Возможность форсировки двигателя ЗИС-120 и преимущество V-образных двигателей


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.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ V-ОБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗИС-ЭПЗ И ЗИС-ЭИЗА
Первый V-образный двигатель ЗИС-ЭПЗ (рис. 2), построен­ный на заводе им. И. А. Лихачева, предназначался для усовершен­ствованной модификации легкового семиместного автомобиля ЗИС-110, для которого требовался двигатель большой мощности с относительно малыми габаритными размерами. Так как при проектировании двигателя ЗИЛ-130 был широко использован опыт создания двигателя ЗИС-ЭПЗ, ниже приведены его основ­ные данные и результаты испытаний.
Основные даииые двигателя ЗИС-ЭПЗ
Тип Двигателя   . .   .   л   л V-образный, восьмицилинд-
ровый, четырехтактный, с жидкостным охлаждением
Рабочий объем в л.......... 6 (5,969)
Диаметр цилиндра в мм ..... 100
Ход поршня в мм .......... 95
Отношение хода поршня к диаметру ци­линдра ............... 0,95
Степень сжатия ........... 7,3
Максимальная мощность в л. с. и соот­ветствующая   ей   частота вращения
в об/мин.............. 180/4000
Максимальный крутящий момент в кгс*м и соответствующая ему частота вр а-
щения в об/мин .......... 44/1800
Минимальный расход топлива в г/(л. с. ч) 220
Литровая мощность в л. с./л ..... 30
Максимальное среднее эффективное да­вление в кгс/см2.......... 9,25
Средняя скорость поршня в м/с   .... 12,7
Масса двигателя в кг......... Менее 400
Порядок работы двигателя ......1—5—4—2—6—3—7—8
В двигателе ЗИС-ЭПЗ была применена полусферическая пол­ностью обработанная камера сгорания с клапанами, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной к оси коленчатого
вала. В этом случае удается расположить в головке очень короткие с большим проходным сечением впускные каналы и применить клапаны большого диаметра. В результате этого обеспечивается хорошее наполнение цилиндров при большой частоте вращения и удовлетворительная очистка камеры сгорания от остаточных газов. Кроме того, значительная часть свежего заряда попадает на выпускной клапан, что приводит к некоторому его охлаждению

Рис. 2. Поперечный разрез двигателя ЗИС-ЭПЗ
и к лучшей подготовке смеси к сгоранию. Центральное расположе­ние свечи зажигания в камере сгорания уменьшает длину пути фронта пламени, улучшая тем самым антидетонационные свойства двигателя.
Применение двухрядного V-образного расположения цилин­дров позволило сократить по сравнению с двигателем ЗИС-110, габаритную длину на 290 мм и высоту на 30 мм. Ширина дви­гателя увеличилась на 30 мм. Такое изменение габаритных раз­меров двигателя привело к снижению его массы на 18 кг (с 403 до 385 кг).
Увеличенное расстояние между осями цилиндров (124 мм вместо 106 мм у двигателя ЗИС-110) и принятое расположение
клапанов позволили увеличить диаметр впускного клапана с 43 до 45,5 мм и выпускного с 36,5 до 39 мм (проходное сечение в кла­панах возросло примерно на 11%). Уменьшение хода поршня (со 118 до 95 мм) увеличило перекрытие шеек коленчатого вала с 5 до 17,5 мм и уменьшило среднюю скорость поршня с 14,2 до 12,7 м/с, несмотря на повышение номинальной частоты вращения коленчатого вала.
Первый экземпляр двигателя ЗИС-Э113 был укомплектован двухкамерным карбюратором МКЗ-ЛЗ, с которым он развил мак­симальную мощность 160 л. с. при п = 3500 об/мин и максималь­ный крутящий момент 41 кгс-м. при п = 2000 об/мин. Литровая мощность не превышала 27 л. с, что при степени сжатия 7,3 явно недостаточно.
