Основные направления развития малоразмерных дизелей

М.Я. Завлин, Б.Н.Семенов, М.М.Аливагабов «Катера и яхты» №1 (71) январь-февраль 1978г

 

Основные направления развития малоразмерных дизелей

 

Быстрый и все нарастающий прогресс в конструкции дизелей все более стирает весовые и габаритные различия между ними и карбюраторными двигателями, все более явными становятся их эксплуатационные достоинства. В конечном счете можно считать справедливым утверждение, что у новейших малоразмерных дизелей есть лишь один-единственный недостаток — относительно высокая стоимость.

Стоит подчеркнуть, что те или иные преимущества и недостатки малоразмерных дизелей проявляются по-разному в зависимости от тех или иных конъюнктурных условий. Так, например, в странах Западной Европы относительно низкая стоимость дизельного топлива (примерно в 1,5—2,0 раза ниже, чем бензина) стимулирует более широкое исполь­зование малоразмерных дизелей на транспорте и в сельском хозяйстве: не только подавляющее большин­ство тракторов и сельхозмашин, грузовых автомобилей и автобусов малой грузоподъемности, но даже примерно 8% всех выпускаемых легковых автомобилей оснащаются здесь дизельными двигателями. Сфера применения дизелей в стра­нах Западной Европы постоянно рас­ширяется. Ряд крупных фирм раз­вернули соответствующие конструк­торские и исследовательские рабо­ты по созданию новых экономичных, долговечных и неприхотливых в экс­плуатации дизельных подвесных и стационарных лодочных моторов ма­лой мощности. Так, известная италь­янская машиностроительная фирма «Карнити» с 1971 г. выпускает три подвесных лодочных мотора с од­ноцилиндровыми четырехтактными дизелями воздушного охлаждения мощностью 6, 10 и 16 л. с.

В США, где стоимость бензина относительно невысока, на транспор­те вообще и в области установок для прогулочного флота, в частности, малоразмерные дизели на сегодняш­ний день не могут соперничать с огромным количеством «привыч­ных»— хорошо отработанных бензи­новых двигателей.

В нашей стране при практиче­ски равных розничных ценах на бензин и дизельное топливо при­менение малоразмерных дизелей на легковых автомобилях, грузо­вых автомобилях и автобусах ма­лой грузоподъемности, а также различного вида машинах малой мощности для городского и сель­ского хозяйства оказывается эко­номически неоправданным: как правило, всюду устанавливают карбюраторные двигатели. Однако в специфических условиях эксплуата­ции малого прогулочного и хозяй­ственного флота экономическая це­лесообразность широкого использо­вания малоразмерных дизельных двигателей представляется бесспор­ной. У нас есть все предпосылки для массового выпуска экономич­ных и надежных малоразмерных дизельных подвесных и стационар­ных высокооборотных лодочных моторов.

Следует, например, учитывать, что двухтактные лодочные бензи­новые моторы отличаются высоким потреблением топлива, а снабже­ние бензином на голубых дорогах многих районов страны пока не налажено. Другое дело — дизельное топливо. Оно значительно менее огне- и взрывоопасно, поэтому организовать снабжение им малых су­дов технически значительно проще. Следует  учитывать и то, что большое количество дизельных устано­вок средней мощности эксплуати­руется на служебных и промысло­вых судах, на лесосплаве и т. п., а снабжение их топливом уже орга­низовано. Другими словами, до­ступность и снижение расхода топ­лива позволяют говорить и об экономической целесообразности эксплуатации дизельных установок на прогулочных судах.

Количественное распределение зарубежных малоразмерных дизелей (% общего числа исследуемых моделей) в зависимости от величины средней скорости поршня Ст.

Скоростные   характеристики малоразмерных   дизелей   фирмы «Арона»: а—типа А800М.; б —типа «А900М» (2Ч 9,0/8,0).

В настоящее время наша про­мышленность выпускает серийно или осваивает в производстве че­тыре типа малоразмерных дизелей: «ЧСП8,5/11», «49,2/11», «49,5/11» и «49,5/10».

Все дизели типов «ЧСП8,5/11», «49,5/11» имеют практически оди­наковую конструкцию и примерно равные технико-экономические по­казатели по уровню форсирования, среднему эффективному давлению, частоте вращения, экономичности, пусковым качествам и т. п.(см. таблицу).

Двигатели «44СП8,5/11» выпу­скаются в судовом исполнении (с реверс-редуктором) и предназна­чены для установки на катерах и ра­бочих шлюпках; три других двига­теля того же семейства «8,5/11» — для установки на спасательных шлюпках. Попутно поясним, что в обозначении конкретных марок двигателя цифра перед буквой «4» означает число цилиндров, а по­следние две цифры — диаметр ци­линдра и ход поршня в сантимет­рах. Поэтому, зная мощность четырехцилиндровой модели «448,5/11» (всего в семействе «48,5/11» выпу­скались четыре модели), нетрудно узнать мощность двухцилиндровой модели 24. Зная мощность шестицилиндрового «649,5/11» (60 л. с), можно судить о его цилиндровой мощности и т. п. Дизели типа «49,5/10» пред­ставляют собой семейство новых перспективных моделей, созданных специально для использования в со­ставе стационарных и передвижных автоматизированных электроагре­гатов. Эти дизели имеют номиналь­ную частоту вращения 1500 об/мин и цилиндровую мощность 8 л. с. В дальнейшем предполагается их форсирование до 14—16 л. с. в ци­линдре с увеличением частоты вра­щения до 3000 об/мин. Некоторые особенности конструкции двигате­лей типа «49,5/10» (разборный ко­ленчатый вал, туннельный картер и др.) несколько сужают сферу их применения и не дают возможно­сти использовать их на малых су­дах.

