Дизельные двигатели базовых машин

Наибольшее применение в образцах ВиТ сил РСЧС находят дизельные (в том числе многотопливные) двигатели.

Дизельные двигатели имеют регуляторы, которые регулируют количество подаваемого топлива, поддерживая постоянную частоту вращения. Настраивая регуляторы таким образом, чтобы двигатель развивал максимальную мощность при минимальном расходе топлива. В этом случае мощность Р_н, частоту вращения и крутящий момент Т_н называют номинальными. Недостатком этих двигателей является большая чувствительность к перегрузкам. Для дизелей К_п = 1,01…1,1.

Многотопливные двигатели работают на топливах различного фракционного состава (бензине, керосине, дизельном топливе или их смесях).

К многотопливному рабочему процессу более склонен дизель. Однако применение его в рабочем процессе бензина приводит к повышению максимального давления сгорания и жёсткости его работы, снижению мощности (на 10…15%) и надёжности работы топливной аппаратуры.

Устранение этих недостатков в многотопливных двигателях машин инженерного вооружения типа В-46 (БАТ-2, МДК-3, ПТС-2, ПММ-2) и ЯМЗ-238Л (база КрАЗ-260) достигается:

1) установкой дополнительного подкачивающего насоса с электроприводом в магистрали от топливных баков до топливного насоса высокого давления;

2) принудительной смазкой плунжерных пар топливного насоса высокого давления и изменением положения его топливной рейки в зависимости от сорта применяемого топлива;

3) применение наддува;

4) установкой дополнительного бака с дизельным топливом, которое используется для пуска двигателя, когда основные баки заправлены бензином или керосином (применяется в многотопливных двигателях с газотурбинным наддувом).

Изменение положения топливной рейки обеспечивает постоянство максимальной мощности двигателя на различных сортах топлива. Так, при переходе, например, на бензин ход рейки увеличивается, в результате чего объём цикловой подачи бензина становится больше, а масса цикловой подачи остаётся, как при работе на дизельном топливе. При работе на смесях рейка должна находиться на уровне более тяжёлого топлива, присутствующего в смеси.

Детальный анализ различных преимуществ и недостатков перечисленных типов поршневых двигателей показывает, что наиболее перспективными силовыми установками, учитывая достижения современного двигателестроения, для всех образцов ВиТ сил РСЧС следует считать дизели.

По сравнению с карбюраторными двигателями дизели имеют следующие преимущества:

– обладают значительно более высокой экономичностью;

– могут работать, хотя бы кратковременно, на нестандартных топливах;

– имеют хорошие динамические качества;

– допускают значительное форсирование по мощности путём наддува.

К основным недостаткам дизелей относят:

– бóльшие габаритные размеры и бóльший вес;

– сложная и дорогая топливная аппаратура;

– большой шум и жёсткая работа.

Таблица №2. Марки дизельных двигателей базовых машин

Марка машины	Заводская марка
	Базовой машины	Основного двигателя
ИКТ БКТ-РК2, ТМК-2, ПКТ-2	КЗКТ-538	Д12А-375А
БТМ-3, БАТ-М, МДК-2М	АТ-Т	В-401Г, А-401Г
ГСП	ПТ-76	В-6
КС-3571, ПМП, ТММ-3, УСМ	КРАЗ-255, УРАЛ-4320	ЯМЗ-238М2
МДК-3, БАТ-2, БТМ-4, ПММ-2, ПММ2М	МТТ	В-46-5, В-84
КМС-1Э	ЗИЛ-131	ЗИЛ-131
ДЗ-99	—	АМ-41
ДЗ-59	Т-330	8ДВТ-330
ИРМ	БМП	УТД-20

Скоростные характеристики двигателей

Скорость и маневренность пожарных и спасательных автомобилей определяются энергетическими и экономическими показателями двигателя при его работе на различных режимах в условиях эксплуатации.

Основными показателями работы двигателя являются:

– крутящий момент;

– эффективная мощность;

– удельный и часовой расход топлива.

Эти показатели снимают на специальных стендах в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, при постоянном положении органа подачи топлива и температуре охлаждающей жидкости.

Кривые, характеризующие изменение основных показателей работы двигателя (при неизменном положении органов регулирования) в зависимости от частоты вращения n его коленчатого вала, называются скоростными характеристиками.

Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива, называется внешней скоростной характеристикой.

Скоростные характеристики, полученные при других положениях органов подачи топлива, называются частичными.

