Общее описание авиационного мотора ВК-107

Авиационный мотор ВК-107А является четырехтактным высотным двигателем внутреннего сгорания с водяным охлаждением. Двенадцать цилиндров двигателя расположены в двух блоках под углом в 60°.

Мощность мотора с подъемом самолета до расчетных высот поддерживается постоянным давлением воздуха (р_к) в воздухопроводах с помощью приводного центробежного двухскоростного нагнетателя с механическим переключением скоростей. Для получения повышенной мощности на взлете мотор оборудован механизмом повышения наддува, управляемым из кабины летчика.

Картер мотора состоит из двух половин, имеющих плоскость разъема по оси коленчатого вала. Верхняя половина картера несет на себе блоки цилиндров, редуктор, закрытый съемной крышкой, крепления пушки и приводы кулачковых валиков газораспределения. В задней части нижнего картера расположены масляные помпы и приводы бензиновой и водяной помп. В задней части обеих половин картеров крепится коробка передач с двухскоростным приводом к нагнетателю и с приводом к магнето. В передней части верхней половины картера размещены приводы к регулятору оборотов винта и к дополнительной масляной помпе, откачивающей масло из редукторной полости.

У выхода переднего конца коленчатого вала на картере имеется фланец для крепления воздушного компрессора.

В задней части крышки редуктора имеется фланец для крепления генератора. Спереди, с левой стороны, на крышке редуктора установлен суфлер, соединяющий полость картера с атмосферой.

В передних полках крышки редуктора й верхней половины картера имеется восемь свободных отверстий для крепления капота мотора.

Поперечные стенки нижнего и верхнего картеров пустотелые. Верхняя половина картера имеет по обе стороны отверстия, которые соединяют пустотелые камеры поперечных стенок картера с атмосферой для воздушного охлаждения подшипников коленчатого вала. Отверстия с каждой стороны картера объединены в коллекторы. Один коллектор обращен патрубком к носку мотора, навстречу потоку воздуха, другой коллектор — к задней части мотора.

Верхняя половина картера имеет четыре лапы (по две с каждой стороны), соединенные на каждой стороне между собой продольными полками, образующими две опорные плоскости; при помощи лап мотор крепится на подмоторную раму.

К нижней половине картера снизу крепится отъемное маслосборное корыто.

Маслосборное корыто имеет две маслозаборные трубки, забирающие масло из передней и задней частей корыта. Корыто закрыто фильтрующей сеткой и имеет маслоуспокоительный дефлектор.

В передней части корыта имеется изолированный колодец, в который стекает масло из редукторной полости. Из колодца масло откачивается специальной дополнительной масляной помпой.

Коленчатый вал с шестью коленами, расположенными под углом 120°, и с противовесами на всех щеках; вал вращается в восьми скользящих подшипниках.

Вкладыши двух первых (считая от носка) подшипников вала залиты баббитом, а остальные — свинцовистой бронзой.

Коленчатый вал фиксируется в осевом направлении на первой связи картера фланцами, расположенными с обоих концов первой коренной шейки; с переднего конца первой коренной шейки — торцом пробки-фланца с регулировочной шайбой и у заднего конца коренной шейки торцом шестерни, ведущей приводы агрегатов, также с регулировочной шайбой.

Масло к подшипникам коленчатого вала подводится через внутренние полости коленчатого вала. Масло внутрь коленчатого вала поступает с обоих его концов из главной масляной магистрали. В шатунных шейках и частично в коренных шейках масло очищается центрифугированием, для чего в шатунных шейках установлены масляные сепараторы. Противовесы коленчатого вала укреплены при помощи пазового соединения и сквозных штифтов. Хвостовик коленчатого вала, передающий вращение агрегатам, соединен с коленчатым валом с помощью упругой муфты, расположенной в восьмой коренной шейке.

Редуктор, расположенный в передней части мотора, состоит из двух цилиндрических шестерен: одна — ведущая — укреплена на фланце носка коленчатого вала, другая — ведомая — на фланце вала винта. Ведомая шестерня редуктора выполнена упругой. Упругая шестерня состоит из зубчатого венца, барабана и 12-ти пружинных пакетов, расположенных в окнах, образованных между выступами венца и барабана.

