ДВИГАТЕЛИ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Конструктивные разновидности двигателей внутреннего сгорания
Одной из важнейших задач модернизации моделей автомобильных ДВС является повышение их основных технических характеристик: крутящего момента Мкр, мощности Ne и удельного расхода топлива ge.
В настоящее время существующие ДВС легковых автомобилей классифицируют по следующим параметрам [8]:
- ? количеству цилиндров: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12 и 16;
- ? расположению цилиндров: рядные вертикальные и наклонные, V-образные с разным углом развала, оппозитные, VR-образные (с шахматным расположением цилиндров); W-образные и т.д.;
- ? рабочему объему цилиндров: мало- и средне-, много- и вне- литражные;
- ? соотношению хода поршня 5 к диаметру цилиндра D: длин- ноходные — S/D >1, квадратные — S/D = 1 и короткоходные — S/D 1; стехиометрических — а = 1; богатых — а VR6; VR6 + 2VR6 -> W12; б — W4 + W12 -> W16; в — W16 W8 + W8
Краткие технические характеристики двигателей V12, W12 и W16 приведены в приложении 2.
Для снижения массы ДВС их блоки отливают из легких алюминиевых сплавов. Так, у двигателя W12 блок цилиндров и верхнюю часть картера отливают из термостойкого и жаропрочного сплава алюзиль (сплав кремния с алюминием AlSi17CuMg). Поэтому в цилиндрах нет необходимости устанавливать гильзы.
Для получения равного интервала между вспышками в каждом кривошипе КВ установлена двухступенчатая шатунная шейка со смещением эксцентричных ступеней на угол определенной величины (рис. 8.3).
У двигателя W8 интервал между вспышками соответствует углу 90°, для чего угол смещения ступеней шатунных шеек составляет -18° (против часовой стрелки по ходу вращения КВ). На дви-
Рис. 8.3. Конструкция КВ двигателя W12.
- 1 — цапфа коренной шейки для установки зубчатого цепного колеса;
- 2, 6 — коренные шейки; 3 — шатунная шейка; 4 — зубчатые колеса для двойной цепи; 5 — зубчатое цепное колесо привода балансирных валов;
- 7 — зубчатое цепное колесо привода масляного насоса; 8 — демпфер
гателе W12 интервал между вспышками соответствует углу 60°, для чего угол смещения ступеней шатунных шеек равен +12° (по часовой стрелке). Разъем верхней и нижней частей картера выполнен горизонтально по оси КВ.
Коленчатые валы у таких двигателей полноопорные: у W8 — пять опор, у W12 — семь опор. У двигателя W8 кривошипы расположены под углом 180° (такие КВ называют плоскими). Для уравновешивания сил инерции II порядка в ряде W-образных двигателей (например, W8) установлены два балансирных вала, вращающихся в 2 раза быстрее КВ. Верхний вращается зубчатым ремнем от зубчатого цепного колеса, установленного на крайней коренной шейке КВ, нижний — от косозубой шестерни, расположенной на другом конце верхнего вала.
В каждой из двух головок блоков цилиндров установлены два распределительных вала — впускной и выпускной, на передних концах которых размещены гидравлические механизмы регулировки их положения. Длина клапанов впускных и выпускных каналов обусловлена расположением цилиндров. Для устранения зазоров в приводе клапанов применяют гидрокомпенсаторы.
В W-образных двигателях применяют только жидкостные системы охлаждения различных конструкций. В качестве примера рассмотрим систему охлаждения наиболее распространенного двигателя W12, работающего на антифризе. Ее отличительной особенностью является создание встречных потоков охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров: до 66% антифриза со стороны выпуска и примерно 34% потока со стороны впуска. Это обеспечивает выравнивание температуры по всей головке блока и эффективное охлаждение зон установки свечей зажигания и выпуска ОГ. Такое распределение потока жидкости называют перекрестным охлаждением.
В конце XX в. фирмой Volkswagen были созданы образцы нового двигателя W18, построенного из трех рядов (под углом 60°) двигателей R6. Это двигатель, имеющий НВ бензина, четыре клапана на цилиндр и по катушке зажигания на свечу, наиболее компактен: его длина составляет всего 523 мм, несмотря на то что КВ семиопорный с шейками под углом 120°.