Для анализа возможности совместной работы двигателя и специального оборудования пожарных и аварийно-спасательных автомобилей предпочтительно использовать внешнюю скоростную характеристику двигателя, полученную при его стендовых испытаниях.

Важнейшими параметрами внешней скоростной характеристики двигателя являются:

N_e max — максимальная эффективная мощность, кВт;

М_max — максимальный крутящий момент, Н·м;

n_N — частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности N_e max, об/мин;

n_М — частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте М_max, об/мин.

Эти четыре параметра (N_e max, M_max, n_N, n_M) обязательно указываются в технических характеристиках двигателей.

Внешние скоростные характеристики дизелей, карбюраторных и роторных двигателей принципиально одинаковы. Небольшие их различия обусловлены разными условиями наполнения цилиндров и образования горючих смесей. Наибольшее отличие проявляется при сравнении удельных эффективных расходов топлива g_e и эффективных крутящих моментов M_e.

Общий вид внешней скоростной характеристики представлен на рис. 3. Характерные частоты вращения коленчатого вала n_i показаны на внешней скоростной характеристике при работе двигателя под нагрузкой (минимальные значения оборотов двигателя n_min); максимальном значении крутящего момента M_max; минимальном удельном расходе топлива g_e min; максимальной мощности N_max; включении регулятора и холостом ходе двигателя с регулятором (наименьшие значения n_max).

Рис. 3. Внешняя диаграмма двигателя: 1 — график изменения мощности; 2 — график изменения крутящего момента; 3 — график изменения мощности, подводимой к колёсам автомобиля; 4 — график изменения удельного расхода топлива

Из скоростной характеристики видно, что с увеличением частоты вращения коленчатого вала увеличивается эффективная мощность N_e (кривая 1). При некотором значении n, она достигает максимума, а затем уменьшается. Это обусловлено увеличением механических потерь, ухудшением смесеобразования и цикловой подачи топлива.

Увеличение удельного расхода топлива g_e (кривая 4) при уменьшении частоты вращения коленчатого вала n обусловлено увеличением отдачи теплоты в систему охлаждения и ухудшением процесса горения. Рост g_e при увеличении частоты вращения n обусловливается увеличением механических потерь и догоранием топлива в такте рабочего цикла (расширения).

Изменение крутящего момента M_e характеризуется кривой с максимальным значением M_e max при частоте вращения n_M (кривая 2).

Крутящий момент прямо пропорционален эффективной мощности: M_e = 716N_e/n. Уменьшение крутящего момента M_e при значениях меньших и больших n_M обусловлено изменением условий смесеобразования и сгорания, уменьшения коэффициента наполнения.

Изменение крутящего момента характеризует приспособляемость двигателя, т. е. его способность преодолевать возможное увеличение момента сопротивления движению автомобиля (без воздействия со стороны водителя) от внешней нагрузки без перехода на более низкую передачу. Приспособляемость двигателя оценивают коэффициентом приспособляемости, который представляет собой отношение максимального крутящего момента к крутящему моменту при максимальной мощности:

.

Чем круче поднимается кривая M_e = f(n) при уменьшении частоты вращения n, тем меньше снизится скорость автомобиля при увеличении сопротивления движению. Следовательно, автомобилю можно преодолевать более крутые подъёмы, не переходя на низшую передачу.

Приспособляемость карбюраторных двигателей более высокая (К =1,2 ÷ 1,4), чем у дизелей (К = 1,05 ÷ 1,15), для ТРД К = 2,0…2,5. Поэтому, по показателю К более предпочтительны двигатели с принудительным воспламенением топлива (карбюраторные), а не дизельные. При наличии на дизеле корректирующих устройств значения К достигают 1,24.

Мощность, подводимая к ведущим колёсам, значительно меньше эффективной мощности, снимаемой с коленчатого вала двигателя, и равна

N_к = η_трN_e,

где η_тр — коэффициент полезного действия трансмиссии (0,82 – 0,88).

Следовательно, при эксплуатационных тепловых режимах до 18% мощности затрачивается на преодоление сопротивлений в механизмах трансмиссии (см. кривая 2).

После запуска двигатель развивает 30 – 50% мощности, и потери в трансмиссиях увеличиваются. Мощность, подводимая к колёсам пожарного или спасательного автомобиля, становится очень малой (кривая 3), и автомобиль не может развивать высокую скорость движения, поэтому необходимо содержать двигатели в разогретом состоянии и предпринимать все меры для быстрого разогрева двигателя после пуска.