Характер протекания кривой мощности в диапазоне частоты вращения 3300—4000 об/мин давал основание полагать, что в этом диапазоне резко уменьшается наполнение двигателя. Дальнейшие исследования показали, что главной причиной недо­статочного наполнения в зоне номинальной частоты вращения является сопротивление карбюратора. После замены карбюра­тора МКЗ-ЛЗ карбюратором Л КЗ К-21, имеющего большие раз­меры диффузоров, увеличился крутящий момент во всем диапазоне частоты вращения скоростной характеристики на 3—3,5 кгс-м при максимальном его значении 43,5 кгс*м. Максимальная мощ­ность составляла 176 л. с. при п = 4000 об/мин.
Увеличение диаметра смесительных камер карбюратора, а также входных отверстий во впускной трубе не повлияло на мощ-ностные параметры двигателя.
Изменение фаз газораспределения привело к снижению пока­зателей двигателя, что подтвердило правильность выбора опти­мальных фаз.
В процессе дальнейших исследований на двигатель было уста­новлено два карбюратора К-21 с диффузорами диаметром 32,5 мм и одновременно газовый подогрев впускной трубы был заменен водяным от системы охлаждения. Эти мероприятия повысили максимальную мощность еще на 10 л. с. при неизменном макси­мальном крутящем моменте.
Двигатель подвергался также испытаниям на надежность, в ре­зультате которых было установлено следующее:
— тепловой зазор между поршнем и цилиндром и овальность юбки поршня недостаточны для нормальной работы двигателя на напряженных режимах. Увеличение овальности юбки путем уменьшения ее диаметра в сечении под углом 45° к оси пальца на 0,12 — 0,3 мм устранило задиры поршня;
— трещины в днищах поршней являлись следствием недоста­точной жесткости самого днища и малой прочности алюминиевого сплава АЛ10В.
— разрушение вкладышей коренных подшипников, изгото­вленных из сталебаббитовой ленты, было усталостным;
— каналы подвода масла к направляющим втулкам клапанов не обеспечивали нужного количества смазки.
В связи с составлением технического задания на проектирова­ние нового городского автобуса большой вместимости (75 пасса­жиров) на базе двигателя ЗИС-ЭПЗ с максимальным использова­нием его деталей был спроектирован восьмицилиндровый двига­тель ЗИС-ЭНЗА с рабочим объемом 7 л. Повышение рабочего объема было достигнуто за счет увеличения диаметра цилиндра

Рис. 3. Расположение газовых каналов в головке двигателя ЗИС-ЭПЗА
и хода поршня (соответственно до 105 и 100 мм). Было очевидно, что модификация ЗИС-ЭПЗА, спроектированная на базе двига­теля для легкового автомобиля, не будет иметь требуемой долго­вечности при установке на городской автобус. Однако постройка и испытание такого двигателя позволили получить его скоростную характеристику и использовать ее при разработке основных пара­метров городского автобуса большой вместимости.
Проведенная конструктивная разработка и испытания двига­теля ЗИС-Э113 с полусферической камерой сгорания и с клапанами, расположенными в плоскости, перпендикулярной к оси коленча­того вала, показали, что этот двигатель имеет определенные недо­статки, а именно:
— большая ширина головок цилиндров и, следовательно, большая их масса;
—■ удвоенное число осей коромысел;
— большие стойки коромысел, необходимые для установки даух осей в каждой головке;
— недостаточный обдув свечи зажигания и трудность ее обслу­живания из-за расположения в глубоком колодце;
— увеличение октанового числа топлива вследствие малой тур-булизации заряда в камере сгорания.
Указанные недостатки, в какой-то мере допустимые при малом выпуске двигателей и установке их на легковых автомобилях, при увеличении выпуска и оборудовании этими двигателями автобусов становятся не только нежелательными, но и недопустимыми. Поэтому для нового двигателя была выбрана шатровая, полностью обработанная камера сгорания с клапанами, расположенными в одной плоскости, параллельной оси коленчатого вала (рис. 3). Это позволило уменьшить ширину и массу головки цилиндров, в результате чего габаритная ширина двигателя сократилась на 59 мм (с 762 до 703 мм), а его масса — па 20 кг (с 385 до 365 кг).