На каждой шатунной шейке установлено по три шатуна. В центре КВ размещена шестерня, от которой вращение передается к трансмиссии задних и передних колес. Через зубчатую передачу осуществляется привод всех шести распределительных валов. Наряду с полностью уравновешенным двигателем R6 удалось уравновесить каждую трехцилиндровую поперечную секцию. Работой каждого ряда цилиндров управляет свой электронный блок, а четвертый ЭБУ синхронизирует их работу и управляет всей электроникой двигателя.
Разработанный двигатель предназначен для полноприводного автомобиля 4×4, его выходные параметры не уступают W-образным двигателям: е = 11,5; S/D = 75,6/76,5 мм; Ne = 408 кВт (555 л.с.) при п = 6800 мин’; Мкр = 650 Н м при частоте вращения КВ 4000 миг 1 .
Фирма планирует создать семейство трехрядных двигателей в виде вариантов с 9 и 15 цилиндрами.
Интересным решением является компактный двигатель Ecotec Compakt — трехцилиндровый двигатель, установленный на автомобиле Opel Corsa.
Создание трехцилиндрового ДВС было обусловлено рабочим объемом один литр (по техническому заданию). По законам термодинамики эффективность использования тепла в двигателе наибольшая, если объем одного цилиндра составляет около 500 см 3 , но не менее 300 см 3 .
В трехцилиндровом двигателе число трущихся пар (поршень- цилиндр, вал—вкладыши, кулачок—коромысло и др.) на 25% меньше, чем в четырехцилиндровом, а следовательно, уменьшаются и потери на трение.
Благодаря этому при той же мощности, как у двигателя объемом 1200 см 3 с двумя клапанами на цилиндр, Ecotec Compakt имеет лучшую характеристику Мкр, быстрее разгоняется как с места, так и на высшей передаче и экономит до 10% топлива — его расход всего 5,8 л/100 км. При этом его габариты меньше на 129 мм по длине, на 51 мм по ширине и на 27 мм по высоте, а масса меньше на 12,5 кг.
В таком двигателе использовано много оригинальных конструктивных решений:
- ? чугунный блок цилиндров жестче и эффективнее гасит вибрации, чем алюминиевый; для улучшения акустических характеристик толщина стенок между цилиндрами уменьшена до 5,5 мм;
- ? алюминиевая плита-рама с постелями для вкладышей КВ между блоком и поддоном заменяет отдельные крышки коренных подшипников и делает конструкцию более жесткой;
- ? применена многоклапанная головка цилиндров с двумя распределительными валами, которую обычно не ставят в малолитражных ДВС;
- ? пустотелые литые распределительные валы не требуют термической обработки; масса каждого уменьшилась на 590 г;
- ? на пятках коромысел установлены ролики, которые обкатываются по кулачку. При этом вместо трения скольжения возникает трение качения, а потери на трение в головке цилиндров снижаются на 70%;
- ? доработана система впуска, где поток воздуха дробит капли впрыскиваемого топлива (их диаметр в 3 раза меньше обычного), что способствует лучшему испарению бензина и снижает уровень токсичности;
- ? микропроцессорная электронная система управления двигателем (зажигание и впрыск топлива) позволила уместить ЭБУ в плоскую емкость небольшого размера непосредственно на двигателе.
Подобными преимуществами обладает и трехцилиндровый двухтактный двигатель EcoSport 1,2 австралийской фирмы Orbital, объемом 1,2 л, мощностью 56 кВт.
У него в отличие от четырехтактной конструкции серийного двигателя всего 340 деталей вместо 560, что снизило его массу со 120 до 85 кг.
К новым конструктивным решениям относятся:
- ? отсутствие клапанов и распределительного вала, которые заменили электронно управляемые системы НВ бензина и воздуха с собственными форсунками;
- ? установка роликовых и игольчатых подшипников в опорах КВ и шатунах соответственно;
- ? измененный профиль разъема крышки и тела шатуна: цельное тело шатуна разделяют на две части. Изломанный разлом индивидуален для каждого шатуна, имеет свой микрорельеф, что делает невозможным подсборку с другой крышкой. Такой «рваный» разъем хорошо работает на сдвиг и при стягивании крышки с шатуном винтами зазор практически не виден;
- ? специальный компрессор для сжатия воздуха перед впрыском и специальная порционная форсунка для его впрыска в камеру сгорания, что обеспечивает хорошее перемешивание бензовоздуш- ной смеси и делает ее стехиометрической.
