Реконструкция серийных двигателей спортивных и гоночных автомобилей, построенных на базе стандартных агрегатов
Для спортивных и гоночных автомобилей, построенных на базе стандартных агрегатов, применяются серийные двигатели с более высокой степенью форсировки, иногда подвергаемые значительной реконструкции.
Согласно принятым Комитетом по делам физкультуры и спорта при Совете Министров СССР правилам для спортивных автомобилей, допускаются различные изменения конструкции серийных двигателей, за исключением изменения числа цилиндров, увеличения рабочего объема и установки нагнетателей.
Как было указано, основными способами повышения мощности серийных двигателей являются увеличение степени сжатия и наполнение цилиндров горючей смесью. Это может быть достигнуто при применении на серийных двигателях головок цилиндров с верхними клапанами.
Головка цилиндров с верхними клапанами дает возможность получить более рациональную форму камеры сгорания и расположить клапаны над полостью цилиндра. Вследствие этого при увеличении степени сжатия (а следовательно, уменьшении объема камеры сгорания) не суживаются сечения для прохода горючей смеси в самой камере сгорания; при этом уменьшается сопротивление впуску. Улучшение формы камеры сгорания снижает опасность появления детонации.
Верхнее расположение клапанов дает возможность: увеличить их проходное сечение, обеспечить создание каналов более выгодной формы, позволяет располагать впускной и выпускной трубопроводы с разных сторон двигателя и этим устранить вредное влияние подогрева горючей смеси. Все перечисленные факторы способствуют уменьшению сопротивления впускного тракта и повышению наполнения цилиндров горючей смесью.
Наиболее простой конструкцией является головка с верхними впускными клапанами и нижними выпускными, расположенными в блоке цилиндров. Примером такой конструкции является головка с верхними впускными клапанами, разработанная в НАМИ для двигателя М-20.
 Рис. 28. Поперечный разрез двигателя М-20, имеющего головку с верхними впускными клапанами |
На рис. 28 представлен поперечный разрез двигателя М-20 с головкой конструкции НАМИ. Впускные клапаны расположены в головке цилиндров с небольшим наклоном к вертикальной оси. Привод клапанов осуществляется от стандартного распределительного вала, расположенного в блоке цилиндров, через толкатели, штанги и коромысла.
Головка цилиндров — литая, из алюминиевого сплава, с запрессованными вставными гнездами клапанов из жароупорной стали. Впускные каналы в головке цилиндров — отдельные для каждого цилиндра, причем поперечное сечение их постепенно переходит от прямоугольного к круглому.
Блок цилиндров имеет незначительные изменения: 1) установлены заглушки на выходе впускных каналов (вверху блока); в заглушках имеются отверстия для свободного прохода штанг толкателей и 2) входные отверстия впускных каналов (сбоку блока) закрыты чугунными крышками.
Впускной и выпускной трубопроводы изготовлены заново. Вместо общего выпускного трубопровода изготовлены отдельные патрубки, по которым отработавшие газы отводятся в выпускную трубу. Как видно из рисунка, впускной и выпускной трубопроводы расположены с разных сторон двигателя.
Для упрощения изготовления головки цилиндров с верхними впускными клапанами для двигателя М-20 многие детали использованы от других двигателей. Впускные клапаны изготовлены из впускных клапанов двигателя ЗИС-120 путем укорочения их стержней и уменьшения диаметра тарелки до 48 мм; угол фаски 30°. Клапанные пружины, расположенные в головке цилиндров, взяты от двигателя ЗИС-110.
 Рис. 29. Двигатель ЗИС-110 с верхними впускными клапанами |
При работе двигателя на больших оборотах появляются значительные инерционные усилия. При этом для сохранения кинематической связи в клапанном механизме штанга и толкатель дополнительно нагружена второй стандартной пружиной, расположенной в блоке цилиндров.
Смазка коромысел верхнеклапанного механизма осуществляется маслом, поступающим через отверстие в толкателе и внутреннюю полость трубчатой штанги.
Расположение и привод выпускных клапанов остаются стандартными.
Стендовые испытания двигателя М-20 с такой головкой цилиндров показали хорошие результаты. Максимальная мощность двигателя достигала 91 л. с. при 4000 об/мин*. Установка двигателя с верхними впускными клапанами на серийный автомобиль обеспечила значительное улучшение его динамических качеств.
Аналогичная конструкция головки была разработана Московским автозаводом имени Сталина для двигателя ЗИС-110, установленного на автомобиле с двухместным спортивным кузовом (рис. 29), а также на Московском заводе малолитражных автомобилей для двигателя «Москвич» с рабочим объемом 1,19 л. При испытаниях на стенде двигатель развивал мощность до 38 л. с.
Всестороннюю проверку автомобили, снабженные двигателями с верхними впускными клапанами, не прошли, так как в соревнованиях 1952 г. такие двигатели не допускались к установке на серийные автомобили.
