Техника и вооружение 1993 01

Германской фирмой "Motoren und Turbiпеп Union” (MTU) в целях быстрейшего повышения давления наддува разработана дополнительная камера сгорания "Bennkammersystem” (BKS), которая обеспечивает энергией турбонагнетатель на режимах пуска и холостого хода (рис. 4). В отличие от системы "НурегЬаг” камера BKS включена параллельно потоку воздуха и выхлопных газов, поэтому она работает только в момент разгона двигателя.

Этой же фирмой создана система отключения части цилиндров двигателя и использования их в качестве компрессоров для дозарядки сжатым воздухом группы действующих цилиндров (рис. 5). Перепускаемая из цилиндра-компрессора в рабочий цилиндр масса воздуха при пусковой частоте вращения составляет около 30 % от находящегося в нем в начале сжатия. График изменения давления в рабочем цилиндре и цилиндре-компрессоре на пусковой частоте вращения представлен на рис. 6. Прирост температуры воздушного заряда в конце сжатия за счет дозарядки составляет 130–150 К (Е = 10, п = 140 мин -1 ). По данным зарубежной печати, система дозарядки отличается простотой конструкции и не требует существенных изменений в серийных дизелях. Затраты, связанные с ее внедрением, значительно ниже затрат, требуемых для создания системы "НурегЬаг”.

Стремление конструктивно обеспечить кратковременное повышение степени сжатия привело к созданию двигателей с вихревой камерой автоматически регулируемого объема (ВКАРО). В двигателях с ВКАРО (HS-110) изменение объема дополнительной камеры сгорания не влияет на объем и форму основной камеры сгорания, образуемой днищем поршня и головкой цилиндра. Приоритет в создании двигателей такой конструкции принадлежит французской фирме "Espano-Suiza”. На рис. 7а показана конструкция ВКАРО, разработанная этой фирмой для двигателя с вихревой камерой сгорания. Как видно из рисунка, конструкция головки блока цилиндров двигателя практически не изменилась.

ВКАРО имеет подвижный свод, перемещающийся под действием гидравлического сервопоршня вверх или вниз относительно неподвижной части вихрекамеры. В результате изменяются общий объеМ камеры сгорания и соответственно степень сжатия. Сервопоршнем управляют с помощью регулирующего золотника, расположенного снаружи двигателя. Системы гидравлического управления и охлаждения подвижного свода вихрекамеры питаются маслом, поступающим из общей магистрали двигателя. Следует отметить, что наряду с положительными качествами данная конструкция имеет существенные недостатки. Так, вследствие изменения степени сжатия ухудшаются условия смесеобразования и сгорания топлива. Это объясняется тем, что отношение объема вихревой камеры к объему над поршнем во всем диапазоне изменения степени сжатия не выдерживается оптимальным. Наиболее серьезным недостатком является также невысокая работоспособность уплотнительных колец подвижного свода, которые пригорают и теряют эластичность. Указанные недостатки отсутствуют в двигателях, снабженных системой ПАРСС фирмы "Continental” (США). Ее конструкция показана на рис. 76. Она состоит из наружного и внутреннего поршней, причем внутренний соединен обычным образом с верхней головкой шатуна. Головка наружного поршня имеет канавки для компрессионных и маслосъемных колец.

Между наружным и внутренним поршнями расположены полости, заполненные маслом, поступающим из масляной магистрали двигателя. При увеличении степени сжатия объем верхней полости увеличивается, а нижней уменьшается. Во время работы двигателя наружный поршень перемещается относительно внутреннего автоматически, что обеспечивает различные степени сжатия в соответствии с нагрузкой. Например, в двигателях AVCR-1100 степень сжатия снижается с 22 до 12 единиц. Таким образом, наиболее целесообразным является использование ПАРСр в дизелях с турбонаддувом. Сообщалось, что применение данных устройств позволяет обеспечить холодный пуск дизелей при температуре окружающего воздуха 253–239 К (до -34 °C). Однако, вследствие конструктивного несовершенства и низкой эксплуатационной надежности данные устройства не нашли широкого применения.

Подогрев воздушного заряда на впуске в двигатель в зимних условиях позволяет существенно повысить температуру воздуха в конце сжатия в цилиндрах и этим способствовать созданию благоприятных условий для самовоспламенения топлива. Для этой цели используется тепло, получаемое при преобразовании электрической энергии (калильные свечи, электрические нагреватели), а также при сгорании топлива во впускном тракте двигателя (факельные подогреватели). Калильные свечи устанавливают на каждый цилиндр. Это значительно усложняет и повышает стоимость двигателя, требует больших затрат электрической энергии для достижения достаточного накала. Данные устройства нашли. применение в двигателях фирмы ”MTU” с разделенными камерами сгорания (МВ-838Са-500, МВ-837Ка-501).

Схема системы дозарядки цилиндров воздухом: 1 — рабочий цилиндр; 2 — обратный клапан; 3 — управляемый клапан; 4 — цилиндр-компрессор.

Конструктивные схемы ВКАРО (а) и ПАРСС(б): а) 1 — подвижный свод вихревой камеры; 2 — гидравлический сервопоршень; 3 — регулирующий золотник; 4 — топливная форсунка; 5 — вихревая камера; б) 1 — наружный поршень; 2 — внутренний поршень; 3 — обратные клапаны; 4 — редукционный клапан; 5,6,7 — масляные полости.

Изменение давления в рабочем цилиндре (Ррц) и цилиндре-компрессоре (Рцк) при пусковой частоте вращения (п = 140 мин" 1) с дозарядкой; без дозарядки.

Использование электрических нагревателей в виде различных калильных решеток или фланцевых нагревателей исключает необходимость их установки на каждый цилиндр, так как они обычно монтируются во впускном воздушном трубопроводе двигателя. Но при этом создается дополнительное сопротивление на впуске двигателя, что отрицательно сказывается на его энергетических и экономических показателях. Более эффективны факельные подогреватели, применение которых по сравнению с электрическими не требует значительного изменения конструкции двигателя, а также новых видов топлива или жидкостей. Кроме того, на разных частотах вращения коленчатого вала исключается неуправляемый режим работы двигателя, обеспечиваются его функционирование с небольшим давлением сгорания топлива в цилиндрах и возможность длительного сопровождения при прогреве после пуска.