Возможность форсировки двигателя ЗИС-120 и преимущество V-образных двигателей. Страница 1


В техническом задании заводу им. И. А. Лихачева предписы­валось разработать проект двухосного грузового автомобиля с приводом на заднюю ось для перевозки грузов по дорогам всех категорий, а также для буксировки прицепов общего назначения по дорогам с твердым покрытием.
Необходимость создания нового семейства грузовых автомо­билей диктовалась следующими обстоятельствами: грузовой авто­мобиль ЗИЛ-164, ранее выпускавшийся заводом, морально уста­рел, народному хозяйству требовались грузовые автомобили большей грузоподъемности (увеличивался объем магистральных перевозок, развивалось централизованное крупнопанельное жи­лищное строительство, росло количество крупных промышлен­ных строительств, укрупнялись совхозы, колхозы и автохозяй­ства), был взят курс на специализацию перевозок по видам грузов, поэтому резко возросла потребность в автомобилях со специаль­ными кузовами, быстрыми темпами внедрялись автопоезда, кроме того, автомобиль ЗИЛ-164 становился неконкурентноспособным на внешнем рынке.
В связи с этим техническое задание, с одной стороны, преду­сматривало создание на базе основных агрегатов нового грузового автомобиля одиночных модификаций: сельскохозяйственного авто­мобиля-самосвала и длиннобазного автомобиля для перевозки крупногабаритных грузов с малой плотностью. С другой стороны, при проектировании необходимо было обеспечить возможность соз­дания на базе основных агрегатов нового грузового автомобиля также автомобиля-тягача для эксплуатации с прицепом по дорогам с твердым покрытием и шасси самосвала для работы с экскава­тором на строительных площадках. Одновременно на базе широ­кого использования узлов и деталей двухосного автомобиля пре­дусматривалась разработка трехосного грузового автомобиля в двух модификациях — тяговой и транспортной.
Совершенно очевидно, что создание конструкции одного дви­гателя, способного работать в оптимальном режиме на таких различных грузовых автомобилях, задача невыполнимая, осо­бенно, если учесть потребность в двигателе большой мощности для городских автобусов, выпускавшихся в то время на заводе.
В этих условиях наиболее полное удовлетворение требований, предъявляемых к двигателям новых грузовых автомобилей, и наибольшая унификация деталей, находящихся в производстве, были возможны при создании максимально унифицированных двигателей, мощность которых изменялась бы за счет изменения их рабочего объема.
При проектировании следовало использовать такие конструк­тивные решения и материалы (в том числе и новые), чтобы новые двигатели имели высокие моторесурс (пробег до капиталь­ного ремонта), энергетические показатели и топливную экономич­ность, малые габаритные размеры и удельную массу, были удобны для ремонта и обслуживания, чтобы в дальнейшем можно было их форсировать в соответствии с улучшением качества топлива и смазочного масла, создать на их базе различные модификации (двигатель, работающий на сжиженном газе, двигатель с фор-камерно-факельным зажиганием, дизель, двигатель для стацио­нарных установок и т. д.), использовать наиболее прогрессивную технологию для изготовления деталей и т. п.
В конечном итоге было создано семейство из двух максимально унифицированных двигателей и положительные результаты испы­таний этих двигателей позволили рекомендовать их для массового производства.
Глава /. РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗИЛ
РАБОТЫ, ПРЕДШЕСТВОВАВШИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЮ НОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ  ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
ВОЗМОЖНОСТЬ ФОРСИРОВКИ ДВИГАТЕЛЯ ЗИС-120 И  ПРЕИМУЩЕСТВА V-ОБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Введение в производство новой модели двигателя требует крупных капиталовложений как в сфере изготовления, так и в сфере его эксплуатации и ремонта. Поэтому решение о переходе на выпуск новой модели может быть принято только после пол­ного использования ресурсов находящейся на производстве модели двигателя. Такой моделью на автомобильном заводе им. И. А. Ли­хачева был шестицилиндровый нижнеклапанный двигатель ЗИС-120 с однорядным расположением цилиндров. В начале про­изводства этот двигатель, предназначавшийся для установки на автомобиль ЗИС-150 грузоподъемностью 4 т, имел основные пара­метры, приведенные в табл. 1.
