть, на три фазы. Во всех конструктивных схемах сначала открываются выхлопные органы (окна или клапаны), и давление в цилиндре снижается от величины рь до некоторой величины рт, соответствующей началу открытия продувочных органов. Этот период называется первой фазой — фазой выхлопа до продувки. Задачей этого периода является снизить давление в цилиндре до такой величины рт, при которой возможна продувка, т. е. если откроются продувочные окна, то отработавшие газы не пойдут через них в ресивер свежего воздуха. Вслед за первой фазой наступает вторая; начало второй фазы соответствует моменту открытия продувочных окон. Эта фаза продолжается до тех пор, пока не закроются продувочные или выхлопные окна или, наконец, те и другие вместе. За этот период отработавшие газы продолжают уходить из цилиндра под влиянием разности давлений в цилиндре и в выхлопном трубопроводе; через продувочные окна поступает в цилиндр свежий воздух. Задачей этого периода является организация продувочного воздуха в смысле скоростей и направлений потока таким образом, чтобы, пользуясь уже существующей в цилиндре скоростью и направлением отработавших газов в сторону выхлопа, вытеснить их из цилиндра по возможности целиком и заполнить цилиндр воздухом. Третья фаза может быть двух видов. Если конструктивная схема продувки такова, что сначала закрываются продувочные органы, а выхлопные еще открыты, то третья фаза заключается 116 в выхлопе повле продувки. В этом случае через выхлепные окна из цилиндра уходит в атмосферу часть заряда (воздух и остаточные газы). Если нее конструктивная схема продувки выполнена так, что сначала закрываются выхлопные органы, а продувочные еще открыты, то третья фаза будет фазой наддува. В этом случае в цилиндр через продугочные органы будет поступать добавочное количество воздуха, и давление воздуха в цилиндре будет увеличиваться. На практике третья фаза может и отсутствовать. Это соответствует случаю, когда выхлопные и продувочные органы закрываются одновременно. При одновременном закрытии продувочных и выхлопных органов возможен наддув или, наоборот, потеря воздуха из цилиндра, в зависимости от конструкции этих органов и соотношения проходных сечений. Перед закрытием проходные сечения продувочных органов могут быть больше проходных сечений для выхлопа; очевидно, при благоприятном еще соотношении перепада давлений получится наддув. Наоборот, если проходные сечения выхлопных органов к моменту их закрытия больше проходных сечений для продувки, то возможен перевес в сторону снижения давления в цилиндре из-за потерь заряда в выхлоп. Процесс выхлопа и продувки осуществляется при меняющихся давлении и температуре в цилиндре. Это ясно из индикаторной диаграммы. Следовательно, в каждый данный момент времени, количество газов, уходящих из цилиндра, и количество воздуха, поступающего в цилиндр, переменны. Но и само проходное сечение для выхлопа и продувки не постоянно во времени. Наконец, одинаковые сечения в двух моторах, имеющих общий литраж, пропустят разное количество газов, если обороты или пропорциональное им время будут различны. Вместе с тем при одинаковых оборотах или при одинаковом времени количество газов будет тем больше, чем больше проходное сечение. Таким образом, выхлоп и продувка, в период которых нужно успеть пропустить за пределы цилиндра или в цилиндр вполне определенное количество газов, требуют для своего выполнения определенного времени и проходных сечений, переменных по времени. Отсюда возникло понятие „времени — сечения", как фактора, охватывающего и сечение и время и непосредственно влияющего на количество газов, могущих уйти из цилиндра или поступить в цилиндр в заданных условиях. Понятие о времени—сечении можно получить из следующего. Пусть в нижней части цилиндра сделано вдоль оси т окон, шириной Ъ мм каждое. Тогда общая ширина всех окон Б = тЪ. Эта величина постоянна; меняется высота окон в зависимости от положения поршня. Пусть далее ?0 — ход поршня от в. м. г. до момента начала открытия окон; соответствующий угол поворота кривошипа — а0. Если в произвольный следующий момент времени, при угле поворота крпвошипа ах, ход поршня будет St, то высота открытия окон будет (фиг. 89) Ь-я^&х — #о* (1) /77 а проходное сечение окон в этот момент т. е. оно будет пропорционально изменению хода поршня от начального значения SQ. Зависимость хода поршня от угла поворота кривошипа, как известно, выражается формулой Y)~ (cosa-f -Ioos2a)],' (3) где R — радиус кривошипа; a — угол поворота кривошипа от в, м. т.; ^---L- L — длина шатуна. * На фиг. 90 функция пути поршня S от угла поворота кривошипа а представлена графически за один оборот коленчатого вала. Между углом поворота а и временем t существует пропорциональность; как известно, - = ~ , (4) f* T2 где п — число оборотов в минуту. Следовательно, на графике фиг. 90 ось абсцисс представляет в известном масштабе время. По оси ординат отложен ход поршня; но по формуле (2) сечение окон пропорционально изменению хода поршня, поэтому ось ординат в известном масштабе представляет также и сечение, а площадь в области координат фиг. 90 выражает собою время — сечение. Пусть точка 1 соот- в.м.т. н.м.т О 40 80 120 160 200 240 280 320 МОагр ' Фиг. 89. i -с f*f Н.МГП Фиг. 90. Графическое определение времени—сечения. ветствует началу открытия окон и положению кривошипа а0, точка х — высоте открытия окон ha и углу о^. На основании изложенного площа/^ь 1 —-1' — х — 1 графически в определенном принятом масштабе представляет время—сечение окон с момента их открытия до рассматриваемого момента. Так как точка 2 118 соответствует положению поршня в н. м. т., а точка 3 — симметричная точке 1 — моменту закрытия окон, то вся заштрихованная площадь 1 — 3 — 2—1 графически представляет общее время — сечение, которое получается при данных оборотах (или 'времени /), ширине окон Ъ — тЪ, высоте окон h и ходе поршня S. Аналогичным образом можно графически представить время — сечение при клапанном механизме. Между проходным сечением клапана и его ходом существует пропорциональная зависимость; с достаточной точностью можно считать, что (фиг. 91) Ч»/г* cos 9> (5) Где fx — проходное сечение в рассматриваемый момент времени; dcp — средний диаметр проходного отверстия d^ = -Ц~ ; hx — подъем клапана в данный момент; р— угол наклона седла. Формула (5) показывает, что проходное сечение пропорционально подъему клапана. Пусть на фиг. 92 изображена кривая подъема клапана в координатах— ход клапана и угол поворота коленчатого вала. На основании изложенного можно считать, что по оси абсцисс отложено в известном масштабе время, а по оси ординат — проходное сечение клапана. Поэтому площадь под кривой должна выражать графически время — сечение. 1 Л? i f—X 1 шж / Ч Se^% ч? \\ i \У I L/1 ^ ^Ч L i ,] . \ ......... —• .__— — ]-< \^ -------- d -Р ------- — 1 К- --------- d 2 --------- — Фиг. 91. К определению проходного сечения клапана. Фиг, 92. Диаграмма подъема и сечения клапана. Расчет продувки двухтактных моторов имеет своей целью обеспечение достаточных времен —• сечений для очистки и наполнения цилиндра с учетом количества потерянного при продувке воздуха; последнее, как известно, учитывается коэфициентом продувки 9. Задаваясь давлением и температурой отработавших газов в начальный момент выхлопа и давлением их перед началом продувки, можно теоретически подсчитать количество газов, которое должно уйти в выхлоп, и необходимое для этого время —-сечение. Само собой разумеется, что размеры цилиндра считаются известными. Далее можно подсчитать время — сечение, необходимое для продувки, при котором через проходные сечения должно пройти количество воздуха, заполняющего цилиндр и потерянного при продувке. через выхлопные органы. Этоколи- 119 чество воздуха, при прочих равных условиях, пропорционально произведению <рКЛ, где Vh — литраж цилиндра, а ср — коэфициент продувки (см. стр. 26). При этом необходимо знать или задать давление рк и температуру Тк продувочного воздуха в ресивере и среднее давление газов в цилиндре за период продувки. За это же время выхлопные органы должны пропустить отработавшие газы, заполнявшие цилиндр, и количество потерянного в выхлоп воздуха. Количество газов пропорционально объему Vh, а количество потерянного воздуха пропорционально величине (ср — l)FA. Следовательно, суммарное количество их пропорционально срКЛ. Когда по тем или иным наиболее проверенным и подходящим для данного случая формулам подсчитано необходимое время — сечение для выхлопа до продувки, для продувки и для выхлопа во время продувки, тогда задача сводится к подбору фаз и размеров проходных сечений и проверке достаточности времен — Фиг. 93. Определение времен''—сечений на выхлоп и продувку для щелевой продувки. сечений. Время — сечение, обеспечиваемое намеченными конструктивно фазами и размерами, называется располагаемым временем — сечением. Следовательно, необходимо проверить, что располагаемое время — сечение больше или по крайней мере равно необходимому времени — сечению, найденному по расчетным формулам. В выполненных конструкциях обычно располагаемое время-—сечение больше необходимого. В быстроходных многооборотных двигателях время — сечение на первую фазу выхлопа до продувки в некоторых случаях равно расчетному. Располагаемое время —- сечение можно найти аналитически, но проще и нагляднее определять графически приемами, указанными выше. Рассмотрим схематически несколько примеров проверки располагаемого времени — сечения двухтактных двигателей. Случай щелевой продувки с окнами, расположенными в нижней части цилиндра. Продувочное окно а открывается позднее выхлопного Ъ, поэтому оно по высоте меньше. Так как окна открываются и закрываются поршнем, то, очевидно, закрытие их произойдет после н. м. т. через столько же градусов, за сколько градусов до н. м. т. они открылись. Если выхлопное окно открывается за -у градусов до н. м. т. и положение оси кривошипа при этом 120 ' изображается точкой 1 (фиг. 93, А), то момент закрытия будет через у, градусов после н_ м. т. и положение оси кривошипа в этот момент изобразится точкой 1\ причем точки 1 и I1 будут симметричны относительно оси цилиндра I — I, т. е. будут лежать на прямой, перпендикулярной оси цилиндра. Равным образом если т» — угол до н. м. т., соответствующий началу открытия продувочных окон, и положение оси кривошипа в этот момент будет изображаться точкой 2, то момент закрытия будет через уж градусов после н. м. т., а положение кривошипа изобразится точкой 2\ симметричной точке 2. Пусть кривая Е представляет графически зависимость хода поршня от угла поворота кривошипа а (фиг. 93, Б). Точкой 1 изображается начало выхлопа, а точкой 2 — начало продувки. В этом случае площадь 1—3—2—1 представляет в масштабе располагаемое время — сечение на первую фазу выхлопа до про-дувки. Допустим, что площадь 1—3—2—1 мы измерили в квадратных миллиметрах, и она равна /0. Допустим далее, что путь поршня и угол поворота кривошипа были отложены в следующих масштабах: 1с для угла поворота 1 лш=-.? градусов = -^ сек.; „ пути поршня 1 мм = s м. Если кроме того Б1—постоянная ширина всех выхлопных окон в метрах, а Ба — постоянная ширина всех продувочных окон в метрах, то площадь имеет следующий масштаб: для выхлопных окон 1 .т«*2 := Б,з-т— мЧек', „ продувочных окон 1 мм* = B2s -~ м*сек. Располагаемое время—сечение на выхлоп до продувки будет: s — мЧек. т В точке 2 открывается продувочное окно, и после н. м. т. в точке $ оно закрывается. Следовательно, площадь 2—-0—-#—2 представляет в масштабе графически располагаемое время — сечение на продувку. Пусть мы измерили эту площадь в квадратных миллиметрах и получили /\; тогда располагаемое время — сечение на продувку будет: А1 = ДБ25 ~ м*сек. За это же время выхлопные окна продолжают быть открытыми, и их время — сечение в масштабе графически представляется 121 площадью 3 0 ' 4-—,?, равной /2 мм*. Располагаемое время — сечение на выхлоп во время продувки будет: Т"> "* м2сек. После продувки в рассматриваемой схеме продолжается выхлоп; время — сечение за .этот третий период представляется площадью 2 — 4 — 1' — &. Эта площадь, очевидно, равна площади 1 — 2 — 3 — 1, но интереса для расчета или проверки не представляет. Случай прямоточной продувки типа Юнкерса. Рассмотрим сначала схему, в которой оба поршня — и продувочный и выхлопной — одновременно приходят в свои верхние и нижние мертвые точки, т. е. кривошипы в двухвальной авиационной конструкции или в одновальной автомобильной или судовой конструкции pad-положены друг по отношению к другу точно под 180°. Кроме в.мт ^ Фиг. 94. Определение времен — сечений на выхлоп и продувку для схемы двигателя Юнкерс без наддува. того длины ходов обоих поршней будем считать одинаковыми, как это имеет место в авиадизеле Юнкерс. Верхний поршень будем считать вы'хлопным, нижний—продувочным. На фиг. 94, А показаны углы и расположения кривошипов в начале и конце выхлопа и продувки; на этой фигуре совмещены центры кривошипов и их мертвые точки. Как это следует из графика, в случае, когда кривошипы расположены по отношению друг к другу, иод углом 180°, продувочные окна, открываясь позднее выхлопных, будут закрываться раньше последних, и, следовательно, наддува не будет. На фиг. 94,Б дан разрез цилиндра. Горизонтали I—I FT II—II соответствуют верхним и нижним точкам обоих поршней; продолжение их служит осью абсцисс, по которой отложены углы поворота коленчатого вала а или пропорциональное им время .. По оси ординат отложены ходы поршня выхлопного ?в 122 и продувочного Sn или пропорциональные им сечения Ь\#в и ?8$и, где Б! —ширина выхлопных" окон, а Б,2 — ширина продувочных окон. Кривая а представляет графически зависимость пути выхлопного поршня от угла поворота коленчатого вала. Кривая Ъ, симметричная кривой а, относится к продувочному поршню. Точка 1 соответствует началу выхлопа, точка 1'—концу выхлопа; точки 2 и $ — началу и концу продувки. Если провести вертикаль 2 — 4 через точку 2 до пересечения с кривой а, то, очевидно, площадь 1—4—3—1 представит графически располагаемое время — сечение А0 на выхлоп до продувки, Рав-ным образом площадью 2— Оп—$—2 изобразится располагаемое время—сечение А1 на продувку, а площадью з—4—Оъ—41—31—-3— располагаемое время — сечение J2 на выхлоп во время продувки; наконец, площадью 3'~4'—1'—3'— располагаемое время—сечение на выхлоп после продувки. Подсчет располагаемых времен— сечений производится так же, как и в предыдущем случае. Рассмотренная схема расположения кривошипов под углом в 180° друг к другу, как указывалось, не обеспечивает наддува; между тем наддув необходим для увеличения литровой мощности. Схема Юнкерса позволяет получить наддув, если кривошипы выхлопных и продувочных поршней сдвинуть друг по отношению друга не на 180°, а на другой угол. Пусть кривошип продувочного поршня расположен так, что продувочный поршень приходит в свои мертвые точки на 5° позднее, чем выхлопной поршень. Совместим на фиг. 95, А центры и окружности обоих кривошипов; направление вращения указано стрелкой. В этом случае вертикаль I—I представляет линию хода выхлопного поршня, а точки 1 и 1', симметричные относительно прямой I—7, показывают положение кривошипа в начале и в конце открытия выхлопных окон. Линия хода продувочного поршня в совмещенной диаграмме изобразится прямой II—II, и если продувочные окна открываются в точке 2 позднее выхлопных, то закрытие их будет в. точке 2, симметричной точке 2 относительно прямой II — П. Как показывает график, в данном примере продувочные окна закроются позднее выхлопных, и, следовательно, будет иметь место наддув двигателя. На фиг. 95, Б начерчены диаграммы ходов поршня в зависимости от угла поворота кривошипа для случая, когда соответствующие мертвые точки сдвинуты на 8°. Выхлопные окна имеют высоту /гв, а продувочные — ha. Здесь для примера показан также случай, имеющий место на практике, когда кромка днища поршня в нижней мертвой точке уходит дальше окон на некоторую величину Д? Кривая а относится к выхлопному поршню, кривая Ъ — к продувочному. Точки 1 и 1' показывают начало и конец выхлопа, а точки 2 и 21 — начало и конец продувки. Если через начало продувки провести вертикаль 2 — 4, то получится площадь 1—3 — 4 — 1; этой площадью изобразится располагаемое время — сечение А0 на выхлоп до продувки. Р]сли через точку 1' конца выхлопа пговссти вертикаль I1— 5', то площадью 2—5 — & — 2 123 представится располагаемое время— сечение Аг на продувку, а площадью 3 — 4 — 4' — 1'— 3 — располагаемое время — сечение А2 на выхлоп во время продувки. Время —- сечение Az на наддув изобразится площадью 5 — Я — 5' — 5. Следует оговорить, что наддув получается и в том случае, когда при наличии смещения кривошипов верхнего и нижнего поршней выхлопные и продувочные окна закрываются одновременно; такой случай имеет место в авиадизеле ЮМО-204. Угол 5 смещения кривошипов для получения наддува составляет величину 5—15°. Для авиадизеля ЮМО-204 угол 5 = ю°; для одноцилиндрового дизеля Юнкерс НК-65 угол & =-15°. Величина угла & зависит от желаемой степени наддува и от того, одинаковы или различны ходы поршней. Фиг. 95. Продувка Юнкерса в случае наддува. Для двигателя Юнкерс со смещенными друг относительно друга кривошипами необходимо уточнить понятие камеры сжатия и фактической степени сжатия е. В случае, когда кривошипы не смещены, объем камеры сжатия соответствует положению обоих поршней в верхних мертвых точках. Фактическая степень сжатия получится как отношение объема цилиндра, заключенного между поршнями к моменту закрытия выхлопных окон, к объему камеры сжатия. По фигуре 94, Б фактическую степень сжатия можно получить как отношение ? ss где й-к-— высота камеры сжатия; ?к—расстояние между поршнями в момент закрытия выхлопных окон. В том же случае, когда кривошипы смещены на угол 6 и поршни приходят в верхние мертвые точки неодновременно, минимальный объем камеры сжатия получается при некотором 124 9 положении, когда выхлопной поршень уже прошел верхнюю мертвую точку, а продувочный поршень еще не дошел до своей верхней мертвой точки. Это положение зависит от угла смещения кривошипов и для каждого мотора должно быть определено отдельно. Когда найдена величина максимального сближения поршней или минимальное расстояние hmlR между поршнями (фиг. 95, Б), тогда фактическая степень сжатия найдется по формуле причем здесь ?к~ расстояние между поршнями в момент закрытия продувочных окон. Случай прямоточной клапанно-щелевой продувки. Для опредо* ленности предположим, что продувка осуществляется через в. мм Фиг. 96. Определение времен — сечений на выхлоп и продувку для клапанно-щелевой продувки. окна, а выхлоп — через клапаны. На диаграмме 96, А представлены фазы распределения. В точке 1 открываются выхлопные клапаны, в точке начало продувки; конец выхлопа 1' и конец продувки 21 в данном примере совмещаются. На фиг. 96, Б даны построения для определения располагаемых времен — сечений. По оси абсцисс, как всегда, отложены углы поворота коленчатого вала а или пропорциональное им время t; по оси ординат отложены: вверх — ход клапана и соответствующие ему сечения клапанов, вниз — ход поршня и соответствующие ему проходные сечения продувочных окон при суммарной их ширине Б2. Как это следует из диаграммы, располагаемое время — сечение А0 на выхлоп до продувки графически изображается площадью _7 — 4 — 3 — J; располагаемое время — сечение на продувку А1 изображается площадью 2 — 0 — 2 — 2, и, наконец, располагаемое время — сечение А2 на выхлоп во время продувки — площадью 3 — 4 — 1' — 3. Наложим друг на друга графики времен — сечений на выхлоп и продувку таким образом, чтобы горизонталь 2 — ?' совпала с -г - ?', в этом случае, так как необходимо соблюсти фазы рас- 125 пределения, точка 2 совпадаете точкой 3. Это наложение выполнено на фиг. 97. По оси ординат отложены сечения выхлопных клапанов и продувочных окон в одинаковых масштабах. Фиг. 97 показывает, что хотя продувочные окна и закрываются одновременно с выхлопными клапанами, тем не менее время — сечение продувочных окон перед их закрытием больше времени— сечения выхлопных окон; поэтому практически может иметь место наддув. В авиадизеле ЮМО-204 при указанном ранее смещении кривошипов на 10° продувочные и выхлопные окна закрываются одновременно, но, по данным испытаний, получается наддув, вследствие избытка времени — сечения продувочных окон перед их закрытием. Давление в цилиндре в момент закрытия окон составляет, по результатам испытаний, величину около 1,15 — 1,17 Фиг. 97. Сопоставление времен — сечений на выхлоп через клапаны и продувку через окна. KI;CM* при давлении продувочного воздуха рк= 1,3 ш/см2, что, не- ' сомненно, доказывает наличие наддува. Сравнение четырехтактных и двухтактных двигателей. Сравнение четырехтактных и двухтактных дизелей необходимо проводить по определенным величинам (признакам), имея в виду назначение двигателя, так как в противном случае это сравнение может оказаться не вполне точным. В частности, например, сравнение четырехтактных и двухтактных тихоходных судовых и стационарных дизелей по удельному расходу приводит к тому, что расход топлива в двухтактных дизелях больше. Однако в авиационных конструкциях это не подтверждается, что имеет свои основания. С точки зрения авиационного применения нужно сравнивать оба типа двигателей по следующим данным: литровой мощности, удельному весу, габаритам, удельному расходу, равномерности хода, надежности. Литровая мощность выражается формулой 225 2250 л. с/л, отнесенное ко где pt — среднее индикаторное давление в mjc всему ходу поршня; ч\т — механический к. п. д.; п — число оборотов в минуту; з — число тактов двигателя на один процесс, Следовательно, чтобы судить о литровой мощности двухтактных и четырехтактных двигателей, необходимо сравнить величины Pi, ?},„ и п. Величина среднего индикаторного давления зависит от коэфи-циента избытка воздуха (степени использования воздуха), от 126 совершенства и полйоты сгораний топлива, степени сжатий и других второстепенных факторов. Совершенство сгорания в двухтактных дизелях можно обеспечить при таких же значениях коэфициента избытка воздуха, как и в четырехтактных дизелях; далее можно выполнить двухтактные дизели также с наддувом; поэтому среднее индикаторное давление, отнесенное к полезному объему или полезному ходу поршня, в обоих случаях может быть одинаковым. Однако, учитывая потерянный ход, среднее индикаторное давление, отнесенное ко всему ходу, при прочих равных условиях будет меньше среднего индикаторного давления четырехтактных моторов. Здесь следует оговориться, что в действительности могут встретиться случаи, когда среднее индикаторное давление двухтактного двигателя, отнесенное ко всему ходу поршня, будет больше, чем среднее индикаторное давление другого какого-либо четырехтактного двигателя. Но такое сравнение не дает правильной картины, поскольку оно относится к двигателям, работающим в различных условиях, в частности с различными камерами сгорания. Принимая коэфициент потерянного хода ф в среднем равным 20%, можем считать, что среднее индикаторное давление двухтактных дизелей, отнесенное ко всему ходу, при прочих равных условиях составляет 80% от среднего индикаторного давления четырехтактного дизеля. Число оборотов бесклапанных двухтактных дизелей имеет то же значение, что и для четырехтактных. Обороты новых серий двухтактного авиадизеля ЮМО-205 доходят до 2 800 в минуту. Индикаторная литровая мощность на основании изложенного в двухтактном двигателе будет больше индикаторной литровой мощности четырехтактного двигателя на 60%; в самом деле, 225-2 __ 0,8-4 • •• ^ —. -I.-!--. .1 • V/ * 2 225-4 Здесь дробь в числителе представляет индикаторную литровую мощность двухтактного дизеля, а дробь в знаменателе — индикаторную литровую мощность четырехтактного дизеля. Механический к. п. д. не вносит изменений в это положение, как это будет показано в дальнейшем. В реально выполненных четырехтактных дизелях эффективная литровая мощность имеет величины 13 —18 л. с., в то время как в двухтактных дизелях она равна 20 — 40 л. с., а в некоторых моделях и выше. Удельный вес мотора зависит от его внешних габаритов и размеров его отдельных деталей. Габариты машины определяются главным образом литражем, а размеры деталей — расчетными давлениями вспышки. Так как литраж двухтактных дизелей, как правило, меньше литража четырехтактных двигателей, а развивающиеся в цилиндре давления одинаковы, — по- 727 скольку в авпадизелях применяются однополестные камеры сгорания, — то габариты и абсолютный вес двухтактного дизеля на заданную мощность, а следовательно, и его удельный вес, при прочих равных условиях, должны быть меньше. Удельный расход топлива в двигателе зависит от индикаторного и механического к. п. д. Это следует из известной формулы С' Следовательно, чтобы сравнить между собой удельные расходы двух- и четырехтактных дизелей, необходимо сравнить их индикаторные и механические коэфициенты полезного действия. Индикаторный к. и. д. для одного и того же двигателя зависит только от полноты и своевременности сгорания топлива, а также от тепловых потерь в стенки. Полное и своевременное сгорание топлива при определенной конструкции камеры сгорания, одинаковых избытке воздуха и оборотах может быть достигнуто как в двухтактных, так и в четырехтактных дизелях, если двухтактные двигатели имеют прямоточную продувку и поэтому совершенную очистку цилиндра от отработавших газов. Тепловые потери в стенки хотя по абсолютной величине и будут больше в двухтактных дизелях из-за вдвое большего тепловыделения в цилиндре, но удельные тепловые потери, т. е. потери на силу, будут несколько меньше или равны тепловым потерям четырехтактных двигателей. Поэтому можно считать, что индикаторные коэфициенты полезного действия обоих типов двигателей могут быть одинаковыми. Механический к. п. д. двигателя в общем случае может быть написан в виде: • * _ Ne _ .Nt-Nr-Ne _ Nr + Nf '"' JV- N- — N- ' •*•'» •" i •» •-*?, где Nr — мощность механических потерь; JV^ — мощность, затраченная на нагнетатель. В стационарных и судовых дизелях четырехтактный двигатель не имеет нагнетателя или компрессора, поэтому Nc = 0. Двухтактный двигатель его имеет всегда, поэтому хотя в двухтактных дизелях мощность JVr и несколько меньше из-за отсутствия насосных потерь, так как нет ходов выхлопа и всасывания, тем не менее мощность Ne существует, и т\п получается ниже, чем у четырехтактных моторов. В авиадизелях, если исключить из сравнения небольшую группу маломощных двигателей, нагнетатель применяется и в двухтактных и в четырехтактных конструкциях. Мало того, для лучшей очистки цилиндра и охлаждения деталей в четырехтактных дизелях устраивается большое перекрытие клапанов (до 110—120°), благодаря чему достигается продувка камеры сжатия; при этом 10—15% воздуха теряется в выхлопную трубу. Поэтому, если взять для сравнения именно такие конструкции 128 Четырехтактных двигателей, их механический к. п. д. может оказаться не больше, а равным и даже меньше механического к. п. д. двухтактного мотора, у которого, при одинаковой с четырехтактным двигателем индикаторной мощности, мощность, затраченная на нагнетатель, будет больше на ю—20%. а мощность механических потерь будет меньше, как ввиду отсутствия насосных потерь, так и ввиду меньшего литража двухтактного мотора. Из изложенного следует, что двухтактные авиадизели могут иметь меньшие или такие же удельные расходы топлива, что и четырехтактные авиадизели, снабженные нагнетателями. В действительности двухтактный авиадизель Юнкерс имеет удельный расход топлива на крейсерской мощности 150—155 «, а на номинальной мощности —160 г. Эти показатели лучше показателей многих четырехтактных авиадизелей. Равномерность хода мотора зависит от вида кривой крутящих моментов, развиваемых на валу, и от маховой массы, в данном случае от массы винта. Сравним два мотора с одинаковым числом цилиндров, одинаковой мощностью и оборотностью. В этом случае можно считать маховые массы винтов одинаковыми, и, следовательно, равномерность хода мотора будет зависеть только от вида кривой крутящих моментов. Так как вспышки в двухтактном двигателе следуют вдвое чаще, то колебания в величине касательной силы или пропорциональной ей величине крутящего момента получаются меньше. В многоцилиндровой конструкции это приводит к значительному выравниванию кривой крутящих моментов для двухтактной модели. На фиг. 98 приведена кривая крутящих моментов для девятицилиндрового четырехтактного авиадизеля. Степень неравномерности крутящего момента определяется отношением максимального значения крутящего момента Жшах к среднему значению момента Жср. В данном случае это составляет величину Если на фиг. 98 нанести кривую крутящих моментов для двухтактного дизеля, имеющего также девять цилиндров, то она покажет значительно меньшее колебание величины крутящего момента. Степень неравномерности крутящего момента в этом случае будет: Таким