Полый вал винта вращается в двух подшипниках, снабженных стальными вкладышами, залитыми баббитом. Вал винта заканчивается шлицевым носком № 8, выполненным по стандарту 241М, для крепления втулки винта с изменяемым в полете шагом. Положение втулки винта фиксируется штифтом, запрессованным в одну из впадин шлиц. Изменение шага винта осуществляется при помощи масла, подаваемого помпой регулятора постоянных оборотов в механизм винта по масляной системе, выполненной в вале винта.

Мотор оборудован однопроводным подводом масла к винту с выводом его на передний торец вала винта и, кроме того, имеет специальное отверстие, заглушенное пробкой, расположенное на вале винта между буртом и торцем картера. Такая конструкция позволяет монтировать на мотор винты с подводом масла спереди и сзади втулки винта. При пользовании одним из имеющихся подводов другой заглушается.

Шатунный механизм состоит из главного и прицепного шатунов. Сочленение главного шатуна с коленчатым валом выполнено с помощью разъемной нижней головки главного шатуна, скрепленной четырьмя коническими штифтами с шатуном. Сочленение прицепного шатуна с главным выполнено с помощью пальца, запрессованного в проушины главного шатуна.

Поршни штампованные имеют три уплотнительных и два маслосчищающих кольца. Сочленение поршня с шатуном выполнено посредством плавающего пальца.

Блоки заключают в себе по шесть цилиндровых головок с общей рубашкой охлаждения. Камера сжатия эллипсовидная, с малой осью вдоль блока, имеет по поясу четыре отверстия: два для свечей, одно для пускового клапана и одно запасное. В головки ввернуты на резьбе специального профиля стальные открытые гильзы. Нижняя часть гильзы уплотнена резиновыми кольцами, затянутыми гайкой. В верхней части гильза уплотнена стальным эластичным кольцом.

Клапаны цилиндров приводятся в движение двумя распределительными валиками, расположенными по одному на каждом блоке.

Распределительные валики получают вращение от коленчатого вала при помощи конических шестерен и наклонных валиков. Каждый блок имеет семь впускных (три смесевых и четыре воздушных) и 12 выпускных окон. Впускные окна выходят на внешнюю сторону блоков, а выпускные — на внешнюю и внутреннюю стороны блоков, по шести на каждую сторону.

Головка каждого цилиндра имеет четыре клапана: два тюльпанообразных клапана впуска и два пустотелых тарельчатых клапана выпуска, внутренние полости которых заполнены натрием.

Один из клапанов впуска служит для подачи рабочей смеси, другой — для продувки цилиндра воздухом. Воздухопроводы мотора имеют специальные отводы, подводящие чистый воздух к воздушным клапанам. Карбюраторы подготовляют обогащенную смесь, которая в цилиндрах разбавляется чистым воздухом до необходимого состава горючей смеси. Клапаны впуска расположены по оси блока, клапаны выпуска — по обе стороны оси блока. Клапаны выпуска приводятся в движение одним кулачком посредством траверсы, воздействующей сразу на два клапана выпуска.

Фаза впуска воздушного клапана больше фазы впуска смесевого за счет большего опережения начала впуска, чем достигается значительное перекрытие между выхлопными и воздушными клапанами. В период этого перекрытия происходит продувка цилиндра чистым воздухом от остаточных газов, чем достигается повышение коэффициента наполнения цилиндров и увеличение мощности моторов.

Смесевые каналы блоков снабжены штуцерами для заливки мотора бензином перед запуском. Штуцеры объединены в сеть с общим подводом, выведенным на кожух левого наклонного валика.

К задней части картера прикреплена коробка передач к нагнетателю и нагнетатель.

Нагнетатель центробежный, двухскоростной, с механическим переключением скоростей. Переключение скоростей производится рычагом, установленным на правой стороне коробки передав. Нагнетатель имеет осевой вход воздуха в нагнетатель. Давление воздуха, создаваемое нагнетателем, поддерживается постоянным до расчетной высоты с помощью регулятора давления, расположенного на входном патрубке с правой стороны.

Входной патрубок имеет поворотные лопатки, повышающие к. п. д. нагнетателя на высотах ниже расчетных. Лопатки управляются автоматом давления наддува, установленным на корпусе входного патрубка.

При работе мотора на земле от малого газа до номинала лопатки, имеющие кинематическую связь с дросселями карбюраторов, приоткрываются механически.