В конструкцию двигателя ЗИС-120 были внесены усовершен­ствования, позволившие выпускать его модификации, имеющие более высокие параметры, например двигатель ЗИЛ-158В. Сравне­ние данных табл. I показывает, что мощность двигателя возросла на 22,5%, а крутящий момент на 13%. Это было достигнуто в ос­новном путем повышения степени сжатия, увеличения номиналь­ной частоты вращения коленчатого вала и применения более со­вершенного карбюратора, позволившего улучшить наполнение цилиндров двигателя.
Специальные работы, проведенные для определения возмож­ности форсировки двигателя ЗИС-120, показали следующее:
1. Повышение степени сжатия приводит к некоторому увели­чению мощности и крутящего момента, но при этом существенно возрастает потребное октановое число топлива.
2. Улучшение наполнения цилиндров за счет расширения про­ходных сечений впускного тракта невозможно, так как нельзя
1. Основные данные шестицилиндровых двигателей
Параметры
Двигатель ЗИС-120
Двигатель ЗИЛ-158В
Рабочий объем в л ........
Диаметр цилиндра в мм......
Ход поршня в мм.........
Степень сжатия..........
Максимальная мощность1 в л. с. и соответствующая ей частота враще­ния в об/мин..........
Максимальный крутящий момент в кгс-м и соответствующая ему ча­стота вращения в об/мин    . . . .
Минимальный удельный расход топ­лива в г/(л. с. ч.)........
Требуемое октановое число топлива
Масса двигателя без коробки передач и сцепления в кг ........
5,55 101,6 114,3
5,55 101,6 114,3 6,5
1 Здесь   и далее  мощность  для  отечественных  двигателей  указана   по ГОСТу 491—55, а для американских — по SAE.
увеличить размеры клапанов из-за тесного их расположения в камере сгорания. Расстояние между головками клапанов и стен­ками камеры сгорания невелико и составляет по номинальным размерам 3,85 мм как у впускного, так и у выпускного клапанов. Дальнейшее увеличение диаметра головок клапанов еще больше уменьшает проходное сечение вокруг них.
3. Увеличение рабочего объема двигателя возможно только путем соответствующего изменения диаметра цилиндра, так как изменению хода поршня препятствует малый зазор между кулач­ками распределительного вала и нижними головками шатунов. Однако практически увеличить диаметр цилиндра не представля­лось возможным, так как при повышении рабочего объема цилин­дров трудно обеспечить их удовлетворительное наполнение. Кроме того, при этом уменьшается ширина прохода для воды между цилиндрами, которая и при существующем диаметре ци­линдров равна всего лишь 4 мм.
Для кратковременных экспериментов был все-таки построен двигатель с увеличенным до 108 мм диаметром цилиндров за счет установки «мокрых» гильз. Рабочий объем двигателя возрос на 13% и стал равным 6,27 л. При степени сжа­тия 6 и соответственно расширенном впускном тракте этот двигатель развил мощность 115 л. с. (увеличение на 19%) и крутящий момент 35,5 кгсм (уве­личение иа 15%).
4. Применение верхних клапанов равноценно созданию нового двигателя, для которого требуется изготовление специального оборудования для производства новых деталей (в том числе таких сложных, как головка и блок цилиндров). Тем не менее, и этот путь также был проверен.
При испытании верхнеклапанные двигатели, имевшие степень сжатия 6,5, развили максимальную мощность до 130 л. с. при п = 2800 об/мин и максимальный крутящий момент до 39 кгс.-м. Испытания также показали, что эти двигатели имеют повышенный износ основных деталей: цилиндров, шеек коленчатого вала, поршней, направляющих втулок клапанов и др. Резерва же для дальнейшей форсировки эти двигатели так же, как и нижнеклапан­ные, не имеют.