образом, двухтактный двигатель обеспечивает большую равномерность хода мотора; соответственно этому давление на опоры мотора также будет действовать более равномерно. Сравнение, произведенное выше, по литровой мощности, габаритам, удельному весу, удельному расходу топлива и равномерности хода показывает преимущество двухтактных дизелей. К этому 9 Авиационные дизели 129 в случае бесклапанной конструкции добавляется еще и простота. Многие авторитетные специалисты на этом основании считают, что авиадизель должен быть двухтактным для успешного соревнования с карбюраторным мотором, который в свою очередь быстро прогрессирует. В настоящее время нельзя еще определенно решить вопрос в пользу того или иного типа двигателя. Многое здесь зависит от литровой мощности двигателя, его основных размеров и способов охлаждения. Специфические затруднения при форсировании авиадизелей возникают для поршневой группы из-за тепловых нагрузок поршня и колец, как вследствие теплоотдачи от О 20 40 60 80 ЮО 120 МО 160 180° Угол поворота коленчатого вала Фиг. 98. Диаграмма крутящих моментов четырехтактного и двухтактного девятицилиндрового дизеля. газов, так и из-за прямого действия газов в зазоре между поршнем и цилиндром. Эти затруднения целиком зависят от литровой мощности двигателя и максимальных давлений в цилиндре. Теоретически казалось бы, что в двухтактном моторе поршневая группа должна быть менее надежна. Действительно, опыт авиадизеля ZOD-260, Юнкерс и других моторов показывает правильность этого предположения, так как, например, для обеспечения надежной работы колец и поршня в авиадизеле Юнкерс потребовались многолетние упорные изыскания и оригинальное конструктивное решение этого узла, а в авиадизеле ZOD-260 поршневая группа работала недостаточно надежно все время. Помимо этого в двухтактных многооборотных двигателях в более напряженных условиях находится топливный насос: его валик делает одинаковое с коленчатым валом число оборотов, т. е. вдвое большее число оборотов сравнительно с валиком 130 топливного насоса четырехтактного двигателя. Правда, имеется возможность поставить двойное число насосов на каждый цилиндр, заставив работать их поочередно через цикл. В этом случае валики насосов делают вдвое меньшее число оборотов и надежность их действия возрастает. Такое решение реализовано в авиадизеле Дешан. Наконец, в двухтактных двигателях с клапанно-щелевой продувкой клапанный механизм находится в более тяжелых условиях сравнительно с клапанным механизмом четырехтактных двигателей, вследствие больших ускорений и скоростей при подъеме и посадке клапана. Во всех остальных элементах надежность обоих типов двигателей может быть одинаковой. Общий вывод из сравнения четырехтактных и двухтактных авиадизелей может быть вкратце формулирован так: Проблема уменьшения габаритов и веса авиадизеля лучше всего разрешается двухтактным бесклапанным многооборотным двигателем с наддувом. Этот тип в различных вариантах разрабатывается для моторов средних и крупных мощностей. Однако диаметр цилиндра двухтактного мотора ограничивается тепловой перегрузкой поршня. Это обстоятельство может дать преимущество четырехтактному мотору в области двигателей большой мощности, так как в этом случае диаметр цилиндра может быть сделан больше и в комбинации с высоким наддувом сосредоточение большой мощности в одном агрегате может быть достигнуто более надежно. Глава VIII НАСОСЫ И ФОРСУННИ Впрыскивающая система дизеля в основном состоит из топливного насоса, нагнетательного трубопровода и форсунки. В отдельных случаях нагнетательный трубопровод отсутствует и форсунка непосредственно связывается с топливным насосом. Существуют впрыскивающие системы, в которых между насосом и форсункой помещается еще особый сосуд-аккумулятор, служащий в Фиг. 99. Схема впрыскивающей системы непосредственного действия: п — топливный бак; б — спускной кран; в — предпомпа, г — фильтр; д — топливный насос; е — форсунка; УК — атмосферная трубка; з — редукционный клапан; к — манометр. для поддержания постоянного давления в нагнетательной магистрали. На фиг. 99 показана схема впрыскивающей системы первого типа, а на фиг. 100 — второго типа. На пути между баком и насосами обязательно устанавливается добавочная топливная помпа или, как ее называют, предпомпа, имеющая целью обеспечить постоянный напор топлива во всасывающей полости насосов. Предпомпа необходима во всех случаях авиационной и автомобильной практики, но особенно она необходима, когда бак расположен ниже уровня насосов. Кроме предпомпы, в топливной 132 , магистрали должен быть установлен матерчатый фильтр для тщательной очистки топлива, во избежание засорения отверстий сопла, износа и заедания трущихся деталей насоса и форсунки. Основными задачами впрыскивающей системы являются: 1) создание высокого давления для обеспечения впрыскивания и распыливания топлива; 2) отмеривание (дозировка) необходимой порции топлива соответственно нагрузке и оборотам двигателя; 3) подача топлива в цилиндр за определенный промежуток времени и в определенную фазу рабочего процесса; 4) обеспечение одинаковых условий впрыскивания по моменту начала подачи и по количеству подаваемого топлива в отдель- Фиг. 100. Схема впрыскивающей системы с аккумулятором: а — топливный бак; б — спускной кран; в — предпомпа; г — фильтр; д — топливный насос; е — форсунка; ж — атмосферная трубка; з — редукционный клапан; к — манометр; л — коромысло привода иглы форсунки; м — кулачковый валик; « — аккумулятор. ные цилиндры многоцилиндрового двигателя во всем диапазона изменений оборотов и нагрузки; б) распиливание топлива в цилиндре. Кроме выполнения основных задач, впрыскивающая система мотора в целом и в отдельных своих элементах должна удовлетворять еще и следующим требованиям: 6) четкое начало и конец впрыска, во избежание нагарообра-зования на поверхности сопла у отверстий; 7) длительная работа без изменения начальной регулировки насоса и форсунки; 8) отсутствие заметных износов, влияющих на работу двигателя. Из основных задач первая всегда ложится и на насос и на форсунку, а пятая — всегда выполняется форсункой. Остальные три задачи могут быть возложены или на насос, или на форсунку. Первый случай применяется чаще всего; в этом случае форсунка не имеет никаких органов управления подачей. Второй случай имеет место при системе аккумуляторного впрыски- 133 вания и требует наличия форсунки с механическим управлением подъема иглы. Указанные выше задачи впрыскивающей системы являются основными и вытекают из условий работы двигателя. Создание высокого давления необходимо для распыливания топлива. Дозировка впрыскиваемой порции топлива связана с развиваемой двигателем мощностью. Подача топлива в цилиндр за определенный промежуток времени и в определенную фазу рабочего процесса определяет условия смесеобразования и сгорания топлива, плавность хода двигателя и его экономичность. Требование обеспечения одинакового количества и одного и того же момента подачи топлива в каждый цилиндр многоцилиндрового двигателя при различных условиях нагрузки и оборотах имеет целью получить ровный, спокойный ход двигателя и устранить опасность перегрузки отдельных цилиндров на максимальной мощности или выключение части их на малой мощности. Задача распиливания топлива понимается в смысле достижения определенной тонкости и дальнобойности струи, подбора числа, диаметра и направления отверстий сопла форсунки для лучшего смесеобразования и сгорания топлива в условиях конкретной камеры. Если заметить, что давления впрыскивания в быстроходных дизелях доходят до величин 400—700 am и выше, продолжительность впрыскивания равна 0,001—0,002 секунды, а количество топлива в зависимости от литража цилиндра составляет 0,1—0,2 ъ на одно впрыскивание на номинальной мощности, то станет понятной сложность и ответственность работы впрыскивающей системы и связанная с этим необходимость повышенной точности изготовления его деталей. /. ТОПЛИВНЫЕ НАСОСЫ Топливные насосы различаются друг от друга по принципу своего действия, по конструкции и по способам регулирования подачи топлива. По принципу действия насосы можно подразделить на: 1) насосы непосредственного действия, с помощью которых можно подавать топливо в цилиндр непосредственно через форсунку; при этом закон подачи топлива во многом определяется профилем кулачка, приводящего в действие плунжер насоса (Бош, Юнкерс, Паккард); 2) насосы аккумулирующего действия, у которых топливо нагнетается насосом в особое пространство — аккумулятор, а в цилиндр двигателя поступает или через механически управляемую форсунку (Коатален), или под воздействием особых пружин (Сцинтилла). В настоящее время наибольшее распространение получили насосы непосредственного действия. По конструкции насосы подразделяются на: 1) насосы золотникового типа, у которых всасывание и перепуск топлива производится через отверстия во втулке, открытие 134 и закрытие которых осуществляется золотником; обычно в качестве золотника служит сам плунжер насоса; этот тид имеет наибольшее распространение; 2) насосы клапанного тина, представляющие в схеме обычный плунжерный насос, имеющий всасывающий и перепускные клапаны. В авиадизелях этот тип насоса не нашел применения. Как известно, мощность дизель-мотора зависит от количества подаваемого насосом топлива. Регулировка количества подаваемого топлива у золотниковых насосов осуществляется различно: — поворотом плунжера (Бош, Юнкерс); — поворотом особого вспомогательного золотника (Экс-Целло); — изменением величины хода плунжера (Паккард); — изменением положения всасывающих и перепускных отверстий во втулке относительно плунжера (Клерже). Регулировка количества подаваемого топлива у насосов клапанного типа производится: — воздействием на момент закрытия всасывающего клапана; — воздействием на момент открытия особого перепускного клапана; — применением особой дросселирующей иглы с изменением проходного сечения для перепуска топлива. Для насосов клапанного типа второй способ регулировки в быстроходных автомобильных дизелях применяется чаще всего. Как у насосов золотникового типа, так и у клапанных насосов регулировка подачи топлива достигается путем: — изменения конца подачи топлива при неизменном моменте начала подачи (Бош, ЮМО-204); — изменения начала подачи топлива при неизменном моменте конца подачи (ЮМО-205); — изменения моментов начала и конца подачи топлива одновременно (Экс-Целло). Система регулировки подачи топлива путем изменения конца подачи выполняется чаще, хотя этот метод регулировки подходит более всего для двигателей, работающих при постоянном числе оборотов. Для авиадизелей, работающих в широком диапазоне чисел оборотов, этот метод изменения подачи топлива является неудовлетворительным, так как, при неизменном моменте начала подачи топлива, с уменьшением числа оборотов мотора работа последнего становится более жесткой и на малых оборотах могут возникать стуки. Во избежание этого насосы с регулировкой конца подачи топлива необходимо снабжать специальным приспособлением (муфтой), позволяющим изменить опережение впрыскивания во время работы двигателя. Насос Боша. Насосы Боша относятся к золотниковым насосам непосредственного действия, у которых регулировка количества подаваемого топлива осуществляется изменением конца подачи посредством поворота плунжера насоса. В быстроходных дизелях насосы Боша получили наибольшее применение в силу простоты обслуживания и высокой надеж- т ности. Они изготовляются как одноплунжерными, так и многоплунжерными, заключенными в общий блок. Ход плунжера принят 10 и 15 мм, а его диаметр — от 6 до 10 мм для ходаЮлш и от 10 до 16 мм для хода 15 мм. Производительность каждого насосного элемента в зависимости от диаметра и хода плунжера колеблется от 100 до 1400 мм* за один ход плунжера1. На фиг. 101 представлен разрез насоса Боша типа РЕ2В. Топливо поступает в насос через штуцер 21, полностью заполняя камеру всасывания 15. Когда плунжер насоса находится вблизи н. м. т., топливо через отверстия 34 и 14' во втулке 12 перетекает в нагнетательную камеру 16. При вращении валика насоса кулачок 3, набегая на ролик 9 толкателя 6, сообщает последнему и, следовательно, плунжеру 13 поступательное движение вверх, В начале движения плунжера топливо вытесняется из нагнетательной во всасывающую камеру через отверстия 14 и 14' во втулке. После закрытия этих отверстий при дальнейшем ходе плунжера вверх топливо из камеры 16 через нагнетательный клапан 22 и штуцер 23 поступает в трубопровод и дальше к форсунке. Нагнетание заканчивается, как только кромка спирального выреза плунжера откроет отверстие 14'. При этом нагнетательная камера через вертикальный паз и спиральный вырез на плунжере сообщается с всасывающей камерой, и подача топлива прекращается или, как говорят, происходит отсечка подачи топлива. Момент отсечки, а следовательно, и количество топлива, поданного насосом в форсунку, определяется положением плунжера относительно отверстия 14'. На фиг. 102 дано несколько характерных положений плунжера. Положение 1 и 2 соответствует полной подаче насоса, положение 3 и 4 — некоторой средней подаче; положение б определяет нулевую подачу, так как в этом случае вертикальный паз плунжера находится против отверстия 14', и поэтому нагнетательная камера в продолжение всего хода плунжера сообщается с всасывающей камерой. Изменение количества топлива, подаваемого насосом за один ход плунжера или поворот плунжера относительно его оси, достигается перемещением рейки 20, сцепленной с зубчатым венцом 19; вращательное движение последней через бронзовую втулку 17 передается плунжеру. Во избежание поворота втулки 12 насоса, что скажется на подаче топлива, втулка фиксируется относительно корпуса шурупом 28. После отсечки подачи топлива давление в камере 16 резко падает; нагнетательный клапан 22 под действием пружины 29 1 Насосы Боша обозначаются PF2B60, PF1C..., РЕЗВ100, PEGC... и т. д. Буква Р означает насос; F — насос без кулачкового валика (без привода); Е — насос с приводом; В — ход плунжера 10 мм-, С — год плунжера 15 .w.w; цифры 2, 1,3, 6 и т. д.— числа насосных элементов в блоке; числа 60, 100 и т. д., находящиеся после букв В и С, обозначают десятикратную величину диаметра плунжера (6, 10 мм). Например, марка РЕ4В90 показывает, что насос — четырехплунжерный, с приводом, с диаметром плунжера 9 мм и ходом 10 мм. Насосы Боша имеют кроме того дополнительные буквы и цифры, обозначающие способ крепления насоса, наличие'регулятора и пр. 136 .у"\">>">.^ч Л П ^ - f:Tt i _ ._ 1 \ о о СП о Б садится на седло и разобщает трубопровод высокого давления от насоса, препятствуя тем самым излишней утечке топлива из трубопровода обратно в насос. Нагнетательный клапан насоса Боша выполняет не только функции обратного клапана, но и разгружает трубопровод от Максимальная подача Среднее положение .Положение остановки I 2 3 4 („Стоп") 5 Фиг. 102. Схема положения плунжера во втулке насоса при максимальной, средней и нулевой подаче. высокого остаточного давления. Для этой цели нагнетательный клапан (фиг. 103) между ребристым хвостовиком 1 и грибком 2 имеет цилиндрический поясок 3, точно пригнанный к каналу 4. Фиг. 103. Нагнетательный клапан насоса Бош. После отсечки, до посадки клапана на седло, цилиндрический поясок входит в канал 4 и отсоединяет трубопровод от насоса. Благодаря этому, при посадке клапана на седло, из объема нагнетательного трубопровода уходит часть нагнетательного клапана, освобождая объем трубопровода, равный объему цилиндра высотой от нижней кромки цилиндрического пояска до верхней части конического седла и диаметром, равным диаметру канала 4, 138 На этот объем расширяется топливо в трубопроводе, вследствие чего давление в трубопроводе падает и устраняется возможность повторного открытия форсунки. Обратное движение вниз плунжер получает под действием пружины 24. При этом движении плунжера в нагнетательной камере создается разрежение, и при открытии радиальных отверстий во втулке новая порция топлива заполняет все пространство над плунжером. В целях облегчения запуска и обеспечения более плавной и экономичной работы двигателя при изменяющихся нагрузках и числах оборотов мотора, насосы Боша снабжаются муфтой опережения впрыска. На фиг. 104 представлено приспособление для изменения момента начала подачи топлива. При повороте рукоятки 5 перемещается вилка 6, а с нею вместе муфточка 2, которая присоединена к вилке посредством подвижной обоймы 7. Муфточка, перемещаясь вдоль втулки 3, при помощи винтовой канавки поворачивает втулку 1, а с нею вместе и кулачковый валик насоса относительно коленчатого вала двигателя. Для изменения момента начала впрыска одного элемента насоса относительно другого многоплунжерные насосы Боша имеют регулировочный винт 10, ввернутый в толкатель и законтренный гайкой 11. При вывертывании регулировочного винта плунжер перемещается вверх. Благодаря этому при нагнетающем ходе плунжер раньше перекроет всасывающие отверстия и, следовательно, раньше начнется впрыск топлива. Регулировка многоплунжерного насоса на одинаковую подачу топлива каждым плунжером достигается посредством поворота одного плунжера насоса относительно остальных. Для этого необходимо отвернуть стяжной болт 18\ тогда втулка 17 вместе с плунжером может свободно поворачиваться относительно зубчатого венца 19, сцепленного с рейкой 20. Для удаления воздуха из насоса при его заполнении топливом служит пробка 25. Для смазки кулачкового валика, роликов, толкателей и подшипников нижняя часть корпуса насоса заполняется маслом. Стержень 26 служит для контроля за уровнем масла. Нижняя метка на стержне показывает минимально допустимый уровень масла. Масло заливается через отверстие для стержня и сливается через пробку 5. Профиль кулачка валика насоса Боша выполняется симметричным, что позволяет вращение валика в обе стороны. 139 Фиг. 104. Муфта опережения впрыска'насоса Бош. Фиг. 105. Насос Юнкерса для авиадизеля ЮМО-204. Насосы Юнкерса. Насосы Юнкерса, как и насосы Воша, относятся к золотниковым насосам непосредственного действия. Фирма Юнкерса изготовляет одноплунжерные насосы для авиационных дизелей ЮМО-204 и ЮМО-205. На фиг. 105 представлен разрез насоса авиадизеля ЮМО-204; на фиг. 106 показаны детали насоса. В стальной корпус 1 насоса запрессована стальная втулка ,2, имеющая четыре радиальных отверстия, из которых два нижних 3 являются всасывающими, а два верхних 4 —- перепускными. К коническому седлу втулки с помощью гайки прижимается распределительная коробка 5, снабженная пятью обратными клапанами и двумя штуцерами для присоединения трубопроводов высокого давления. Стальной плунжер 12 насоса, точно притертый к втулке 2, с торца имеет осевое сверление 13, сообщающееся с двумя косыми прорезами 14. Прорезы фрезерованы под углом 45° к оси плунжера. Для обеспечения смазки и, с другой стороны, для лучшего уплотнения плунжер снабжен кольцевой выточкой 15, которая сообщена с приемной камерой 16 через косое сверление 17 во втулке 2. На другой конец плунжера надета бронзовая шайба 18 с вилкой, которая связана с поводком 19. Бронзовая шайба имеет прорез, в который входит зуб плунжера. Плунжер прижимается к ударному штифту 20 коромысла 21 пружиной 22, действующей через упорный шариковый подшипник 23 на бронзовую шайбу 18. Рукоятка 24 с помощью гайки 25 сцеплена с поводком 19. Перемещением рукоятки осуществляется поворот плунжера вокруг его оси, и тем самым достигается смещение косых прорезов относительно перепускных отверстий и, следовательно, изменение количества подаваемого топлива. При этом момент начала подачи топлива остается неизменным, а изменяется лишь момент конца подачи. Плунжер приводится в поступательное движение кулачком 26, действующим на ролик коромысла. Обратное движение плунжера происходит под действием пружины 22. Топливо через два канала 27 поступает во всасывающую полость 16 насоса и, когда плунжер находится вблизи н. м. т., через отверстия 3 и 4 заполняет нагнетательную камеру 28. Теоретически подача топлива в форсунку должна начаться с момента перекрытия впускных отверстий во втулке плунжером насоса. Но практически на больших оборотах мотора, т. е. на больших скоростях плунжера, топливо начинает поступать в трубопровод несколько раньше момента полного перекрытия впускных отверстий. Из нагнетательной камеры топливо поступает в центральный канал распределительной коробки, отжимает клапан 7 и разделяется на два потока, каждый из которых проходит через два обратных шариковых клапана 10 и по трубопроводу поступает к форсунке. Таким образом, каждый насос подает топливо к двум форсункам, которые обслуживают один и тот же цилиндр мотора. Отсечка подачи топлива происходит в момент открытия перепускных отверстий 4 косыми прорезами плунжера. С этого 141 Фиг. 1С6. Детали насоса Юнкерса. момента топливо из нагнетательной камеры через осевое сверление и косые прорезы плунжера и дальше через перепускные отверстия будут перетекать обратно во всасывающую полость. Давление в нагнетательной камере резко упадет, и обратные клапаны разобщат насос от нагнетательного трубопровода. Наличие двух перепускных отверстий 0 2,5 мм и двух боковых прорезов обеспечивает более резкую отсечку подачи топлива, что особенно важно для устранения подтекания топлива из сопла при наличии открытой форсунки. При обратном движении плунжера в нагнетательной камере создается разрежение, и новая порция топлива частично через перепускные 4, а' главным образом через всасывающие отверстия 3 поступает в рабочую полость насоса. Регулировка насосов на одинаковое количество топлива, подаваемого каждым насосом, осуществляется изменением положения рукоятки 24 данного насоса относительно рукояток остальных насосов, установленных на мотор; это достигается соответствующим присоединением тяги управления подачей топлива к рукояткам насосов. Регулировка насосов на одинаковое опережение подачи топлива производится с помощью подбора высоты ударного штифта 20 коромысла. На фиг. 107 представлен насос авиадизеля ЮМО-205. Этот насос в своей конструкции имеет много общего с насосом ЮМО-204. Отличительной особенностью насоса ЮМО-205 является регулировка подачи топлива. Если у предыдущего насоса при изменении количества топлива, подаваемого за один ход плунжера, меняется момент конца подачи при неизменном моменте начала подачи, то, наоборот, у насоса ЮМО-205 при изменении количества подаваемого топлива меняется момент начала подачи топлива, Этот принцип регулировки является существенным преимуществом топливного насоса ЮМО-205, так как в этом случае при изменении чисел оборотов мотора наблюдается более плавная и экономичная работа двигателя. Иной метод регулировки подачи топлива вызвал конструктивное изменение плунжера насоса, у которого косые прорезы 14 нрофрезерованы непосредственно у торца плунжера. Осевое сверление 13 через радиальные отверстия сообщается с кольцевой канавкой 29 плунжера насоса. Кромка косых прорезов определяет момент начала подачи топлива; верхняя кромка кольцевой канавки определяет конец подачи топлива. Во всасывающую полость 16 насоса топливо поступает из картера насосов по каналу 27. Когда плунжер насоса находится вблизи н. м. т., топливо через всасывающие отверстия 3 заполняет рабочую полость 28 насоса.. При нагнетающем ходе плунжера топливо поступает в канал распределительной коробки, отжимает клапан 7 и разделяется на два потока, каждый из которых проходит через два обратных шариковых клапана 10 и по трубопроводу высокого давления поступает к форсунке. Отсечка подачи топлива происходит в момент открытия перепускных отверстий 4 кольцевой канавкой 29. С этого момента, 143 Фиг. 107. Насос ^Юнкерса для авиадизеля ЮМО-205. ..'ЗйЕЙЗ топливо из нагнетательной камеры через осевое сверление и радиальные отверстия плунжера, а также через перепускные отверстия 4 во втулке будет перетекать в приемную камеру. При этом давление в нагнетательной камере резко упадет и обратные клапаны разобщат насос от трубопровода и форсунки. Регулировка насосов ЮМО-205 на равномерную подачу и одинаковый момент подачи топлива производится так же, как и регулировка насосов ЮМО-204. Насое Паккарда. Насос Паккарда относится к золотниковым насосам непосредственного действия, у которых регулировка 26 27 noC-D not-F Фиг. 108. Насос и форсунка авиадизеля Паккард. количества подаваемого топлива достигается за счет изменения хода плунжера. Насос соединен непосредственно с форсункой открытого тина; отсутствие нагнетательных трубопроводов является существенным преимуществом данной конструкции, так как при этом впрыск становится более четким и уменьшается опасность подтекания, что особенно возможно при применении открытых форсунок. Каждый цилиндр двигателя имеет свой отдельный насос. На фиг. 108 представлен поперечный разрез насоса и форсунки, а на фиг. 109 дана схема привода к насосу. В стальной корпус 1 насоса запрессована бронзовая втулка 2, в которой движется стальной плунжер насоса 3. В своей ниж- 10 Авиационные дизели 145 ней части плунжер заканчивается ГОЛОВЁОЙ, на которую опй* рается шайба. 11. Пружина 18 верхним концом уиирается в корпус насоса, а нижним — в шайбу плунжера и прижимает шайбу плунжера к толкателю. Плунжер насоса приводится в движение от кулачковой шайбы 9 через коромысло 8, нижний толкатель 5 и верхний толкатель 10. К корпусу насоса при помощи гайки 13 присоединяется приемник 12 с вводными штуцерами. Внутри приемника помещен фильтр 14 со втулкой 15. Между насосом и форсункой помещены два обратных шариковых клапана 16 с пружинами 17. Наличие двух клапанов обеспечивает большую надежность в работе впрыскивающей системы; при засорении или неплотности одного клапана нормальная работа насоса и форсунки обеспечивается вторым клапаном. Форсунка крепится к насосу на резьбе. Корпус насоса в своей нижней части имеет смотровое окно 19, через которое по рискам проверяется правильное по высоте положение плунжера насоса. Для выхода воздуха из корпуса насоса при его работе корпус снабжен четырьмя отверстиями 20. Когда плунжер находится вблизи н. м. т., топливо через вводный штуцер 12, фильтр 14 и шесть радиальных отверстий 21 засасывается в рабочую полость насоса. Теоретически нагнетание начинается с момента закрытия плунжером всасывающих отверстий 21. Подача топлива в форсунку прекращается, как только плунжер достигнет своей верхней мертвой точки. Регулировка подачи топлива достигается изменением хода плунжера насоса. Это осуществляется перемещением нижнего толкателя 5, связанного посредством поводка 6 с кольцом 7 управления подачей. Поворот кольца управления заставляет двигаться поводок 6 и толкатель 5, который своим нижним концом скользит по канавке коромысла 8. Профиль канавки коромысла подобран так, что при перемещении шатуна толкатель и плунжер остаются на месте, чем обеспечивается неизменность момента конца подачи топлива вне зависимости от изменения количества подаваемого топлива. Кривые подъема плунжера насоса по углу поворота коленчатого вала при изменении подачи топлива даны на фиг. НО. Из кривых видно, что при принятом методе регулировки продолжительность впрыскивания остается большой на всех подачах топлива, между тем как ход плунжера, а следовательно, и скорость впрыскивания уменьшается, что неизбежно приводит к ухудшению расныливания топлива при малых нагрузках и в сочетании с вялой отсечкой подачи топлива и наличием открытой форсунки ведет к подтеканию топлива из сопла форсунки. 146 Фиг. 109. Схема привода насоса Паккарда. Регулировка момента Начала подачи топлива каждого насоса осуществляется регулировочным винтом толкателя 10. Установка момента впрыска для всех насосов одновременно достигается перестановкой кулачковой шайбы относительно коленчатого вала. Насос Деккеля. Насос Деккеля относится к типу клапанных насосов непосредственного действия. На фиг. ill даны продольный и поперечный разрезы четы-рехплунжерного насоса Деккеля. В корпусе на игольчатых подшипниках смонтирован кулачковый вал; кулачки выполнены за одно целое с валом. Так как кулачки несимметричные, то вал допускает вращение только в одну сторону, указанную стрелкой. Плунжер насоса 1 приводится в движение от кулачка через рычаг 14. Обратное движение плунжера совершается под действием пружины 12. На- 13 12 II Ю 20 40 60 80 ЮОМ120 (40 160 180 200520540 560 580 600 S20 640 {660 680 7QO 720 Н.М.Т / ал/. г 8мт. &б° н.