Такой двигатель имеет неплохие выходные характеристики: разгон автомобиля до скорости 100 км/ч за 12,6 с, расход топлива — 6,5 л/100 км в городском цикле, низкий угар масла — 0,046 л/1000 км.
На базе бензинового трехцилиндрового двигателя объемом 1040 см 3 , работающего с НВ по четырехтактному циклу, в Англии разработан ДВС с переменным циклом. На малых и средних частотах вращения (и -1 ) двигатель работает по двухтактному циклу, что позволяет получить значительно большую мощность Ne и крутящий момент М^. При более высоких частотах вращения, когда ухудшается наполнение цилиндров, вместе с ОГ в атмосферу улетает часть свежей смеси и крутящий момент М^ снижается (рис. 8.4), двигатель автоматически переключается на четырехтактный цикл. Смена цикла происходит без остановки ДВС за счет изменения фаз в газораспределительном механизме (ГРМ) благодаря электрогид- равлической системе управления работой впускных и выпускных клапанов.
Самым малогабаритным в настоящее время является дизельный ДВС концерна Daimler Chrysler, масса которого составляет всего 69 кг, общий объем трех цилиндров — 0,798 л. Его устанавливают на микроавтомобиль Smart CDY. Выходные параметры: Nv = 30 кВт (41 л.с.) при частоте вращения КВ 4200 мин -1 ; М^ = 100 Н м при частоте вращения КВ 1800 мин -1 ; ge = 3,4 л/100 км.
Рис. 8.4. Зависимость крутящего момента Мкр от частоты вращения КВ у ДВС с переменным циклом:
1 — двухтактный режим; 2 — четырехтактный режим
В таком микродвигателе использованы интересные конструкторские решения:
- ? камеры сгорания расположены в углублениях поршней, охлаждаемых струями масла; при этом масса поршня составляет 260 г;
- ? быстродействующие форсунки с электромагнитными клапанами распыляют топливо через пять каналов диаметром 0,12 мм под давлением 135 МПа;
- ? управляющая электроника позволяет дозировать подачу топлива с точностью до 1 мм 3 .
В современных ДВС применяют множество оригинальных решений конструкции узлов и деталей.
Так, многие автомобильные фирмы заменяют цепную передачу на гибкий зубчатый ремень. Он проще и дешевле в изготовлении, но срок его службы меньше из-за более интенсивного износа, вызванного колебаниями сил, действующих на ремень из-за неравномерного сопротивления распределительного вала. Чтобы исключить этот недостаток, конструкторами фирм Contitex и Litens Automotive Group было создано овальное зубчатое колесо Smart Sproket. Такая форма колеса позволяет замедлить движение зубьев ведущего шкива, снизить усилия на ремне на 40%, но требует изменения конструкции натяжного устройства и строения зубчатого ремня (рис. 8.5, а). Оригинальный узел натяжения разработан инженерами французской фирмы SKF (рис. 8.5, б). В натяжителе использована технология Pull the pin («выдерни чеку»): после установки устройства на двигатель
Рис. 8.5. Гибкий зубчатый привод Contitex-Litens: а — схема привода; б — натяжной ролик; / — шкив на КВ;
- 2 — натяжной ролик; 3 — шарикоподшипник; 4 — храповой механизм;
- 5 — ось; 6 — пружина
достаточно вытянуть предохранительный стержень, и ролик сам займет положение, соответствующее правильному натяжению, так как нужная сила натяжения задается предварительно закрученной пружиной 6, которая освобождается после установки ролика 2 на место. Обратно эксцентрик провернуться не может благодаря храповому механизму 4. Настройка сохраняется на протяжении всего срока службы. При обратном ударе в двигателе храповой механизм 4 не допустит ослабления ремня, из-за которого могут измениться фазы газораспределения. Узел имеет габариты стандартного натяжного ролика.
