Классификация двигателей внутреннего сгорания. Краткие технические характеристики. Применение на маломерных судах.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - тепловой двигатель, в котором сгорание приготовленной горючей смеси и преобразование выделенной при этом теплоты в механическую работу происходит внутри замкнутой рабочей полости (в цилиндре) двигателя. Первый ДВС был сконструирован в 1860 году французским изобретателем ЭЛенуаром. В настоящем Пособии рассматриваются вопросы, связанные с устройством и эксплуатацией на маломерных судах только отечественных стационарных двигателей и подвесных лодочных моторов. Сведения о двигателях и ПЛМ, разрабатываемых за рубежом, приводятся лишь для сведения или как представляющие интерес с точки зрения технических решений рассматриваемой проблемы. Двигатели внутреннего сгорания условно классифицируются по месту установки, конструктивным и иным признакам. Так, по способу установки на маломерном судне они подразделяются на стационарные двигатели (на катерах) и подвесные лодочные моторы (на мотолодках), по способу преобразования энергии они могут быть поршневыми и беспоршневыми (газотурбинными, реактивными, комбинированными). В поршневых ДВС сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую совершается внутри цилиндра, в газотурбинных - сгорание происходит в специальной камере, а энергия преобразуется из одного вида в другой на лопатках газовой турбины, у реактивных - за счет выброса струи отработанного газа из сопла специальной формы. Привлекают большое внимание конструкторов роторные двигатели (Ванкеля), которые по способу преобразования энергии являются поршневыми (РПД), но вместо поступательного движения поршней применяется вращающийся в корпусе с внутренней рабочей поверхностью в виде цилиндрической эпитрохоиды трехгранный ротор, выполняющий функции поршня. Поскольку роторный двигатель находит применение на маломерных судах в настоящее время и может найти в перспективе - есть необходимость рассмотреть принцип его работы (рис. 53). При вращении все три вершины ротора постоянно касаются поверхности корпуса, образуя три отдельные седловидные камеры, которые четыре раза за один оборот ротора меняют свой объем. Благодаря этому осуществляется работа двигателя по четырехтактному циклу, причем циклы рабочего процесса происходят одновременно во всех трех камерах со сдвигом в 120°. Однороторный РПД по сложности и количеству деталей вполне сравним с двухцилиндровым ДВС, но его детали конструктивно проще и надежнее. Функционально однотипны и практически не имеют принципиальных различий с ним другие узлы и детали систем охлаждения, зажигания, выпуска отработавших газов и пускового механизма. РПД легче традиционных четырехтактных ДВС в среднем на 15 - 20%, обладает лучшими тяговыми характеристиками, меньшей чувствительностью к изменению октанового числа бензина и повышенным КПД. Один из типов отечественного РПД был создан в объединении Авто-ВАЗ, выпустившем партию ав­томобилей с роторными двига­телями ВАЗ-311. Но поскольку на большинстве отечественных маломерных судов все - таки применяются поршневые ДВС, именно они и станут основой для дальнейшего изучения. Поршневые двигатели внутреннего сгорания, применяемые в качестве силовых установок на маломерных судах подразделяются:

> по роду применяемого топлива: на жидкостные и газовые;

> по рабочему циклу: непрерывного действия, 2-х и 4-х

> способу смесеобразования и воспламенения топлива:

с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием смеси (карбюраторные с электрическим зажиганием смеси и газовые) и внутренним смесеобразованием и воспламенением топлива от соприкосновения с предварительно сжатым в цилиндре воздухом, имеющим t = 600 -700 "С (дизельные);

> по конструкции охлаждения: с жидкостным (вода, антифриз) охлаждением и воздушным;

>по конструкции газораспределительного механизма: верхнеклапанные и нижнеклапанные.

Несколько слов о преимуществах и недостатках тех или иных двигателей..

Преимущества карбюраторного двигателя, при одинаковой мощности вес в 2 раза меньше облегченно­го быстроходного дизеля, обладает меньшей шумностью и вибрацией, дешевле в приобретении, всегда обеспечен запчастями из-за повсеместного применения. Недостаток один - топливо - бензин - огне и взрывоопасен, значительно дороже дизельного топлива и двигатель его расходует в среднем на 40% больше.

Преимущества дизельного двигателя: более высокий эффективный КПД, чем у карбюраторных двигателей, отсутствие системы зажигания (принцип самовоспламенения рабочей смеси за счет повышения температуры воздуха при сильном сжатии), отсутствие карбюратора (вспрыск топлива непосредственно в цилиндр через форсунки), работа на дешевом (тяжелом) топливе и меньший удельный его расход по сравнению с карбюраторным. Недостатки: как правило, больший вес установки (за счет конструктивной необходимости усиления корпуса из-за высоких давления и температуры в цилиндрах), затрудненный пуск при низких температурах, необходимость тщательной фильтрации топлива, большая шумность.