Масса двигателя, равная 365 кг, не является минимально воз­можной, поскольку при создании двигателя ЗИС-ЭПЗА макси­мально использовались детали двигателя ЗИС-ЭПЗ. Это во мно­гих случаях исключало возможность наиболее рационального уменьшения размеров и массы деталей нового двигателя.
Шатровая камера сгорания при диаметре цилиндра 105 мм и степени сжатия 6,8, имеет кольцевой вытеснитель, обеспечиваю­щий более интенсивное, чем в полусферической камере сгорания, завихрение рабочей смеси, что дает возможность несколько снизить потребное октановое число топлива.
Основные данные двигателя ЗИС-ЭПЗА
Тип двигателя    .   .   .......... V-образный, восьмицилинд­ровый
Рабочий объем в л   . . . 7 (6,927)
Диаметр цилиндра в мм    .        ... 105
Ход поршня в мм........... 100
Отношение хода поршня к диаметру ци­линдра ............... 0,952
Степень сжатия ........... 6,8
Максимальная мощность в л. с. и соот­ветствующая   ей   частота вращения
в об/мин.............. 180/3200
Максимальный крутящий момент в кгс-м и соответствующая ему частота вра­щения в об/мин .......... 47,5/1600
Минимальный расход топлива в г/(л. с. ч) 240
Литровая мощность в л. с./л ..... 25,7
Среднее эффективное давление в кгс/см2 8,6
Средняя скорость поршня в м/с  .... 10,7
Порядок работы двигателя ...... 1—5—4—2—6—3—7—8
На рис. 4 дан поперечный разрез двигателя ЗИС-ЭПЗА, а на рис. 5 его скоростная характеристика. Этот двигатель с карбю­ратором МКЗ-ЛЗ имел максимальную мощность 150 л. с. при п — = 3100 об/мин и максимальный крутящий момент 44,5 кгс-м, при п = 1700 об/мин, т. е. параметры двигателя оказались ниже проектных.
Как и в случае с двигателем ЗИС-ЭПЗ, проектные параметры двигателя ЗИС-ЭПЗА были получены при установке впускной

Рис. 4. Поперечный разрез двигателя ЗИС-ЭПЗА
трубы с водяным подогревом и двух карбюраторов ЛКЗК-21 с диф­фузорами диаметром 29,5 мм. Двигатель развил мощность 176 л. с. при п — 3300 об/мин и крутящий момент 47,5 кгс-м при п -= 1600 об/мин.
В табл. 2 приведены основные данные двигателей ЗИС-ЭПЗА и американских двигателей Ле Руа и Рио, сконструированных специально для грузовых автомобилей (в большинстве случаев американские фирмы, производящие грузовые автомобили, при­меняли на них дефорсированные модификации V-образных дви­гателей легковых автомобилей).
При испытаниях двигателя ЗИС-ЭПЗА были отмечены тре­щины на днищах поршней, выкрашивание биметаллических вкла­дышей подшипников коленчатого вала, износ шеек коленчатого вала, питтинг на опорной поверхности толкателей и отсутствие

Рис. 5. Скоростная характе­ристика двигателя ЗИС-Э113А с различными карбюратора­ми (индекс «О» означает, что параметры приведены к нор­мальным условиям):
.----карбюратор МКЗ-ЛЗ;
---— два карбюратора
К-21 с диффузорами диаметром 29,5 мм
1200
2800 л.аб/мин
вращения толкателей во время работы двигателей. Вследствие повышенного расхода масла через отверстия в коромыслах кла­панов в камеру сгорания поступало значительное количество
2. Основные данные V-образных восьмнцилиндровых двигателей
Параметры
ЗИС-ЭПЗА
Ле Руа ТН-540
Рио OV-220
Рабочий объем в л .......
Диаметр цилиндра в мм.....
Ход поршня в мм......, ,
Отношение хода поршня к диаметру цилиндра ...........