На ряде дизельных двигателей фирм Японии и Германии камеру сгорания заполняют объемной пространственной структурой, теплопроводность и теплоемкость которой сопоставима с твердым телом. Поверхность камеры сгорания в головке блока покрывают своеобразной пеной из карбида кремния, которая выдерживает температуру примерно 1500 °С и имеет открытые ячейки размером до 3 мм. В камере сгорания тонкая вклеенная губка занимает лишь 10% объема.
Кроме того, карбид кремния является прекрасной подложкой для напыления платины — каталитического нейтрализатора. Поскольку температура в камере сгорания всегда ниже температуры плавления платины (1769 °С), ОГ очищаются прямо в камере сгорания. Топливо, попадая на равномерно нагретую керамическую губку, интенсивно проникает в ее поры и сгорает практически полностью, без следов копоти и черного смога.
Дизель стал работать очень тихо, без стука от вспышек топлива, выпуск чистый, с минимальным количеством окислов азота. Отпала необходимость в высоком давлении в форсунках, перестал влиять размер капель топлива, так как его не надо впрыскивать далеко в цилиндр.
Рассматривая разновидности и конструктивные особенности двигателей, нельзя не упомянуть роторно-поршневой двигатель (РПД), который в настоящее время производит только фирма Mazda. Общий вид такого двигателя показан на рис. 8.6, а. Вращение ротора-поршня 7 с частотой до 10 000 мин» 1 осуществляется эксцентриковым валом и шестерней зубчатой передачи. Статор 8 имеет ширину 80 мм. Шестерня зубчатой передачи находится в постоянном зацеплении с шестерней, концентричной с треугольным ротором- поршнем 7. Благодаря этому эксцентриситету ротор-поршень не только вращается, но и совершает возвратно-поступательное движение на величину 2е вдоль вертикальной оси статора 8, где е — эксцентриситет. Таким образом, ротор своими скругленными углами (ребрами) обкатывает эпитрохоидальную поверхность статора.
Роторно-поршневой двигатель Renesis динамически сбалансирован, однако из-за уменьшения массы его маховиков и противовесов на 20% на холостом ходу ощущается вибрация. Ее снижают с помощью специальной подвески силового агрегата, ограничивающей до минимума ее передачу на подрамник или кузов автомобиля. На боковой поверхности ротора-поршня установлены четыре кольца: два маслосъемных уплотнения, одно — компрессионное и одно — боковое. Боковое кольцо трапециевидным сечением снижает нага- рообразование на боковых выпускных окнах. В рабочем объеме статора-картера одновременно проходит несколько рабочих тактов (рис. 8.6, б). В первом положении ротора со стороны I происходит такт впуска воздуха и впрыска бензина, со стороны II — сжатие бензовоздушной смеси, со стороны III продукты сгорания выходят из двигателя. Во втором положении в объеме со стороны I начинается сжатие, у стороны II происходит рабочий ход — бензовоздуш- ная смесь поджигается двумя свечами, это так называемый Twin Spark
Рис. 8.6. Роторно-поршневой двигатель Renesis:
а — общий вид: / — электронный блок управления; 2 — впускной трубопровод; 3 — специальная форсунка; 4 — боковые окна для подачи горючей смеси; 5 — каналы выпуска; 6 — выпускные окна; 7 — ротор; 8 — статор; 9 — две свечи зажигания (основная и дожигающая), работающие последовательно; б — такты РПД: такт 1-й: I — впуск; II — сжатие; III — выпуск; такт 2-й: I — сжатие; II — рабочий ход; III — перекрытие окон; такт 3-й:
I — воспламенение; II — выпуск; III — впуск; такт 4-й: I — рабочий ход;
II — выпуск; III — впуск
(двойная искра), т.е. две искры от разных свечей друг за другом. Интервал между ними рассчитывает ЭБУ в зависимости от режима работы двигателя. В третьем положении ротора со стороны I происходит воспламенение рабочей смеси, со стороны II — выпуск ОГ, со стороны III — впуск рабочей смеси. В последнем, четвертом положении со стороны I заканчивается рабочий ход, происходит выпуск со стороны II и заканчивается впуск со стороны III. Полный цикл из классических четырех тактов в этом РПД происходит за 120° поворота ротора-поршня; за это время эксцентриковый вал, обеспечивающий линейное перемещение ротора, делает один оборот, а не два (как в ДВС с четырехтактным циклом). Поэтому приведенный рабочий объем эквивалентен классическому шестицилиндровому ДВС объемом 2616 см 3 .