С подъемом мотора на высоту анероидный автомат давления наддува автоматически приоткрывает лопатки, поддерживая постоянным заданное р_к в воздухопроводе мотора.

Улитка нагнетателя имеет два роговидных патрубка, направляющих воздух к двум воздухопроводам правого и левого блоков. Полузакрытая крыльчатка имеет 18 лопаток специального профиля с подвижным направляющим аппаратом, состоящим из 9 загнутых лопаток. Передача вращения крыльчатке нагнетателя осуществляется через шестеренчатый перебор, имеющий три промежуточных валика.

Промежуточные валики имеют фрикционы с зубчатыми венцами первой и второй скоростей. Фрикционы первой и второй скоростей кинематически связаны между собой распорными втулками и шестернями-винтами и управляются шестернями-винтами, ввернутыми в передний диск промежуточных валиков.

Механизм управления скоростями помещен на хвостовике задней шестерни коленчатого вала, соединенном с коленчатым валом посредством упругой муфты. Переключение скоростей нагнетателя вибрационно-механическое и осуществляется допущением угловых колебаний большой шестерни управления, помещенной на хвостовике ведущей шестерни нагнетателя.

Регулятор давления наддува предназначен: 1) автоматически поддерживать заданное р_к на высоте посредством анероида, камера которого соединена с р_к, 2) управлять повышением р_к с открытием дросселей карбюраторов посредством кулачка, воздействующего на анероид, и 3) увеличивать значение р_к на взлете воздействием кулачка взлета на анероид.

Воздух из нагнетателя поступает в воздухопроводы, расположенные вдоль блоков мотора. Каждый воздухопровод имеет семь горловин: три для карбюраторов и четыре для воздушных труб.

Карбюраторы мотора беспоплавковые, с мембранным регулятором давления топлива. Они расположены за нагнетателем на блоках мотора.

Каждый блок мотора имеет четыре трубы для продувки цилиндров воздухом и три беспоплавковых карбюратора. Каждый карбюратор обслуживает два цилиндра. На всех шести карбюраторах имеются бобышки для замера р„. Карбюраторы и воздушные трубы каждого блока внизу объединены одним воздухопроводом, по которому подается из улитки нагнетателя воздух.

Для удаления конденсата бензина воздухопроводы имеют против каждого карбюратора по два и против передней и задней воздушных труб — по одному дренажному штуцеру. Такой же штуцер имеется на улитке нагнетателя внизу.

Воздухопроводы объединены с улиткой нагнетателя задними воздушными трубами. Правая воздушная труба имеет бобышку под штуцер внешнего подвода воздуха к регулятору давления, бобышки под штуцер гироприборов и свободную бобышку. Левая воздушная труба имеет бобышку под штуцер подвода воздуха к разностному манометру, бобышку под штуцер подвода воздуха к бензиновой помпе и бобышку под штуцер гироприборов.

Управление дросселями воздушных труб и карбюраторов и высотными корректорами карбюраторов обоих блоков объединено и выведено на кожух наклонного валика левого блока.

Обогащение смеси на взлете осуществляется поворотом рычага управления высотными корректорами карбюраторов от положения номинала до положения «взлет».

Для зажигания смеси в цилиндрах мотора имеются два четырех- искровых экранированных магнето с автоматическим опережением и экранированные свечи АС-142. Каждый цилиндр имеет две свечи.

Магнето укреплены на площадках коробки привода нагнетателя. Правое магнето обслуживает свечи, расположенные с наружной стороны блоков, левое магнето обслуживает свечи, расположенные в развале блоков. Провода зажигания имеют коллекторную экранировку. Экранировка зажигания, начиная от магнето и кончая свечами, обеспечивает бесперебойную работу радиоустановки на самолете.

Наружные коллекторы зажигания крепятся к бобышкам воздушных труб хомутами. Внутренние коллекторы зажигания крепятся к бобышкам водяных труб блока также хомутами. Магистральный шланг к правому наружному коллектору крепится к коробке передач хомутом. Левый наружный коллектор соединен с правым магнето посредством двух магистральных шлангов и поперечной трубки, укрепленной в двух местах на коробке передач хомутами. Правый внутренний коллектор соединен с левым магнето посредством двух магистральных шлангов и обводной трубы, укрепленной на коробке передач хомутом. Левый внутренний коллектор соединен с левым магнето посредством одного магистрального шланга.