Степень сжатия.........
Максимальная мощность 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 расход топлива в г/(л. с. ч) ............
Литровая мощность в л. с./л  . . . .
Максимальное среднее эффективное давление в кгс/см2 .......
Средняя скорость поршня в м/с
Масса двигателя в кг.......
Удельная масса двигателя в кг/л. с.
6,92 105 100
8,85 114,3 107,95
7,22 104,775 104,775
206/3000 62,2/1800
8,85 10,9 612 2,97
220/3200 55,5/2000
9,65 11,2 550 2,52
масла, что приводило к образованию толстого слоя нагара на элементах деталей, находящихся в камере сгорания. Уменьшить расход масла через отверстия в коромыслах при помощи жиклеров не удалось.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ СЕМЕЙСТВА V-ОБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ПЕРВАЯ ОПЫТНАЯ СЕРИЯ
Исходные данные для проектирования и схема унификации двигателей семейства. Таким образом, к моменту начала проек­тирования двигателей для новых грузовых автомобилей, было известно следующее:
— двигатель с V-образным расположением цилиндров имеет явные преимущества по сравнению с рядным двигателем;
— V-образный восьмицилиндровый двигатель ЗИС-ЭПЗА обладает удовлетворительными мощностными и экономическими параметрами;
— вследствие большого разнообразия типов автомобилей, для которых предназначены новые двигатели, их мощность должна изменяться в широких пределах в зависимости от назначения авто­мобиля.
Для выполнения последнего требования, а также для получе­ния наибольшего экономического эффекта при производстве и эксплуатации двигателей было целесообразно создать семейство из трех V-образных двигателей с углом развала 90°, имеющих 6, 8 и 12 цилиндров.
Чтобы ремонтоспособность новых двигателей была высокой, в них должны быть применены мокрые гильзы цилиндров. Кроме того, в этом случае легко изменять рабочий объем двигателя путем установки в блок гильз меньшего диаметра. Эта возмож­ность может быть использована, например, для получения дви­гателя для легкового .автомобиля.
Двигатели, входившие в семейство, имели следующее назна­чение:
— шестицилиндровый V-образный двигатель ЗИС-130 с наи­меньшим рабочим объемом и проектной мощностью 130—140 л. с.— для установки на двухосный грузовой автомобиль ЗИС-130 грузо­подъемностью 4 т, на трехосные грузовые автомобили ЗИС-131 грузоподъемностью 2,5 т, а также на модификации этих автомо­билей;
— восьмицилиндровый V-образный двигатель ЗИС-129 — для установки на городской автобус с общим числом мест, равным 75; проектная мощность этого двигателя 180—190 л. с;
— восьмицилиидровый V-образный двигатель ЗИС-П1, яв­ляющийся модификацией двигателя ЗИС-129 и отличающийся от него уменьшенным рабочим объемом, увеличенной степенью
сжатия и более высокой номинальной частотой вращения, — для установки на семиместный легковой автомобиль; мощность этого двигателя должна была быть равна 200—220 л. с;
— двенадцатицилнндровый V-образный двигатель ЗИС-134, имеющий наибольший рабочий объем, — для установки на грузо­вые автомобили большой грузоподъемности; проектная мощность этого двигателя 240—250 л. с.
Показатели, полученные при испытании V-образного двига­теля ЗИС-ЭПЗА с рабочим объемом 7 л, как указывалось ранее, представлялись вполне приемле­мыми. Поэтому для нового V-об­разного двигателя ЗИС-129 был принят рабочий объем двигателя, равный 7 л. Расстояние между осями цилиндров 135 мм было определено при разработке про­дольной компоновки отсека дви­гателя с учетом необходимой ве­личины опорных поверхностей вкладышей коленчатого вала, тол­щины его щек, радиусов галтелей в местах перехода от шеек колен­чатого вала к щекам и зазоров между щеками и торцами опор коренных подшипников в блоке цилиндров.