м.1 Коней впрыскивания 20° до № Т. Фиг. 110. Кривые подъема плунжера насоса Паккарда при изменении подачи топлива. сое имеет всасывающий клапан 16, нагнетательный клапан б и перепускной (отсечной) клапан 4. Всасывающий и нагнетательный клапаны открываются автоматически соответственно на ходу всасывания и нагнетания. Перепускной клапан открывается принудительно на ходу нагнетания под воздействием ударника 17. Между концом штока перепускного клапана и ударником устанавливается зазор, величина "которого определяет момент открытия перепускного клапана и тем самым конец подачи топлива в форсунку. Топливо из предпомпы через трубопровод 2 поступает во всасывающую полость 3. Когда плунжер насоса под действием пружины опускается вниз, в рабочей полости создается разрежение, вследствие чего всасывающий клапан 16 открывается и топливо поступает из полости 3 в рабочую полость насоса. При движении плунжера вверх повышается давление, нагнетательный клапан 6 открывается и топливо проталкивается через канал 5 в трубопровод 7, идущий к форсунке. Нагнетание Ю 147 ю Фиг. 111. Насос Деккеля. тоцлцва $ форсунку будет продолжаться до тех щ,ор, жока лод действием ударника не откроется перепускной клапан 4. В момент открытия перепускного клапана рабочая полость сообщается со всасывающей полостью ж происходит отсечка подачи топлива. Давление в напорном пространстве падает, нагнетательный клапан закрывается, и топливо не имеет возможности вытекать из нагнетательного трубопровода и форсунки обратно в насос. После отсечки плунжер еще продолжает свое движение вверх, но топливо будет вытесняться обратно во всасывающую полость через открытый отсечной клапан. Регулировка количества впрыскиваемого через форсунку топлива и момента начала подачи в насосе Деккеля выполнена оригинально. Рычаг 14 подвешен на двух эксцентриковых валиках 8 и 9. Поворот наружного эксцентрика посредством рукоятки 11 позволяет регулировать количество топлива, поступающего в форсунку, так как в этом случае изменяется зазор между ударником 17 и штоком клапана 4 и, следовательно, меняется момент открытия перепускного клапана, ведающего отсечкой подачи топлива. Уменьшение зазора сокращает активный нагнетающий ход плунжера насоса и уменьшает количество впрыскиваемого топлива. Поворот внутреннего эксцентрика 9 посредством рукоятки 10 перемещает рычаг 14 в горизонтальном направлении и тем самым меняет момент набегания кулачка на ролик рычага и, следовательно, меняет момент начала подачи топлива. Регулировка насосных элементов на одинаковую подачу производится ввертыванием или вывертыванием ударника 17. Рычаг имеет сверление 15, куда вставляется рукоятка для подкачки топлива от руки. Насос Деккеля не получил применения в авиадизелях. Мы на нем остановились с целью дать читателю представление об устройстве насоса клапанного типа, имеющего применение в быстроходном дизелестроении. Регулировка топливных насосов. Для обеспечения равномерной работы отдельных цилиндров и экономичной работы многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы момент начала подачи топлива, давление впрыскивания и количество топлива, подаваемого отдельными насосными элементами в каждый цилиндр двигателя, были бы по возможности одинаковыми на всех режимах работы мотора. К регулировке насоса относится установка одинаковой подачи топлива и одинакового момента начала подачи каждым насосным элементом относительно верхней мертвой точки конца сжатия соответствующих цилиндров. Расхождение в моменте начала впрыска не должно превышать 1°. Расхождение в количестве подаваемого топлива отдельными насосными элементами не должно превосходить: на максимальных и эксплоатационных режимах ± 2—2,5% ц на малых оборотах А 10—12% от средней додачи, 149 Для удовлетворения этим требованиям каждый насос, устанавливаемый на двигатель, подвергается предварительной регулировке. Регулировка насосов представляет ответственный и длительный процесс, который проводится на специальных стандах, позволяющих точно воспроизвести размеры, конфигурацию и взаимное расположение всех элементов впрыскивающей системы так, как это соответствует мотору. Это условие необходимо, так как в противном случае регулировка на станде не даст совпадающих результатов с действительным поведением впрыскивающей системы на моторе. Регулировка насоса на одинаковый момент начала подачи топлива. Применяются два способа регулировки многоплунжерных насосов по моменту впрыска топлива: по началу активного нагнетающего хода плунжера насоса и по моменту начала впрыска топлива форсункой. Первый способ является более простым, не требует сложной аппаратуры для регулировки и вместе с тем дает более точные результаты. Поэтому этот способ регулировки многоплунжерных насосов имеет наибольшее распространение на транспортных быстроходных дизелях и на авиадизелях. Регулировка сводится к тому, что, присоединив полость всасывания насоса к топливному баку и удалив нагнетательный клапан данного насосного элемента, определяют по регулировочному диску в градусах поворота валика насоса момент прекращения вытекания топлива из насоса. В этот момент всасывающие и перепускные отверстия насоса закрыты и положение плунжера соответствует началу активного хода плунжера или теоретически началу нагнетания. Насос считается отрегулированным, если угол между началом нагнетания топлива плунжерами будет отличаться не более чем на 1° от угла между одноименными верхними мертвыми точками соответствующих цилиндров. При больших расхождениях насос подвергается перерегулировке, после которой вновь проверяется момент подачи топлива каждым плунжером насоса. Вместо топливного бака, к насосу можно присоединить аспиратор. О моменте перекрытия окон судят но свисту, с которым входит воздух, или помощью U-образной трубки, в колене которой налита вода. Момент перекрытия плунжером всасывающих и перепускных отверстий в насосах золотникового типа или момент закрытия клапана всасывания в насосах клапанного типа, т. е. начало так называемого активного нагнетательного хода, не означает начала впрыска топлива в цилиндр; момент начала фактического впрыска наступает всегда позже. Запаздывание впрыска вызывается рядом причин. Одной из важных причин является сжимаемость топлива. Обычно принято считать жидкости несжимаемыми, так как коэфициент сжимаемости у них очень невелик. Под коэфициентом сжимаемости понимается величина, характеризующая относительное изменение объема жидкости при увеличении давления. Так как в дизелях давление впрыскивания большое, то влияние сжимаемости топлива сказывается отчетливо, После впрыска в нагнетательной линии, от насоса до форсунки включительно, давление надает, и при следующем впрыске давление нужно снова поднять. Нужно помнить, что в форсунках закрытого типа для начала впрыска давление не может быть ниже определенной величины, зависящей от регулировки и размеров впрыскивающей системы. Поэтому плунжер должен затратить часть своего хода на сжатие топлива и повышение давления; следовательно, фактический впрыск запаздывает. Чем больше объем топлива в нагнетательной линии, тем больше будет абсолютная величина сокращения объема топлива, тем больше будет ход насоса, затраченный на сжатие топлива, и тем больше будет запаздывание впрыска. В равной мере запаздывание впрыска будет тем больше, чем больше разность между давлением впрыска и остаточным давлением в трубопроводе. Если бы впрыскивающая система была выполнена не жесткой, то при повышении давления стенки деформировались бы; расширение системы пришлось бы компенсировать частью хода поршня, что в свою очередь привело бы к запаздыванию впрыска. Во избежание этого все элементы, в частности трубопроводы, делаются толстостенными. На запаздывание впрыска оказывают влияние и другие причины, которые мы здесь не затрагиваем. Это явление необходимо иметь в виду, когда производится сборка и регулировка двигателя. Чтобы отдельные цилиндры работали по возможности одинаково, нужно не только правильно отрегулировать насос и форсунку, но в частности и длины трубопроводов следует выбрать равными или не слишком отличающимися друг от друга. Само собой разумеется, внутренний диаметр трубопроводов должен быть одинаков. Регулировка насоса на одинаковую подачу топлива. Многоплунжерный насос регулируется на одинаковую подачу топлива каждой нагнетающей секцией после того, как он будет отрегулирован по моменту начала подачи топлива. Для получения наиболее точных результатов регулировки насоса на одинаковую дозировку топлива необходимо, чтобы установка для регулировки насоса, как уже указывалось, могла полностью воспроизводить действительные условия работы всей топливной аппаратуры на двигателе. Длина, диаметр и конфигурация нагнетательного трубопровода, форсунки и их затяжка, а также сопла должны точно соответствовать тем, которые установлены на двигателе. Регулировку следует производить на том топливе, на котором работает двигатель. Положение рейки подачи топлива и число оборотов кулачкового вала должны соответствовать расходу топлива при работе двигателя по винтовой характеристике. Только при соблюдении всех этих условий может быть обеспечена точная регулировка многоплунжерного насоса на одинаковую дозировку топлива на всем диапазоне чисел оборотов двигателя и расхождение в подачах топлива отдельными плунжерами насоса будет находиться в допускаемых цредедах, 151 Для регулировки многоплунжерных насосов блочной конструкции можно, в известных пределах, пользоваться испытательной установкой типа фирмы Бош, представленной на фиг. 112. Фиг. 112. Установка для испытания насосов. Эта установка выполнена таким образом, что позволяет измерить объемное количество топлива, подаваемого отдельными плунжерами, и записать число оборотов кулачкового валика насоса, а также число ходов плунжера за время измерения подачи. Число оборотов можно регулировать в широком диапазоне, Эти измерения позволяют; 152 1 > *?* 1) определить объемную подачу топлива за один ход плунжера и установить, соответствует ли подача топлива оборотам двигателя при его работе на винт; 3) установить расхождение в подаче топлива между отдельными плунжерами насоса и тем самым дать указание, какой насосный элемент следует перерегулировать, т. е. увеличить или уменьшить его подачу; как это сделать, изложено при описании конструкций отдельных насосов. В результате регулировки должны быть построены кривые подач топлива каждым плунжером в зависимости от числа оборотов насоса и подсчитаны процентные отклонения в подачах отдельных плунжеров сравнительно со средней подачей для всех плунжеров. 2. ФОРСУНКИ Форсунки предназначены для непосредственного введения в цилиндр двигателя топлива в тонко распыленном виде и распределения его внутри камеры сжатия. Число и месторасположение форсунок, число, направление и диаметр отверстий сопла, а также давление распыливания тесно связаны с типом и конструкцией камеры сгорания. Это необходимо для лучшего использования воздуха в цилиндре двигателя и для своевременного и полного сгорания топлива. В настоящее время существует большое разнообразие форсунок, отличающихся друг от друга как по конструкции, так и по принципу действия. Все существующие форсунки можно подразделить на следующие основные типы: 1) открытые форсунки; 2) закрытые форсунки. Открытые форсунки можно разделить на форсунки с постоянным (Юнкерс) и на форсунки с регулируемым выходным отверстием (Паккард). Закрытые форсунки в свою очередь делятся на форсунки с механическим (Коатален) и гидравлическим (автоматическим) управлением (Бош). Открытые форсунки характеризуются тем, что между нагнетательным трубопроводом и выходным отверстием сопла форсунки отсутствует запорный орган и необходимое давление впрыскивания создается гидравлическим сопротивлением системы и скоростью истечения топлива из сопла форсунки. Подбором диаметра сопловых отверстий форсунки и плунжера насоса, а также скорости последнего можно создать любую скорость струи топлива и, следовательно, любое избыточное давление перед соплом форсунки. Закрытые форсунки отличаются тем, что между топливопроводом высокого давления и отверстием сопла форсунки имеется нагруженная сильной пружиной запорная игла, которая открывает сопло форсунки только на время процесса впрыскивания т топлива, Подъем запорной иглы в закрытых форсунках осуществляется механическим или гидравлическим способом — давлением топлива, действующего снизу на иглу и преодолевающего силу пружины. Из закрытых форсунок в авиадизелях применяются почти исключительно форсунки с гидравлическим управлением подъема запорной иглы. Только у одного авиадизеля Коаталена движение иглы управляется механически. Сопла форсунок. Наиболее важным элементом форсунки (открытой или закрытой) является сопло. Соплом или распылителем называется деталь форсунки, в ко-торой сделаны калиброванные выходные отверстия, а в закрытой форсунке кроме того находится запорная игла. Качество изготовления сопла в значительной степени влияет на форму струи, тонкость и однородность распыливания и равномерность распределения частиц топлива в камере сгорания. Все сопла однотипных форсунок должны быть сделаны одинакового диаметра и длины, с точным направлением осей отверстий. Во избежание искажения струи и ухудшения распыливания топлива, сопловые отверстия не должны иметь заусенцев и рисок. Для того чтобы сопла не разрабатывались под действием струи топлива, проталкиваемой через них с большой скоростью, сопла изготовляются из высокоуглеродистой стали с большим сопротивлением истиранию. Износ сопла и искажение его формы, естественно, сильнее будет сказываться при малых диаметрах отверстий, чем при больших. Кроме того контроль сопла тем труднее, чем меньше отверстие. Поэтому желательно иметь сопла с отверстиями не ниже 0,15—0,2 мм. Практически редко применяется сопло с отверстием ниже 0,15 мм. Каждый следующий размер увеличивается на 0,05 мм. Как открытые, так и закрытые форсунки могут быть изготовлены с однодырчатыми и многодырчатыми соплами. Сверления отверстий многодырчатых сопел производятся так, чтобы их оси пересекались в одной точке, лежащей на оси форсунки. Перед постановкой сопла проверяется точность изготовления отверстия просмотром его через микроскоп при 20—30-кратном увеличении и определяется с помощью калибра диаметр сверлений. У многодырчатых форсунок дополнительно определяется правильность угла наклона осей выходных отверстий. Кроме того сопло, установленное в форсунку закрытого типа, должно быть проверено на герметичность стержня иглы относительно корпуса распылителя и на плотность прилегания иглы к седлу. Наконец, на специальной установке по проверке работы сопел форсунок необходимо убедиться в том, что сопло четко распыливает топливо и, если оно многодырчатое, что отдельные отверстия сопла дают практически одинаковый конус распыливания и одинаковый расход топлива. Форсунка авиадизеля Паккард. Форсунка Паккарда относится к форсункам открытого типа с регулируемым выходным отверстием. На фиг. 108 представлен продольный разрез форсунки» 154 Стальной корпус 22 форсунки ввернут непосредственно в корпус насоса. В переднюю часть корпуса ввернут наконечник 23, внутри которого проходит игла 24 форсунки. Пружина 26 прижимает иглу к стопорному болту 26, который ввернут в головку 27. Положение стопорного болта фиксируется контргайкой. Головка 27 ввернута в корпус форсунки и законтрена предохранительным колпаком 28. Топливо из насоса по каналу 2д и далее вдоль иглы форсунки через кольцевой зазор между иглой и гнездом наконечника поступает в камеру сгорания. Величина кольцевого зазора может регулироваться стопорным болтом_26. Пружина 25 имеет целью ограничить максимальное давление во впрыскивающей системе; если давление достигает чрезмерно высоких значений, игла 24 имеет возможность отойти, проходное сечение форсунки увеличивается, и давление падает. Форсунка авиадизеля Юнкерс. Форсунка Юнкерса относится к форсункам открытого типа с постоянным сечением выходного отверстия. Разрез форсунки представлен на фиг. 113. Стальной корпус 1 для завертывания форсунки в цилиндр двигателя снаружи в своей верхней части обработан в виде шестигранника и в нижней части снабжен резьбой. Внутри корпуса посажена игла 2, упирающаяся своим нижним концом в коническое седло корпуса форсунки. Вершина конуса иглы находится точно против выходного отверстия 3 корпуса форсунки. Игла имеет осевой канал 4 и два выходных отверстия 5, просверленных под углом 90°. На поверхности конического конца иглы выфрезе-рованы два сходящихся прореза-желобка 6. В верхний торец иглы упирается конец нагнетательного трубопровода 7, к которому припаян наконечник 8. Плотное прилегание трубопровода к игле форсунки обеспечивается зажимной гайкой 9, ввернутой в корпус форсунки. В целях надежного уплотнения и устранения возможной утечки топлива из форсунки, между наконечником 8 трубопровода и зажимной гайкой 9 помещена уплотняющая втулка 10. Топливо из насоса по нагнетательному трубопроводу 7 поступает в осевой канал 4 иглы форсунки и затем в выходных отверстиях 5 иглы разветвляется на два потока, которые, выходя из прорезов 6, встречаются у выходного отверстия 3 корпуса форсунки. Сталкиваясь между собою, эти два встречных потока образуют струю распыленного топлива в виде плоского веера. Для обеспечения наилучших условий сгорания топлива в цилиндре двигателя Юнкерс необходимо, чтобы плоскость веера струи распыленного топлива была перпендикулярна оси цилиндра двигателя. А так как направление плоскости веера струи определяется положением прорезов G иглы, то для правильной уста- Фиг. 113. Форсунка авиадизеля Юнкерс. 14 новки форсунки в цилиндре двигателя на торце иглы сделаны специальные метки, указывающие направление прорезов б, по которым следует ориентироваться при монтаже форсунки на двигателе. Форсунка Боша. Форсунка Боша относится к типу закрытых гидравлически управляемых форсунок, давление впрыскивания у которых определяется, при прочих равных условиях, силою упругости пружины, действующей на запорную иглу форсунки. Форсунки Боша и их модификации, благодаря большой надежности в работе, получили широкое применение в современных быстроходных дизелях. Форсунки Боша выполняются с боковым и с торцовым подводом топлива. На фиг. 114 дан разрез форсунки Боша с боковой подачей топлива. Топливо из насоса по нагнетательному трубопроводу подводится к форсунке через штуцер 1, ввернутый в стальной корпус форсунки. В корпусе форсунки просверлены вертикальный и радиальный каналы, по которым топливо поступает к кольцевой канавке 2 соплового наконечника 3 форсунки. Сопловой наконечник своей торцовой поверхностью с помощью гайки & плотно прижимается к корпусу форсунки. Из верхней кольцевой канавки 2 топливо по трем каналам 5 поступает в кольцевую выточку 6 наконечника форсунки, Выходное отверстие в наконечнике закрыто иглой 7, которая плотно прижимается к своему седлу пружиной 8 через шайбу и промежуточный стержень 9. Коническая запорная поверхность иглы форсунки, во избежание подтекания топлива, тщательно притерта к седлу в наконечнике. Для устранения значительной утечки топлива из форсунки через зазор между иглой и корпусом сопла боковая поверхность иглы точно пришлифовывается к корпусу сопла, в котором она двигается и имеет два лабиринтных кольцевых пояска 10. Когда давление топлива, создаваемое насосом и действующее на коническую поверхность иглы, будет достаточным для преодоления сопротивления пружины, игла приподнимается, топливо с большой скоростью проходит через отверстия сопла форсунки и в распыленном виде поступает в камеру сгорания цилиндра. После отсечки подачи топлива насосом давление в нагнетательном трубопроводе падает и игла под действием пружины /Ж Фиг. 114. Форсунка Боша с боковым подводом топлива. садится на седад вследствие этого дальнейшее поступление топлива в цилиндр двигателя прекращается. При помощи регулировочного винта 11 можно менять натяжение пружины и, следовательно, давление впрыскивания. По- Фиг. 114а. Фильтрующий стержень в форсунке Боша. ложение регулировочного винта фиксируется контргайкой 12. Регулировочный винт с контргайкой защищен колпаком 13. Контрольный штифт 14 служит для проверки действия форсунки. Во время нормальной работы форсунки, если нажать пальцем на контрольный штифт и прижать его к верхней головке стержня 9, легко обнаружить толчки иглы о штифт, обусловленные подъемом иглы. Топливо, просочившееся вдоль иглы форсунки, отводится по штуцеру 15 через обратный трубопровод в топливный бак. На некоторых типах форсунок Боша предусмотрен кран для выпуска воздуха и заполнения топливом нагнетательной магистрали перед запуском двигателя. На некоторых конструкциях автомобильных форсунок Боша внутри штуцера 1 помещается малс нький оригинальный фильтр. Фильтр представляет собою стальной стержень (фиг. 114а) с очень мелкой резьбой снаружи. Стержень плотно входит в штуцер. С каждого конца вдоль стержня сделаны по две канавки а и Ь, не доходящие до другого конца. Топливо поступает из трубопровода в канавки а, затем по резьбе поступает к канавкам Ъ и по ним уже дальше через корпус форсунки к соплу. Таким образом, топливо фильтруется мелкой резьбой. На фиг. 115 дан разрез форсунки Боша с осевым подводом топлива. Этот тип форсунки по своей конструкции несколько отличается от описанной выше форсунки Боша, но принцип действия и регулировка давления впрыскивания у обеих форсунок аналогичны. Надо отметить, что регулировка давления впрыскивания у форсунки с осевым подводом топлива неудобна, так как каждый раз для изменения натяжения пружины приходится вывертывать из корпуса головку форсунки. 15? Фиг. 115. Форсунка Боша с осевым подводом топлива. Однодырчатые форсунки выполняются без цапф и с цапфами. Цапфы применяются различной формы, дающие возможность менять угол конуса струи в достаточно широких пределах. Многодырчатые сопловые наконечники изготовляются с различным числом отверстий (от 2 до 8 и выше), с различным углом между осями отверстий и с диаметром от 0,15 мм и выше. На фиг. 116 даны схемы различных сопловых наконечников. Наконечник А называется соплом с цапфой (обозначается маркой DM...). Сопла с цапфой всегда однодырчатые, причем отверстие образовывается кольцевым зазором между отверстием в сопле и цапфой — цилиндрическим или слегка коническим концом иглы форсунки. Наконечники Б т Б представляют сопла без цапфы, приспособленные для одного и больше числа отвер- д - в- Фиг. 116. Типы сопловых наконечников Боша. стий (обозначаются маркой DL ...) 1. Сопла с цапфой выполняются таким образом, что они могут дать угол конуса струи от 4 до 30°. Сравнение открытых и закрытых форсунок. Открытая форсунка имеет одно 'бесспорное преимущество перед закрытой: она проще по конструкции, так как в ней отсутствуют трущиеся детали, в ней нет сильных пружин, производящих ударную посадку иглы на седло. Однако открытая форсунка имеет ряд недостатков: 1) менее отчетливый впрыск в начальной стадии распыливания; 2) значительное изменение давлений впрыскивания при изменении оборотов; 3) большую склонность к подтеканию топлива. Менее отчетливый впрыск топлива в начальной стадии распыливания объясняется тем, что топливо начинает поступать в цилиндр уже при небольшой разности давлений, а именно как только давление в трубопроводе станет больше давления в цилиндре. В закрытой же форсунке впрыск может начаться только тогда, когда давление в трубопроводе возрастет до такой величины, что преодолеет силу затяжки пружины. Поэтому распиливание в начальной стадии у открытых форсунок будет грубое, а у закрытых — хорошее. 1 Например, DN30S2 обозначает сопло с цапфой, с углом распыливания 30°, малой модели (S), с диаметром цапфы 2 мм. DL90S... обозначает сопло без цапфы, малой модели (S), с углом распиливания 90°. 158 случае закрытых форсунок среднее Давлейие распиливания в известной степени возрастает с увеличением оборотов, не претерпевая значительного изменения; давление это не бывает ниже определенной величины, зависящей от затяжки пружины. Поэтому в области малых оборотов распиливание у закрытых форсунок вполне удовлетворительное. У открытых форсунок давление распыливания изменяется примерно пропорционально квадрату оборотов. При заданном сечении плунжера и суммарном сечении отверстий форсунки скорость топлива в отверстии сопла Wc будет во столько раз больше скорости плунжера ТРП1, во сколько раз сечение плунжера 2?а<1 больше сечения сопла fe. Это следует из формулы показывающей равенство расходов в насосе и в отверстии форсунки. С уменьшением числа оборотов п мотора пропорционально уменьшается скорость плунжера и, следовательно, скорость струи топлива; таким образом, Wc = Кп. (2) С другой стороны, по уравнению Бернулли, скорость связывается с перепадом давлений формулой (3) 1т здесь р—давление в форсунке; Рц — давление в цилиндре; Т™-— удельный вес топлива. Отсюда или, на основании (2), Таким образом, если обороты уменьшаются в 4 раза, разность давлений падает в 16 раз. Если подобрать сечение сопла /*с по формуле (1) так, чтобы скорость струи на больших оборотах обеспечивала тонкое распыливание и достаточную дальнобойность, то на малых оборотах распыливание будет очень грубым. Поэтому приходится выбирать сечение сопла меньше, чтобы получить хорошее распыливание на малых оборотах; из-за этого на больших оборотах возникают очень высокие давления. В двигателе Юнкерс давления распыливания на больших оборотах достигают величин 700 и выше атмосфер. Подтекание топлива представляет самопроизвольный и несвоевременный выход капелек из отверстия форсунки, причем подтекание обычно связано с плохим распиливанием. Плохо распыленная капля топлива часто даже не отрывается от сопла фор- 159 сунки и образует при неполном сгорании у отверстий плотный нагар, с течением времени искажающий отверстия и ухудшающий нормальное распиливание. При закрытой форсунке, с четко работающей иглой и при достаточном снижении величины остаточного давления в трубопроводе, подтекания топлива не наблюдается. При открытой форсунке после впрыска, когда обратные клапаны у насоса закрываются, топливо в нагнетательной магистрали расширяется, уменьшая свое давление и вытесняя часть через открытые отверстия в цилиндр. Подтекание у открытой форсунки возможно и в начале впрыска. Подтекание обусловлено не только сжатием и расширением топлива, но и другими причинами, связанными с неустановившимся движением. Эти причины сильнее влияют в случае открытых форсунок. Чтобы уменьшить подтекание топлива особенно важно в случае открытых форсунок сократить длину нагнетательного трубопровода. Так обычно и делают. В авиадизеле Паккард нет трубопровода, а у авиадизеля Юнкерс трубопроводы весьма короткие. Г л а в а IX АВИАЦИОННЫЕ ДИЗЕЛИ За короткий срок (10—12 лет) в различных странах появилось много предложений и конструкций авиадизелей-большой, средней и малой мощности, четырех- и двухтактных, воздушного и жидкостного охлаждения. Одни предложения не получили практического признания, другие были реализованы, но не дали необходимых для применения результатов, и дальнейшая работа над ними была прекращена; только небольшая часть дизелей показала высокие или удовлетворительные данные и получила свое развитие, хотя из них только один тип авиадизеля получил сравнительно широкое эксплоатационное применение на самолете. Мы остановимся на кратком описании некоторых авиадизелей, построенных и испытанных и поэтому представляющих практический интерес, хотя большинство из них либо прекратило свое существование, либо еще находится в стадии испытаний и не вышло в серийное производство. Подробнее рассмотрим конструкцию авиадизеля Паккард и Юнкерс. Для остальных авиадизелей ограничимся изложением главнейших особенностей. /. АВИАДИЗЕЛЬ ПАННАРД Авиадизель Паккард, появившийся в США в 1929 г., представляет собою четырехтактный, звездообразный, девятицилиндровый, воздушного охлаждения, невысотный двигатель. Внешний вид мотора и вид сбоку показаны на фиг. 117 и 118, продольный разрез — на фиг. 119, поперечный разрез — на фиг.-120. Авиадизель Паккард имел кратковременное практическое применение на одно- и трехмоторных пассажирских самолетах, а также был установлен на дирижабле. Мотор был разработан компактным по габаритам и имел малый вес. Однако рабочий процесс авиадизеля Паккард был неудовлетворительный; уже при сравнительно небольших значениях среднего эффективного давления (0,0—6,5 KIJCM*) поршни прогорали, кольца теряли упругость и прихватывались в канавках поршня. Эти дефекты и ряд других привели к прекращению постройки авиадизелей Паккард. . Ц Авиационные дизели 161 Фиг. 117. Внешний вид авиадизеля Паккард. Фиг. 118. Вид авиадизеля Паккард сбоку. Фиг. !19. Продольный разрез авиадизеля Паккард. Несмотря на то, что в настоящее время авиадизель не строится, тем не менее представляет интерес ознакомление с ним, так как в этом двигателе имеются оригинальные конструктивные решения некоторых узлов. Кроме того полезно изучить показатели мотора, имевшего эксплоатационную практику. • * 163 Картер мотора выполнен из электрона (магниевый сплав с уд. весом около 1,75—1,80). Выбор этого материала объясняется стремлением уменьшить вес мотора. Картер состоит из трех частей: собственно картера, диафрагмы и задней крышки. В основной части картера находятся упорный шариковый и передний опорный роликовый подшипник; задний опорный подшипник Фиг. 120. Поперечный разрез авиадизеля Паккард. 