Именно из-за большого веса подвесные дизели предназначаются для эксплуатации только на больших служебных, спасательных и рыболовецких судах. Прогресс в совершенствовании конструкции дизелей, применение современных материалов и технологий стирает их весовые и габаритные отличия, все более наглядным становится их экономическое преимущество. Справедливости ради необходимо сказать, что у современных дизельных двигателей сохранился один недостаток - высокая стоимость, поскольку высокооборотные дизеля (3000

4500 об/мин), применяющиеся на маломерных судах за рубежом по размерам, весовым и иным характеристикам практически не отличаются от бензиновых.

Преимущества двигателей, работающих на газовом топливе: первое и основное - его низкая стоимость по сравнению с другими видами топлива, кроме того, газовые двигатели долговечнее из - за отсутствия тяжелых углеводородов в топливе и, соответственно, нагара в цилиндрах, уменьшаются люфты в механических соединениях и расход масла..Недостатки: необходимость встраивать отдельную систему смазки на двухтактных двигателях, т.к. масло не смешивается с газом и требует отдельного вспрыска, высокая температура в камерах сгорания (седла клапанов требуют спецстали для их изготовления).

Преимущества подвесных лодочных моторов (рас. 54): удачное совмещение двигателя и сменного движителя в единой компактной конструкции, применяемой в качестве силовой установки на судах различного назначения с большим диапазоном мощности двигателя и водоизмещения судов, небольшой удельный вес (1-5 кг/л.с.), простота монтажа на судне и легкость обслуживания, относительная экономичность и достаточно большой моторесурс, экономия внутренних объемов корпуса за счет подвешивания на транце (или на борту - мотор-весло). Отечественные подвесные электромоторы (рис. 55) рассчитаны на питание от аккумуляторной батареи емкостью не менее 45 А/час, напряжением 12 В, имеют мощность до 750 W (1 л.с.), используются в 2-х режимах работы (экономическом и максимальном). Время непрерывной работы зависит от емкости используемой АБ и режима работы и состав­ляет 3,5 -15 часов, масса без источников питания 5—17 кг. Положительные свойства электромоторов: бесшумность работы, экологическая чистота, пожаробезопасность, простота конструкции и эксплуатации, высокая надежность. Отечественные электромоторы, поступающие в розничную продажу ("Форель", "Снеток") могут использоваться на лодках длиной до 4м и водоизмещением не более 300 кг, при этом скорость будет в пределах 3-6 км/час. Как правило, электромоторы используются как дополнительное средство передвижения на воде непосредственно в районе рыбной ловли или охоты, куда лодка доставляется на буксире или под другим двигателем.

Основными двигателями внутреннего сгорания, применяемыми в качестве силовых установок на большинстве маломерных судов являются стационарные и подвесные, двух и четырехтактные поршневые карбюраторные ДВС, изучение устройства и эксплуатации которых и ляжет в основу вопросов, рассматриваемых в данном пособии.

Устройство большей части узлов, систем и механизмов стационарного четырехтактного карбюраторного двигателя и двухтактного подвесного лодочного мотора в этом разделе пособия рассматривается на примерах малолитражного двигателя М - 412 и ПЛМ "Вихрь" (без модификаций), с учетом того, что у всех двигателей устройство основных узлов принципиально аналогично и они отличаются только некоторыми конструктивными решениями.

В настоящее время существует пять типов механической установки, применяемой на маломерных судах:

> стационарный двигатель, работающий непосредственно на гребной вал;

> стационарный двигатель с угловой передачей на гребной вал;

> стационарный двигатель с поворотно-откидной колонкой (Z-образной передачей на винт);

> стационарный двигатель с водометным движителем;

> подвесной мотор в качестве главного двигателя для мотолодки.

В качестве стационарных двигателей на большинстве отечественных катеров применяются автомобильные двигатели общего назначения (рис. 56), конвертированные (от лат. converto - изменять) в судовые. Так, серийной конверсией V-образного, восьмицилиндрового автомобильного двигателя ЗМЗ-53 стал судовой двигатель М8ЧСПУ-100, успешно применяющийся до сих пор на служебно-разъездных и прогулочных катерах, М652-У устанавливается на катерах при эксплуатации в морских и речных условиях, конвертирован из ГАЗ-652, М53 - ФУЛ из ЗМЗ 53Ф, М51-УМ из ГАЗ - 51, Москвич 412 - М-412Э и т.п. При конвертации коробка передач заменяется реверсивно - редукторной муфтой (реверс - редуктором); устройством, которое служит для изменения направления вращения гребного вала (передний, задний ход), уменьшения частоты вращения гребного вала. В системы охлаждения и смазки двигателя вводятся дополнительно водоводяной и водомасляный радиаторы (холодильники) с целью более эффективного выполнения этими системами своих функций. Одевается в рубашку водяного охлаждения выхлопной коллектор. Для подачи забортной воды в указанные системы и на охлаждение коллектора устанавливается насос забортной воды с фильтром, воздушный фильтр заменяется сетчатым пламегасителем, устанавливается датчик тахометра для измерения частоты вращения коленчатого вала, меняется способ крепления двигателя

Основные ТГД отечественных подвесных лодочных моторов