После определения расстояния между осями цилиндров было установлено, что диаметр цилинд- Рис. 6> проектные скоростные ха-ра при выбранной конструкции рактеристики V-образных двигате-мокрой  гильзы  может  быть ра- лей:
ВеН   108 ММ.    Указанная   ВОЗМОЖ---шестицилиндровый двига-
ность была использована, так как   лмдоовый"130:дп^а7елТ ~ взйс-и12э|
увеличение   диаметра   цилиндра -----двег"тспГз^сЛ я1?00"11 дви"
позволяет уменьшить ход поршня
до 95 мм и соответственно снизить его скорость, износ деталей поршневой группы, а также мощность внутренних потерь.
При новых диаметре цилиндра и ходе поршня их отношение (SID) стало равным 0,88, а средняя скорость поршня при номи­нальной частоте вращения 10,12 м/с. При такой средней скорости поршня создается некоторый резерв для дальнейшего роста мощ­ности за счет повышения номинальной частоты вращения.
Проектные параметры семейства V-образных двигателей ЗИС приведены на рис. бив табл. 3.
Как свидетельствуют данные табл. 3, двигатели семейства имеют рабочие объемы и мощности, существенно отличающиеся друг от друга, что позволяет устанавливать оптимальные по мощности   двигатели   на   все   автомобили, предполагавшиеся
2 Заказ 181 17

3. Проектные параметры семейства V-образных двигателей
Параметры
Число цилиндров .........
Рабочий объем в л ........
Диаметр цилиндра в мм......
Отношение хода поршня к диаметру
Максимальная мощность в л. с. и соот-
ветствующая ей частота вращения
Максимальный  крутящий  момент в
кгс-м и    соответствующая ему ча-
стота вращения в об/мин ....
Минимальный    расход   топлива в
Литровая-мощность в л. с./л ....
Среднее   эффективное   давление в
кгс/см2 ............■.
Средняя скорость поршня в м/с    . .
Потребное октановое число топлива
Масса двигателя в кг.......
Удельная масса двигателя в кг/л. с.
к выпуску на заводе им. И. А. Лихачева и на связанных с ним заводах.
Принятая схема изменения рабочего объема дает возможность максимально унифицировать детали и уменьшить массу каждого из двигателей, входящих в семейство (табл. 4).
В двенадцатицилиндровом двигателе ЗИС-134 используются четыре головки шестицилиндрового двигателя ЗИС-130 (собран­ные с осями коромысел и крышками головок цилиндров), два впускных и четыре выпускных трубопровода, что увеличивает количество унифицированных деталей в двигателях семейства.
В двигателе ЗИС-111, предназначенном для установки на лег­ковой автомобиль, количество неунифицированных деталей увели­чивается из-за уменьшенного рабочего объема, повышенной сте­пени сжатия, увеличенной частоты вращения и существенного отличия фаз газораспределения, а также из-за необходимости более низкого расположения оси вентилятора системы охлажде­ния для уменьшения высоты двигателя.
Двигатель ЗИС-Э129. Первым из семейства был спроектирован V-образный восьмицилиндровый двигатель ЗИС-Э129 (рис. 7 и 8). Учитывая удовлетворительные результаты, полученные при испы­таниях двигателя ЗИС-ЭПЗА, для новой модификации ЗИС-129 была выбрана шатровая, полностью обработанная камера сгора­ния. По отношению поверхности к объему шатровая камера близка
4. Унифицированные основные детали и узлы семейства
двигателей ЗИС
Узлы или детали
ЗИС-130
ЗИС-129
ЗИС-134
Подвеска двигателя    . .
Блок цилиндра    . . , .
Гильзы цилиндров . . .
Крышки коренных под­шипников ......
Передняя крышка блока
Головки   блока цилин­дров и прокладки .
Крышки головок цилин-
Унифицированная ЗИС-130   1   ЗИС-129   1 ЗИС-134 Унифицированные
ЗИС-111 ЗИС-129 ЗПС-Ш
ЗИС-130 ЗИС-130
Унифицированные Унифицированная
ЗИС-129 ЗИС-129 ЗИС-111 ЗИС-111 *
ЗИС-129 ЗИС-129
ЗИС-130 ЗИС-130
дров .......