4 находится в диафрагме. Диафрагма крепится к средней части с помощью шпилек; задняя крышка крепится также к основному картеру. Между диафрагмой и задней крышкой помещены кулачковая шайба привода клапанов и топливных насосов и вся передача к агрегатам мотора. В большинстве выполненных конструкций звездообразных моторов цилиндры крепятся к картеру с помощью шпилек. В редких случаях цилиндр имеет в нижней части по наружной поверхности резьбу и ввертывается в гайку, укрепленную в кар- 164 тере. В обоих случаях сила газов передается через головку и цилиндр картеру и действует в сторону головки. С другой стороны, та же сила газов через поршень, шатун и вал передается на опоры вала, находящиеся в картере, и действует в сторону, -противоположную первой силе. Под действием этих двух сил картер обычно работает на разрыв. Б дизелях, где сила вспышки почти вдвое больше сил вспышки карбюраторных двигателей с тем же диаметром цилиндра и при этом сама сила развивается более резко, естественны опасения за надежность картера из легкого сплава. Многие легкие сплавы лучше воспринимают силы сжатия, чем силы разрыва. Конструкция крепления цилиндра к картеру в авиадизеле Паккард имеет своей целью заставить картер работать на сжатие от силы вспышки. Все девять цилиндров притягиваются к картеру с двух сторон с помощью двух кольцевых хомутов. Каждый кольцевой хомут состоит из трех цилиндрических изогнутых стержней, соединенных тремя тандерами. Кольцевые хомуты проходят над фланцами цилиндров и стягиваются тандерами так, что сила сжатия картера больше сил растяжения от вспышки; поэтому картер всегда сжат, а при вспышке он несколько разгружается. Кольцевой хомут виден на общем виде мотора (фиг. 117) и в разрезе на фиг. 119. Эта конструкция крепления цилиндров к картеру не получила распространения, несмотря на свою простоту и надежное действие всегда сжатого картера. Объясняется это следующим. Кольцевой стальной хомут стягивается и, как указывалось, обеспечивает большое сжатие картера при сборке, т. е. в холодном состоянии. При работе мотора, когда картер разогревается и стремится расшириться, этому расширению картера препятствуют кольцевые хомуты; возникают добавочные температурные напряжения сжатия в картере и напряжения растяжения в кольце. Сила вспышки газов вызывает в кольце напряжение растяжения дополнительно к температурным напряжениям и к тем, которые имеют место при затяжке тандеров во время сборки. Таким образом, во время работы стержни хомутов испытывают весьма высокие напряжения (свыше 6 000 кг/см?). Разрыв стержня в любом месте от усталости или просто из-за мелких пороков металла неизбежно связан с разрушением мотора; вероятность такого случая очень большая. Цилиндр представляет стальной стакан, на дне которого имеется эксцентричное большое отверстие для одного клапана и второе малое отверстие для запальной свечи. Верхние боковые ребра цилиндра фрезеруются таким образом, что образуется площадка с отверстием посредине для установки и крепления форсунки. В нижней части цилиндра имеется фланец, которым цилиндр опирается на картер п на который сверху ложится стяжной хомут. К наружной плоскости днища цилиндра с помощью девяти пшилек плотно притягивается алюминиевая головка. Головка служит для размещения клапанного механизма и патрубка для подвода воздуха и отвода газов, а также для отвода тепла от днища цилиндра. Эта конструкция не позволяет 165 развивать охлаждающую поверхность головки и ограничивает ее деформацию при нагреве. При испытаниях в головке появлялись трещины и обрывались шпильки крепления. Вследствие малого оребрения и плохой теплоотдачи воздуху, температура головки получалась высокой даже на эксплоатационных режимах. В разделе камер сгорания и аппаратуры мы уже описывали камеру сгорания, насос и форсунку Паккарда и давали им критическую оценку; там же была изложена схема регулировки насоса, поэтому здесь повторяться не будем. Поршень кованный из силумина (кремниевый сплав); на днище поршня сделана односторонняя большая выемка. Поршень имеет небольшую длину 94,5 мм при диаметре цилиндра 122,24 мм. В поршне выточены четыре канавки. В верхних двух канавках расположены двойные уплотнительные стальные кольца; в третьей канавке, сделанной выше отверстия для пальца, и в четвертой канавке, находящейся внизу, расположены маслосбрасывающие чугунные кольца. Применение стальных уилотнительных колец Фиг. 121. Внешний вид поршня. в данной конструкции объясняется стремлением конструктора иметь жаростойкие кольца, не теряющие упругости при высоких температурах. Однако эта цель не была достигнута. Внешний вид поршня показан на фиг. 121. Шатунный механизм и коленчатый вал имеют обычные конструктивные формы. Можно отметить лишь, что задняя и передняя половины коленчатого вала соединяются друг с другом не только стяжным болтом, но и шпонкой; наличие шпонки уменьшает размер стяжного болта и вес заднего противовеса. Противовесы прикрепляются к щекам коленчатого вала не наглухо с помощью болтов или заклепок, а связываются посредине щеки одним шарниром, вокруг которого противовес может поворачиваться относительно щеки в обе стороны. Для восстановления нейтрального положения противовеса и смягчения действия сил, вызывающих смещение противовеса, с обеих сторон шарнира, между противовесом и щекой вала, расположены две сильные пружины. Таким образом, противовес имеет возможность качаться, как маятник, относительно оси крепления его со щекой. В моменты максимальных значений крутящего момента, когда 166 вал с винтом получают угловое ускорение, противовес отходит относительно щеки назад, против вращения, сжимает Фиг. 123. Детали эластичной передачи ко втулке винта. Фиг. 122. Детали коленчатого вала. соответствующую пружину, отнимая на это часть энергии от вала; наоборот, в моменты малых значений крутящего момента, когда вал получает замедление вращения, противовес по инерции стремится вперед, сжимает другую пружину, отдавая валу часть своей энергии на поддержание угловой скорости вращения вала. Это несколько смягчает неравномерность крутящего момента и, главное, устраняет опасность возникновения крутильных колебаний. Пружины должны быть подобраны так, чтобы частота их собственных колебаний не была бы равна или кратна частоте колебаний величины крутящего момента в пределах рабочей зоны оборотов. На фиг. 122 показаны детали устройства вала и противовеса. Носок коленчатого вала 6 ^И соединен с винтом с по- мощью эластичной втулки. Детали втулки винта видны на фиг. 123 и 124, а монтаж их на моторе виден на продольном разрезе мотора. На шлицы носка коленчатого Фиг. 124. Втулка винта. вала насаживается втулка 1 с двумя лапами. Втулка фиксируется на валу зажимной гайкой; последняя видна на продольном разрезе. К концу каждой лапы втулки 1 на двух болтах 2 и 3 крепится коробка 4 амортизатора; коробка состоит из двух головок. Внутри каждой коробки находятся два резиновых амортизатора 5, выполненных в виде кубика. Пропеллер — двухлопастный, '^металлический, с разъемными ло- 167 Ось коромысло Тяга длинна я Толнаталь пасгями. Ступица пропеллера состоит из двух половин 6, которые после установки в них лопастей винта стягиваются двумя хомутами 7. Хомуты имеют плоские отростки. Когда винт собран, отростки хомутов вставляются между резиновыми амортизаторами в коробки амортизаторов и крепко стягиваются болтами 3 и 8. Таким образом, крутящий момент мотора передается от вала через шлицы на втулку 1, затем на коробку амортизатора 4 и через резину на отросток хомута 7 ступицы винта и тем самым на винт. Чтобы воспрепятствовать перемещению винта в осевом направлении и передать силу тяги винта, ступица винта с передней стороны закрепляется гайкой и контргайкой. Гайка и контргайка фиксируют положение ступицы винта на валу, но не препятствуют качанию винта относительно вала. Необходимость введения эластичной передачи крутящего момента от вала на винт выявилась, повидимому, в процессе доводки мотора после нескольких случаев поломок носка коленчатого вала. Многие считают, что эластичная втулка винта — неизбежная принадлежность авиадизеля из-за большой неравномерности крутящего момента. Если сравнить кривые крутящих моментов пятицилиндрового карбюраторного мотора и, например, девяти цилиндрового авиа дизеля, то неравномерность крутящего момента у бензинового мотора будет не лучше, чем у авиадизеля; однако на карбюраторных моторах эластичную втулку не применяют. Автор склонен считать, что у авиадизеля Паккард опасная зона крутильных колебаний находится в области рабочих оборотов, а относительно большая неравномерность крутящего момента авиадизеля только увеличивает колебание напряжений и ускоряет момент разрушения вала. Само собой разумеется, что эластичная втулка содействует выравниванию момента, передаваемого от вала винту. В заключение остановимся на приводе клапанов и на тех специальных устройствах, которые облегчают запуск и работу мотора на малых оборотах..Схема привода клапана показана на фиг. 125. Привод состоит из рычага," длинной и короткой тяг, промежуточного толкателя и коромысла, Кулачковая шайба вращается в сторону, обратную вращению коленчатого вала, поэтому для девятицилиндрового мотора число кулачков равно четырем, а угловая скорость шайбы составляет 1/в от угловой скорости коленчатого вала. Профиль кулачковой шайбы через ролик, укрепленный на рычаге, поворачивает последний. Дви- 168 Ролин Фиг. 125. Схема привода клапана. жение конца рычага передается короткой тяге и от нее через толкателе, движущийся в направляющей втулке, и через длинную тяг/ и коромысло передается клапану. Опорные поверхности обеих тяг выполнены сферическими; соответственно сделаны соприкасающиеся с ними поверхности рычага, толкателя и коромысла. Зазор в клапанном приводе устанавливается путем поворачивания оси коромысла, которая с этой целью сделана эксцентричной относительно своих опорных осей в бобышках головки. Кулачковая шайба имеет два ряда кулачков: один ря.д служит для привода клапанов, второй ряд — для привода топливных насосов; этот ряд расположен ближе к цилиндрам. Привод кулачковой шайбы осуществляется от шестерни вставного хвостовика коленчатого вала через промежуточную двойную шестерню, укрепленную на оси на задней крышке мотора. Малая шестерня двойной промежуточной шестерни сцепляется внутренним зацеплением с большой шестерней, сделанной заодно с кулачковой шайбой. Хвостовик коленчатого вала сконструирован таким образом, что при запуске мотора поворачивает кулачковую шайбу в сто- Фиг. 126. Детали хвостовика. рону, противоположную ее вращению. Благодаря этому клапан закрывается позднее, фактическая степень сжатия уменьшается, т. е. достигается декомпрессия. Декомпрессия облегчает проворачивание мотора при запуске. Это облегчение для авиадизеля Паккард необходимо, так как запуск его производится с помощью инерционного самопуска „Эклипс". Хвостовик устроен следующим образом. Задняя половина коленчатого вала имеет два прямых прореза, в которые входит палец 4 (фиг. 126), связанный с хвостовиком 1. На хвостовик свободно надевается ведущая шестерня, которая на наружной поверхности имеет два винтовых прореза. На одной стороне хвостовика, обращенной назад, имеются торцовые зубцы для сцепления с самопуском; другая сторона, обращенная к мотору, опирается на шайбу 3\ на шайбу давит сильная пружина 2, которая опирается на коленчатый вал и стремится выжать хвостовик назад. При выключении стартера после запуска пружина 2 отжимает хвостовик назад; благодаря этому ведущая шестерня и кулачковая шайба возвращаются в нормальное положение. Для уяснения действия механизма следует, кроме фиг. 126, пользоваться продольным разрезом мотора. . 169 Выше указывалось, что топливные кулачки сделаны с кулачками привода клапанов на одной шайбе; поэтому при повороте кулачковой шайбы назад при запуске вместе с декомпрессией будет также сильное запаздывание впрыска, что для запуска нежелательно. Для устранения этого в конструкции авиадизеля Паккард предусмотрено следующее остроумное устройство. Сзади кулачковой шайбы, между нею и диафрагмой, на коленчатый вал жестко насаживается добавочная шайба с одним коротким кулачком на поверхности. Этот кулачок близко подходит к профилю топливных кулачков. Коромысло привода топливного насоса сделано более широким, чем топливные кулачки, и поэтому опорная его поверхность скользит и по кулачковой топливной шайбе и по однокулачковой шайбе. Однокулачковая шайба вращается вместе с коленчатым валом; она насаживается на коленчатый вал так, что при рабочем положении кулачковой шайбы 2 Пусковое положение {Рабочее положение Фиг. 127. Схема компенсации запаздывания впрыска при запуске авиадизеля Паккард. профиль однокулачковой шайбы находится в пределах профиля кулачковой шайбы, а при пусковом положении, когда кулачковая шайба поворачивается назад, профиль однокулачковой шайбы остается на месте и выступает вперед, тем самым устраняя запаздывание впрыска. Фиг. 127 иллюстрирует этот механизм: схема 1 соответствует рабочему положению кулачковой шайбы, схема 2 — пусковому положению. Сплошными линиями показан профиль основных топливных кулачков шайбы, пунктирной линией — профиль однокулачковой добавочной шайбы. Сплошная стрелка указывает направление вращения кулачковой шайбы; однокулачковая шайба вращается в противоположную сторону, что показано пунктирной стрелкой. Для обеспечения малых оборотов мотора, необходимых для посадки и сокращения пробега самолета, в авиадизеле Паккард применено дросселирование воздуха на всасывании. С этой целью во всасывающем патрубке около клапана поставлен цилиндрический кран, который на малых подачах топлива или на малых оборотах мотора призакрывается и дросселирует воздух, поступающий в цилиндр. 170 Распространено мнение, заключающееся в том, что главное значение дросселирования состоит в уменьшении количества поступающего в мотор воздуха и вызванном этим улучшении условий сгорания малых порций впрыскиваемого топлива. Это мнение ошибочное. Дросселирование уменьшает давление конца сжатия, работу сжатия и уменьшает давление вспышки; одновременно увеличиваются насосные потери и индикаторная мощность мотора при некотором ухудшении процесса сгорания. Вследствие этого сильно возрастает равномерность хода мотора на малых оборотах. Кроме того увеличение индикаторной мощности и ухудшение условий сгорания из-за возрастания доли остаточных газов приводят к тому, что на малых оборотах при дросселировании впрыскивается больше топлива, чем без дросселирования; поэтому впрыск становится более устойчивым. Основные данные авиадизеля Паннард DR-980 Наименование мотора....... Авиадизель Паккард DR-Ш Год выпуска........... 1930 Число цилиндров.......... 9 Расположение цилиндров...... звездообразное Охлаждение............ воздушное Число тактов........... 4 Диаметр цилиндра......... 122,24 мм Ход поршня............ 152,4 „ Литраж мотора.......... 16,11 л Степень сжатия.......... 16 Среднее эффективное давление . . . 6,44 кг/см1* (по номиналу) Максимальная мощность...... 240 л. с. Максимальное число оборотов .... 2 050 об/мин Номинальная мощность....... 225 л. с. Номинальное число оборотов .... 1 950 об/мин Расчетная высота......• . . невысотный Литровая мощность........ 13,9 л. с./л (но номиналу) Расход топлива..........180—220 г/л. с.-ч. (на номинале) Расход масла........... 18 г./л. с.-ч. Габариты мотора: диаметр........... 1160 мм длина............ 933 „ Лобовая поверхность........ 1,057 jw3 Сухой вес мотора.........• 237 кг Удельный вес........... 1,053 кг/л. с. Литровый „........... 14,7 кг/л Тип и число насосов на цилиндр . . Дорнер-Паккарда, 1 насос Тип и число форсунок на цилиндр . открытая, 1 форсунка Нагнетатель и передаточное отношение к нему............нагнетателя нет 171 Передача на впит . . . . . . . . . передача на винт прямая Способ запуска .......... инерционный самопуск „Эклипс" № 7 с электрическим и ручным приводом 2. АВИАДИЗЕЛЬ ЮМО-204 Авиадизель ЮМО-204 представляет собою рядный, шестицилиндровый, двухтактный, водяного охлаждения мотор. Авиадизель ЮМО-204 в своей ранней модификации вышел на экспло-атацшо в 1931 г. и установлен на ряде самолетов. Конструкция Фиг. i28. Вид авкадизеля ЮМО-204 спереди. авиадизеля ЮМО-204 оформилась в результате многолетней работы Юнкерса над приспособлением для авиационных целей классической схемы двухтактного с прямоточной продувкой цилиндра с двумя противоположно движущимися поршнями. Эта схема, как уже указывалось, была разработана Охельхейзером совместно с Юнкерсом в конце прошлого столетия и была применена сначала для газового двигателя. Позднее Юнкерс использовал ее для стационарных и судовых дизелей. 172 Начало работы но созданию авиационного дизеля относится к 1915—1916 гг.; и только в 1929 г. были получены первые успешные результаты. Схема продувки (очистки и заполнения цилиндра), последовательность процессов и схема образования смеси и сгорания были описаны раньше. Поэтому в настоящей главе мы займемся только описанием двигателя. Фотографии наружного вида ЮМО-204 со стороны носка вала винта и сзади, со стороны продувочного насоса, приведены на фиг. 128 и 129. Поперечный и продольный разрезы мотора даны на фиг. 130 и 131. Корпус мотора состоит из: 1) основного блока 1, в котором помещены цилиндровые втулки, верхний и нижний коленчатые валы и опоры передней передачи; 2) передней крышки 2, в которой]расположены:вторые опоры передней передачи и вал винта; 3) верхней крышки картера «5 и 4) нижней крышки картера 4. Корпус мотора отлит из силумина. Основной блок представляет сложную отливку, в которой расточены сквозные отверстия для помещения цилиндровых втулок. Наружный вид этой отливки показан на фиг. 132. С обеих сторон блока в нижней части имеются отверстия 6 для подвода продувочного воздуха к отверстиям, просверленным в цилиндровой втулке. Вдоль этих окон на блоке имеются приливы, к которым прикрепляется ресивер 5 продувочного воздуха. В верхней части блока имеются отверстия 7 для отвода выхлопных газов; они расположены против выхлопных окон цилиндровых втулок. С каждой стороны блока имеется по шесть выхлопных отверстий, вокруг которых сделаны приливы для крепления выхлопных патрубков. Ниже выхлопных отверстий с обеих сторон поверхности блока нахо-гдятся площадки для крепления картеров распределения топливных насосов и пусковых золотников. Под этими плоскостями против каждой цилиндровой втулки в середине блока имеется пять отверстий, одно из которых служит для помещения пускового клапана сжатого воздуха и четыре для установки форсунок. Топливные насосы — по два на каждый цилиндр—расположены с обеих сторон и крепятся к картеру распределения. На продольном и на поперечном разрезе мотора насосы обозначены цифрой 6'. Под приливами для крепления ресивера продувоч- 173 Фиг. 129. Вид авиадизеля ЮМО-204 сзади. IS 17 Фиг. 174 ного воздуха в нижней части блока находится отверстие 9 для установки суфлера и несколько выше его с каждой стороны блока — по четыре отверстия, три из которых заглушаются, а четвертое отверстие 10 служит для присоединения трубопровода охлаждающей воды. Вода поступает из помпы 13 двумя рукавами к нижней части блока в отверстие 10\ из нижней части блока вода поступает отдельно к каждой цилиндровой втулке и, охлаждая ее, собирается вверху в боковых сборниках. В передней части этих сборников находятся фланцы 11 для присоединения водоотводящих трубопроводов. Задняя часть блока имеет двойные стенки для стока масла из картера верхнего вала. Продувочный компрессор, водяная и масляные помпы прикрепляются сзади к нижней части блока. Верхняя и нижняя крышки мотора нагрузок не несут и служат для герметизации полостей коленчатых валов. В нижней крышке размещены две масляные трубки 14 и 15',-одна из них служит для от-coca масла из передней части картера, /другая — для подво-да масла в переднюю часть мотора для коленчатых валов и шестерен. Цилиндровая втулка представляет открытую с обеих сторон гильзу с внутренним диаметром 120 мм. Диаметр цилиндра неодинаков, а именно в середине он меньше на 0,10— 0,14 мм. Это сделано для того, чтобы в рабочем состоянии, когда втулка нагревается в разных поясах по-разному, она приняла форму правиль-130. Поперечный разрез ЮМО-204. ного ЦИЛИНДра и тем самьш обеспечила надежные условия работы колец. В центральной части втулки имеется пять отверстий с резьбой для одного пускового клапана и четырех форсунок. В верхней части имеется восемь отверстий для выхлопа, сделанных в виде паралле-лограма для увеличения прочности этого пояса. В нижней части сделаны 216 конических продувочных отверстий, по 36 отверстий в шести рядах в шахматном порядке. Отверстия имеют с внутренней стороны диаметр 6,5 мм и снаружи 7 мм и наклонены на 37° относительно радиуса окружности цилиндровой втулки и на 15° вверх от горизонтальной плоскости. Схема расположения продувочных и выхлопных отверстий показана на фиг. 133. Цилиндровая втулка по наружной поверхности имеет ряд выточек, куда закладываются резиновые кольца для уплотнения от попадания воды в полости картеров верхнего и нижнего вала, а также в полости продувки и выхлопа. Р]сли тем не менее вода будет просачиваться через резиновые кольца, то предусмотрены сверления 17 для отвода этой воды наружу. Для Фиг. 132. Наружный вид отливки-блока. Фиг. 133. Цилиндровая втулка. перетекания воды из средней части мимо выхлопных окон к верхней части картера и для лучшего охлаждения цилиндровой втулки у выхлопных окон на цилиндр снаружи, у пояса выхлопных окон, надевается кольцо с наклонными каналами по внутренней поверхности и отверстиями, которое приваривается к цилиндровой втулке по периметру выхлоп- 175 Них окон и образует между окнами ряд прямоугольных каналов 16 для прохода воды. В нижней части втулки имеется нарезка для крепления втулки. Цилиндровая втулка вводится в картер сверху до упора внизу картера и закрепляется гайкой 18. С обоих концов цилиндровой втулки сделаны симметрично двухсторонние широкие и длинные вырезы для проворачивания шатуна. Наружный вид цилиндра представлен на фиг. 134. В цилиндре находятся два поршня. Верхние поршни двигателя для краткости и определенности моясно назвать выхлопными поршнями, так как они открывают и закрывают выхлопные окна, нижние поршни — продувочными. Конструкция поршня ЮМО-204 представляет оригинальное и сложное решение. На фиг. 135 показан схематический разрез поршня. Поршень состоит из двух главных частей: из алюминиевого корпуса 1 и из егаль-ной накладки-днища 2. Стальная накладка Фиг. 134. Фиг. 135. Разрезы поршня ЮМО-204. Наружный виц цилиндра. соединяется с алюминиевым корпусом через стальное неразрезное кольцо 5 и притягивается гайкой 3, которая контрится. Для лучшего отвода тепла от днища через корпус в масло и в стенки цилиндра, а также для предотвращения прорыва газов соприкасающиеся плоскости накладки и кольца 5 должны быть хорошо обработаны и должны обеспечивать возможно лучшее взаимное прилегание. Выше бобышки поршня размещены четыре уплотни-тельных чугунных кольца; внизу юбки помещено одно масляное кольцо 7. В бобышки поршня запрессованы чугунные втулки 4. Между стальной накладкой и стальным неразрезным кольцом 5 малой высоты помещается неразрезное чугунное кольцо. Неразрезное чугунное кольцо называется жаровым кольцом; по образующей цилиндра оно довольно высокое — 20,5 мм — и устанавливается относительно цилиндра с малым 176 зазором (около 0,08—6,10 мм по среднему диаметру цилиндра). Жаровое кольцо находится между стальной накладкой 2 и неразрезным стальным кольцом 5 с зазором 0,02—0,03 мм по образующей поршня. * Такая сложная конструкция поршня объясняется следующими причинами. Сильное завихрение воздуха в цилиндре при продувке остается и во время совершения процессов сгорания и расширения. Поэтому днище поршня воспринимает много тепла. Кроме того высокие давления в цилиндре способствуют большому прорыву газов в зазор между поршнем и цилиндром. Оба эти обстоятельства сильно повышают температуру днища поршня и верхних колец, особенно для двухтактного двигателя. В особо тяжелых условиях находится выхлопной поршень. Поршневые кольца из-за этих причин теряют упругость и прихватываются в канавках поршня; боковая поверхность алюминиевого поршня теряет твердость; в результате этого может иметь место заедание поршня в цилиндре. Следовательно, возникает задача снижения температуры уплотнительных колец и сохранения поверхностной твердости поршня. Введение жарового кольца, установленного в цилиндре с малыми зазорами, имеет основной целью резкое уменьшение прорыва газов между цилиндром и поршнем и улучшение тепло-отвода в стенки цилиндра из верхнего пояса поршня у днища. Необходимое!ь установки неразрезного жарового кольца повлекла за собой накладку 2, соединяющую ее гайку '3- и стальное кольцо 5. Отдельная накладка повлекла за собой дальнейшую заботу о жаростойкости ее материала, так как условия теплоотвода от накладки в алюминиевый корпус не совсем благоприятны; поэтому накладка сделана из стали. Форма накладки обеспечивает ее прочность. Наличие неразрезного жарового кольца, установленного с малыми зазорами, дает еще одно преимущество, именно точность фаз распределения, которые были бы не совсем четкими, вследствие больших зазоров между поршнем и цилиндром при простой конструкции поршня. Наконец, стальная накладка во время работы принимает высокую температуру и способствует сокращению периода запаздывания воспламенения и увеличению плавности процесса сгорания. Поршень имеет большую длину —221 мм при диаметре цилиндра 120 мм. Это объясняется двухтактностью двигателя, при которой поршень должен быть такой длины, чтобы при наибольшем сближении поршней не открывать продувочные или выхлопные окна и тем самым не сообщать пространство картера с выхлопным или продувочным коллекторами. При таком условии обычно длина поршня получается близкой к ходу поршня. Выше мы указывали, что в бобышки поршня под палец запрессованы чугунные втулки; назначение их — уменьшить износ. В двухтактных двигателях, в отличие от четырехтактных, поршень прижат к пальцу всегда одной стороной — сверху; поэтому здесь бобышки изнашиваются быстрее. 