В отличие от предыдущих моделей на РПД Rcnesis выпускное окно перенесли на боковую стенку статора, и это свело к минимуму перекрытие окон. Оказалось, что скорость открывания выпускного окна на новом месте оказалась значительно меньше, чем раньше, и для ее повышения спрямили выпускной тракт.
Для лучшего наполнения РПД воздухом в такте впуска система подачи воздуха выполнена комбинированной: применены основные и дополнительные окна подачи воздуха, впускные патрубки различной длины, клапаны, обеспечивающие или прерывающие потоки воздуха на различных режимах работы РПД.
Роторно-поршневые двигатели Renesis выпускают в двух модификациях: стандартной (Standart Power) и высокой (High Power) мощности. Системы впуска двух модификаций различны (рис. 8.7). Двигатель Standart Power имеет восемь окон (по два с каждой стороны каждого ротора) и переключаемую систему впуска. На низких частотах вращения ротора воздух проходит по длинным впускным трубопроводам и попадает в двигатель через одно окно 6 на секцию. По мере увеличения частоты вращения сначала открываются вторичные окна 8, а потом клапан 5 открывается и удлиняет впускной тракт, изменяя его резонансные характеристики. Это позволяет сменить частоту резонансного наддува и повысить наполнение статора. Впускная система версии High Power сложнее. Здесь добавлено еще по два окна на секцию — всего впускных окон шесть, а количество клапанов достигло пяти.
Режимы работы различных элементов системы впуска модификации High Power РПД Renesis приведены в табл. 8.1.
Рис. 8.7. Схемы систем впуска модификаций РПД Renesis: а — стандартной (Standart Power); б — высокой (High Power) мощности;
- 1 — основной патрубок впуска; 2 — короткий впускной патрубок;
- 3 — воздушный фильтр; 4 — дроссельная заслонка, управляющая ЭБУ; 5 — электромагнитный клапан, регулирующий длину впускного тракта;
- 6 — основные окна впуска; 7 — клапаны вторичных окон впуска;
- 8 — вторичные окна впуска; 9 — клапаны окон для впрыска бензина на высоких частотах вращения ротора; 10 — окна выпуска ОГ
Режимы работы элементов системы впуска РПД Renesis High Power
Элементы системы впуска
Диапазон частот вращения ротора п, мин
Организация процессов модернизации и модификации автотранспортных средств
Рассмотрены основные вопросы организации процессов модернизации и модификации транспортных средств, сформулированы цели и задачи модернизации, приведены сведения о разработках в этой области за рубежом и в нашей стране. Описаны конструкции современных двигателей, трансмиссий, подвесок, рулевого управления и тормозных систем с подробным анализом их особенностей. Особое внимание уделено вопросам модернизации автотранспортных средств с использованием экологически чистых энергетических установок автомобиля, работающих на биотопливе и водороде.
Соответствует ФГОС СПО последнего поколения.
Для студентов среднего профессионального образования, обучающихся по специальности «Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей».
Что является одной из главных задач модернизации и модификации автомобильных двигателей
Анализируя опыт военных действий 1939-1945 гг., командующий бронетанковыми силами Германии фельдмаршал Гейнц Гудериан указывал на большую значимость двигателя для боевых характеристик танка, не уступающую значимости танковой пушки. Не хуже Гудериана понимали роль силовой установки и у нас, но, к сожалению, не всегда это понимание находило отражение в конструкции боевых машин.
В ходе совершенствования танкового вооружения и защиты происходило неуклонное возрастание массы боевых машин, что отрицательно сказывалось на их подвижности и требовало увеличения мощности двигателей. В начале шестидесятых разработчики танка нового поколения потребовали от двигателистов резко увеличить мощность силовой установки. В ОКБ завода им. В.Я. Климова усилия были сосредоточены на создании ГТД, а в харьковском КБД завода имени Малышева — на двухтактном дизеле 5ТД. Оба конструкторских коллектива добились успеха, разработав опытные двигатели мощностью до 1100 кВт. В то же время совершенствование двигателей семейства В-2 продвигалось медленно, и даже его современные варианты, предназначенные для основного боевого танка Т-72, имеют мощность от 573 кВт (В-46) до 618 кВт (В-84).
