Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания, страница 100

На рис. 11.10показан поперечный разрез судоРис. 11.10. Поперечный разрез высокооборотного судового дизельного двигателя типа ЧН16/17472вого звездообразного двигателя сжидкостным охлаждением типаЧН16/17 с цилиндровой мощностью 58 кВт и n = 2000 мин-1 . Накартере туннельного типа монтируются семь моноблоков. Шатунный механизм каждой звездысостоит из разъемного главногои шести прицепных шатунов. Каждый цилиндр имеет два впускных и два выпускных клапана.Поршни, выполненные из алюминиевого сплава, работают с учетомневысокого значения среднего эффективного давления pе (1,03 МПа)без специального масляного охлаждения.11.4.

Авиационные поршневыедвигателиРечь идет о двигателях для авиации общего назначения (АОН),или малой авиации, которая получила в мире чрезвычайно широкое распространение (особеннов США). Всего в мире зарегистрировано около 350 тыс. единицАОН (самолетов и вертолетов),на большинстве из которых установлены поршневые двигатели. ВРоссии АОН немногочисленна ирасполагает около 11 тыс. легкихсамолетов и вертолетов.Следует обратить внимание наконсервативность авиационногопоршневого двигателестроения впослевоенный период, когдапоршневые двигатели были вытеснены из большой авиации газотурбинными двигателями (доэтого поршневые авиационныедвигатели определили технический прогресс в быстроходномдвигателестроении).

В связи срезким сокращением финансирования НИОКР и производствав относительном большом количестве продолжают выпускатьсястарые конструкции, достаточно надежные, но имеющие низкие техникоэкономические показатели (р е, g е, Nл и т.д.).

Влияют и жесткие требования сертификации, в частности, по надежности, что тормозит внедрениев двигателях АОН многих новейших достижений автомобильной промышленности, например, многоклапанных головок,регулируемых фаз газораспределения.В настоящее время на легкихсамолетах (авиация общего назначения) применяются практически повсеместно поршневыедвигатели внутреннего сгоранияс принудительным воспламенением, включая роторнопоршневые двигатели (РПД).

Существуют и немногочисленные варианты дизелей. Основными производителями авиационных двигателей рассматриваемого класса являются американские фирмы"Аbkо Лайкоминг", "Континенталь", "Франклин". Эти фирмывыпускают большое количествочетырехтактных горизонтальнооппозитных двигателей с воздушным охлаждением в диапазонемощностей 70–300 кВт.Общий диапазон мощностейдля поршневых двигателей дляАОН можно разбить на интервалы:1) от 20 до 30 кВт;2) " 45 " 60 кВт;3) " 90 " 300 кВт.В первом интервале предпочтение отдается двухтактным двигателям, в третьем интервале –четырехтактным. Во втором интервале предпочтения также могут быть отданы двухтактнымдвигателям, учитывая их главнуюособенность – увеличение в 1,5–1,7 раза мощности при прочих473равных условиях по сравнениюс четырехтактными двигателями. Приведенные значения мощностей соответствуют двигателям автомобильного класса.

Однако сделать авиационный двигатель из автомобильного двигателя весьма проблематично, хотятакие попытки предпринималисьи в ряде случаев имели успех.К специфическим особенностямавиационного двигателя относится требование наличия сухого картера, дублированной системы зажигания (в случае двигателя с принудительной системойзажигания), специальной системы топливоподачи, применениеконструкционныхматериалов,снижающих удельную массу двигателя.Основные показатели, характеризующие конструкцию современных поршневых двигателей, приведены в табл.

1.2.Следует отметить, что используемая в авиации общего назначения частота вращения винтасоставляет nв = 2200–2300 мин-1.С повышением nв существенноусиливается уровень шума. Поэтому для высокооборотных двигателей необходим понижающийредуктор с соответствующим передаточным отношением, например, при nдв = 7000 мин-1 (i редуктора можно принять равным1/3).

Ресурс двигателей АОН устанавливают около 500 ч.Авиационные двигатели развивались главным образом как четырехтактные, что всегда было обусловлено жесткими сроками, отводимыми на разработку и создание нового двигателя, а доводкарабочих процессов и конструкции, в частности, поршня двухтактного двигателя, более длительна по сравнению с четырехтактным. Известно, что немецкаяфирма "Юнкерс" доводила своидвухтактные двигатели на протяжении 28 лет.Применительно к малой авиации выпускают простейшие двухтактные карбюраторные двигатели с кривошипнокамерной продувкой для сверхлегких летательных аппаратов.