Семейство дизелей «49,2/11» создается в настоящее время пу­тем дальнейшего совершенствова­ния двигателей типа «48,5/11 и «49,5/11».

Можно констатировать, что прак­тически все выпускающиеся у нас дизели по своим габаритам и особенно— массе оказываются мало­пригодными для установки на ма­лых катерах и лодках. В то же время динамика развития дизелестроения в целом свидетельствует о возможности дальнейшего совершенствования конструкции и пара­метров малоразмерных дизелей.

При исследовании характеристик зарубежных моделей бросается в глаза, что основные технические показатели двигателей колеблются в довольно широких пределах. Прежде всего обратим внима­ние на уровень форсирования со­временных дизелей по среднему эффективному давлению. Из 150 малоразмерных моделей, по кото­рым авторы располагают инфор­мацией, наддув имеют только 9 (6%), т. е. основная масса таких ди­зелей выпускается без наддува. Но­минальные значения среднего эф­фективного давления дизелей без наддува колеблются от 4 до 7,5— 7,8 кгс/см2, причем значения выше 7,0 имеет только относительно не­большая группа двигателей. У оте­чественных дизелей указанных вы­ше типов этот показатель на режи­ме номинальной мощности равен 6,4—6,8 кгс/см2; можно считать, что эти двигатели оказываются в группе наиболее форсированных (состав­ляющих только 27% общего числа исследованных моделей). Это сви­детельствует о том, что по степени форсирования по эффективному давлению отечественные двигатели находятся на уровне лучших зару­бежных образцов.

Другим показателем уровня форсирования является скорость поршня. 4астота вращения колен­чатого вала большинства зарубеж­ных малоразмерных дизелей ко­леблется в пределах от 2000 до 5000 об/мин, средняя скорость пор­шня— от 5—6 до 12—12,9 м/с (а ча дизелях «SD33» японской фирмы «Ниссан» даже до 13,3 м/с). У на­ших дизелей номинальная скорость поршня всего 5,5—6,6 м/с, т. е. на­ходится у нижнего предела. Это да­ет основание для вывода, что при дальнейшем совершенствовании конструкции отечественных дизелей целесообразно проводить работы по форсированию, в первую оче­редь повышая частоту вращения коленчатого вала.

Многие зарубежные фирмы предлагают ряд дефорсированных модификаций дизелей, причем номинальная частота вращения в каж­дом случае выбирается, в зависимости от назначения дизеля. Так, на­пример, все дизели, входящие в состав электроагрегатов, имеют, как правило, номинальную частоту вра­щения, не превышающую 1500— 1800 об/мин (в зависимости от ча­стоты тока).

Типы камер сгорания малоразмерных дизелей: а — устаревшие; б — применяемые в настоящее время. 1 — «Дойтц»; 2 — «Даймлер Бенц»; 3 – «МВМ»; 4 – «Перкинс».

Нагрузочные характеристики опытного дизеля «4Ч 9,2/11».

1-с камерой сгорания в поршне типа ЦНИДИ; 2 — с вихревой камерой сгорания. G_t и g_e — часовой и удельный расходы P_е  эффективное давление.

Наибольшее число двигателей зарубежного производства рассчи­тано на работу в режиме номи­нальной мощности при скорости поршня от 7,5 до 8,5 м/с. Такой относительно невысокий уровень форсирования   может быть достигнут на отечественных дизелях без существенного изменения их кон­струкции; уже одно это позволит повысить показатели удельной мощности и экономичности до уровня большинства современных моделей.

Удельный расход топлива на но­минальных оборотах (впрочем, как и на других эксплуатационных режимах) для большинства малораз­мерных дизелей в общедоступных рекламных материалах обычно не указывают, однако даже те раз­розненные данные, которые имеют­ся, наглядно свидетельствуют о существенных различиях в уровне доводки рабочего процесса двига­теля. Обращает внимание высокая топливная экономичность дизелей (при весьма малом объеме цилинд­ров), выпускаемых западногерман­скими фирмами «Даймлер-Бенц» и «Дойтц», а также итальянскими фир­мами «Арона», «Стабилименти меканика», «Дукати Дизель Диви­зион». Минимальный расход топли­ва (по скоростной характеристике) достигает на дизелях этих фирм 160—170 г/л. с. ч; расход топлива на номинальном скоростном режи­ме составляет 190—200 г/л. с. ч при 2800—3000 об/мин.