С распадом Советского Союза предприятие, выпускающее современные мощные танковые дизели 6ТД, осталось в так называемом «ближнем зарубежье» (Украина), а освоение производства новых модификаций серийного двигателя ГТД-1250 затормозилось ввиду известных экономических неурядиц. Поэтому в начале 90-х гг. Россия оказалась без современного серийного танкового двигателя, необходимого как для модернизации, так и для создания перспективных образцов танков.
В настоящей статье сделана попытка на основе обобщения отечественного и зарубежного опыта сформулировать основные задачи, стоящие сегодня перед танковым двигателестроением России, и наметить возможные пути их решения. Мы исходим из того, что наша страна не может позволить себе быть слабой в области бронетанковой техники.
Положение дел в отрасли в настоящее время
В последнее время в России резко снижено финансирование НИОКР, связанных с разработкой новых и совершенствованием серийных двигателей специального назначения. Практически остановлены перспективные исследования в области материалов и покрытий, создания и развития научно-технического задела, разработки концепции двигателя 21 века. В результате, еще сохраняя первенство в мировом двигателестроении по массогабаритным показателям и плотности компоновки, отечественные танковые двигатели проигрывают лучшим зарубежным двигателям США, Германии, Великобритании по параметрам, характеризующим рабочий процесс.
В сложившихся условиях была сделана ставка на модернизацию серийных двигателей В-84 с целью довести их мощность до уровня 1000 л.с. и более, что без принципиального изменения конструкции двигателя (компоновочной схемы, размерности цилиндров и пр.) соответствует ее увеличению почти в 2,5 раза по сравнению с исходным уровнем мощности дизеля В-2.
Совместными усилиями Главного автобронетанкового управления (ГАБТУ) Минобороны РФ, КБ, НИИ и предприятий отрасли созданы форсированные модификации двигателя — дизели В-92 и КД-34 мощностью 1000 л.с. Этими двигателями оснащается принятый на вооружение в 1992 г. новый танк Т-90С с заметно улучшенной подвижностью.
Министерство обороны Индии высказалось за покупку 250. 300 российских танков Т-90С, но потребовало подтвердить их работоспособность в климатических условиях своей страны. В качестве испытательного полигона была выбрана пустыня Тар в предгорьях Гималаев. Контрольным испытаниям пробегом протяженностью 2000 км в условиях высокогорной пустыни при температуре окружающего воздуха +50 АС (в ряде случаев она повышалась до +57 АС) были подвергнуты три двигателя В-92. В июле 1999 г. испытания были успешно завершены.
В планах модернизации серийного двигателя ГТД-1250 для модифицированного танка Т-80 предусматривалось применение гидрообъемной передачи во встроенных в редуктор двигателя планетарных рядах. Такой двигатель в конце 80-х гг. прошел все виды испытаний, в том числе ходовые в составе танка. Выявилась возможность многократного снижения числа переключений передач, повышения средней скорости танка на 10. 12 % и снижения путевого расхода топлива на 6. 8 %. Однако в серию модернизированный ГТД пока не запущен.
В ОАО «ЧТЗ» медленно идут работы по созданию опытного двигателя нового ряда размерностью D/S = 15/16. Отсутствие сил и средств существенно тормозит отработку двигателя, особенно в части надежности. Двигатель может морально устареть.
Сложившееся положение дел в российском танковом двигателестроении — это результат воздействия ряда факторов, определивших в свое время объемы выпуска, многотипность, замедленные темпы модернизации, ограниченное использование в народном хозяйстве и редкую смену поколений танковых двигателей. Сложность ситуации станет более ощутимой, если иметь в виду, что за рубежом в рамках национальных и межнациональных программ стран NATO (программы AJM, FMBT, FCS в США, NGP в Германии, RO-2000 в Великобритании и др.) в настоящее время развернуты и интенсивно проводятся крупномасштабные разработки перспективных танковых двигателей IV поколения, предназначенных для бронетанковой техники 2000-х годов. Ожидается, что эти двигатели обеспечат новым перспективным танкам NATO существенное превосходство над боевыми машинами III поколения: по удельной мощности на ~ 40 %, по скорости движения на ~ 20 %, по запасу хода на ~ 30 %.