Поршни, пальцы и коль
Да........
Шатуны ......
Коленчатый вал   ■  ■ , Вкладыши коренных подшипников    . . .
Маховик .......
Цепной привод распреде­лительного вала  . . Распределительный вал
Толкатели .....
Клапаны и их привод Оси коромысел    . . . Впускная труба   . . . Выпускной трубопровод Масляный картер    . , Маслоприемник    . . г Масляный насос  . . . Масляные фильтры Система вентиляции Привод распределителя Система питания     . . Система охлаждения ь
Унифицированные
ЗИС-129   | ЗИС-134
Унифицирован ные ЗИС-129   i Нет
Унифицированный
ЗИС-130 ЗИС-130
ЗИС-130 ЗИС-130 ЗИС-130 ЗИС-130
ЗИС-129 ЗИС-129
ЗИС-134 ЗИС-129
ЗИС-129 ЗИС-129 ЗИС-111 ЗИС-129
Унифицированные
ЗИС-129 ЗИС-129 ЗИС-129 ЗИС-129
ЗИС-130 ЗИС-130 ЗИС-130 ЗИС-134
Унифицированный
Унифицированные Унифицированная Унифицированный ЗИС-129   I ЗИС-134
ЗИС-111 ЗИС-111
Ун ифициров а иная
* Отличается от коленчатого вала двигателя ЗИС-129 формой фланца маховика.
к полусферической, имеющей, как известно, высокий термический к. п. д. При центральном расположении свечи зажигания и нали­чии кольцевого вытеснителя по периферии камеры сгорания воз­растает интенсивность завихрения рабочей смеси, улучшается процесс сгорания и снижаются требования к октановому числу топлива. Форма камеры сгорания выбрана так, что линия пересече­ния ее стенок с плоскостью прилегания головки к блоку цилиндров представляет собой окружность. Вследствие этого прокладка между головкой цилиндров и верхним торцом гильзы обжимается по всей его ширине, что создает надежное уплотнение стыка между головкой цилиндров и блоком.
При шатровой камере сгорания нужная степень сжатия опре­деляется высотой вытеснителя па головке поршня. Это позво­ляет в необходимых случаях легко изменять степень сжатия. Диаметр нижнего конуса вытеснителя выбран таким, чтобы при уменьшении диаметра цилиндра до 100 мм (двигатель ЗИС-Э111) на блок цилиндров, общий для двигателей ЗИС-ЭП1 и ЗИС-Э129,

Рис. 7. Поперечный разрез двигателя ЗИС-Э129
можно было устанавливать головку блока двигателя ЗИС-Э129 без каких-либо изменений.
При вертикальном расположении клапанов (под углом 45° к оси цилиндров) расстояние между фланцами крепления выпуск­ных трубопроводов оказывается минимальным.
Ниже приведена краткая характеристика основных узлов и деталей двигателя ЗИС-Э129.
Подвеска двигателя, расположенного поперек в задней части автобуса, представляет собой три резиновые опоры. Опора под передней крышкой блока состоит из двух   рядом размещенных
Наборов круглых резиновых подушек, их гнезд, накладок и рас­порных втулок. Каждая из двух опор, установленных на картере маховика, состоит из двух резиновых втулок, охватываемых обой­мой и соединенных методом вулканизации со штоком, проходящим внутри них. Чтобы предотвратить перемещение двигателя в осевом и поперечном направлениях, он связан с силовым каркасом кузова при помощи шарнирной реактивной тяги, установленной на рези­новых втулках.

Рис. 8. Расположение газовых каналов в головке цилиндров двига­теля ЗИС-Э129
Блок цилиндров чугунный с мокрыми гильзами. Плоскость стыка с масляным картером расположена на 66 мм ниже оси пятиопорного коленчатого вала. Верхняя половина картера махо­вика отлита как одно целое с блоком. Расстояние между осями цилиндров равно 135 мм. Смещение рядов цилиндров составляет 29 мм. В отливке имеется камера для установки фильтра грубой очистки масла.
