Вопрос 4. Способы форсирования двигателей базовых машин

Дизельные двигатели могут форсироваться посредством наддува. При газотурбинном наддуве для сжатия воздуха и его нагнетания в цилиндры двигателя используется часть энергии отработавших газов. Турбина, приводимая в действие отработавшими газами, жёстко связана с нагнетателем. Такая схема наддува применена в двигателях СМД-62, ЯМЗ-238Н др.

Наддув с механическим приводом нагнетателя имеет преимущества перед газотурбинным наддувом в многотопливных дизелях, так как наддув создаётся уже в период пуска двигателя, чем достигается надёжность его пуска на бензине или керосине. Такая схема наддува применена в многотопливном двигателе В-46.

Комбинированный наддув предусматривает наличие как механического привода, так и газовой связи нагнетателя с двигателем. Например, по схеме, приведённой на рис. 1, турбокомпрессор, выполняющий роль первой ступени наддува, механически не связан с двигателем. Вторая ступень компрессора приводится от коленчатого вала двигателя.

При работе двигателя на больших нагрузках наиболее рациональным является комбинированный наддув с механической связью вала турбины и коленчатого вала двигателя через специальный редуктор. Это позволяет передать избыток мощности на вал двигателя.

Действительно, для БМ, прежде всего, удобно иметь универсальный в той или иной степени по топливу двигатель. Высокая экономичность дизелей может значительно увеличить запас хода машин, а также сократить в значительной степени перевозки горючих и смазочных материалов, которые по опыту второй мировой войны могут составлять 60% всех перевозок. При одинаковой мощности силовой установки автомобили с дизелями обладают значительно более высокими тягово-динамическими качествами, имеют более высокую среднюю скорость движения и лучшие разгонные характеристики. У дизелей имеется большая возможность форсирования их с помощью газотурбинного наддува, позволяющего повысить мощность двигателя в отдельных случаях в два и более раз без снижения экономических показателей и без существенных конструктивных изменений при умеренных давлениях наддува.

Данное обстоятельство определяется из соотношения эффективной мощности двигателя, определяемой как:

N_e = iV_sp_en/(30m),

где N_e — эффективная мощность двигателя, соответствующая мощности, которую можно полезно использовать (кВт);

i — число цилиндров;

V_s — рабочий объем цилиндра, л;

p_e — среднее эффективное давление, МПа. Характеризует уровень форсирования двигателя;

n — частота вращения коленчатого выла, об/мин;

m — тактность двигателя.

Эффективная мощность двигателя N_e меньше индикаторной мощности (соответствующая площади индикаторной диаграммы) двигателя N_i на мощность механических потерь N_м, которая затрачивается на трение деталей (механические потери) внутри самого двигателя, т. е.

N_e = N_i – N_м.

При механическом наддуве наддувочный агрегат приводится в действие от коленчатого вала двигателя через передачу. Для этого способа от коленчатого вала существует предел повышения эффективной мощности двигателя, обусловленный ростом затрат мощности на привод наддувочного агрегата и существенным увеличением удельного расхода топлива, т. е. ухудшением экономичности двигателя.

Наибольшее распространение, как наиболее эффективный, получил газотурбинный наддув (ГТН). В процессе работы двигателя с ГТН газы из выпускного канала головки цилиндра направляются в газовую турбину и приводят во вращение её колесо, механически связанное с колесом компрессора, обеспечивающим сжатие воздуха или горючей смеси и подачу их в цилиндр двигателя. Турбина и компрессор представляют собой единый агрегат — турбокомпрессор. Поскольку у турбокомпрессора имеется с двигателем только газовая связь, его параметры автоматически изменяются при изменении режима работы двигателя в отличие от механического наддува, при котором параметры зависят от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Использование ГТН в составе СУ позволяет получить требуемые значения удельного расхода топлива путём расчёта и доводки турбокомпрессора с учётом реальных сопротивлений на впуске и противодавлений на выпуске, обусловленных наличием систем СУ.

Большое влияние на эффективность наддува оказывает охлаждение наддувочного воздуха, позволяющее увеличить его плотность и обеспечить допустимую температуру деталей, образующих камеру сгорания цилиндров двигателя. Поэтому на большинстве двигателей повышенной мощности с газотурбинным наддувом применяется специальные воздухоохладители.

На базовых машинах ВиТ сил РСЧС нашли применение дизельные двигатели различных конструкций. Основные марки дизельных двигателей, применяемых на базовых машинах представлены в табл. 2. Технические характеристики дизельных двигателей базовых машин представлены в табл. 3.

Промежуточное положение между карбюраторными двигателями и дизелями занимают двигатели с принудительным впрыском топлива и воспламенением рабочей смеси. Эти двигатели в зависимости от организации процесса смесеобразования и конструктивных особенностей могут в той или иной степени сочетать в себе положительные свойства и карбюраторных двигателей и дизелей.

Обозначения двигателей

По числу и расположению цилиндров дизели каждого типа разделяют на модели. Каждая модель может быть выполнена в нескольких модификациях, которые отличаются друг от друга номинальной частотой вращения, степенью наддува, назначением и комплектацией. Под типом понимают семейство моделей модификацией дизелей одной тактности и размерности (диаметр цилиндров и ход поршня), имеющих общность конструктивных форм.

К основным параметрам двигателя относят цилиндровую мощность, частоту вращения коленчатого вала, конструктивное исполнение (тактность, наличие наддува), среднее эффективное давление, число цилиндров. Кроме того, учитывают удельный расход топлива, расход масла на угар и удельную массу двигателя. В соответствии с ГОСТ 4393-74 условные буквы в обозначении дизелей означают: Ч — четырёхтактный, Д — двухтактный, ДД — двухтактный двойного действия, Р — реверсивный, С — с реверсивной муфтой, П — с редукторной передачей, Н — с наддувом; первая цифра — число цилиндров, число над чертой — диаметр цилиндра, под чертой — ход поршня. Отсутствие в условном обозначении буквы К или Р означает, что дизель — тронковый или нереверсивный.

Например, дизель 12ЧН 18/20 — двенадцатицилиндровый, четырёхтактный с газотурбинным наддувом, с диаметром цилиндра 18 см и ходом поршня 20 см.