В случае реализации планируемого США на 2025-2030 гг. технического «скачка» в области бронетанковой техники (программа FCS) отрыв может значительно увеличиться. Эти намерения следует рассматривать как один из самых серьезных вызовов отечественному танковому двигателестроению за последние полвека.
Удерживать свои позиции России пока удается благодаря ранее созданному научно-техническому заделу. Чем скорее он будет востребован и восполнен, тем легче окажется выход из сложившейся ситуации. Возобновление, активизация и повышение эффективности работ в отечественном танковом двигателестроении требует, как показывает отечественный и зарубежный опыт, перехода к новым формам организации проектирования и производства.
Организационно-технические принципы проведения дальнейших работ
В условиях, когда практически отсутствует государственное финансирование НИОКР, а закупки вооружения и военной техники сведены к минимуму, когда продажа танковых двигателей и объектов бронетанковой техники в зарубежные страны затруднена из-за ряда причин (а существенного улучшения ситуации в ближайшее время трудно ожидать), для поддержания на должном уровне танкового двигателестроения становится жизненно необходимым переход к другим принципам его развития. Крупные зарубежные производители в условиях свертывания военных заказов прибегли к созданию двигателей, отвечающих так называемой «военно-гражданской» концепции. Сказанное требует некоторого пояснения.
«Военно-гражданская» концепция предполагает разработку конструкции двигателя, которая при сохранении неизменными в ней размерности цилиндров, межосевого расстояния, деталей кривошипно-шатунного механизма, остова и некоторых других основных элементов может быть при необходимости трансформирована в его гражданские или военные модификации, удовлетворяющие ТТТ соответствующей области применения. Эти двигатели составляют обычно единое семейство унифицированных многоцелевых двигателей или, как их еще называют, двигателей двойного назначения (ДДН).
За последние 10-15 лет в ведущих зарубежных странах произошло заметное изменение тенденций, которые длительное время определяли принципы разработки и создания танковых двигателей. В стратегии научно-технической и производственной деятельности крупных двигателестроительных фирм четко проявилось стремление отказаться там, где это возможно, от разработки специализированных транспортных (в том числе и танковых) дизелей и переходить к созданию упомянутых многоцелевых двигателей.
Идея разработки многоцелевых двигателей основана на созданном научно-техническом заделе, на использовании новых высокопрочных и жаростойких материалов и прогрессивных технологий, в результате чего появилась реальная возможность закладывать в конструкцию важнейших элементов двигателей весьма высокие запасы прочности без существенного увеличения их массы и габаритов при сохранении неизменной общей конструктивной схемы (размерности, числа и расположения цилиндров). Это позволяет создавать высокоэффективные модификации дизелей, которые, отличаясь друг от друга числом цилиндров, конструкцией корпусных деталей, а также отсутствием или наличием агрегатов наддува и охладителей наддувочного воздуха, могут быть использованы в составе силовых установок военных машин, на автомобилях и судах при сохранении высокой (80. 85 %) степени унификации. Поэтому разработка ДДН стимулируется осознанием технико-экономической целесообразности производства таких двигателей объединенными (военно-гражданскими) усилиями, а также выгодностью их эксплуатации во многих областях коммерческой и специальной техники.
Кроме того, среди причин, способствующих созданию ДДН, называют объективно возрастающую в ходе научно-технического прогресса общую сложность и связанное с ней удорожание промышленных изделий (в том числе двигателей), особенно в случае неоправданного разнообразия типажа и недостаточной унификации. Однако наиболее существенную роль в расширении номенклатуры ДДН в ведущих странах за рубежом сыграло сокращение объемов военных заказов.