12 Авпационнь-е дизели 777 Шатун имеет верхнюю целую и нижнюю разъемную Головой. Стержень шатуна двутаврового сечения. В верхнюю головку запрессована стальная втулка, цементированная по внутренней поверхности. Между пальцем и верхней головкой находятся иголки. Игольчатый подшипник в данном случае применен потому, что в двухтактном двигателе палец всегда прижат к нижней стороне головки шатуна и при непосредственном движении пальца но втулке верхней головки были бы большие износы и затруднения с подводом смазки. Нижняя головка не имеет вкладыша; баббит залит непосредственно на внутреннюю поверхность головки. Крышка головки притягивается к шатуну четырьмя болтами. Коленчатые валы, верхний и нижний, имеют шесть колен. Так как за один оборот вала рабочий процесс должен быть выполнен полностью во всех цилиндрах, то для равномерности крутящего момента вспышки чередуются через 60°. Необходимо также обеспечить уравновешенность сил инерции вращающихся и поступательно движущихся масс. Ввиду этого коленчатый вал выполнен не так, как это обычно принято для четырехтактных двигателей, а именно: первое и второе колена находятся в одной плоскости под углом 180° друг к ДРУГУ; третье и четвертое колена также лежат в одной плоскости под углом 180° друг к другу, но их плоскость сдвинута относительно плоскости первого и второго колен на 120° против вращения вала; наконец, пятое и шестое колена расположены^ одной плоскости под углом 180° друг по отношению к другу/причем их плоскость сдвинута на 240° от плоскости первого и второго колен в сторону, обратную вращению вала. Схема вала показана на фиг. 136. Как это следует из схемы, последовательность сгорания будет: I— VI—III—II— V—-1F. На переднем конце обоих валов находится фланец, сделанный заодно с валами; к фланцам с помощью болтов присоединяются шестерни передачи мощности на винт. От нижнего вала через специальный хвостовик приводится в движение передача нагнетателя. Коренные опоры коленчатых валов — роликовые, причем ролики работают непосредственно по цементированным шейкам вала. Оба коленчатых вала для точной регулировки фаз распределения и для обеспечения совместной правильной работы двух поршней в одном цилиндре должны быть соединены между собой кинематически. Эта связь оформлена в виде пяти цилиндрических колес, два крайних из которых сидят на ко- 178 Фиг. 136. Схема коленчатого вала. Ленчатых йалах, одно йа валу втулки винта и два паразитный колеса на отдельных осях. Шестерни видны на продольном раз-, резе мотора (фиг. 131); кроме того они показаны на фиг. 139. Паразитные шестерни вращаются на двух роликовых подшипниках, насаженных на неподвижные оси, имеющие опоры в передней крышке и на переднем торце основного блока картера. О шестерне втулки винта будет сказано дальше. Соединение валов через шестерни производится таким образом, что колена верхнего вала, связанного с выхлопными поршнями, приходят в свои мертвые точки на 10° раньше, чем колена нижнего вала, связанного с продувочными поршнями. Благодаря этому осуществляется наддув, что мы. имели уже возможность изложить в свсе Фиг. 137. Разрез по валу втулки винта. время. Все шестерни имеют шлифованные, точно профилированные но более длинные, чем обычно, зубцы. Последнее сделано для'увеличения плавности работы шестерен, с учетом теплового расширения картера и связанного с этим некоторого увеличения расстояния между осями сцепляющихся шестерен. Шестерни подобраны так, что одновременно допускается редукция числа оборотов, именно колено делает 1700 об/мин, а вал винта —около 1 180 об/мин. Шестерня 1, непосредственно передающая крутящий момент на вал винта, соединена с помощью шпилек с внутренним длинным валиком 2 (фиг. 137); противоположный конец валика ^ имеет наружные шлицы. С помощью этих шлиц внутренний валик, а следовательно, и шестерня 1 связаны с валом винта 3, за одно целое с которым сделан фланец 4 втулки винта. К фланцу втулки винта притягиваются восемь конических паль- 179 12* J/y Шестерня вала еинта Шестерня коленчат. вала цев ?, йа которые устайавливаетей стуйица винта. Ёинт Прижимается к фланцу 4 гайкой 6, которая наворачивается на вал винта и действует на ступицу винта через передний фланец, состоящий из усеченного корпуса 7 и диска 8. Гайка 6 после затяжки контрится. Собственно втулка винта представляет собой известную конструкцию втулки Руппа. Новым пока является введение длинного валика 2, воспринимающего крутящий момент на одном конце и передающего его валу винта на другом конце. Это сделано главным образом для смягчения ударов в зубцах передаточных шестерен из-за неравномерности крутящего момента, В самом деле, в периоды, когда величина крутящего момента больше среднего значения, ше-етерни получают положительное ускорение; зубцы каждой шестерни в этом случае прижимаются к зубцам последующей шестерни передней стороной (считая в сторону вращения). Наоборот, в периоды, когда величина крутящего момента меньше среднего значения, шестерни получают отрицательное ускорение (против движения). В силу большого махового момента винт опережает коленчатый вал и часть своей энергии затрачивает на поддержание угловой скорости вращения; при этом роль ведущей шестерни уже играет шестерня втулки винта, и зубцы шестерен прижимаются друг к другу обратной стороной. Описанное явление схематически иллюстрируется фиг. 138. Случай а соответствует максимальному значению крутящего момента; как говорят, в данном случае ведет коленчатый вал. Случай б соответствует минимальному значению крутящего момента; в этом случае ведет винт. Между зубцами шестерен всегда имеются зазоры, во избежание их защемления и поломки. Поэтому при колебаниях крутящего момента будут возникать удары в зубцах и тем большие, чем больше неравномерность момента. По характеру изменения величины крутящего момента авиадизель Юнкерс представляет два двухтактных шестицилиндровых двигателя с размерностью 120 X 210, которые спарены таким образом, что максимальные и минимальные значения их крутящего момента по времени совпадают. Вследствие этого неравномерность крутящего момента соответствует шестицилиндровому двухтактному дизелю, т. е. неравномерность довольно большая, а изменение величины крутящего момента от максимального до минимального значения на валу винта удваивается, хотя на каждом коленчатом валу и промежуточных шестернях это изменение соответствует условиям работы одного двигателя. 180 Шестерня 8ал° винта Шестерня Фиг. 138. Взаимное положение зубьев передаточных шестерен при изменении величины кру- тящего момента. Чтобы предохранить зубцы от поломок, вводят эла§тичнуго пружинную передачу. Так, например, устроен редуктор моторов АМ-34, Кертисс-Конкверор и др. В конструкции Юнкерса роль пружины играет внутренний валик 2\ под действием крутящего момента он скручивается; при изменениях величины крутящего момента меняется угол закручивания валика. Таким образом, валик 2 непрерывно скручивается и раскручивается около некоторого среднего положения, соответствующего деформации по среднему моменту. Валик 2 называют рессорой. Аналогичный по принципу работы валик-рессора применен на моторе АМ-34 в передаче к нагнетателю. Применение валика-рессоры в передаче мощности повлекло за собой установку демпфера. Валик 2 представляет собою упругое тело и имеет определенный период собственных колебаний; иначе говоря, если один конец валика закрепить, а к другому концу валика приложить касательную силу или крутящий момент и повернуть конец валика, то после снятия нагрузки конец валика будет поворачиваться последовательно в одну и другую сторону с определенной частотой, т. е. будет совершать определенное число колебаний в секунду. В двигателе к валику прикладывается периодически меняющийся момент. Под влиянием этих меняющихся моментов валик совершает вынужденные колебания с частотой, равной частоте колебаний крутящего момента. Частота же колебаний крутящего момента изменяется пропорционально изменению числа оборотов. Чтобы уменьшить величину угла скручивания конца валика и тем уменьшить его напряжения, а также погасить колебания валика при совпадении числа его собственных колебаний с вынужденными колебаниями под действием внешних сил, применен масляный гаситель колебаний — демпфер. Устроен он следующим образом. Вал винта 3 (фиг. 137) на заднем конце имеет треугольные торцовые зубцы, с помощью которых он соединяется с коротким валиком 9; к фланцу последнего прикреплен подвижной диск демпфера 10. На обеих сторонах диска 10 имеются по 12 прямоугольных пластин, расположенных радиально; плоскости пластин перпендикулярны диску. К шестерне 1 на шпильках крепится крышка 11, которая вместе с шестерней образует корпус демпфера. С внутренних сторон к шестерне и крышке прикреплено радиально по 12 пластин. Подвижной диск 10 демпфера устанавливается внутри корпуса так, что его пластины располагаются посредине между пластинами корпуса. Внутренняя полость корпуса заполнена маслом, которое непрерывно под давлением около з—4 am циркулирует внутри корпуса для охлаждения. При монтаже между пластинами и корпусом или диском остаются небольшие зазоры (0,15—0,20 мм). Во время работы мотора внутренний диск демпфера, связанный с ^передним концом упругого валика, поворачивается относительно корпуса; при этом масло из одного отсека между пластинами корпуса и подвижного диска должно перетекать через узкие зазоры в другой отсек, Давлецие масла в той полости, W из которой масло должно уйти, сильно повышается, и это тормозит относительное вращение подвижного диска, а следовательно, также и упругого валика. Колебания валика передаются подвижному диску и погашаются давлением масла, действующим при колебаниях на обе стороны лопаток попеременно. Устройство опор всех деталей втулки винта ясно из чертежа, поэтому на этом мы не останавливаемся. Упругий валик вместе с демпфером, таким образом, имеет целью сглаживание толчков в шестернях передачи, ограничение максимальных деформаций и гашение колебаний упругого валика. Вместе с тем это устройство способствует смягчению нагрузок на винт от крутящего момента. В авиадизеле Юнкерс каждый цилиндр имеет два топливных насоса. Следовательно, на мотор установлено всего 12 насосов; шесть из них находятся с одной стороны блока, а остальные шесть — с другой стороны. Для привода их в действие с обеих сторон блока в специальных коробках-картерах проходят кулачковые валики. На поперечном разрезе двигателя (фиг. 130) картеры кулачковых валиков обозначены числом 19, а сами валики— 20. Для двухтактного мотора топливные валики вращаются с числом оборотов коленчатого вала. Валики со стороны носка мотора имеют шлицы, на которые насаживаются шестерни 21 (фиг. 139); последние сцепляются с шестерней 22, связанной жестко со средней шестерней 23 передней передачи. Желательное начало нагнетания топлива устанавливается путем поворота на шлицах шестерни 21 относительно кулачкового валика и поворота шестерни, вместе с кулачковым валиком, относительно ведущей шестерни 12. Плунжер топливного насоса получает движение от кулачка через коромысло 24 (фиг. 130). Схема расположения насоса и привода насоса, а также схема подвода топлива и регулировки подачи приведена на фиг. 140. Топливный насос и форсунки оцисаны в разделе аппаратуры, Фиг. 139. Вид на мотор и шестерни передачи. Заиуск мотора производится с помощью воздуха, сжатого в жаркое время до 40 am и выше, а в холодное — до давления не ниже 80 ат\ кроме того в холодное время мотор должен быть разогрет с помощью горячей воды; масло также должно быть нагрето. Воздух по магистрали 25 (фиг. 131), идущей с левой стороны мотора, если смотреть сзади, и через ответвления поступает в золотниковую коробку 26 каждого цилиндра и оттуда в определенный период через пусковой клапан 27 в цилиндр; пусковой клапан—обычной конструкции. Заслуживает внимания действие золотника распределения воздуха. На фиг. 141 показан схематический разрез золотникового устройства ЮМО. В цилиндрической направляющей втулке 1 Фиг. 140. Схема расположения насосов, форсунок и привода насосов. свободно помещен золотник 2. Во втулке 1 сделаны два ряда отверстий а и о; отверстия а соединены с подводящей магистралью сжатого воздуха; отверстия 5 через трубку соединены с пусковым клапаном, ввернутым в цилиндр. Когда открывается вентиль пускового баллона для запуска, сжатый воздух через отверстия а поступает внутрь втулки 1, давит на золотник и прижимает его к кулачку 3, сделанному на валике 4 привода топливных насосов. В зависимости от положения профиля кулачка данного цилиндра в момент запуска золотник 2 пли открывает отверстия б или они остаются еще закрытыми. В последнем случае отверстия б открыты в золотниковой коробке какого-либо другого цилиндра, с которого и начинается пуск мотора, На фиг, И1 золотник показан в крайнем левом поло- жения, когда отверстия Q закрыты. Сжатый воздух проходит! через них к пусковому клапану и поступает в цилиндр мотора. \ При проворачивании коленчатого вала связанный с ним валик ) топливных насосов вращается, кулачок 3 перемещает золотник 2 • влево и закрывает отверстия б, прекращая подачу воздуха \ в данный цилиндр. За весь период запуска золотник получает возвратно-поступательное движение под влиянием кулачка, будучи прижат к нему сжатым воздухом. После запуска, когда в полости золотниковой втулки нет давления, золотник может нанять произвольное положение во втулке, при этом отверстия а остаются всегда открытыми. Кулачок спрофилирован так, что продолжительность поступления пускового воздуха в цилиндр равна 85°. В авиадизеле ЮМО вспышки и все остальные фазы Фиг. 141. Схема пускового золотника. чередуются через 60°, поэтому пусковые фазы цилиндров перекрываются (на 85°— 60° = 25°), и авиадизель может быть запущен при любом положении винта. Центробежный нагнетатель, выполняющий в данном случае роль продувочного насоса, сделан следующим образом. Корпус одноступенчатого нагнетателя прикреплен к задней стороне мотора на специальном фланце. Крыльчатка выполнена двухсторонней, т. е. лопатки расположены по обеим сторонам диска; она укреплена консолъно на валике нагнетателя. Воздух поступает в верхнее цилиндрическое отверстие, далее, ответвляясь, поступает к крыльчатке с обеих сторон. В корпусе и крышке корпуса нагнетателя сделаны две улитки, которые подводят продувочный воздух к ресиверам, расположенным с правой и левой стороны мотора на уровне продувочных окон. В приемном отверстии нагнетателя помещена дроссельная заслонка; с ее 194 помощью регулируют давление цродувочного воздуха, и кроме этого она необходима для обеспечения высотности. Если размеры и число оборотов колеса подобрать так, что нагнетатель доставляет необходимое количество продувочного воздуха при большем давлении, чем нужно, в этом случае на земле дроссель нризакрыт и открывается полностью на некоторой высоте, которая и будет расчетной высотой мотора. ЮМО-204 имеет высотность 2 500 м, обеспечиваемую именно таким образом. Описанные выше элементы нагнетателя хорошо видны на продольном разрезе мотора (фиг. 131). Фиг. 142. Эластичная фрикционная муфта привода нагнетателя. Валик нагнетателя покоится на двух опорах; ближе к мотору установлен роликовый подшипник, непосредственно у крыльчатки поставлен сферический шариковый подшипник. Привод нагнетателя состоит из двух цилиндрических шестерен — большой и малой. Малая шестерня привода нагнетателя сделана за одно целое с валиком. Большая шестерня содержит в себе эластичную муфту и сидит на шлицах особого хвостовика нижнего коленчатого вала. Большая шестерня показана отдельно на фиг. 142. Ее конструкция заключается в следующем. Ведущий диск-поводок 1 насаживается на шлицы валика, соединенного соосно с хвостовиком коленчатого вала. Через посредство шести сильных пружин 2 и тарелки 3 поводок приводит во вращение два бронзевых фрикционных диска 4, которые под действием пружин 5 с большой силой црпждщвддя к крышкам в. Соб- № ствснно шестерня 7 соединена наглухо с крышками в с иомшдыо болтов 8. Большая шестерня опирается на два роликовых подшипника. Суммарная сила пружин 5, развиваемая ими при затяжке болтов в, выбирается такой, чтобы сила трения бронзовых дисков 4 о крышки 6 была бы достаточна для передачи крутящего момента, необходимого для привода нагнетателя. Однако при резких колебаниях оборотов, например: при пуске, при быстром увеличении или уменьшении оборотов, — шестерня 7 с крышками 6 имеет возможность проворачиваться относительно фрикционных дисков 4 и, следовательно, относительно поводка. Таким образом, фрикционная муфта, введенная в привод нагнетателя, имеет целью предохранить передачу и крыльчатку от резких толчков, обусловленных пуском, остановкой и быстрыми изменениями режимов работы мотора. С другой стороны, бронзовые диски 4, пружины 2 с опорами 3 и поводок 1 в сумме представляют эластичную пружинную муфту, основное назначение которой заключается в том, чтобы сглаживать неравномерность крутящего момента. Передаточное число привода нагнетателя 7 :1 или 8:1. К одной из крышек G на болтиках 9 прикреплена шестерня 10, приводящая в движение масляный насос и через него водяную помпу. Схема масляной помпы и схема циркуляции масла в моторе показаны на фиг. 143. Нагнетательная помпа — обычная, шестеренчатая. Масло из бака через фильтр поступает в нагнетательную помпу; часть масла через редукционный клапан перепускается в магистраль откачивающей помпы; остальное количество поступает для смазки в мотор. После нагнетательной помпы масло по двум линиям поступает в заднюю и переднюю части мотора. В задней части масло через специальные отверстия попадает непосредственно на шестерни привода нагнетателя и в кулачковые валики топливных насосов. Масло, нагнетаемое в переднюю часть мотора, идет для смазки коленчатых валов, шестерен передачи, а также в демпфер втулки винта. В магистралях коленчатых валов и для смазки шестерен передачи давление масла составляет 0,8—1,5 «г'см*. Это достигается путем регулировки редукционного клапана 1 и перепускных клапанов 2. Смазка и охлаждение шестерен передней передачи осуществляется с помощью специальных отверстий (форсунок), через которые масло поступает непосредственно на шестерни. В демпфер масло поступает через особый фильтр под полным напором 4—5 кч/см3. Внутри демпфера давление масла 3—4 ат\ регулируется это давление перепускными клапанами. После смазки и охлаждения всех звеньев мотора масло стекает с передней и задней сторон мотора вниз и с помощью двух откачивающих помп направляется . через масляный радиатор в бак. Две откачивающие помпы образованы тремя шестернями; одна пара шестерен откачивает масло из передней части мотора, а вторая —из задней части. Для заполнения системы перед пуском масло подкачивается ручным насосом, Ш ,Форсинки Ф2 Перепускной вентиль Включение ручного насоса' Масляный , фильтр Редукционный клапан На ?нетательная помпа 0,8-1,5кг/см2 Перепускной клапан Масляный 'радиатор Форсунки /_ шестерен'\ Кулачковый вал Ж Масляный фильтр Нагнетательн. помпа Отсасывающая помпа Перепцскной вънтиль Фиг. 143. Схема циркуляции маслл. Вид спереди Осноены» данные авиадизеля ЮМ0^204 Наименование мотора....... Юнкерс, ЮМО-204 Год выпуска........... 1936 Число цилиндров......... 6 Расположение цилиндров...... рядное Охлаждение............ водяное + Число тактов........... 2 Диаметр цилиндра......... 120 мм Ход поршня............ 2 X 210 мм Литраж мотора.......... 28,6 .* Степень сжатия.......... 17 Среднее эффективвое давление . . . 6,33 кг/см? (по номиналу) Максимальная мощность ...... 770 л. с. Максимальное чисю оборотов . . . . i 800 об/мин Номинальная мощность .... • . . 750 л. с. Номинальное число оборотов . • . . 1 720 об/мин Взлетная мощность........ 800 .*. с. при 1 850 об/мин Расчетная высота......... 2 500 м Литровая мощность........ 25,17 л. с./л Расход топлива на максимальной мощности . . 170—175 i/л, с. ч. на крейсерской „ . . 165—165 „ Расход масла........... 10 г/л, с.-ч. Габариты мотора: длина............ 2 153 ,и,ч высота........... 1694. „ ширина........... 604 „ Лобовая поверхность........ 0,772 л*2 Сухой вес мотора......... 750 кг Удельный вес........... 1,0 кг/л. с. Литровый „........... 26,22 кг/л (по номиналу) Тип и число насосов на цилиндр . . Юнкерса, 2 Тип я число форсунок на цилиндр . . открытый, 4 Нагнетатель и передаточное отношение к нему...........центробежного типа, 7:1 Передача на винт ....;.... редукция, 1,44:1 Способ запуска ...,.».,.. сжатым воздухом НЕКОТОРЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОТЛИЧИЯ ЛВИАДИЗЕЛЯ ЮМО-205 Вслед за выпуском авиадизелей ЮМО-204 фирма Юнкерса разработала авиадизель ЮМО-205. Схема мотора осталась та же, что и у ЮМО-204. Отличие касается конструкции ряда деталей и главное размерности. Диаметр цилиндра принят 105 мм, ход каждого поршня 160 мм, вместо соответственно 120 мм и 210 мм у ЮМО-204. Одновременно были повышены обороты. Уменьшение диаметра цилиндра в новой модели объясняется, повидимому, невысокой надежностью выхлопного поршня ЮМО-204, несмотря на большую работу фирмы в этом направлении, Эта ненадеж.- 1S8 ностъ особенно сказы* валась при попытках форсировки двигателя. Между тем уменьшение диаметра цилиндра, снизив заметно мощность первых моделей ЮМО-205 сравнительно с ЮМО-204, повысило надежность работы поршня и колец, позволило увеличить обороты и наддув. В конечном счете была создана надежная модель ЮМО-205С, которая нашла себе [достаточно широкое экс-плоатационное применение на различных сухопутных: и морских самолетах. Авиадизель ЮМО-205С при литраже 16,62 л имеет максимальную мощность 600 л. с., в то время как максимальная мощность ЮМО-204 составляет 770 л. с. при литраже 28,6 л. Таким образом, уменьшение размерности двигателя дало возможность увеличить обороты и наддув и сильно увеличить мощность без опасения за поршневую группу. Авиадизель ЮМО-205С подвергался дальнейшим модификациям. По литературным непроверенным сведениям, опытная модель ЮМО-205Д выпуска 1937 г. при размерности ЮМО-205С развивает 700 л. с. при оборотах 2 600 в минуту, имеет высотность 2 500 м и удельный OOOi о О. 2 о, т S Р1 се и»ы ее ГЗ о о I о 3? СО Я о> 6,74 tfj/ж с. Модель ЮМО-205Е той же размерности выпуска так-же;1937 г., ири более высоких оборотах и наддуве, имеет взлетную мощность 800 л. с., высотность 2 500 м и удельный вес 0,64 т/л. с. В иностранных журиалах встречаются информации об опытных авиадизелях ЮМО-206 и ЮМО-207. По этим сведениям диаметр цилиндра у модели ЮМО-206 увеличен до 110 мм при ходе 2X145 мм; для ЮМО-207 указывается высотная мощность 750 л. с. и расчетная высота 6 100 м, что достигается применением турбокомпрессора последовательно с приводным центробежным насосом. Фиг. 145. Сравнение габаритов авиадизелей ЮМО-204 и ЮМО-205. По позднейшим сведениям (сентябрь 1939 г.) под маркой ЮМО-206 выпущен новый двигатель мощностью 1050 л. с. Однако нет никаких данных о надежной работе этих авиадизелей и об эксплоатационном применении ЮМО-205Д и ЮМО-205Е. В литературе имеются сведения, что фирма- Юнкерса разрабатывает авиадизель мощностью 1 500—2 ооо л. с., с удельным весом 0,5 ш/л. с. Опубликована схема этого мощного авиадизеля (фиг. 144). Мотор имеет четыре вала; четыре блока мотора (по шесть цилиндров в каждом блоке) размещены по сторонам квадрата и имеют общий продувочный насос. Конструкция отдельного блока остается типичной для Юнкерса. По внешнему конструктивному виду ЮМО-205 мало отличается от ЮМО-204; 190 уменьшены габариты. На фиг. 145 для наглядное^ сопоставлены оба авиадизеля. Вал винта может быть смонтиро- °с 240 i -------------- — WO / \ Температура 1 у'/ стенок 160 ----- • ------------ : -------- ,U/ •*А1 — ........... 120 Jf \Л-_ - -*---• ЯП -~^^~~~~~^ [ГГ^ ^~ ---- -.-.в--* 40 Температура охла шдающвй жидкости 0 Фиг 146. Цилиндровая втулка ЮМО-205. i Фиг. 147. Поршень ЮМО-205. ван в центре мотора, как это показано на фиг. 145, но он может быть установлен так же, как и на двигателе ЮМО-204. Наиболее интересные конструктивные отличия ЮМО-205С от ЮМО-204 заключаются в цилиндровой гилъзе, поршне, опорах коленчатого вала и в топливном насосе. * т Цилиндровая гильза авиадизеля Юнкерс должна быть выполнена так, чтобы она при рабочих температурах имела по длине возможно более правильный цилиндр, иначе сильно ухудшаются условия работы жарового кольца. Поэтому именно 'втулка делается на конус с небольшим увеличением диаметра от-середины к концам. Но это оказалось недостаточным; неравномерный Фиг. 148. Установка топливных насосов и управление подачей авиадизеля Юнкерс. нагрев и охлаждение цилиндра по длине могут дать различные размеры диаметра. На авиадизеле ЮМО-204 разность температур цилиндровой втулки в середине и у конца составляет 140° Ц; возникает необходимость более интенсивного охлаждения цилиндровой гильзы у ее середины. С этой целью на утолщенной средней части цилиндровой гильзы ЮМО-205С сделаны винтовые канавки, а сверху на гильзу надето кольцо; последнее приварено к гильзе по краям и по отверстиям под форсунки и пусковой клапан (фиг. 146). Таким образом, охлаждающая вода, проходя по винтовым канавкам с большой скоростью у 192 средней части гильзы, интенсивно ее охлаждает. Этим цутем удалось заметно выравнять температуру цилиндровой втулки по ее длине. Поршень авиадизеля ЮМО-205С отличается конструктивно от поршня ЮМО-204 способом крепления стальной накладки. В данном двигателе стальная накладка притягивается к алюминиевому телу поршня четырьмя длинными болтами, конец которых выходит к бобышкам поршня (фиг. 147). Это, повидимому, сделано для лучшего теплоотвода от стальной накладки. Коренные подшипники коленчатых валов—скользящие, вместо роликовых у ЮМО-204. Вкладыши подшипника представляют узкие по длине, но достаточно толстые полукольца из специального алюминиевого сплава, в состав которого входит около б°/0 же- Фиг. 149. Установка авиадизеля ЮМО-205 на крыле самолета. лева; никакой дополнительной заливки антифрикционным сплавом яодшипники не требуют. Примененный для вкладышей сплав отличается высокими антифрикционными качествами и сопротивляемостью износу. О топливных насосах ЮМО-205С изложено в разделе аппаратуры, поэтому здесь мы повторяться не будем. Установка их на двигателе и управление ими аналогичны с ЮМО-204. На фиг. 148 показана часть задка мотора ЮМО-205С. На фигуре видны установка насоса и соединение его с двумя форсунками, а также управление подачей насосов; выше насоса расположен фланец крепления выхлопного патрубка, а в отверстие фланца видны выхлопные окна цилиндра. С торца видны два прямоугольных отверстия ресиверов продувочного воздуха. 13 Авиационные дизели 193 Авиадизель ЮМО-205С отличается от ЮМО-204 также 'и до- i рядком вспышки в цилиндрах; в данном случае порядок вспышки | 1—5—3—4—2—6. -| Установка авиадизеля ЮМО-205С на крыле самолета показана ; на фиг. 149. Как видно на снимке, с двух сторон картера j укреплены по четыре оси—две вверху и две внизу, с помощью которых мотор прикрепляется к раме. Такой способ крепления мотора оставляет свободным подход к нему, в частности к топливным насосам и форсункам. Авиадизели ЮМО-205С строят по лицензии фирма Нэпира в Англии (под названием „Котласе") и Лилльская компания мо- 1 торов во Франции (под маркой CLM Lille 6AS). Фирма Нэпира строит также авиадизели ЮМО-204 (под названием „Кельве-рин"). Однако указанные фирмы пока еще не выпустили эксплоа-тационных моделей этих дизелей. Основные данные авиадизеля Юнкерс ЮМО-205С Наименование мотора.......Юнкерс, ЮМО-205С Год внпуска............ 1936 Число цилиндров.........6 ; Расположение цилиндров......• рядное ,| Охлаждение............водяное I 'i Число тактов ...........2 Диаметр цилиндра......... 105 мм ;] Ход поршня............ 2 X 160 мм ,• Литраж мотора.......• . . 16-62 л Степень сжатия .......... 17 Среднее эффективное давление ... 6,94 кг/см? (по номиналу) Максимальная мощность...... 600 л. с. Максимальное число оборотов .... 2 200 об/мин Номинальная мощность ....-• . 550 л. с. Номинальное число оборотов .... 2 1№^об/мип Расчетная высота........ . 2 500 м Литровая мощность........ 33,09 л. с./л Расход топлива.........• 160 ъ/л. с.-ч. (на номинаже) Расход масла..........• . 8 г/л. с*-ч. Габарита мотора: длина............ 1[580чл(лс высота.......... . 1325 „ ширина........... 460 „ Лобовая поверхность........ 0,609 л*2 Сухой вес мотора......... 510 кг Удельный вес........... 0,92 кг/л. с. Литровый вес........... 30,68 кг/л Тип и число насосов на цилиндр . . Юнкерса, 2 Тип и число форсунок на цилиндр . открытый, 4 Нагнетатель и передаточное отношение к нему............ центробежного типа, 7:1 Передача на винт.........редукция 1,38:1 или 1,63:1 Способ запуска..........сжатым воздухом 194 3. АВИАДИЗЕЛЬ КЛЕРШЕ Инженер Клерже (Франция) работает над созданием авиадизелей с 1923—1925 гг. Уже в 1928 г. был выпущен первый 100-сильный, девятицилиндровый, четырехтактный звездообразный авиадизель с удельным весом 2,28 кг/л. с. Работа над этим двигателем (марка Клерже 9-А) продолжалась до 1930 г. включительно. В 1931 г. был выпущен опытный образец авиадизеля Клерже 9-В, также девятицилиндрового, четырехтактного, воздушного охлаждения, мощностью 208 л. с. при 1 700 об/мии с удельным весом 1,49 м/л. с. Модель 9-В отличалась от модели 9-А основными размерами, которые были увеличены; это обстоятельство, вместе с улучшением процесса сгорания, подняло мощность мотора вдвое. В 1932 г. был выпущен третий опытный образец Клерже под маркой 9-С, размерность и литраж которого в точности были равны литражу мотора 9-В. Однако мощность мотора была доведена до 300 л. с. при 1 800 об/мин, главным образом благодаря дальнейшему улучшению процесса сгорания; удельный вес мотора 9-С достигал 1,11 т/л. с. Работа Клерже нашла поддержку в министерстве авиации. Фирма Испано-Сюиза в 1930 г. выпустила опытный экземпляр девятицилиндрового, 300-сильного авиадизеля под маркой 9-Т, подняв обороты до 1 900 в минуту. Та же фирма в 1932 г. выпустила новый авиадизель Клерже под маркой 14-И. Этот авиадизель представлял четырнадцатицилиндровый, двухрядный -звездообразный мотор, с номинальной мощностью 500 л. с. при 1900 об/мин и с удельным весом 1,02 т/л. с. Все эти образцы авиадизелей не получили практического значения, но работа над ними дала богатый экспериментальный материал, который послужил солидной основой для создания новой модели авиадизеля Клерже 14F-2, имеющего уже эксплоатационное применение, хотя и небольшое. Авиадизель Клерже 14F-2 был выпущен в 1935 г. и с тех пор подвергался различным модификациям. Он представляет собою четырнадцатицилиндровый, двухрядный, звездообразный, четырехтактный высотный мотор воздушного охлаждения, снабженный нагнетателем. На фиг. 150 дана фотография одной из его модификаций. В литературе отсутствуют подробные сведения о конструкции этого авиадизеля, поэтому мы вынуждены ограничиться изложением самых общих сведений. Авиадизель Клерже 14F-2, как и прежние дизели Клерже, имеет стальной картер. Цилиндры имеют две конструктивные формы. В одной конструкции стальной сребренный цилиндр имеет стальное же днище, к которому на шпильках прикрепляется алюминиевая головка. Такая именно конструкция показана на фиг. 150. В другой конструкции цилиндр не имеет днища, и на него на резьбе наворачивается алюминиевая головка. Поршень алюминиевого сплава имеет четыре уплотнитель-ных и одно масляное кольцо. В днище поршня сделана выемка, которая вместе с головкой или днищем стального цилиндра 13* 195 образует камеру сгорания. С передней стороны мотора радиально против каждого цилиндра установлено по два топливных насоса. Многодырчатая форсунка закрытого типа расположена в центре головки1. Для уменьшения периода запаздывания воспламенения и снижения величины давления вспышки Клерже применяет двойной впрыск, осуществляемый двумя различными принципами. Первый принцип имеет главной задачей уменьшение периода запаздывания воспламенения. С этой целью один насос впрыскивает небольшое количество высококачественного топлива (в опытах даже цетена), а вслед за этим второй насос впрыскивает остальное количество основного топлива. Второй принцип имеет глав- Фиг. 150. Внешний вид авиадизеля Клерже 14F-2. ной задачей уменьшение максимального давления вспышки. С этой целью насос впрыскивает сначала газойль в количестве 55—60% от всего необходимого количества топлива; после этого второй насос впрыскивает 45—40°/0 спирта: большая теплота испарения спирта снижает температуру и давление в цилиндре. В настоящее время в авиадизеле 14F-2 применяется двойной впрыск газойля. Цилиндр имеет два клапана: выхлопной и всасывающий. Распределение клапанов—переднее. Распределительный механизм выполнен таким образом, что позволяет обеспечить при пуске декомпрессию в цилиндре, воздействуя на выхлопной клапан, который открывается на ходу сжатия. Запуск производится сжатым воздухом. На мотор может быть установлен двухскорост- 1 П. Вилышнсои в книге „Diesel Aircraft Engines", 1936 г., указывает, что на цилиндр установлены две форсунки. 