Эти двигателиимеют литровую мощность порядка 22–70 кВт/л, удельную массу0,55–1,00 кг/кВт, среднюю скорость поршня 9–14 м/с и удельный расход топлива на крейсерском режиме 380–540 г/(кВт×ч).Номинальная частота вращенияколенчатого вала 4000–8500 мин-1.В качестве примера можно привести одно и двухцилиндровыедвигатели РМЗ320МР и РМЗ640МР АО "Рыбинские моторы"мощностью соответственно 15 и28 кВт при n = 5500 мин-1, двигатели австрийской фирмы Rotаx –582ULDCDI мощностью 32–48 кВт при n = 6500 мин-1, а также чешский двигатель Walter, характеризующийся умеренным расходом топлива 327 г/(кВт×ч) приудельной массе 0,68 кг/кВт.

Дальнейшее развитие двухтактных авиационных двигателей связано с повышением мощности благодаряувеличению частоты вращениявала двигателя, а также с переходом от карбюраторов к более совершенным системам топливоподачи и применению роторных ивинтовых компрессоров для продувки.Четырехтактные авиационныедвигатели устанавливают на более крупных летательных аппаратах типа микроавтобусов сдальностью полета 2–5 тыс.

км.Мощностной диапазон условноделят на два интервала: от 45 до200 кВт и от 200 до 400 кВт и бо474Рис. 11.11. Авиационный оппозитный двигатель с принудительным воспламенениемлее. В первом интервале можноотметить двигатели Rotax 912,914 DCDI мощностью соответственно 60 и 73 кВт, TeledyneContinental Motors и AWCO Lycoming с диапазоном 75–185 кВтпри n = 2600–2800 мин-1 . В качестве примера компоновки нарис. 11.11 показан авиационныйчетырехтактный двигатель с горизонтальнооппозитным расположением цилиндров.В группе двигателей мощностьюболее 200 кВт можно назвать известное семейство отечественныхдвигателей 9 ЧН10,5/13, в частности, двигатель М14П, приведенный на рис.

11.12. Двигатель М14П звездообразный, воздушногоохлаждения, карбюраторный, имеет 9 цилиндров, диаметр цилиндраD = 105 мм, ход поршня S == 130 мм. Мощность на номинальном режиме 1 составляет 214 кВтпри n = 2400 мин-1 и мощность навзлетном режиме 265 кВт при n == 2900 мин-1. Хотя двигатель является невысотным, для улучшенияэксплуатационных характеристикпредусмотрен низконапорный центробежный нагнетатель с приводомот коленчатого вала при передаточном отношении 8,16.

Оребренныецилиндры с воздушными дефлекторами равномерно установленыпо контуру среднего картера, состоящего из двух отштампованныхиз алюминиевого сплава частей,стягиваемых девятью болтами. Вкартере расположен разъемный коленчатый вал с двумя противовесами. Дублированная система зажигания включает два комплекта магнето и свечей. Ведутся работы по475Рис. 11.12. Разрез авиационного звездообразного двигателя с принудительным воспламенениемтипа 9 ЧН10,5/13форсированию двигателя до мощности 280–330 кВт.11.5. Двигатели общегоназначения (малой мощности)Поршневые двигатели для средствмалой механизации, а также в составе мобильных транспортных средствобразуют большую группу двух ичетырехтактных двигателей.

Этидвигатели выпускают как с жидкостным, так и, главным образом,воздушным охлаждением при малом числе цилиндров, часто в одноцилиндровом исполнении. Областьприменения двигателей данногокласса весьма широка: минитракто476Рис. 11.13. Одноцилиндровый двигатель с принудительным воспламенением типа 1 Ч6,8/5,0ры, мотоблоки, холодильные установки, насосы, электрогенераторы,транспортные средства. Для перечисленных потребителей необходима мощность от 7 до 27 кВт. Двигатели данного класса имеют литровую мощность Nл = 14–16 кВт/л,удельный расход топлива для дизелей и двигателей с принудительнымвоспламенением соответственно 240–260 и 280–300 г/(кВт×ч) при удельной массе 5–15 кг/кВт.

Экологические показатели этих двигателейдолжны быть в соответствии с нормативными документами.Малоразмерные двигатели выпускают многие фирмы в весьмабольших количествах. Общий годовой выпуск составляет десяткимиллионов штук. При этом ситуация в чемто напоминает автомобильное двигателестроение, когдалегковые автомобили выпускают вбольшинстве с двигателями с принудительным воспламенением, норяд фирм производит легковые автомобили с дизелями.Многие средства малой механизации оснащены четырехтактнымидвигателями с принудительным воспламенением.

При этом рациональна разработка двигателей с учетомудовлетворения различных потребителей при высокой степени унификации. Опыт зарубежных фирм указывает на целесообразность созда477ния семейств малоразмерных двигателей с числом цилиндров от одногодо четырех. В этих двигателях применяются воздушная и маслянаясистемы охлаждения. Последнююможно объединить со смазочнойсистемой. Такая система обеспечивает лучшее по сравнению с воздушной охлаждение, а также снижаетобщий уровень шума при работедвигателя. К особенностям конструкций малоразмерных двигателейотносится частое совмещение отдельных агрегатов.