Таким образом, проведенные исследования показали, что шести­цилиндровый рядный двигатель как нижнеклапанный, так и верх­неклапанный не соответствуют требованиям, предъявляемым к двигателям современных грузовых автомобилей, и очевидно, что нерационально использовать такую схему расположения цилин­дров для семейства новых двигателей ЗИЛ. Поэтому для новых двигателей было принято V-образное расположение цилиндров с углом развала между рядами 90°. По сравнению с рядным нижне­клапанным двигателем V-образный верхнеклапанный имеет ряд преимуществ:'
1. Меньшие длина и высота двигателя, что упрощает его уста­новку на современном грузовом автомобиле.
2. Меньшие габаритные размеры двигателя, а следовательно, и меньшая масса.
3. Большая крутильная жесткость коленчатого вала (вслед­ствие уменьшения его длины), практически исключающая необ­ходимость установки гасителя крутильных колебаний.
4. Меньшая длина впускных каналов и идентичность их формы обеспечивают высокий коэффициент наполнения и большую равно­мерность распределения рабочей смеси по цилиндрам.
5. Возможность увеличения диаметров клапанов. Это связано с тем, что у V-образного двигателя расстояние между его цилин­драми оказывается больше, чем в однорядном двигателе (при оди­наковом рабочем объеме одного цилиндра), и поэтому можно увеличить длину камеры сгорания и соответственно размеры кла­панов.
Для примера можно сравнить V-образный двигатель ЗИЛ-375 с однорядным двигателем ЗИЛ-164А, рабочие объемы одного цилиндра которых отличаются всего лишь на 6%, и каждый из этих двигателей при принятом расстоянии между осями цилиндров выполнен с наибольшим возможным для него диаметром ци­линдра (рис. 1).
В однорядном двигателе расстояние между осями цилиндров определяется размерами клапанов (которые должны быть доста­точными для удовлетворительного наполнения цилиндров при частоте вращения коленчатого вала, соответствующей максималь­ной мощности), расстояниями между клапанами, между клапа­нами и стенками камеры сгорания, а также шириной перемычки между соседними камерами сгорания. В V-образном двигателе кроме указанных выше факторов добавляется еще один: необхо-
димость расположения на одной шатунной шейке двух шатунов. В связи с этим расстояние между осями цилиндров в V-образном двигателе определяется суммой продольных размеров шеек и щек одного кривошипа коленчатого вала и в двигателе ЗИЛ-375 оно равно 135 мм, что на 17,5 мм превышает это расстояние в одно­рядном двигателе ЗИЛ-164А.

Рис. 1. Размеры, опре­деляющие расстояние между цилиндрами в одно- и двухрядном двигателях:
а — ЗИЛ-375; б — ЗИЛ-164А
Соответственно в двигателе ЗИЛ-375 диаметр цилиндра на 6,4 мм больше, а камера сгорания на 12,5 мм длиннее, чем в дви­гателе ЗИЛ-164А, что позволяет увеличить размеры клапанов, улучшить наполнение цилиндров и повысить мощность двигателя.
6. Увеличение диаметра цилиндров и соответственное умень­шение хода поршня позволяют снизить его среднюю скорость, в связи с чем уменьшаются потери на трение, а также износ дета­лей цилиндро-поршневой группы. Все это повышает долговеч­ность двигателя.
7. Возможность увеличения площади вытеснителя в камере сгорания способствует турбулизации заряда,  вследствие чего
повышается эффективность сгорания и мощность двигателя и можно использовать топливо с мень'= им октановым числом.
8. Уменьшение радиуса кривошипа приводит к увеличению перекрытия коренной и шатунной шеек коленчатого вала (22,75 мм у двигателя ЗИЛ-375 и 6,85 мм у двигателя ЗИЛ-164А), в резуль­тате чего повышается жесткость коленчатого вала V-образного двигателя.
9. Относительно малая длина и большая жесткость коленча­того вала при V-образной схеме позволяют форсировать двигатель по степени сжатия.
10. Возможность увеличения проходных сечений впускного и выпускного трактов допускает дальнейшую форсировку двигателя также и по частоте вращения.
<<< Предыдущая страница  1  2  3  4  5  6  7  8  9    Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я