196 I ной или двухступенчатый нагнетатель Рато или Фаршана. Нагнетатель расположен в задней части мотора. Авиадизель Клерже 14F-2, установленный на сухопутном самолете „Потез", в 1934 г. поднимался на высоту 5 900 м\ позднее на самолете „Потез-25" совершил перелет Париж—Бордо. Для сравнения экономии топлива рядом с самолетом, оборудованным дизелем, с одинаковой скоростью летел второй самолет „Потез-25" с бензиновым мотором. В 1937 г. авиадизель Клерже 14F-2 Фиг. 151. Новый авиадизель Клерже с максимальной мощностью 1 480 л. с. на том же самолете „Потез-25" поставил официальный рекорд высоты для дизеля 7 655 м. На XVI Парижской авиационной выставке (ноябрь 1938 г.) демонстрировались два новых экспериментальных авиадизеля Клерже. Один дизель представляет двухрядный, четырнадцатицилиндровый, четырехтактный, звездообразный мотор воздушного охлаждения, мощностью 930 л. с. при 2500 об/мин с удельным весом 0,7 т/л. с. Второй дизель представляет шестнадцатицилиндровый, V-образный, четырехтактный двигатель водяного охлаждения, снабженный турбокомпрессором (фиг. 151). Максимальная мощность двигателя 1480 л. с. при 2000 об/мш, удельный вес 0,85 кг/л. с. В литературе нет данных, подтверждающих успешную проверку надежности этих двух моторов при заявленных мощностях. 197 Основные данные авиадизвля Нлерте 14F-2 Наименование мотора.......Кдерже 14F-2 Год выпуска . . . ,........1935 Число цилиндров.........14 Расположение цилиндров ...... двойная звезда Охлаждение............воздушное Число тактов...........4 Диаметр цилиндра.........140 мм Ход поршня............160 „ Литраж мотора..........34,5 л Степень сжатия..........15 Среднее эффективное давление . . , 7,89 кг/см2 (по номиналу) Максимальная мощность......700 л. е. Максимальное число оборотов .... 2 200 об/мил Номинальная мощность . . . . , . . 600 л. с. Номинальное число оборотов .... 1 950 об/мин Расчетная высота.........3 500 м Литровая мощность........17,39 л. с./л (по номиналу) Расход топлива.....• . . . . 170 г/л. с.-ч. (на номинале) Расход масла...........12 г/л. с.-ч. Диаметр мотора..........1 240 мм Лобовая поверхность........1Д92 л»2 Сухой вес мотора.........600 кг Удельный вес...........1,0 кг/л. с. Литровый „...........17,39 кг/л Тип насосов...........Клерже Тип форсунок...........закрытый, Клерже Передача на винт.........прямая Способ запуска..........сжатым воздухом 4. ДВИГАТЕЛЬ НО AT АЛЕН А Двигатель Коаталена (Франция) представляет собою двенадцатицилиндровый, V-образный, четырехтактный дизель водяного охлаждения. Наружный вид мотора лредставлен на фиг. 152 и 153. На фиг. 154 показан продольный, а на фиг. 155 — поперечный разрез. Двигатель построен на базе классических моторов Испано-Сюиза с использованием значительного количества деталей этого мотора. Камера сгорания двигателя сконструирована по типу камеры сгорания Гессельмана. Два всасывающих клапана обращены внутрь V, патрубки выхлопных клапанов обращены наружу. Поршень литой из сплава Y, с внутренним оребрением днища для лучшего его охлаждения. В отличие от карбюраторных моторов Испано-Сюиза, шатуны обоих рядов — главные (соединены с кривошипом), головки их соединяются с телом шатуна обычными болтами1. Ввиду больших сил инерции поршня и шатуна. 1 Между поперечным и продольным разрезами в эхом отношении имеется в подлиннике противоречие; объясняется это тем, что поперечный разрез относится к более ранней модификации 198 нижняя",головка шатуна сделана с большим числом высоких ребер. Верхняя головка шатуна смазывается под давлением. Цилиндры азотированы; они вворачиваются в блок так же, как и в карбюраторных моторах 12-Ybrs, но для уплотнения здесь применена Фиг. 152. Внешний вид авиадизеля Коаталена (вид сбоку). простая прокладка. Головки и рубашки одного ряда цилиндров представляют одну целую отливку, что значительно повышает общую жесткость мотора. Привод клапанов виден на поперечном разрезе. Вспомогательные приводы и агрегаты, нагнетатель и редуктор выполнены, как в карбюраторном моторе. Отличительной особенностью авиадизеля Коаталена является впрыск топлива в цилиндр. Обычно в быстроходных дизелях применяются гидравлически управляемые форсунки. В этом случае каждый цилиндр имеет свой отдельный насос (иногда два насоса), который при ходе нагнетания плунжера повышает давление в топливопроводе, поднимает иглу (если форсунка закрытого типа) и распыливает топливо, впрыскивая его в цилиндр через отверстия сопла. В данном случае Коатален применил закрытые форсунки, управляемые механически. Топливо поступает к форсунке и в цилиндр не прямо от насоса, а из аккумулятора, куда топливо подается насосами и в котором 799 Фиг. 153. Вид авиадизеля Коаталена сзади. Фиг, 154, Продольный разрез авиадизеля Коаталена. насосы поддерживают всегда практически постоянное давление. Аккумулятор'Виден отчетливо на продольном разрезе мотора. Тошшвоподагощая аппаратура устроена следующим образом. Сзади мотора установлено два топливных насоса. Каждый насос- Фиг. 155. Поперечный разрез авиадизеля Коаталена (ранняя модификация). ный корпус содержит в себе три насосных элемента и один регулировочный. Насосные элементы имеют перепускные клапаны, момент открытия которых определяет количество топлива, нагнетаемое рабочим плунжером. На фиг. 156 показаны разрезы топливного насоса. Разрез А сделан по рабочему насосному элементу, разрез В — по регулировочному элементу; в плане дан 201 Фиг. 156. Разрезы топливного насоса Коаталена. 6 разрез по эксцентриковому регулировочному валику. Валик 1 топливного насоса имеет три колена, каждое из колен через короткий шатун 2 и палец 3 соединено с рабочим плунжером 4. Топливо поступает в насосный элемент через сверления 10 в корпусе и мимо кольцевой выточки штока 5 перепускного клапана 6. Шток 5 получает качательное движение вдоль своей оси от ролика 7, насаженного на рычаг второго рода 8. Рычаг 8 надет на эксцентриковый регулировочный валик 9\ второй конец рычага имеет ушко, которое надевается на удлиненный конец пальца 3. При ходе нагнетания плунжера 4, рычаг 8 поворачивается и через ролик 7 поднимает шток 5 перепуска. В определенный момент, зависящий от положения эксцентрикового валика .9, шток 5 приподнимет перепускной клапан 6, и нагнетание топлива прекратится, так как топливо через перепускной клапан и сверления 11 уйдет обратно в бак или в полость всасывания. Установка эксцентрикового валика, а следовательно, момента перепуска и количества нагнетаемого топлива зависит от регулировочного элемента. Последний имеет следующее устройство. Диференциальный плунжер 12 имеет возможность двигаться в корпусе вдоль своей оси. Нижний конец плунжера 12 сделан в виде винта и через промежуточную винтовую шестерню 13 сцеплен с шестерней 14, выполненной зацело с эксцентриковым валиком. Корпус регулировочного элемента соединен сверлениями и трубопроводом с аккумулятором. Когда давление в аккумуляторе изменяется, плунжер 12 перемещается и поворачивает через шестерню 13 эксцентриковый валик, тем самым изменяя момент перепуска. Топливо из аккумулятора через особые трубки поступает внутрь опорных валиков рычага привода форсунки. Валики эти на поперечном и продольном разрезе мотора обозначены буквой я. Из валиков топливо через трубопровод поступает к форсунке, в разрезе показанной на фиг. 157. Здесь а — опорный валик рычага привода форсунки, б—муфта для присоединения трубопровода форсунки, в — трубопровод, г — рычаг привода форсунки, 0 — кулачковый валик. Устройство форсунки следующее. Корпус 1 форсунки через посредство конусной пластинки 2 прижимается гайкой 3 к крышке мотора. Для плотности между корпусом и крышкой поставлена прокладка 8. В крышку ввернута втулка 4 для гайки 3. Сопло 5 притянуто к корпусу форсунки гайкой 6. Для плотности между соплом и корпусом находится прокладка 7. В верхней части корпуса ввернут ограничитель 9 хода иглы 10. Игла форсунки помощью сухариков 11, кольца 12 и втулки 13, имеющей снаружи нарезку, связана с нижней тарелкой 14 пружины 15 форсунки. Верхний конец прижат неподвижной гайкой 16, навернутой на корпус. Сила нажатия иглы на сопло зависит от положения гайки 16. Ниже кольца 12, на которую опирается нижняя тарелка пружины, находится кольцевая шайба 17. Когда ягла прижата к соплу, между шайбой 17 и кольцом 12 имеется небольшой зазор. Шайба 17 двумя тягами, одна из которых частично видна вверху форсунки за трубопроводом, соединена 203 с вильчатым рычагом г привода форсунки. В момент впрыска кулачок поднимает конец рычага, последний поворачивается относительно опорного неподвижного валика а и с помощью тяг поднимает шайбу 17, а с нею вместе кольцо 12 и иглу форсунки, связанную с ней. Посадка иглы на седло производится под действием пружины. Высота и продолжительность подъема иглы определяют количество топлива, поступающего в цилиндр из аккумулятора, дав- 6 8 7 "5 Фиг. 157. Разрез форсунки Коаталена. ление в котором остается практически постоянным, поэтому для изменения мощности мотора необходимо иметь [такое устройство привода иглы форсунки, при котором можно было бы изменять ход иглы и продолжительность ее подъема. В моторе Коаталена это сделано следующим образом. Кулачковый валик топливной системы одновременно является кулачковым валиком для всасывающих клапанов. Кулачки клапанов сделаны удлиненными постоянного профиля вдоль оси; кулачки же для привода форсунок сделаны переменного профиля. Таким образом, перемещением кулачкового валика вдоль своей оси достигается изменение хода иглы и продолжительности ее открытия. Изложенное хорошо видно 204 на продольном разрезе (фиг. 154). На левом блоке поперечного разреза видна вилка, с помощью которой перемещается кулачковый валик. Для обеспечения сцепления кулачкового валика, при всех его положениях с ведущей средней шестерней, последняя сделана соответственно длинной. Удобство насоса описанной конструкции заключается в простоте его регулировки: нет необходимости особо заботиться об одинаковой количественной подаче топлива отдельными элементами и о моменте нагнетания. Но, само собой, эта забота переходит на форсунки. В целом аккумуляторный впрыск с механическим приводом форсунок, с приводом, который кроме того меняет ход иглы форсунки в зависимости от нагрузки, представляет более сложное решение, чем обычно применяемая схема гидравлически управляемого впрыска. Трудно рассчитывать на распространение схемы, примененной Коаталеном. Мы перечислили главнейшие особенности авиадизеля Коатален, который работает достаточно экономично. Двигатель в настоящее время еще не прошел всех испытаний на надежность. Основные данные авиадизеля Ноаталена Число цилиндров......... 12 Расположение цилиндров...... V-образное Охлаждение............ водяное Число тактов ........... 4 Диаметр цилиндра......... 150 мм Ход поршня........... 170 „ Литраж мотора.......... 36 л Среднее эффективное давление ... 6,9 т/см2 (по номиналу) Максимальная мощность...... 600 .«. с. Максимальное число оборотив ... 2 400 об/мин Номинальная мощность....... 550 л. с. Номинальное число оборотов .... 2 000 об [мин Расчетная высота......... 3 000 м Литровая мощность........ 15,3 л. с./л Расход топлива •......... 167 г/л. с.-ч.{(на номинале) Расход масла........... 8 г/л. с.-ч. Габариты мотора: длина........... 1 721 мм высота........... 984 „ ширина........... 781 „ Лобовая поверхность........ 0,731 .ч2 Сухой вес мотора......... 530 кг Удельный вес........... 0,964 кг/л. с. Литровый „........... 14,7 кг/л Насосы.............. Коатадена Форсунка.............закрытого типа Коатаяена с механических приводом Нагнетатель...........центробежный, типа М-100 Передача на винт.........редукция, 1.5 :1 205 5. АВИАДИЗЕЛЬ ДЕШАН Авиадизель Дешан представляет собою экспериментальный мотор, выпущенный в США фирмой Ламберав 1934г. Это — двенадцатицилиндровый. Д-образный, перевернутый, двухтактный авиадизель с охлаждением этиленгликолем. Угол развала между блоками 30°. Вид мотора сбоку показан на фиг. 158, вид мотора сзади — на фиг. 159. Продольные разрезы мотора вертикальный между блоками и по блоку приведены на фиг. 160 и 161 г а поперечный разрез — на фиг. 162. Как следует из внешних видов и разрезов, авиадизель Дешан имеет прямоточную клапанно-щелевую продувку. Продувочный воздух поступает снизу через клапаны в головке; на каждый цилиндр приходится два клапана. Отработавшие газы уходят через выхлопные окна, сделанные в верхней части цилиндра. Выхлопных окон 12; по форме окна выполнены в виде удлиненного овала. Камера сгорания Дешана в схеме относится к однополост-ным камерам без искусственных завихрений воздуха. Каждый цилиндр имеет две форсунки, расположенные сбоку блока друг против друга. Головка плоская; днище поршня представляет усеченный конус. Можно констатировать, что в авиадизеле Дешан нет соответствия между камерой сгорания и формой струи топлива; между тем это особенно важно для безвихревой или слабо вихревой однополостной камеры. Поэтому хотя и опубликованы характеристики мотора, показывающие достаточно низкие удельные расходы топлива, однако сомнительно, чтобы эти расходы были бы устойчивыми при сравнительно уже невысоких значениях среднего эффективного давления. Продувочный воздух доставляется двумя центробежными одноступенчатыми нагнетателями; каждый нагнетатель обслуживает один блок цилиндров. Ось валиков нагнетателей перпендикулярна оси мотора. Расположение нагнетателей хорошо видно на фиг. 159. Привод нагнетателя и вспомогательных агрегатов находится в задней части мотора. Распределительные валики клапанов и кулачковые валики топливных насосов приводятся во вращение с носка вала. Следует подчеркнуть, что авиадизель Дешан имеет довольно высокую мощность и при этом небольшую лобовую поверхность. Картер отлит за одно целое с блоками цилиндров. Это придает картеру большую жесткость и хорошую сопротивляемость изгибающим картер силам. Верхняя крышка картера нагрузки не несет. Цилиндровые втулки уплотняются в блоке у головки, затем с двух сторон в поясе выхлопных окон и, наконец, со стороны, обращенной в картер. Цилиндровая втулка воспринимает | только боковые силы, действующие на поршень, и может свободно \ расширяться в сторону коленчатого вала. Каждый ряд цилиндров \ имеет блочную литую головку, которая присоединяется к основной I отливке картера—блоку цилиндров — с помощью шпилек. | Коленчатый вал выполнен с коленами, расположенными под 60°, ;] по схеме 1—5—3—6—2—4. Угол развала 30° между блоками '!: 206 Фиг. 158. Вид авнадизеля Дешан сбоку. Фиг. 159. Вид авиадизеля Дешан сзади. Фиг. 160. Продольный разрез цилиндров, таким образом, позволяет получить вспышки в цилиндрах одного блока в промежутках между вспышками второго блока и тем самым увеличивает равномерность хода мотора. Коленчатый вал имеет впереди шариковый упорный подшипник, воспринимающий силу тяги винта, и семь опорных подшипников; два крайних опорных подшипника представляют обычные 208 авиадизеля Дешан. роликовые подшипники с наружной и внутренней обоймами; остальные опоры скользящие. В задней части коленчатого вала помещен глушитель крутильных колебаний. Смазка коренных подшипников скользящего трения осуществляется через сверления в картере. По сверлениям в коленчатом валу масло поступает внутрь мотылевыХ шеек; в последние запрессован и законтрен 14 Авиационные дизели 209 особой формы сепаратор, позволяющий подводить к вкладышу в трех точках чистое масло. Шатуны обоих рядов цилиндров главные. Один шатун имеет вильчатую головку, второй — обычную. Головки шатунов разъемные и прикрепляются к телу шатунов болтами. В головке вильчатого шатуна укрепляется вкладыш, имеющий на наружной поверхности четыре установочных буртика и антифрикционную Фиг. 161. Разрез по блоку заливку на внутренней поверхности и на, наружной между средними буртиками. Стержни шатунов — круглые с кольцевым сечением. Внутрь стержня шатунов, имеющих нормальную головку, вставлена трубка для смазки поршневых пальцев под давлением. У вильчатых шатунов этих трубок нет, так как их внутренняя полость, благодаря прорезу у вилки, получает достаточно масла для подвода к пальцу. В двухтактных дизелях 210 т суммарные силы, действующие на поршень, приложены гак, что поршень прижат к пальцу всегда только с одной стороны, обращенной к головке мотора, а палец прижат к шатуну с противоположной стороны. Поэтому нужна особая забота о смазке бобышек поршня и верхней головки шатуна. Кроме того такое одностороннее направление действующих на палец сил позволило выполнить верхнюю головку шатуна в авиадизеле Дешан необычным образом. На фиг. 163- дан эскиз верхней головки шатуна. Здесь 1 — тело круглого шатуна; «5 — бронзовая втулка, запрессованная в головку шатуна; 2 — стальная опорная вставка, впрессованная для восприятия усилий вместе с боковыми целыми частями головки шатуна. Отверстие во вставке и втулке служит для подвода смазки. Как указывалось, в вильчатый шатун масло поступает путем разбрызгивания; во втором шатуне в это отверстие вставляется трубка для смазки под давлением. Поршень — литой, из сплава Y. В верхней пять одно масляное кольцо; в нижней части находится одно маслосбрасывающее и одно спеЦиальное уплот-нительное кольцо. Привод валиков распределения и кулачковых валиков топливных насосов выполнен по следующей схеме. Цилиндрическая шестерня, насажен- цая'на вал у переднего роликового подшипника, вращает две промежуточные шестерни, симметрично расположенные относительно вала. Каждая из этих шестерен в свою очередь сцеплена с цилиндрической шестерней, насаженной на правый и левый кулачковые валики топливных насосов. За одно целое с цилиндрическими шестернями валиков топливных насосов сделаны конические шестерни, приводящие в движение вертикальные Н* 211 части размещено уплотнительных и авиадизеля Дешан. Фиг. 162. Поперечный разрез авиадизеля Дешан. промежуточные валики распределения; последние с помощью конической зубчатой передачи приводят во вращение распределительные валики клапанов. Передаточное отношение от коленчатого вала к распределительным валикам 1:1, а к валикам топливных насосов 2:1. Благодаря этому распределительные валики клапанов вращаются с числом оборотов коленчатого вала, как и должно быть для двухтактного мотора; валики же топливных насосов делают вдвое меньшее число оборотов. Последнее сделано по следующей причине. Для двухтактного мотора впрыск в цилиндр должен быть при каждом обороте, поэтому при одинаковых оборотах коленчатого вала плунжер топливного насоса двухтактного мотора будет иметь вдвое большую скорость движения во втулке, чем плунжер насоса четырехтактного мотора. Из-за этого будут повышенные износы и больше опасений заедания плунжера во втулке. Чтобы устранить эту опасность, в авиадизеле Дешан на каждый цилиндр поставлено два топ- г Фиг. 163. Эскиз верхней головки шатуна. Фиг. 164. Двойной топливный насос и форсунка Дешана. ливных насоса, сблокированных вместе. Кулачковый валик имеет на каждый цилиндр два кулачка, сдвинутых относительно друг друга на 180°. Таким образом, плунжер движется с меньшей скоростью, как и в случае четырехтактного мотора. Впрыск в цилиндр осуществляется насосными элементами поочередно через одни и те же форсунки; для этого оба насоса соединены после нагнетательных клапанов общим трубопроводом. На поперечном разрезе мотора отчетливо видны кулачки топливных насосов. В авиадизеле Дешан на переднем конце кулачковых топливных валиков и на заднем конце распределительных валиков клапанов имеются механизмы, позволяющие повернуть валики относительно коленчатого вала, не расцепляя шестерни, и установить желательные фазы впрыска, открытия клапанов и пуска мотора. Механизмы эти в принципе сходны с механизмом опережения насоса Боша. 213 Топливные насосы оригинальной конструкции фирмы „Эклипс". Наружный вид двойного топливного насоса и форсунки показан на фиг. 164. Топливо из бака нагнетается двумя вспомогательными помпами в промежуточный бачок, укрепленный вверху на задней крышке мотора, и оттуда двумя трубопроводами подводится к насосам левого и правого ряда. Подача топлива к насосам и управление насосами выполнены с наружных сторон обоих блоков. Внутри V, между блоками, имеются еще и дополнительные тяги управления насосами. Эти тяги соединены рычагами с валиками, проходящими между цилиндрами к насосам и соединенными с' особыми золотниками. На малых оборотах мотора золотники поворачиваются и прекращают доступ топлива к одному насосному элементу каждого цилиндра; вследствие этого подача топлива в цилиндр производится только одним насосным элементом, и двигатель работает, как четырехтактный. От конца распределительного валика клапанов приводится во вращение распределитель сжатого воздуха (см. фиг. 161). Привод нагнетателей виден на продольном разрезе мотора, и для удобства ссылок он показан отдельно на фиг. 165. Диск 1 демпфера сидит на шлицах на хвостовике коленчатого вала и вместе с крышкой 2 образует корпус фрикционной муфты. Внутри корпуса находятся кольцевые пластины и фланец горизонтального валика 3. Сила нажатия пластин и сила сцепления фрикционной муфты зависят от натяга пружин 4. На другом конце валика 3 насажен поводок 5 эластичной шестерни; поводок 5 через пружины 6 вращает коническую шестерню 7. Шестерня 7 сцеплена с шестерней 8 верхнего промежуточного вертикального валика 9, нижний конец которого заканчивается конической винтовой шестерней 10. Начиная с этого места, приводы нагнетателей разделяются и сделаны симметрично для обоих нагнетателей. Винтовая шестерня 10 приводит во вращение две конические винтовые шестерни 11, насаженные на горизонтальные промежуточные валики. От этих валиков приводятся в действие вспомогательные топливные помпы. На горизонтальные валики с другой стороны насажены конические шестерни, которые приводят в движение два нижних промежуточных вертикальных валика. Наконец, через новую коническую зубчатую передачу нижние вертикальные валики приводят во вращение валик нагнетателя с насаженным на него рабочим колесом. Таким образом, к каждому нагнетателю сделаны четыре пары конических шестерен; всего же на оба нагнетателя 13 шестерен, так как шестерни 7, 6' и 10 общие для них. Фрикционная муфта и эластичная шестерня поставлены для тех же целей, что и в авиадизеле Юнкерс; только в авиадизеле Юнкерс они объединены в одном механизме. Винтовые шестерни 10 и 11 введены для увеличения плавности передачи вращения рабочему колесу нагнетателя. Описанную выше схему передачи вращения от вала к нагнетателю следует признать сложной. Присоединение мотора к раме осуществляется с помощью шести шаровых лап, прикрепленных на шпильках, по три Фиг. 165. Вертикальный разрез задних шестерен передачи к нагнетателям. с каждой стороны, к специальным фланцам картера. Оригинально выполнено суфлирование мотора. Сзади у верхней крышки картер, около места крепления топливного бачка, сделаны два кармана, которые двумя трубами соединены с приемными патрубками нагнетателей. Следовательно, внутренняя полость картера хорошо вентилируется; прорыв газов через кольца невелик, и примешивание их к свежему воздуху не должно оказывать заметного влияния на процесс сгорания и мощность двигателя. За последние два года в литературе нет каких-либо сведений, подтверждающих, что авиадизель Дешан прошел все испытания, выявил полную надежность и принят на эксплоатацию. Это можно объяснить, повидимому, ненадежной работой поршневой группы. Принятая схема клапанно-щелевой продувки с выхлопом через окна должна привести к перегреву поршня и прихватыванию колец, особенно если учесть большой для двухтактного мотора диаметр цилиндра (152 мм). Эта опасность усиливается, с другой стороны, и несовершенством процесса сгорания, вследствие неудовлетворительной формы камеры сгорания. Несвоевременное сгорание топлива должно повышать температуру газов в конце расширения и на выхлопе; поэтому поршень должен дополнительно нагреваться. Следует также указать, что в литературе отсутствуют сведения о надежности работы топливных насосов авиадизеля Дешан. Основные данныз авиадизвля Дешан Наименование мотора....... дизель Дешан Год выпуска........... 1934 Число цилиндров......... 12 Расположение цилиндров...... Д,-образное, под 30* Охлаждение............ этиленгликолевов Число тактов........... 2 Диаметр цилиндра......... J52 мм Ход поршня............ 229 „ Литраж мотора......... . 50,51 л Степень сжатия.......... 16 Среднее эффективное давление . . . 6,66 кг/с.и2 Максимальная мощность...... 1 350 А. с. Максимальное число оборотов .... 1 750 об/мин Номинальная мощность....... 1 200 л. с. Номинальное число оборотов .... 1 600 об/мин Расчетная высота......... 3 050 м Литровая мощность....... . 23,98 л. е./л Расход топлива.......... 185 г/л. с.-ч. Расход масла........... 7 „ Габариты мотора: длина............2 51§ мм высота........... 1258 „ ширина........... 673 „ ,1обовая поверхность........ 0,847 л&3 Сухой вес мотора......... 1089 к\ 216 Удельный вев........... 0,91 кг/л. с. Литровый „ ........... 21,76 кг/л Тип и чисю насосов на цилиндр . . Дешан „Эклипс", 2 Тип и число форсунок на цилиндр . закрытый, 2 Давление затяжки......... 240 am Нагнетатель и передаточное отношение к нему............два центробежных нагнетателя, 13,5:1 Передача на винт .........прямая Способ запуска..........сжатым воздухом 6. АЗИАДИЗЕЛЬ ZOD-240A Авиационным заводом в Брно выпущено несколько экземпляров звездообразного, девятицилиндрового, двухтактного авиадп-зеля воздушного охлаждения под маркой ZOD-240A. Выпуску авиадизеля предшествовала работа с одноцилиндровой установкой. Внешние виды мотора представлены на фиг. 166 и 167. Фиг. 166. Вид авиадизеля ZOD-240A спереди. Камера сгорания—однополостная; она образована головкой, обработанной внутри по сфере, и поршнем, днище которого в середине имеет выемку в виде плоской чашки, диаметром около 70 мм и глубиной около 12 мм, края днища подходят почти вплотную к головке. Форсунка — многодырчатая закрытого тина; она расположена в головке, в плоскости, проходящей через коленчатый вал и ось цилиндра, и смещена из-за клапанов к задней части мотора. 