Значительное увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя требует изменения профиля кулачка, а следовательно, нового распределительного вала. Вследствие сложности изготовления таковых у большинства серийных двигателей распределительные валы сохраняются стандартными при установке головок с верхними клапанами.
При разработке конструкции головок цилиндров с верхними клапанами, приводимыми в движение посредством штанг и коромысел от стандартного нижнего распределительного вала, возникает ряд трудностей.
Вследствие увеличения массы деталей, движущихся возвратно-поступательно, при большом числе оборотов возникают значительные инерционные усилия, вызывающие отставание толкателя и клапана от кулачка, что приводит к нарушению фаз газораспределения. Для уменьшения этих инерционных усилий помещают распределительный вал в головке цилиндров. При этом размеры и вес деталей, передающих усилия от кулачка к клапану, резко сокращаются.
В некоторых случаях в головке цилиндров располагают два распределительных вала, один из которых приводит в действие впускные клапаны, а другой — выпускные. Привод распределительных валов осуществляется бесшумной цепью. Примером такой реконструкции серийного двигателя М-20 является двигатель, установленный на автомобиле «Харьков-6»; цепной привод верхних распределительных валов осуществляется звездочкой, расположенной на нижнем распределительном валу.
Кроме изменения конструкции распределительного механизма и впускного тракта в серийных двигателях, подвергнутых высокой степени форсировки, изменяется также система смазки и повышается емкость системы охлаждения.
Наибольшее распространение для двигателей гоночных автомобилей получает система смазки с сухим картером. При такой системе масло откачивается из картера в масляный бачок специальным масляным насосом; другой насос нагнетает масло через фильтр грубой очистки в магистраль двигателя.
При реконструкции серийных двигателей используется существующий масляный насос, но добавляются одна или две секции.
На двигателе автомобиля «Харьков-6» установлен трехсекционный масляный насос. Две секции этого насоса работают как откачивающие, а третья как нагнетающая. Число откачивающих секций делается иногда большим, чем число нагнетающих секций, чтобы обеспечить более быстрый отвод масла из картера в масляный бак.
В некоторых случаях число откачивающих и нагнетающих секций остается одинаковым, но шестерни откачивающих насосов при том же диаметре начальной окружности имеют большую длину зуба, чем шестерни нагнетающих насосов. В соответствии с этим увеличивают длину вала масляного насоса и изменяют его корпус.
При столь значительной реконструкции серийного двигателя сохраняется только блок цилиндров и детали шатунно-кривошипного механизма.
Подвергнутые реконструкции и снабженные верхними распределительными валами, серийные двигатели позволяют получить значительно более высокую литровую мощность: около 40—45 л. с./л против 35—37 л. с./л при установке головки с верхними клапанами и нижним распределительным валом и 30—34 л. с./л у обычно форсированного двигателя с нижними клапанами.
В некоторых случаях для спортивных автомобилей строят специальные двигатели, которые представляют собою промежуточный тип между серийными и гоночными двигателями.
В большинстве случаев — это 4- или 6-цилиндровые двигатели, в отдельных случаях 8- или 12-цилиндровые.
По сравнению с серийными двигателями легковых автомобилей специальные спортивные двигатели имеют усиленный шатунно-кривошипный механизм, допускающий большие нагрузки на его детали и позволяющий давать более высокую степень форсировки.
Обычно степень сжатия специальных двигателей спортивных автомобилей составляет 8,5—9,5. Дальнейшее повышение степени сжатия нецелесообразно для спортивных автомобилей, так как оно потребовало бы применения специальных топлив (смесей со значительным содержанием метанола), расход которых весьма значителен. Для спортивных автомобилей, предназначенных в основном для соревнований на большие дистанции, расход топлива имеет существенное значение как с точки зрения экономичности, так и с точки зрения необходимости увеличения запаса топлива.
При конструировании специальных двигателей для спортивных автомобилей принимают верхнеклапанный механизм распределения с верхним расположением одного или двух распределительных валов**.
Спортивные двигатели имеют систему смазки под давлением, обычно с «сухим картером», и оборудуются устройством для охлаждения масла.
Охлаждение двигателей, как правило, водяное, с принудительной циркуляцией воды и увеличенной емкостью всей системы.
В системе зажигания преобладает установка магнето.
Иногда специальные двигатели для спортивных автомобилей выполняют на базе гоночных двигателей, но с соответствующим уменьшением их форсировки.
* Следует учитывать, что рабочий объем цилиндров двигателя был увеличен до 2,49 л, но это повышение рабочего объема двигателя дает увеличение мощности не более чем на 15%.
** Подробно конструктивные схемы верхнеклапанного механизма распределения будут рассмотрены в разделе двигателей гоночных- автомобилей.
| ← Предыдущая страница | оглавление | Следующая страница → |