В верхнюю часть гильзы запрессована вставка из кислотоупор­ного чугуна. Нижний пояс гильзы уплотнен тремя резиновыми кольцами, установленными в канавках на гильзе, а верхний пояс — прокладкой между головкой и блоком цилиндров.
Передняя крышка блока чугунная, на ней расположен фланец для крепления топливного насоса.
Штампованная крышка коробки толкателей размещена на верх­нем торце блока. На крышке расположена маслозаливная труба, а снизу к ней крепится маслоотделитель системы вентиляции кар­тера. Между блоком и крышкой коробки толкателей устанавли­вается пробковая прокладка.
Головки цилиндров чугунные, с полностью обработанной шатровой камерой сгорания. Гнезда клапанов расположены в од­ной плоскости, параллельной оси коленчатого вала, отверстие для свечи зажигания находится в центре камеры сгорания. Угол фаски седла выпускного клапана, запрессованного в головку, равен 90°, а впускного, выполненного в теле головки, 120°.
Головка цилиндра крепится к блоку 17 болтами с резьбой М12 (по пять болтов на цилиндр). Стык между блоком цилиндров и головкой уплотнен прокладкой из асбестового картона, облицо­ванного с двух сторон стальными листами. Во всех отверстиях про­кладки установлены пистоны. Крышка головки цилиндров литая из алюминиевого сплава, крепится к головке четырьмя централь­ными шпильками.
Поршни автотермические, отлиты из алюминиевого сплава. Днище поршня имеет вытеснитель в виде усеченного конуса с допол­нительными углублениями, обеспечивающими равномерный зазор между вытеснителем, поверхностью камеры сгорания и клапанами. Диаметр нижнего (большого) основания вытеснителя меньше диа­метра поршня, поэтому в камере сгорания образуется кольцевой вытеснитель, усиливающий завихрение смеси.
Головка поршня отделена от юбки поперечными прорезями. Поперечное сечение юбки — овал, в котором разница между наи­большим и наименьшим диаметрами равна 0,3 мм.
Поршневой палец плавающего типа. Осевая фиксация пальца осуществляется с помощью двух стопорных колец, изготовленных из проволоки круглого сечения.
Поршневые кольца чугунные, с грушевидной эпюрой радиаль­ного давления на стенку цилиндров. Верхнее компрессионное кольцо (высота 2,5 мм и радиальная толщина 4,5 мм) хромиро­вано по наружной цилиндрической поверхности. У верхнего торца кольца на внутренней цилиндрической поверхности сделана про­точка. Нижнее компрессионное кольцо (высота 3 мм и радиальная толщина 4,5 мм) имеет наружную поверхность в виде конуса с проточкой, расположенной у нижнего торца. Маслосъемные кольца со скребками на наружной поверхности установлены по два в одну канавку. Масло отводится внутрь поршня через отверстия, просверленные в канавке маслосъемного кольца.
Шатун стальной, двутаврового сечения, без центрального отверстия для подвода смазки к поршневому пальцу. Длина ша­туна 175 мм; отношение радиуса кривошипа к длине шатуна со­ставляет 1/3,68 или 0,272. В верхнюю головку шатуна запрес­сована свертная бронзовая втулка. В крышке шатуна имеется канавка для подачи масла на стенку цилиндров.
Вкладыши коренных и шатунных подшипников коленчатого вала взаимозаменяемые, тонкостенные, стальные, залитые анти­фрикционным сплавом СОС 6-6.
Некоторые параметры вкладышей шатунных коренных под­шипников приведены в табл. 5.
5. Характеристика вкладышей шатунных и коренных подшипников
Наименование
ЗИС-Э129 и ЗИЛ-375
Ле Руа ТН-540
OV-220
Иптср-н ей шил UV-549
Вкладыши шатунных подшипников
Антифрикционный материал . . . . Диаметр шатунной шейки йШт ш в мм Длина шатунной шейки /ш, ш в мм
в см2/(кгс.м) , .