217 Продувка — прямоточная, клапанно-щелевая. Продувочный воздух из нагнетателя поступает через окна, тангенциально расположенные по всему периметру в нижней части цилиндра; выхлоп производится через два клапана в головке. Фиг. 167. Вид авиадизеля ZOD-240A сзади. Привод клапанов осуществляется с передней части коленчатого вала;, привод топливных насосов, нагнетателя, распределителя сжатого воздуха, тахометра, масляного насоса и динамо размещен в задней части мотора. В двухтактном звездообразном моторе вспышки в цилиндрах следуют по порядку-расположения цилиндров (1—2— —3—4...). Поэтому кулачковые шайбы привода клапанов и топливных насосов могут быть выполнены в виде простых однопрофильных кулачков, насаженных непосредственно на коленчатый вал. В авиадизеле ZOD-240A так именно и сделано; это весьма упрощает распределительный механизм. Картер выполнен из титанового сплава. Средняя часть — разъемная, из двух^половин, кованая и целиком обработанная. Соединение обеих половин обеспечено девятью болтами; в пло- 218 Фиг. 168. Передняя половина картера. Фиг. 169. Задняя половина средней части картера. скости разъема сделан центрующий пояс. Передняя сторона средней части картера имеет развитой кольцевой выступ, в котором установлен передний упорный подшипник и втулки толкателей привода клапанов. К задней стороне средней части картера прикрепляется промежуточная литая крышка; между этой крышкой и средней частью картера размещены привод топливных насосов и две пары зубчатых шестерен передачи к нагнетателю. Одно целое с промежуточной крышкой составляет диффузор нагнетателя с патрубками, отводящими воздух к цилиндрам. Наконец, к промежуточной крышке с помощью шпилек привертывается литая задняя крышка картера; задняя крышка вместе с промежуточной образует корпус нагнетателя; дроме того на задней крышке размещены вспомогательные агрегаты мотора. На фиг. 168 показана передняя половина картера; на фиг. 169 показана со стороны разъема задняя половина средней части картера; на фиг. 170 приведена фотография промежуточной крышки мотора с рабочим колесом нагнетателя и шестерней привода задних агрегатов. На наружной поверхности крышки видны бобышки крепления мотора к раме, прилитые рядом с отводящими воздух патрубками. На фиг. 171 показана в двух видах задняя крышка мотора. Со стороны нагнетателя в задней крышке имеются направляющие лопатки диффузора. Задняя крышка выполнена таким образом, что остается круговой проход между стенками для поступления воздуха в нагнетатель. Коленчатый вал и шатунный Фиг. 170. Промежуточная крышка кар- механизм - обычной КОНСТрук-тера и рабочее колесо нагнетателя. ции. Главный шатун помещен в 7-м цилиндре. Втулка главного шатуна залита свинцовистой бронзой. Поршни алюминиевого сплава снабжены четырьмя уплотнительными и двумя масло-сбрасывающими кольцами. Кроме центральной выемки в днище •поршня, образующей вместе с головкой камеру сжатия, на днище имеются еще две неглубокие выемки против клапанов; сделаны они для максимального приближения поршня к головке. Фиг. 171. Задняя крышка картера: слева вид с внутренней стороны, справа вид снаружи. Головка, кованная из титанового сплава, навернута на цилиндр, сделанный из хромоникелевой стали. Головка и цилиндр сильно сребрены, что необходимо для двухтактного мотора, Цилиндр на наружной поверхности юбки, ниже опорного фланца, снабжен нарезкой, с помощью которой цилиндр вворачивается в гайку, закрепленную в картере. Цилиндр и гайка показаны на фиг. 172. Гайка своим фланцем закладывается в специальный паз, сделанный в картере снизу, у фланца крепления цилиндра. Этот паз виден на фиг. 169; он обозначен цифрой 1. Чтобы при завинчивании цилиндра гайка не проворачивалась, на ее наружной поверхности сделаны зубцы, а в обе половины средней части картера с внутренней стороны, против каждого цилиндра, с помощью двух болтов прикрепляется зубчатая цилиндрическая рейка 2. К цилиндру, в нижней его части, выше картера, присоединяется круговой спиральный патрубок подвода воздуха из нагнетателя. В головке цилиндра, кроме двух клапанов и форсунки, симметрично с отверстием для последней сделано отверстие для пускового клапана. Привод выхлопных клапанов осуществляется следующим образом. На передней части коленчатого вала, сзади упорного под- 220 Фиг. 172. Цилиндр и гайка крепления. шипника, сидит жестко связанная с ней цилиндрическая муфта с большим числом торцовых зубьев, обращенных к щеке вала. Торцовыми зубьями муфта соединена с однопрофильным простым кулачком, который свободно сидит на валу. Это устройство позволяет легко изменить фазы выхлопа. При затяжке гайки упорного подшипника муфта и кулачок фиксируются относительно вала. Внутри передней крышки укреплены девять коромысел, ролики которых катятся по кулачку, а вторые концы приводят в движение толкатели. Ролики и толкатели видны на фиг. 168. Толкатель выполнен не жесткой конструкции, а с гидравлической передачей усилий. Такая конструкция необходима для смягчения ударов при подъеме и посадке клапана, ввиду больших скоростей и ускорений в клапанном механизме двухтактного мотора. На каждый цилиндр предусмотрен один толкатель, а передача его движения к двум клапанам осуществляется двойной Фит. 173. Тяги привода клапанов. тягой (фиг. 173); к основной тяге шарнирно присоединена вторая короткая тяга. Начало выхлопа 90—92° до н. м. т., конец выхлопа 48° после н. м. т. Начало продувки 48° до н. м. т., конец продувки 48° после н. м. т. Следовательно, конец выхлопа и продувки совпадает. Благодаря большему времени — сечению у продувочных окон перед их закрытием сравнительно с соответствующим временем—сечением выхлопных клапанов, в двигателе ZOD-240A должен быть наддув. Топливные насосы типа Бош расположены радиально на задней половине средней части картера (фиг. 169). Насосы расположены против цилиндров; они приводятся в действие от кулачка, насаженного на вал, через посредство толкателей и промежуточных тяг. Топливо из бака поступает предварительно в особую помпу, укрепленную на задней крышке картера, и из него под небольшим давлением поступает в питательное кольцо рабочих насосов. Радиальное расположение насосов, принятое у Паккарда, Джиберсона и у данного авиадизеля ZOD-240A, 221 хотя и кажется естественным и простым для звездообразного мотора, но связано с усложнением регулировки насосов. Поэтому вряд ли в дальнейшем такая схема найдет себе применение. Нагнетатель имеет двойную шестеренчатую эластичную передачу. Запуск двигателя производится сжатым воздухом. Распределитель сжатого воздуха помещен на задней крышке по оси коленчатого вала и приводится в действие непосредственно от последнего. Авиадизель ZOD-240A хотя и прошел официальные 50-часовые испытания в 1933 г., однако при дальнейших станковых и летных испытаниях выявил ряд дефектов. Наиболее серьезный дефект — ненадежная работа поршневой группы. Кроме того затруднителен запуск при низких температурах воздуха. Основные данные авиадизвля ZQD-240A Наименование мотора........ -ZOD-240A1 Год выпуска.......... 1935 Число цилиндров......... 9 Расположение цилиндров...... звездообразное Охлаждение . . . •........ воздушное "Число тактов........... 2 Диаметр цилиндра......... 120 мм Ход поршня............ 130 „ Литраж мотора.......... 13,23 л Степень сжатия .......... 15 Среднее эффективное давление . . . 5,58 кг/см2 Максимальная мощность...... 280 л. с. Максимальное число оборотов .... 1 600 об'мин Номинальная мощность.......• 260 л. с. Номинальное число оборо гоз .... 1 560 об/мин Расчетная высота......... невысотйый Литрозая мощность........ 19,65 л. с./л Расход топлива.......... 175 г/л. с.-ч. Расход масла........... 3 „ ,ц Габариты мотора: диаметр........... 1180 мм длина........... 878 „ Лобовая поверхность....... 1,095 л2 Сухой вез мотора......... 287 кг Удельный вес........... 1,1 „ Литровый я........... 21,69 кг/л Тип и число насосов на цилиндр , . Боша, 1 Тип и число форсунок на цилиндр . закрытый, 1 Нагнетатель и передаточное отношение к нему............центробежный, 10:1 Передача на винт........ . прямая ? Способ запуска..........сжатым воздухом 1 Модификация этого мотора в некоторых литературных источниках называется ZOD-260B. 222 7. АВИАДИЗЕЛЬ БРИСТОЛЬ Английская фирма Бристоль в экспериментальном порядке изготовила авиадизель, известный под маркой Бристоль „Феникс". Внешние виды мотора показаны на фиг. 174—176. Как видно из фигур, конструктивная схема авиадизеля Бристоль „Феникс" аналогична бензиновым моторам той же фирмы; размерность и ряд других элементов конструкции соответствуют бензиновому мотору Бристоль „Пегас". Авиадизель Бристоль „Феникс"—девятицилиндровый, четырехтактный, воздушного охлаждения. Цилиндры прикреплены к картеру на шпильках. Головки навернуты на цилиндр на резьбе. В головке размещены четыре клапана, из них два выхлопных Фиг. 174. Вид авиадизеля Бристоль спереди. и два всасывающих. Привод клапанов обычный для аналогичных карбюраторных моторов Бристоль. Форсунка расположена в центре головки между клапанами. Камера однополостная; ее конфигурация в литературе не встречалась. Однако можно предполагать, что камера или типа Гессельмана или с выемкой в поршне. Поршни—титанового сплава. Коленчатый вал—разъемный, обычной конструкции, с жестко укрепленными противовесами. Авиадизель снабжен редуктором типа Фармана и жесткой, обыкновенной втулкой винта. Сзади мотора монтирован нагнетатель. Вместо магнето установлены два блочных пятиплунжерных топливных насоса; девять элементов его связаны с форсунками цилиндра; нагнетательная магистраль десятого элемента связана с полостью всасывания. 223 Фиг. 175. Вид авиадизеля Бристоль сбоку. Фиг. 176. Вид авиадизеля Бристсль сзади. Запуск авиадпзеля пропзводптся с помощью инерционного электрического стартера „Эклипе" (серия 31). Стартер установлен в центре задней крышки мотора. Двигатель имеет вполне удовлетворительный расход топлива. В 1934 г. авиадизель Бристоль „Феникс", установленный на сухопутном самолете „Вапити", поднялся на высоту 8 370 л» и при невысокой степени сжатия (14), умеренном наддуве и высотности 2130 ле работал на этой высоте устойчиво и плавно. Основные данные авиадизеля Бристоль „Фвнинс" Наименование мотора.......Бристоль „Феникс" Год выиуска...........1934 Число цилиндров.....• ... 9 Расположение цилиндров......звездообразное Охлаждение............воздушное Число тактов...........4 Диаметр цилиндра.........146 мм Ход поршня............190 „ Литраж мотора...........28,75 л Степень сжатия......... . 14 Среднее эффективное давление . . . 6,51 кг/см2 Максимальная мощность......430 л. с. Максимальное число оборотов .... 2 000 об/мин Номинальная мощность .......415 л. с. Номинальное число оборотов .... 1 900 об/мин Расчетная высота .........2 130 .ч Литровая мощность........14,43 л. с./л Расход топлива........... 165 г/.*, с.-ч. Расход масла........... 9 „ Габариты мотора: диаметр.............1346 мм длина............1 092 „ Лобовая поверхность........1,423 .и2 Сухой вес мотора.........494 кг Удельный вес...........1,19 кг/л. с. Литровый „..........17,18 кг/л Тип и число насосов на цилиндр . . Бош, 1 Тип и число форсунок на цилиндр . . закрытый, 1 .;, Давление затяжки.........283 am Нагнетатель и передаточное отношение к нему............центробежный, 7:1 Передача на винт.........редукция, 1,53:1 Способ запуска..........инерционным самопуском „Эклидс" №31, с ручным и электрическим приводом 8. АВИАДИЗЕЛЬ САЛЬМСОН-ШИДЛОВСНОГО Французская фирма Сальмсон построила оригинальный авиадизель по схеме Шидловского. Авиадизель имеет марку SH-18 15 Авиационные дязё'ли 225 и был показан на XV Парижской авиационной выставке (ноябрь 1936 г.). Вид мотора спереди и сбоку показан на фиг. 177 и 178. Авиадизель SH-18 представляет двухтактный, восемнадцатицилиндровый, звездообразный мотор водяного охлаждения. Цилиндры заднего ряда поставлены против цилиндров переднего ряда; каждая пара цилиндров имеет общую камеру сгорания. Продувка — типа Цоллера. Продувочный воздух из нагнетателя поступает через окна в задний цилиндр; выхлоп производится вперед через окна в переднем цилиндре. Водяное охлаждение применено по необходимости, из-за высокой температуры поршня и головки, так как в данной схеме Фиг. 177. Вид авиадизеля Сальмсон-Шидловского спереди. вряд ли удалось бы развить достаточную для воздушного охлаждения поверхность ребер цилиндра и головки. Топливные %асосы типа Бош в изготовлении французской фирмы Лавалетта. Насосы расположены в передней части мотора радиально между цилиндрами. На каждую пару цилиндров установлен один двойной насос, подающий топливо в камеру сгорания через две форсунки. Для привода насосов на валу насажен однопрофильный простой кулачок, Управление подачей осуществляется путем поворота особого кольца, находящегося сзади насосов и связанного с рейками последних. Коленчатый вал имеет два колена; переднее колено сдвинуто вперед по ходу относительно заднего на угол около 30—40°. Благодаря этому, так как переднее колено связано с выхлопными 226 поршнями, выхлопные окна открываются раньше продувочный, но момент их закрытия может совпасть или даже наступить раньше моменга закрытия продувочных окон. Такое устройство обеспечивает наддув и увеличение мощности двигателя. По опытным данным, при давлении продувочного воздуха 1,39 ата да- Фиг. 178. Вид авиадизеля Сальмсон-Шидловского сбоку. вление в цилиндре в начале сжатия составляет 1,26 ата, что, несомненно, доказывает наличие наддува. Запуск мотора производится с помощью сжатого воздуха. Нагнетатель и все прочие вспомогательные агрегаты: масляный насос, водяная помпа, привод к тахометру, распределитель сжатого воздуха, — расположены сзади мотора. Авиадизель SH-18, повидимому, еще до сих пор не прошел официальных испытаний, так как сведений об этом в литературе нет. Основные данные авиадизеля Сальмсон-Шидловсного Наименование мотора ....... Сальмсон SH-18 Год выпуска........... 1935 Число цилиндров......... 18 (9 сдвоенных) Расположение цилиндров...... двойная звезда Охлаждение............ водяное Число тактов........... 2 Диаметр цилиндра......... 118 мм Ход поршня........... 150 „ Литраж мотора.......... 29,53 4 15* 227 Степень сжатия ...'.*..... 16 Среднее эффективное давление . . . 5,58 кг/см* Максимальная мощность......650 л. с. Максимальное число оборотов .... 1 700 об/мин Номинальная мощность.......600 л. с. Номинальное число оборотов .... 1 600 об/мин Расчетная высота.........невысотный Литровая мощность........20,32 л. с./л Расход топлива..........175 г/л. с.-ч. Расход масяа........... 6 „ Габариты мотора: диаметр...........Г240 мм длина............1438 „ Лобовая поверхность . •......1,207 л2 Сухой вес мотора......... 567 кг Удельный вес........... 0,94 кг/л. с. Литровый „.....•.....19,2 кг/л Тип и число насосов на цилиндр . . Лавалетт-Боша, 1 Тип и число форсунок на цалвидр . закрытый, 2 Давление затяжки . . .......580 am Нагнетатель и передаточное ошошснае к нему............центробежный, 8,437 :1 Передача на винт........ . прямая Способ заиус: а . ,........сжатым воздухом 9. АВИАДИЗЕЛИ ЖАЛЬБЕРА В разделе камер сгорания мы уже изложили принцип подачи топлива и смесеобразования Жальбера. Над реализацией этой схемы во Франции работают уже давно. Были выпущены различные опычные образцы авиадизелей Жальбера малой и средней мощности. На фиг. 179 дан поперечный разрез ранней модели авиадизеля Жальбера мощностью 180 л. с. в шести цилиндрах. Однако первые образцы моторов не получили практического применения. На их базе был усовершенствован подвод топлива в [рабочую камеру и улучшен рабочий процесс. В результате длительной работы на XVI Парижской авиационной выставке демонстрировался новый образец авиадизеля Жальбера фирмы Люара. Это — Н-образный, шестнадцатицилиндровый, четырехтактный авиадизель водяного охлаждения, с заявленной мощностью 600 л. с. при 2 500 обjмин и с удельным весом 0,9 кг/л. с. Общий вид этого мотора показан на фиг. 180. Диаметр цилиндра 130 мм, ход поршня также 130 мм; степень сжатия 13; среднее эффективное давление 8,7 т/см2 (?); максимальное давление вспышки 76 кг/см2; удельный расход топлива 175—180 i/л. с.-ч. Следует указать, что в литературе нет сведений, подтверждающих надежность мотора при длительных испытаниях, а также получение указанных выше цифр. 228 10. ДИРИЖАБЕЛЬНЫЙ ДИЗЕЛЬ М?РОЕДЕС-БЕНЦ Фирма Даймлер-Бенц длительное время занимается созданием дирижабельного дизеля. После нескольких лет работы был построен в 1934 г. дизель Мерседес-Бенц OF-2, с номинальной мощностью 720 л. с, при 1 720 об/мин и максимальной мощностью Фиг. 179. Поперечный разрез ранней модели авиадизеля Жальбера. 800 л. с. при 1 790 об/мш. Этот двигатель имел 12 цилиндров при \г-образном их расположении; головка — предкамерного типа с предкамерой Бенца. Этот двигатель, как и предыдущий образец, не получил эксплоатационного применения. Работоспособный мощный дирижабельный дизель Мерседес-Бенц LOF-6 был выпущен в 1930 г. Четыре экземпляра дизеля 229 Мерседес-Бенц LOF-6 были установлены на цеппелине LZ-129 „Гинденбург". Надежность мотора и в частности коленчатого Фиг. 180. Внешний вид НОРОГО авиадизеля Жальбера. Фиг. 181. Внешний вид авиадизеля Мерседес-Бенц LOF-6. вала в результате серьезной работы была вполне удовлетворительная. Внешний вид двигателя показан на фиг. 181. Авиадизель Мерседес-Бенц LOF-6 представляет^шестнадцатициляндровый, че- 230 тырехтактный, Y-образный мотор водяного охлаждения. Угол развала между рядами цилиндров 50°. Картер — литой из электрона. Благодаря увеличенной высоте и ребрам, картеру придана боль- Фиг. 182. Внешний вид нового дизеля ДВ-602. шая жесткость. Нижняя крышка картера не нагружена; на ее поверхности имеется большое число продольных ребер, назначение которых отводить тепло от картера и понижать температуру масла. Отдельно стоящие цилиндры прикрепляются к картеру на шпильках; каждый ряд цилиндров имеет общую литую головку. 231 Каждый цилиндр имеет два всасывающих и два выхлопных клапана. Головки — предкамерные, типа Бенц. На моторе установлены четыре четырехплунжерных топливных насоса Боша и 16 форсунок Боша с цапфой. Двигатель — невысотный и без наддува. Мотор позволяет реверсирование, что очень важно для маневрирования дирижабля. В 1938 г. выпущена под маркой ДВ-602 модификация дизеля LOF-6. Мощность, обороты, литраж, вес остались без изменений. Двигатель ДВ-602 показан на фиг. 182, он почти полностью сходен с LOF-6. Двигатель предназначен для нового цеппелина LZ-130. Большой удельный вес обеих модификаций двигателя объясняется необходимостью иметь особо надежный и длительно работающий мотор для регулярных рейсов через океан. Вместе с тем многочасовой полет в один конец дает существенную весовую экономию топлива; это обстоятельство снижает или даже полностью устраняет значение большого удельного веса мотора. Изложенными выше данными о конструкции авиадизелей мы ограничимся. Основные данные диришабельного дизеля Мерседес-Бенц Наименование мотора....... Мерседес-Бенц LOF-6 Год выпуска........... 1936 Число цилиндров......... 16 Расположение цилиндров...... V-образное, под углом 50° Охлаждение............ водяное Число тактов........... 4 Диаметр цилиндра......... 175 мм Ход поршня ............ 230 „ Литраж мотора.......... 88,5 л Среднее эффективное давление . . . 7,28 кг/см? Максимальная мощность...... 1 200 л. с. Максимальное число оборотов .... 1 600 об/'мин Номинальная мощность....... 1100 л. с. Номинальное число оборотов .... 1 500 об/мин Расчетная высота......... невысотный Литровая мощность......... 12,43 л, с./л Сухой вес мотора......... 1 960 кг Удельный вес........... 1,78 кг/л. с. Литровый „........... 22,15 кг/л Тип и число насосов на цилиндр . . Бош, 1 Тип и число форсунок на цилиндр . Бош, 1 Нагнетатель и передаточное отношение к нему............отсутствует Передача на винт.........с реверсивным механизмом Способ запуска.......... сжатым воздухом Г л ава X АВИА ДИЗЕЛИ В ЭНСПЛОАТАЦИИ 1. ЭНСПЛОАТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ АВИАДИЗЕЛЕЙ В настоящее время не выявлены еще все особенности эксплоа-тации авиадизеля, так как практика применения дизелей на самолетах очень ограничена, но некоторые специфически свойственные дизель-мотору особенности можно указать уже и сейчас. Они относятся к системе топливопроводки, запуску мотора, к вопросу регулировки и контроля работы топливной аппаратуры, малым оборотам и особенностям поведения дизеля на переходных режимах и др. Приведем вкратце общие соображения и данные, касающиеся перечисленных вопросов и подлежащие учету при эксплоатации авиадизеля. Топливопровод. Система подводки топлива из баков к топливным насосам мотора должна быть выполнена таким образом, чтобы обеспечить полное удаление воздуха из всей линии от баков до топливных насосов включительно, гарантировать надежное заполнение всей системы топливом и устранить совершенно опасность попадания пузырьков воздуха в топливопровод ив топливные насосы во время работы мотора при всех возможных положениях самолета. Это требование станет понятным, если вспомнить, что порция подаваемого в цилиндр топлива за один впрыск невелика и составляет на номинальной мощности 0,1—0,25 см? в зависимости от мощности цилиндра. Попадание воздуха из топливопровода во всасывающую и затем в рабочую полость топливного насоса приводит к адиабатическому сжатию и расширению этого воздуха в насосе с относительно небольшим повышением давления при нагнетательном ходе плунжера. Вследствие этого впрыск прекращается. Восстановить впрыск и работу цилиндра можно, только удалив воздух из всей системы, включая топливный насос, а это связано с остановкой мотора. Таким образом, топливная система при своем проектировании и выполнении должна обязательно предусматривать последовательное полное удаление воздуха из всей системы, иначе работа мотора ненадежна. 233 Вместе с этим топливная система должна обязательно предусматривать фильтрацию топлива на пути из бака в топливный насос. Наличие механических примесей в топливе рано или поздно приведет к заеданию плунжера во втулке, к износу насоса и сопла форсунки и даже к заеданию иглы. Уменьшить эту опасность можно только путем тщательной фильтрации топлива. Сетчатые фильтры в данном случае непригодны, так как они обеспечивают удаление сравнительно крупных частиц, находящихся в топливе. Лучше всего для фильтрации дизельного топлива подходят матерчатые фильтры. Фильтр должен быть двойной или одинарный, но с развитой поверхностью, чтобы не быстро засорялся и не требовал частой промывки. Несмотря на наличие в системе фильтра, необходимо следить за чистотой топливного бака; кроме того заливку в бак топлива следует производить через плотное полотно или заливать предварительно отфильтрованное топливо. Во время всасывающего хода плунжера в рабочей полости падает давление, и к моменту открытия всасывающих окон может даже иметь место разрежение. При разрежении возможно образование газовых и воздушных пузырьков с последующим прекращением впрыска, Во избежание этого во всасывающей полости топливных насосов целесообразно создать и-збыточное давление с помощью особой топливной помпы. Такие предварительные помпы (предпомпы) устанавливаются на авиадизелях и автомобильных дизелях. Величина давления, создаваемого предпомпой, зависит от оборотов валика рабочих топливных насосов и от диаметра и хода плунжера. Зависимость давления топлива от оборотов валика насоса понятна и не требует пояснения. Зависимость же давления от размерности насоса объясняется следующим образом. Если ход плунжера мал, а его диаметр велик, то возрастают утечки топлива через зазоры между плунжером и втулкой насоса, что особенно сильно скажется на устойчивости и равномерности впрыска топлива на малых подачах, т. е. на малых оборотах мотора, так как на малых подачах утечки относительно велики. Повышение давления во всасывающей полости топливных насосов может уменьшить утечки топлива в насосе и тем самым содействовать увеличению устойчивости и равномерности впрыска во все цилиндры, особенно на малых оборотах мотора. Запуск мотора. Запуск карбюраторного мотора требует, во-первых, наличия в цилиндре смеси воздуха с топливом, находящимся в парообразном состоянии, причем смесь должна быть в пропорции, обеспечивающей ее воспламенение; во-вторых, подачи мощной электрической искры для надежного воспламенения смеси. Смесь может быть при любом давлении и любой температуре, а коленчатый вал может вращаться с любым числом оборотов и может быть в положении покоя. Искусственно воспламененная смесь сгорает, выделяется тепло, давление и температура в цилиндре возрастают, давление газов, передаваясь через поршень и шатун коленчатому валу, вращает его; колен- 234 чатый вал получает затем новый импульс от вспышки в следующем цилиндре. После получения первых вспышек дальнейшая задача сводится к обеспечению наполнения цилиндров смесью необходимого состава. Все предложенные и применяемые схемы и мероприятия для облегчения запуска карбюраторных моторов в конечном счете преследуют в той или иной степени обеспечение выполнения двух указанных выше требований при различных условиях среды. Условия запуска дизель-мотора существенно отличны; именно в цилиндре нет смеси, а имеется только воздух; топливо впрыскивается в цилиндр насосом в соответствующий момент в конце сжатия, и оно должно самовоспламениться. Самовоспламенение топлива возможно только при наличии определенных величин давления и температуры воздуха в цилиндре. Перед запуском во всех цилиндрах, независимо от положения поршня, давление атмосферное, а температура воздуха равна температуре мотора, поэтому впрыск в цилиндр топлива не дает вспышки. Следовательно, запуск авиадизеля при неподвижном положении коленчатого вала невозможен,—коленчатый вал должен вращаться, для чего должны быть предусмотрены внешние источники энергии для вращения вала. Этого, однако, еще мало. При запуске холодного или даже предварительно прогретого мотора требуется обеспечение определенного числа оборотов или определенной угловой скорости вращения коленчатого вала, иначе самовоспламенение не будет достигнуто. В самом деле, если коленчатый вал вращается медленнее, чем нужно для надежного запуска, то при сжатии много тепла от воздуха отдается стенкам цилиндра, головке и поршню; поэтому температура и давление вос-духа в конце сжатия получаются слишком низкими, и самовоспламенение впрыскиваемого топлива не достигается. Кроме того при медленном вращении вала много воздуха уходит при сжатии из рабочей полости" в картер через зазоры между поршнем, кольцами и цилиндром, — это приводит к добавочному уменьшению давления воздуха в конце сжатия. Таким образом, ясно, чю необходимые для надежного самовоспламенения топлива и, следовательно, для запуска авиадизеля давление и температура воздуха в цилиндре в конце сжатия могут быть получены только при вполне определенном минимальном числе оборотов коленчатого вала или при определенной минимальной скорости поршня. Следовательно, пусковое устройство должно обеспечить проворачивание коленчатого вала с определенной угловой скоростью, преодолевая при этом работу сил трения, работу сжатия воздуха в цилиндрах и затрачивая энергию также на ускорение движущихся масс мотора. Величина минимальных оборотов, при которой возможен запуск мотора, зависит от его типа, числа цилиндров, условий среды и теплового состояния. Распространенным способом запуска авиадизеля является запуск с помощью сжатого воздуха. Этот способ, традиционный и естественный для компрессорных тихоходных дизелей, с точки зрения 235 автора следует считать наиболее подходящим для авиадизеля, так как он гарантирует надежный и легкий запуск. Летом давление воздуха в пусковом-баллоне для обеспечения запуска должно быть не ниже 40—55 am, в зависимости от числа цилиндров мотора, нри этом чем больше цилиндров, тем меньше давление в баллоне. Зимой — из-за увеличения сил трения в моторе, а также и для получения больших сравнительно с летними условиями оборотов, чтобы компенсировать повышенную зимой теплоотдачу в стенки,—давление воздуха в баллоне должно быть не ниже 80 am. Поскольку давление пускового воздуха намного выше, чем в случае карбюраторных моторов, очевидно, расход воздуха на запуск авиадизеля будет выше и число запусков от одного баллона будет меньше. Достоверных величин расхода воздуха на запуск авиадизеля в настоящее время пока еще имеется недостаточно. Для обеспечения запуска в автомобильных дизелях, особенно имеющих в головке дополнительные камеры (предкамеры, акро-камеры и др.), применяют особые свечи накаливания. Свечи накаливания имеют на конце спираль и включаются в электрическую цепь от аккумулятора; под влиянием тока спираль накаливается и способствует самовоспламенению топлива. Свеча накаливания применялась на авиадизеле Паккард. Объясняется это отчасти тем, что запуск авиадизеля Паккард производился не с помощью сжатого воздуха, а от инерционного стартера. В настоящее время на авиадизелях свечи накаливания не применяются, так как для моторов с однополостными камерами сгорания запуск сжатым воздухом может быть произведен и без свеч накаливания при правильном выборе величины степени сжатия. Обыкновенно степень сжатия мотора назначается несколько выше той, которая была бы достаточна для нормальной его работы; делается это для обеспечения запуска. Так в частности принято в авиадизелях Юнкерс. Из изложенного ранее следует, что надежное обеспечение запуска возможно только при полном удалении воздуха из всей топливной системы винтомоторной группы самолета. При первом запуске моюра после отсоединения от него по тем или иным причинам топливных трубок нужно обязательно убедиться в отсутствии воздуха в магистралях, предпомпе, фильтре и топливных насосах. Вопрос о необходимости удаления воздуха из нагнетательных трубопроводов от насоса до форсунки и из полости форсунки решается для каждого мотора в зависимости от длины трубопроводов, размеров насоса, типа форсунки (открытая, закрытая), числа цилиндров. Во всяком случае, если пусковые средства ограничены (например, имеется только бортовой баллон сжатого воздуха), то при вынужденной посадке, связанной с осмотром форсунок, быстрый и уверенный запуск может быть достигнут проверкой впрыска через форсунки путем ручной подкачки. Регулировка и контроль топливной аппаратуры. Эти работы должны производиться на специальных установках, как это было опи- 236 сано в разделе, относящемся к дизельной аппаратуре. Во время эксплоатации недопустимо заменять какую-либо деталь топливного насоса, связанную с органами регулировки момента или количества впрыскиваемого топлива. Если такая необходимость возникла, следует снять и заменить весь насос новым, правильно поставив и проверив момент его подачи относительно