Судовой дизель «2ЧСП8,5/П». Мощность 15 л. с, при 1900 об/мин. Масса 298 кг (с реверс-редуктором).

 

Судовой дизель „4ЧСП8,5/11". Мощность 23 л. с. при 1500 об/мин. Масса 430 кг (с реверс-редуктором).

Экономичность этих двигателей можно объяснить оптимальностью выбранного способа смесеобразования, применением непосредствен­ного впрыска, тщательной доводкой рабочего процесса, а также высо­кой степенью отработки конструк­ции двигателей. О многом говорит сравнение топливной экономичности вышепе­речисленных дизелей с непосред­ственным впрыском топлива и ди­зелей вихрекамерных и предкамерных. Так, например, дизели с непосредственным впрыском топлива типа «А900М» фирмы «Арона» при 3000 об/мин расходуют 200 г/л. с. ч. Сравнимые же вихрекамерные дизели «1SE12» фирмы «Янмар» при тех же частоте вращения и среднем эффективном давлении расходуют топлива не менее 21В г/л. с. ч, Дизели «ОМ314» («Даймлер-Бенц») с непосредственным впрыском при 2800 об/мин расходуют 190 г/л. с. ч, а вихрекамерные дизели «D500» фирмы «Изуцу» имеют расход не ниже 215 г/л. с. ч. Сравнение наглядно показывает преимущества малоразмерных дизелей с непосредственным впрыском топлива перед аналогичными дизелями с разделенными   камерами сгорания. Наиболее высокие требования к пусковым качествам двигателей предъявляются  к  дизелям устанавливаемым на спасательных шлюп­ках морских судов. Согласно тре­бованиям Конвенции выпускаемые для этой цели дизели должны иметь надежный запуск как вручную, так и электростартером даже при весьма низкой температуре окру­жающей среды. Так, шлюпочные дизели фирм «Петтер», «Вольво-Пента», «Янмар» и др запускаются без вспомогательных средств при температуре воздуха до —10° С. Столь высокие пусковые качества обеспечиваются благодаря применению высокой степени сжатия, оп­тимальному способу смесеобразо­вания, использованию эффективных пусковых устройств.

Очень хорошие пусковые каче­ства обеспечивает непосредствен­ный впрыск топлива, чем (наряду с экономичностью) и объясняется применение его на большинстве за­рубежных малоразмерных дизелей.

Широко применяются как тради­ционные, так и новые способы смесеобразования, рассчитанные на использование камер сгорания, позволяющих получать более высо­кие технические показатели. Характерной тенденцией является пере­ход на непосредственный впрыск с камерами сгорания, расположен­ными в поршне. Крупные дизелестроительные фирмы уже постепенно перешли на этот тип смесе­образования.

В свое время фирма «Дойтц» широко рекламировала вихревую камеру «Дойтц-Лоранж», однако при создании перспективных моде­лей двигателей конструкторы фир­мы сочли целесообразным перейти на камеру сгорания в поршне. Точ­но так же поступили конструкторы «МВМ» и «Даймлер-Бенц»: отказались от тщательно отработанного предкамерного смесеобразования и применили камеры сгорания в поршне. Фирма «Перкинс» на ряде модификаций своих малоразмер­ных дизелей перешла от тщательно отработанной вихревой камеры ти­па «Рикардо-Комет» к камерам сго­рания в поршне нового типа «Скуиш Лир».

Только ЗВ (26%) из исследован­ных моделей имеют разделенные камеры сгорания; на большинстве современных малоразмерных ди­зелей используются камеры сгора­ния в поршне. Это направление следует считать целесообразным и при совершенствовании конструк­ции отечественных дизелей малой мощности. Подчеркнем, что харак­тер смесеобразования в поршневых камерах сгорания полуоткрытого типа позволяет обеспечить более «мягкую», по сравнению с открытой камерой, работу дизеля и в то же время дает возможность сохранить высокие топливную экономичность и пусковые качества.

Габаритный чертеж дизеля «Вольво-Пента» «MD-2» для спасательных шлюпок. Масса 215 кг. Мощность 15,5 л. с. при 2300 об/мин.

Говоря о современных направ­лениях развития собственно двига­телей, стоит упомянуть и еще не решенную у нас проблему созда­ния конвертированных малоразмерных дизелей общего назначения. В практике зарубежного двигателестроения для расширения сферы применения дизелей их поставляют на рынок с самыми различными способами съема мощности. Это позволяет использовать двигатель одной и той же марки на самых различных механизмах. Так на судовых вариантах монтируются компактные реверс-редукторы либо генераторы постоянного или переменного тока для питания бортовой электросети; могут быть применены различные способы запуска — электростартером или ручным стартером, вынесенным на верх­нюю часть двигателя, и т. п.

Решать эти вопросы необходимо, так как в народном хозяйстве страны ощущается потребность в многоцелевом двигателе малой мощности — экономичном, надеж­ном, неприхотливом, работающем на дешевом, безопасном и широко распространенном топливе.