^HL^jn    в смУл.......
Свинцовистая бронза
69,88 31,75
63,5 23,55
Вкладыши коренных подшипников
Антифрикционный материал . , , . Диаметр коренной шейки dK. т в мм Ширина вкладыша коренного подшип­ника /к. т в мм.........
Свинцовистая бронза
к- ш *к- ш
в см2/(кгс-м)
■^Ц^-^^   в см*/л . Vh
Примечание.   Ме — крутящий   момент   одного   цилиндра;        — рабочий объем цилиндра.
На вкладышах коренных подшипников имеется канавка для подвода масла к шатунным подшипникам. На одной из поверх­ностей стыка шатунных вкладышей сделана прорезь для подачи масла на стенку цилиндров.
Фиксация коленчатого вала от осевых перемещений осуще­ствляется упорными биметаллическими (сталь — СОС 6-6) шай­бами, расположенными в его передней части. Для предупрежде­ния проворота шайб служат выступы, входящие в прорези на крышке переднего коренного подшипника.
Коленчатый вал пятиопорный, крестообразный, стальной, кованый; шейки закалены т. в. ч. Противовесы представляют собой одно целое с валом и уравновешивают моменты центробежных сил и сил инерции первого порядка. При принятых размерах шеек вала их перекрытие равно 23 мм или 48,5% радиуса кривошипа. Масло к шатунному подшипнику подводится по просверленному в каждой щеке каналу, идущему от соседней коренной шейки.
На переднем конце коленчатого вала расположены шкив для при­вода агрегатов и резиновый каркасный двухкромочный сальник, запрессованный в гнездо передней крышки блока. Для защиты сальника от пыли применено войлочное кольцо. Задний конец коленчатого вала уплотняется асбестовым набивным сальником, расположенным в кольцевой проточке заднего коренного подшип­ника. Уплотнение боковых вертикальных поверхностей крышки заднего коренного подшипника осуществляется деревянными колышками, а горизонтальных поверхностей стыка с блоком —
прокладками из маслостойкой

Маховик чугунный, с зубча­тым венцом для пуска двига­теля от стартера.
Распределительный вал стальной, пятиопорный. Шейки и кулачки вала закалены т. в. ч. На переднем конце вала рас­положены эксцентрик привода топливного насоса, закреплен­ный на валу при помощи болта, и распорное кольцо для осевой фиксации вала. Перед послед­ней, пятой, опорой вала уста­новлена шестерня привода рас-
пределителя и масляного насо-Рис. 9. Фазы газораспределения дви-   са.    Распределительный вал гателя ЗИС-Э129 приводится   во   вращение от
звездочки на коленчатом валу при помощи бесшумной цепи. Кулачки имеют безударный про­филь и характеризуются большим коэффициентом полноты диа­граммы подъема клапана. Фазы газораспределения даны на рис. 9 (сплошные линии—фазы основного профиля, штриховые—полного).
От продольных смещений распределительный вал фиксируется при помощи распорного кольца и упорного чугунного фланца, укрепленного на переднем торце блока цилиндров.
Толкатели гидравлические, саморегулирующиеся, с корпусом в виде стакана. Такая конструкция корпуса облегчает демонтаж и монтаж толкателя на двигателе. Увеличенный до 17 мм диаметр плунжера (против 11 мм в толкателе ЗИС-110) обеспечивает большую силу, необходимую для устранения зазора в механизме привода верхних клапанов.
Штанги толкателей стальные (из прутка) с закаленными сферическими концами.
Впускной клапан изготовлен из стали 40ХН и имеет рабочую фаску под углом 120°. Диаметр стержня клапана 9 мм.
Выпускной клапан имеет головку, изготовленную из стали Х13Н7С2, и стержень из стали 40Х. Угол рабочей фаски равен 45°,
<<< 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