коленчатого вала. Равным образом нужно поступить и с форсункой, если имеются признаки неудовлетворительной ее работы. Невыполнение этих требований влечет за собой нарушение одинаковости количеств впрыскиваемого топлива в цилиндры, изменение момента и качества впрыска топлива и, следовательно, ухудшение сгорания. Нагнетательный трубопровод от насоса к форсунке вследствие вибраций, возникающих от впрыска, может у концов давать трещины. Чтобы устранить эту опасность, необходимо при смене топливопровода поставить новую трубку такой же длины, сечения и конфигурации, как и та, которая была поставлена раньше, укрепив ее в местах, установленных заводом. Особенности малых оборотов авиадизелей. При испытании различных моделей авиадизелей выяснилось, что у них, как правило, величина устойчивых малых оборотов выше, чем у карбюраторных моторов. Например, у авиадизеля ЮМО-204 обороты малого газа составляют 600 в минуту при максимальных оборотах 1700 в минуту. Известно, что величиной малых оборотов при заданном винте определяется сила тяги, действующая на самолет и влияющая особенно на посадочную скорость и на пробег после посадки. Следовательно, повышенное значение малых оборотов авиадизелей ухудшает условия посадки самолета. Причина этого кроется главным образом в двух обстоятельствах: во впрыске и в неравномерности хода мотора. Мы уже указывали, что подача топливного насоса за один впрыск в один цилиндр составляет на номинальной мощности мотора небольшую величину —ОД—0,25 см*. С уменьшением оборотов мотора, снабженного винтом фиксированного шага, эффективная мощность падает пропорционально кубу оборотов, и хотя удельный расход топлива на малых оборотах сильно возрастает, тем не менее величина подачи топлива за один впрыск резко уменьшается и составляет около 0,02—0,05 см* в зависимости от размеров цилиндра. Такая незначительная порция топлива должна быть отмерена насосами и с необходимой тонкостью распылена в цилиндре. Обеспечить одинаковые количества топлива, подаваемого в цилиндры мотора отдельными насосными элементами, на всех режимах работы мотора практически невозможно. Мотор преимущественно работает на оборотах выше средних; поэтому, естественно, нужно добиваться точной регулировки насосов на эксплоатационных и выше оборотах; при этом на малых оборотах получается относительно большая неравномерность впрыска. Неравномерность впрыска топлива на очень малых величинах подачи приводит в свою очередь к тому, что отдельные цилиндры, 237 насосы которых имеют относительно других меньшую подачу, работают с перебоями, пропусками и даже вовсе выключаются. Чтобы достигнуть устойчивой работы всех цилиндров, приходится увеличивать подачу топлива, т. е. иначе увеличивать мощность и обороты мотора. С точки зрения обеспечения более равномерного и устойчивого впрыска на малых оборотах четырехтактный двигатель имеет преимущество перед двухтактным с тем же числом цилиндров и той же мощности, мотор с меньшим числом цилиндров при одинаковых мощности и оборотах лучше мотора с большим числом цилиндров. Но это находится в противоречии со вторым важным условием малых оборотов — с условием равномерности хода мотора. Равным образом можно получить устойчивый впрыск на малых оборотах и снизить величину малого газа, выключая часть цилиндров путем соответствующего устройства насосов этих цилиндров. Однако это решение также ухудшает равномерность хода мотора. Точность регулировки насосов на малых оборотах можно повысить, жертвуя в допустимых пределах точностью регулировки на больших оборотах. Наконец, можно повысить точность регулировки топливного насоса на малых оборотах путем создания относительно большого давления во всасывающей полости. Неравномерность хода авиадизелей, обусловленная характером изменения крутящего момента, как известно, больше неравномерности хода карбюраторных моторов. В области малых оборотов эта особенность дизелей еще более усиливается. Дело в том, что снижение оборотов и мощности карбюраторного мотора достигается дросселированием воздуха на всасывании; при этом сильно уменьшаются работы сжатия и максимальное давление вспышки; поэтому отношение максимального давления вспышки к среднему индикаторному давлению изменяется сравнительно мало. В дизелях, как правило, воздух на всасывании не дросселируется, а изменение числа оборотов и мощности достигается путем изменения количества подаваемого топлива; поэтому при значительном уменьшении среднего индикаторного давления на малых оборотах сравнительно со средним индикаторным давлением на больших оборотах работа сжатия и максимальное давление вспышки уменьшаются относительно мало. Понятно, что это ведет к значительному ухудшению равномерности хода мотора. Махового момента пропеллера нехватает для достижения удовлетворительной равномерности хода, поэтому на малых оборотах-возникает тряска, которая в авиадизелях сказывается сильнее, чем в карбюраторных моторах, в силу указанных причин. С точки зрения равномерности хода двухтактный мотор лучше четырехтактного, многоцилиндровый мотор лучше мотора с малым числом цилиндров. В этом вопросе получается противоречие с требованиями устойчивого впрыска на малых оборотах. Можно улучшить условия впрыскивания топлива и одновременно повысить равномерность хода мотора на малых оборотах, если, по примеру карбюраторных моторов, в авиадизелях, высот- 238 ных и невысотных, применить дросселирование воздуха на всасывании. При дросселировании заметно уменьшается работа сжатия, иадает максимальное давление вспышки и вместе с тем увеличивается среднее индикаторное давление из-за возрастания насосных потерь при выхлопе и всасывании. Увеличение среднего индикаторного давления вызывает увеличение порции впрыскиваемого топлива, а увеличение среднего индикаторного давления при одновременном уменьшении максимального давления вспышки свидетельствует об увеличении равномерности хода мотора. Метод дросселирования воздуха был применен впервые на авиадизеле Паккард; на этом моторе обороты малого газа были равны 250—300 в минуту. Устойчивых малых оборотов можно добиться также применением регуляторов оборотов. Приемистость. Практика показывает, что нриемистость/авиади-зеля, измеряемая временем, необходимым для повышения оборотов мотора от малых до максимальных, выше приемистости карбюраторных моторов. Объясняется это непосредственным воздействием органов управления мотором на подачу топлива и наличием в цилиндре достаточного для сгорания количества воздуха. В карбюраторном моторе изменение положения дроссельной заслонки воздействует сначала на воздух и несколько позднее на топливо, вследствие его инерции. Поэтому для улучшения приемистости карбюраторных моторов приходится применять искусственные меры, например, устройство специальных помп приемистости в карбюраторе К-34. Лакообразование. В процессе эксплоатации авиадизелей была установлена еще одна их особенность — образование внутри цилиндра при известных условиях лаковой пленки. Лаковая пленка представляет прозрачное, слегка окрашенное в желтоватый цвет вещество, не растворяющееся в бензине и керосине. Лак быстро твердеет и прочно остается на поверхности поршня, на грибке клапана, на кольцах. Если во-время не обнаружить присутствие лака, то возможно прихватывание колец в канавках поршня со всеми неприятными последствиями. Следовательно, лакообразование в цилиндре нежелательно. Лакообразование наблюдается только в том случае, если при наличии впрыска топлива по тем или иным причинам в цилиндре не получается вспышки. Тогда под влиянием кислорода воздуха, при повышенных его температурах от сжатия, происходит процесс неполного окисления топлива и образование лака. Отсутствие вспышки может быть из-за неплотности в цилиндре под форсункой, под пусковым клапаном, из-за слабой компрессии вследствие потери упругости кольцами, из-за неплотности всасывающих и выхлопных клапанов, а также из-за плохого распиливания топлива соплом на малых оборотах. Установлено также, что если неработающий цилиндр путем повышения оборотов заставить работать, то образовавшийся только что лак, еще не успевший затвердеть, выгорит и состояние деталей цилиндровой и поршневой группы после остановки будет удовлетворительное. Следовательно, важно 239 непосредственно перед остановкой мотора убедиться в том, что работают все цилиндры, или заставить их работать. Не все топлива склонны к образованию лака, однако в настоящее время еще нет методики предварительной проверки топлива на лако-образование. При правильной эксплоатацпи мотора опасность лакообразования в цилиндре невелика. 2. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭНСПЛОАТАЦИИ АВИАДИЗЕЛЕЙ Авиационный дизель, к сожалению, еще не имеет широкого эксплоатационного применения, поэтому достоинства и недостатки его сравнительно с карбюраторным мотором полностью пока не установлены. Можно указать расчетно-теоретическим путем ряд существенных экономических и тактических преимуществ дизеля перед карбюраторным мотором; многие из них подтверждены практикой. Однако этот путь не в состоянии определить возможные недостатки авиадизеля и, следовательно, не позволяет исчерпывающе охарактеризовать авиадизель. Охарактеризовать авиадизель с эксплоатационной точки зрения —это значит указать с необходимой полнотой общие преимущества и недостатки, которые свойственны всем дизелям, а не составляют особенность какого-либо конкретного мотора. Понятно, для этой цели нужно изучать данные продолжительной эксплоатации нескольких типов моторов, что в настоящее время не может быть сделано. Широкое эксплоатационное применение получили только авиадизели Юнкерс ЮМО-204 и ЮМО-205С. Авиадизели ЮМО-204 и ЮМО-205С устанавливаются на различных сухопутных и морских самолетах. Уже несколько лет эти самолеты совершают регулярные рейсы, в том числе через Атлантический океан. Эксплоатация этих дизелей Юнкерса выявила вполне удовлетворительную их надежность. Число часов работы между переборками установлено в 250, хотя имеются отдельные моторы, работающие значительно больше этой нормы. Таблица 4 Налет часов дизельными самолетами Годы Тип авиадизеля 1981 1932 1983 1934 1985 1986 1937 Всего часов ЮМО-204 18 365 705 1619 5145 5021 4143 17016 ЮМО-205С 167 1379 3735 9159 15311 29751 В таблице 4 показано количество часов налета по годам самолетами, оборудованными дизелями ЮМО-204 и ЮМО-205С. Таблица 240 еч «-Н t о О5 со c?s СО •^ CN С ) --* 00 t- 0 ю ю со 1C со i— со Ci OS \ OS «* С^ со |--. о t-f- wi> г-4 •ef \ t*---* N^v сс f-M ) гЧ г-Ч 00 т-Ч t со /-ч О СО "* 1 СО СС «!)• ) < СО со •чН -Н w« со IT- *** •«* < тН ••*< s & *(. SB tt а* 00 •-* со см CO со см гН t-гН сг: С li- ) > ) t-1-* --I 1 со «о со 1-1 о ii о «* ^_J см г»ц О) о> ter » 9 t-ю «* ю »я "•"1 ю О го г- 4 t- 1 см и со с» f-Ч с- со t- 1Я см ••^ •* •— 1 _«J ff С Э 1 о. 1 s Oi о "5^ ^^ Г^ Рн а н ю со 00 со 1 V у$ -* со ю со со со 1 I 1 1 0 О5 "S с» 1* о 1C 1 1 I •-Н <_> 05 U о Ki 1-1 со см гН «* <О Jg со ~J 3; Я t-^J ю ^ 3 % Н ® со со CS 1Я т^ со •«л 1 1 1 I см ds о эс • ' t- a t^ «9 0 О |> «. Налет километров по годам сал ( < е -« о н з г ^ J « и и а s =ч U р--S вч с 10,0 w; максимальная скорость крейсерская скорость 260 км/час; 1 100 км; число пассажиров 17. с 24,0 /я; максимальная скорость крейсерская скорость 208 км/час: 1 500 км] число пассажиров 34. с 7,365 w; максимальная скорость крейсерский слири^ь ov/u л.^/ч-ы-и, 1 000 км; число пассажиров 10. ic 9,2 т; максимальная скорость крейсерская скорость 200 км/час; дальность 4 450 км. с 16,985 w; максимальная скорость крейсерская скорость 270 км/час; дальность 500 км. • • • • » о ь* о о » 3 еэ оз 07 V со •-. \> *ч Ев -« Полетный Б! 268 км/час; дальность Полетный BI 223 км/час; дальность Полетный в diu км /час; дальность Полетный в 250 км/час: Полетный в 300 км/ час о амолета ев Рч о -* о сч 1 о о ю о см 6 ^ «* 0 см 6 g о ю о см 6 а • О »-5 О см 6 3 ю О см 6 я w (в н о а т-1 g y---S ^4 S а «Н F-H ? Q -* X В s со ^ч^ С4 см СЛ % •^ со 00 со я «-H см со со со г-< -н i в? о и О s о р ев W 16 Авиационные дизели 241 показывает быстрый рост ирименения более надежных авиадизелей ЮМО-205С. За время этой эксплоатации не было замечено существенных дефектов. В таблице 5 приводятся данные по налету километров по годам отдельными типами самолетов, снабженных дизелями; там же даются краткие характеристики самолетов. Таблица 5 показывает неуклонный и существенный рост применения авиадизелей из года в год. Отдельные типы самолетов дают снижение и даже прекращение эксплоатации, но это связано не с применением дизеля, а с тем, что самолеты старой конструкции заменяются новыми. Эксплоатация самолетов с установленными на них дизелями, проводившаяся параллельно с эксплоатации таких же самолетов, оборудованных карбюраторными моторами, показала серьезную экономию в расходах горючего. Количество расходуемого топлива, вследствие более высокого к. п. д. дизелей и более пологой характеристики кривой изменения удельных расходов с уменьшением нагрузки, сильно уменьшается. Еще больше сокращаются затраты на горючее, благодаря уменьшению количества и меньшей стоимости применяемого в дизелях топлива. По данным линейной эксплоатации дизельных самолетов составлена таблица 6 для трех типов самолетов. Следует заметить, что экономия по стоимости может быть различной в разных странах и в различное время, в зависимости от соотношения цен на бензин и дизельное топливо. Однако, порядок величины экономии всегда будет значительным, если в технике карбюраторных моторов не будет какого-либо переворота. Таблица 6 Сравнение энсплоатационных данных по топливу для самолетов, оборудованных нарбюраторными моторами и дизелями Самолет G -38 ДО 18 v 1 Ю-86 ^~^-— _^^ Сравнение -~-_^_^ по по 110 по ~~ — -~_^^ вест стоимости весу стоимости Мотор ~~ — • — -^^ / Бзнзиновый карбюраторный ....... ЮОО/о ЮОО/о ЮОО/о 100% Дизель ................ 670/0 36% бОО/о 32,50/р Примерно такая же экономия в количестве расходуемого топлива получается и на самолете Ю-52. На фиг. 183 показаны кривые изменения расхода топлива в килограммах на тонно-километр в|зависимости от скорости полета самолета Ю-52, оборудованного в одном случае бензиновыми моторами, а в другом — дизелями. Серьезная экономия топлива по весу на дизельных самолетах при сохранении скорости полета означает увеличение дальности 242 полета. Правда, увеличение дальности полета при заданном полетном весе самолета зависит не только от расхода топлива, но и от веса винтомоторной установки, изменение которого при постоянном полетном весе изменяет абсолютный вес начального запаса горючего в баках. Удельный вес дизель-мотора при одинаковой мощности выше удельного веса карбюраторного мотора. Вследствие этого, абсолютный вес винтомоторной установки будет больше. Поэтому весовое количество топлива, заливаемого в баки дизельного самолета, будет меньше, чем в случае карбюраторного мотора. Тем не менее большая экономия в часовом расходе горючего при одинаковой скорости полета обеспечивает дизельному самолету большой радиус действия. Здесь многое зависит от весовых данных дизелей и карбюраторных моторов, установленных на самолете. Сравнение следует сделать для случая, когда удельные веса дизеля и карбюраторного мотора соответствуют современному уровню авиационной технжки. В этом слу- 16* 160 W 180 (90 200 2Ю 220 230 240 250 260 Спорость полета в км (час ' Фиг. 183. Расход топлива в зависимости от скорости полета. ХЮО 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Вольность полета в км Фиг. 184. Полезная нагрузка самолета в зависимости от дальности полета. 8 Ю 12 U полета о часах Фиг. 185. Вес мотора и топлива в зависимости от продолжительности полета. 243 sow чае избыток веса дизеля перекрывается экономией в расходе топлива через 4—6 часов полета, после чего весовое преимущество остается целиком на стороне дизеля. Сравнение авиадизеля относительно хорошего удельного веса с карбюратор-нцм мотором устаревшей конструкции относительно большого удельного веса может дать преимущество авиадиаелю уже с первого часа полета. Такое положение имело место на% четырехмоторном самолете G-38, на котором были установлены карбюраторные моторы L-88A, с удельным весом 0,97 Kij-л. с. и с номинальной мощностью 700 л. с., замененные дизелями ЮМО-204 с мощностью 750 л. с. при удельном весе 1,0 ml л. с. Фиг. 184, относящаяся к данному случаю, показывает, что самолет G-38, оборудованный дизелями, при том же полетном весе в состоянии уже на короткие дистанции взять больше полезной нагрузки, чем тот же самолет с карбюраторными моторами. Кроме того, фиг. 184 наглядно иллюстрирует возрастающее преимущество дизельного самолета при увеличении продолжительности полета. Дизельный самолет в состоянии взять полезную нагрузку 5 т при дальности около 4500 км, до которой тот же самолет с карбюраторным моторами сможет долететь только без всякой полезной нагрузки ЮО 90 80 70 60 50 , Относительная мощность въ Фиг. 186. Относительная потеря мощности с высотой. 40 то I 4 $00 * <*> ^3000 I «o бензиновый двигатель Дизель Паккард 225 лс. бензиновый. двигатель 225 лс. бензиновый двигатель 350м с. ЮО 200 Фиг. 187. Кривые падения мощности (по высоте) бензинового двигателя и дизеля Паккард. 300 400 Высотная люшность в л. с __ _ Было бы ошибочно думать, что с переходом карбюраторных моторов на большие степени сжатия, при работе их на топливе с октановым числом 100, сокращение удельного расхода серьезно ухудшает позиции авиадизеля в отношении дальности полета или полезной грузоподъемности. Если сравнивать суммарный вес мотора и топлива на различную продолжительность полета, то, согласно расчетам Феддена, 244 четырехтактный дизель перекрывает карбюраторный мотор, работающий на топливе с октановым числом 92, через 7 часов полета, а двухтактный дизель уже через 4 часа полета. Это положение иллюстрируется фиг. 185. По подсчетам того же Феддена, сравнение двух четырехмоторных самолетов с полетным весом 32,5 т показывает, что при перелете через Атлантический океан полезная нагрузка в случае дизельного самолета будет на 680 кг больше, чем в случае самолета, оборудованного карбюраторными моторами, работающими на топливе с октановым числом 100. .6000 ^4000 8 •i 2000 VQ \Дизель Пакнард ' t 120 140 ЮО 180 Скорость в кмIчас Фиг. 188. Скорости полета и потолок самолета с авиаднзелем и карбюраторным мотором одинаковой мощности. 1234 . Скорость подъема в м/сех /О 20 30 ',40 Время подъема в минутах Фиг. 189. Скороподъемность самолета с авиадизелем и карбюраторным мотором одинаковой мощности. Испытания дизелей на самолете установили еще одно их преимущество перед карбюраторными моторами. По исследованиям, проведенным в США, Англии и Франции, мощность авиадизеля с поднятием на высоту падает медленнее, чем у карбюраторного мотора. Вследствие этого возрастают скороподъемность и горизонтальная скорость полета, а в отдельных случаях и потолок. На фиг. 186, по испытаниям английской фирмы Бристоль, приводятся кривые падения мощности с поднятием на высоту для карбюраторного мотора Бристоль „Юпитер-VlIIF" и авиадизеля Бристоль „Феникс". Мощности обоих моторов на земле приняты за 100% - Как видно из графика, карбюраторный мотор теряет 20°/0 своей мощности на высоте около 2 000 м, а дизель теряет такой же процент мощности на высоте около 4000 м. По опытам, проведенным с авиадизелем Паккард, было установлено, что его мощность на высоте около 6000 м при номинале на земле 225 л. с. обеспечивает самолету^такие же летно-тактические показатели, как и невысотньтй карбюраторный мотор с мощностью 350 л. с. на 245 земле (фиг. 187). Благодаря атому при сравнительных испытаниях двух одинаковых самолетов с авиа дизелем Паккард и карбюраторным мотором равной мощности самолет, оборудованный дизелем, имел больший потолок, большую скорость горизонтального полета и большую скороподъемность. Мало этого, скорость горизонтального полета на высоте 2 000 м была выше, чем у земли. Эти результаты графически представлены на фиг. 188 и 189. Аналогичные испытания были проведены во Франции с высотными моторами. Авиадизель имел высотность 2700 м, карбюраторный мотор — 2 400 м. Оба мотора были снабжены одинаковыми винтами и были установлены на одинаковые самолеты. Испытания показали, что авиадизель сохраняет номинальное число оборотов винта до высоты б ооо м, в то время как у карбюраторного мотора обороты падали после расчетной высоты — 2 400 м. Это ценное качество дизелей требует иной постановки вопроса об оценке их удельного веса. Повидимому, суждение, об удельном весе авиадизеля только по номинальной мощности недостаточно. Возникает „вопрос: на чем основано это свойство авиадизеля медленнее терять мощность с высотой? Карбюраторный мотор работает на смесях, в которых воздуха имеется меньше или незначительно больше теоретически необходимого количества для полного сгорания топлива, поэтому уменьшение количества поступающего в цилиндр воздуха равносильно уменьшению мощности. Авиадизель же работает с коэфи-циентом избытка воздуха а ^ 1,4. Наличие избытка воздуха позволяет на высоте впрыскивать относительно большее количество топлива, чем это соответствует запасу воздуха в цилиндре. Относительное увеличение количества впрыскиваемого на высоте топлива приводит к уменьшению коэфициента избытка, к некоторому ухудшению процесса сгорания и к увеличению удельного расхода топлива на силу-час. Но благодаря этому в цилиндре развивается большая мощность, чем это было бы при сохранении а — const. Уменьшение коэфициента избытка воздуха на высоте не вызывает таких опасений, как на земле, так как общее тепловыделение в цилиндре на высоте все-таки меньше, чем на земле. Кроме того, максимальные давления вспышки в цилиндре также меньше из-за уменьшения давления в конце сжатия с поднятием на высоту. Вполне допустим подъем на некоторую высоту для невысотного мотора от земли, а для высотного мотора после расчетной высоты с закрепленной рукояткой подачи топлива. Высота, до которой возможен подъем с закрепленной рукояткой, определяется началом заметного дымления цилиндров и зависит от величины коэфициента избытка воздуха: чем больше коэфи-циент избытка воздуха, тем выше можно подняться, не меняя подачи топлива. Это в известной степени аналогично сохранению в карбюраторных моторах мощности до некоторой расчетной высоты путем увеличения литража мотора против необходимого на заданную мощность и дросселирования его на земле (например, М-17). 246 Указанные результаты эксплоатации авиадизелей на самолетах дают им большое преимущество перед карбюраторными моторами и служат основанием для серьезной работы по внедрению дизелей в воздушный гражданский транспорт и военный флот. Недостатком выпущенных до настоящего времени дизелей является большой их удельный вес. Дальнейшие изыскания в области авиадизелей должны быть направлены на увеличение надежности их работы и уменьшение удельного веса. Предпосылки для достижения этих целей имеются. ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Засс Ф., Бескомпрессорные двигатели Дизеля, 1931 г. Джодж Д., Быстроходные дизели, 1938 г. Т и м а н А., Быстроходные транспортные дизели, 1931 г. Власов В., Быстроходные транспортные дизели, 1936 г. Авиационные двигатели тяжелого топлива, сборник. 1932 г. Двигатели внутреннего с г о рани я, сборник монографий из иностранной литературы, тт. I, II, III, 1936—-1937 гг. М е л ь к у м о в Т., Испытание топяив для быстроходных дизелей, 1935 г. Труды ЦИАМ, вып. 6, 17, 21, 25 и 26. Шольц В., Судовые нефтяные двигатели внутреннего сгорания, 1928 г. Дополнительные статьи к русскому изданию книги Г. Гюльднера, 1928 г. Judge A., Automobile and Aircraft Engines, third edition, London, 1938 r. P u г d а у F., Diesel Engine Design, fourth edition, 1937 r. Wilkinson P., D'esel Aircraft Engines, 1936 r. Журналы за 1937—1938 гг.: SAE Journal, The Oil Engine, Automobile Engineer^ Engineeriog, ATZ, L'Aeronautique. ОГЛАВЛЕНИЕ От автора............................... 3 Глава I. Введение......................... 5 Глава II. Теоретический и действительный процесс быстроходного дизеля 17 Глава III. Влияние различных факторов на рабочий процесс авиадизеля 35 1. Влияние свойств топлив на период запаздывания воспламенения 35 Влияние химической структуры топлива —36. Температура самовоспламенения—39. Влияние присадок к топливу — 41. 2. Влияние конструктивных факторов на период запаздывания воспламенения 42 Влияние степени сжатия—42. Влияние конструкции камеры сгорания—43. Влияние давления распиливания топлива—43. Влияние завихрения—45. Влияние закона подачи топлива—45. 3. Влияние условий на всасывании.................... 47 Влияние температуры наружного воздуха—47. Влияние давления на всасывании—47. Рабочий процесс при наддуве и дросселировании—48. Влияние концентрации кислорода в воздухе—49. 4. Влияние эксплоатационных факторов.................. 50 Влияние нагрузки и оборотов—50. Влияние опережения впрыска—52. Глава IV. Топливо для дизелей.................... 55 Удельный вес—58. Теплотворная способность—58. Элементарный состав — 59. Вязкость — 59. Фракционный состав — 60. Температура вспышки —61. Температура воспламенения — 61. Температура самовоспламенения — 61. Содержание воды — 62. Содержание механических примесей — 62. Содержание серы — 62. Содержание золы — 62. Коксообразование — 63. Нейтральность — 63. Температура застывания — 63. Дизельный индекс — 63. Цетеновое или цетановое число — 64. Глава V. Распыливание топлива................... 67 1. Тонкость распыливания........................ 68 Влияние давления впрыскивания — 70. Влияние противодавления — 72. Влияние числа оборотов мотора—73. Влияние вязкости топлива—73. Влияние конструкции сопла—74. 2. Однородность распиливания...................... 75 3. Дальнобойность струи................... 76 Влияние давления впрыскивания — 79. Влияние противодавления — 80. Влияние диаметра сопла — 80. Влияние числа оборотов—81. Влияние удельного веса топлива — 81. Влияние конструкции сопла — 82 Глава VI. Камеры сгорания быстроходных дизелей..... 84 1. Однополостные камеры сгорания.................... 85 Камера Гессельмана—86. Камера сгорания авиадизеля Паккард—88. Камера сгорания авиадизеля Юнкерс — 90. 2. Двухполостные камеры сгорания.................... 92 Предкамерные конструкции дизельных головок — 92. Камера сгорания Ланова—96. Аркокамора—98. Вихревая камера Рикардо—100. Камера Оберхенсли - 102. Камера сгорания двигателя Заурера —102. Камера сгорания экспериментального двигателя NACA—103. Смесеобразование и сгорание в двигателе Жальбера — 103. Глава VII. Схемы двухтактных двигателей и общие сведения по проверке лродувки......................... 106 Случай щелевой продувки с окнами, расположенными в нижней части цилиндра—120. Случай прямоточной продувки типа Юнкерса—122. Случай прямоточной клапанно-щелевой продувки — 125. Сравнение четырехтактных и двухтактных двигателей —126. Глава VIII. Насосы и форсунки..................... 132 1. Топливные насосы,......................... 134 Насос Боша — 135. Насосы Юнкерса—141. Насос Паккарда — 145. Насос Деккеля— 147. Регулировка топливных насосов — 149. 2. Форсунки............................. 15В Сопла форсунок—154. Форсунка авиадизеля Паккард — 154. Форсунка Юнкерс —155. Форсунка Боша —156. Сравнение открытых и закрытых форсунок —158. Глава IX. Авиационные дизели.................... 161 1. Авиадизель Паккард........................ 161 2. Авиадизель ЮМО-204........................ 172 Некоторые конструктивные отличия ЮМО-205.............. 188 3. Авиадизель Клерже......................... 195 4. Двигатель Коаталена....................... . 198 5. Авиадизель Дешан......................... 206 6. Авиадизель ZOD-240A........................ 217 7. Авиадизель Бристоль........................ 223 8. Авиадизель Сальмсон-Шидловского...... 225 9. Авиадизели Жальбера............. 228 10. Дирижабельный дизель Мерседес-Бенц................. 229 Глава X. Авиадизели в эксплоатации................. 233 1. Эксплоатационные особенности авиадизелей............... 233 Топливопровод— 233. Запуск мотора—234. Регулировка и контроль топливной аппаратуры—236. Особенности малых оборотов авиадизелей— 237. Приемистость — 239. Лакообразование — 239. 2. Некоторые результаты эксплоатации авиадизелей............ 240 Редактор Военанжевер 2 ранга Цыгулев А. А. Технический редактор Стрельникова М. А. Обложка художника Резникова В. С. Корректор Аксенова М. А. Сдано в производство 10.SII.40 Подписано к печати I7.VII.40 Формат бумаги 60Х92/-1в Объем 153,4 печ. л. -f 1 вклейка '/« печ. л., 16,6 уч.-азт. л. Уполн. Главлита № Г— 13968 Ивдат. № 202 Заказ № 1255 Цена книги 3 р. 25 к., переплета № 5—75 к. Отпечатано во 2-й типографии Государственного ноенного изд-ва НКО СССР им. Клима Ворошилова Ленинград, улица Герцена, 1. К ЧИТАТЕЛЯМ Издательство просит присылать отзывы на эту книгу по адресу: Москва, Орликов пер., 3, Воениздат 17////////////////////////////////////////////. Фиг. 131. Продольный разрез Юмо-204.