Распределитель сжатого воздуха расположен на крышке правого блока и служит для запуска мотора при помощи воздуха. Пусковые трубки соединяют пусковые клапаны цилиндров с распределителем. Сверху на крышке распределителя имеется приемный штуцер сжатого воздуха. Пусковые трубки расположены в развале блоков и скреплены между собой хомутами. Пусковые трубки переброшены с правого блока на левый блок у поперечной оси управления карбюраторами и прикреплены хомутами к ее кожуху.

Смазка мотора и его агрегатов производится под давлением и осуществляется шестью коловратными помпами. Четыре помпы расположены в нижней задней части картера мотора, одна в передней части мотора и одна с правой стороны в задней части мотора. Две помпы, расположенные в картере, и одна, расположенная с правой стороны мотора, являются нагнетательными, остальные три — откачивающими.

Нагнетательные помпы берут масло из бака и подают его под давлением в масляную магистраль мотора. Вход масла в мотор расположен с правой стороны, внизу коробки передач к нагнетателю, выход — с левой стороны. Из магистрали масло по трубкам и каналам расходится по всему мотору и смазывает трущиеся детали. Постоянство давления масла в магистрали мотора обеспечивается редукционным клапаном, включенным в масляную магистраль.

Отработанное масло собирается на дне маслосборного корыта и из него двумя откачивающими помпами подается через радиатор обратно в бак. Из переднего колодца маслосборного корыта масло откачивается дополнительной откачивающей помпой и подается в заднюю часть маслосборного корыта или непосредственно в масляный бак.

В передней части масляной магистрали мотора расположены: с правой стороны картера — штуцер для зашприцовки масла в мотор перед запуском, а с левой — штуцер приемника масляного манометра. В задней части мотора с правой стороны расположена трубка. служащая для слива масла из коробки передач в маслосборное корыто.

Кроме нормальной смазки трущихся деталей, на моторах, выпущенных до 1945 г., устанавливался в развале блоков масляный инжектор, дополнительно смазывающий гильзы цилиндров и частично верхнюю головку шатуна при запуске и прогреве мотора. Клапан инжектора располагался на верхнем картере в задней левой части.

Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется с помощью центробежной помпы, расположенной на задней нижней части мотора. Охлаждающая жидкость подводится к помпе в осевом направлении через нижний ее фланец и отводится от помпы через два улитообразных рога по обе стороны. Охлаждающая жидкость подается помпой из радиатора по трубопроводам через водораспределительные трубы и штуцеры, расположенные в задней части блоков, и отводится из блоков, из их передней части, через специальные отверстия. С наружной стороны в задней нижней части блоки имеют штуцеры для слива охлаждающей жидкости в приемную часть помпы.

Мотор снабжен приспособлением, позволяющим при работающем моторе наполнять воздушные баллоны самолета сжатым воздухом с помощью двухступенчатого механического компрессора АК-50. Компрессор расположен в передней части мотора и приводится в движение непосредственно от носка коленчатого вала через переходник.

В кинематической схеме мотора предусматриваются приводы для всех агрегатов мотора, перечисленных в технических данных мотора.

На задней стенке крышки редуктора имеется привод с фланцевым креплением генератора. На верхней половине картера с обеих сторон под средним подшипником вала винта имеются приводы с фланцевыми креплениями с правой стороны для регулятора оборотов винта и с левой стороны — для помпы, откачивающей масло из полости редуктора.

На крышке блоков имеются приводы с фланцевыми креплениями на правой крышке для синхронизатора и для распределителя сжатого воздуха и на левой крышке —для второго синхронизатора и для помп автопилота МК-2 или АК-5 с фланцем по стандарту 111-М. Крышки блоков имеют по приводу, каждый из которых в зависимости от потребности может быть использован для привода механического тахометра или генератора дистанционного тахометра ТЭ-21.

Конструкция мотора предусматривает установку пушки в развале между блоками для стрельбы через полый вал винта. Крепление пушки осуществлено в задней части картера на специальной площадке при помощи двух шпилек и двух винтов, а в передней части — за суппорт, расположенный сзади вала винта, и за шпильку, закрепленную в приливе заднего подшипника вала редуктора.