Изготовление ДДН ведется, как правило, на общих производственных площадях, причем доля военных модификаций в суммарном объеме выпуска ДДН не превышает в мирное время 20. 25 %, но легко может быть увеличена в особый период. Нетрудно заметить, что таким способом создаются скрытые резервы промышленных мощностей, способные в кратчайшие сроки (1,5-2 месяца) легко переориентироваться в военное время на выпуск необходимого количества двигателей для боевой техники.
Таким образом, создание ДДН сегодня и в будущем является практически единственным способом обеспечения требуемой мобилизационной готовности БТТ. Альтернативой может быть создание специальных военных двигателей с последующей подготовкой их полномасштабного серийного производства в военное время и консервацией заводских площадей на мирный период. Однако скрупулезный анализ материально-финансовых потерь, присущих этому варианту, показал его полную неприемлемость даже для такой богатой страны, как США. Именно поэтому практически все наиболее развитые зарубежные страны создают семейства ДДН.
| Конвертирование двигателей семейства УТД производства ОАО «БЗТМ» | |||||
| Тип двигателя | Мощность, л.с. | Частота вращения, об/мин | Напряжение питания, В | Частота тока, Гц | Предназначение |
| Судовой дизель 3Д20 | 180. 235 | 2200. 2800 | — | — | катера «Соколенок», «Аист», «Невка», «Бекас» |
| Тракторный дизель 5Д20 | 240. 300 | 2400. 2600 | — | — | тягачи и большегрузные автомобили |
| Судовой дизель, 3Д29 | 440 | 2270 | — | — | пассажирский морской катер «Алмаз» |
| Судовой дизель с турбонаддувом 3Д32 | 615 | 2270 | — | — | служебно-разъездной катер «Валаам» |
| Автотранспортный дизель 5Д29 | 400 | 2400 | — | — | самоходный транспортер, сверхтяжелый транспортный модуль |
| Дизель-генераторы переменного тока | 100 60 | — | 400 230 | 50 400 | автоматизированные передвижные электростанции |
| В настоящее время активно и плодотворно ведут работы по созданию многоцелевых дизелей фирмы SACM и «Моторс Бодуэн» во Франции, MTU и KHD в Германии, «Ото Мелара» в Италии, «Перкинс» в Великобритании, «Континентал Теледайн» и «Катерпиллер» в США и др. В качестве примера удачной разработки может быть приведен многоцелевой дизель 6FIISRX нового ряда DF фирмы «Бодуэн», который заменил военный дизель HS-115-2 фирмы «Рено» в модернизированной французской боевой машине пехоты AMX-10RC. Больших успехов в указанной области добилась германская фирма MTU, создавшая типовой ряд многоцелевых дизелей для тяжелых автомобилей, рельсового подвижного состава, привода судов, генераторов и др., включая танковый дизель МТ-873Ка 500.
Однако наиболее значительных результатов (по техническому уровню, числу военных и гражданских модификаций и объемам выпуска) в создании ДДН достигла фирма «Перкинс» из Великобритании (см. «Двигатель» Й3, 1999 г.). Ее дизели семейства «Кондор» были спроектированы как военные и гражданские одновременно. Это обеспечило военным вариантам такие типично «гражданские» преимущества, как высокие ресурс и надежность работы, низкие начальную стоимость и стоимость жизненного цикла. В настоящее время двигатели «Кондор» — самые мощные и совершенные серийные военные танковые и коммерческие дизели. Учитывая ограниченный объем этой публикации и в основном концептуальный характер анализа в ней, авторы намеренно не затрагивали научно-технические и конструкторско-технологические аспекты создания ДДН (такие, как выбор рациональной конструкторско-компоновочной схемы двигателя, его размерности, уровень основных параметров и пр.). Эти вопросы планируется рассмотреть отдельно. Следует лишь отметить, что наиболее ответственным этапом в создании многоцелевого двигателя, с точки зрения полноты реализации закладываемой в него основной идеи, является выбор ключевых конструктивных решений (по цилиндро-поршневой группе, кривошипно-шатунному механизму, остову и др.) с учетом требуемого уровня параметров и условий применения двигателя. При этом чем глубже и полнее будут взаимоувязаны заинтересованными сторонами (военной и гражданской) специфические требования, вытекающие из каждой области применения, чем ближе к началу создания двигателя будет отнесена эта проработка, тем, очевидно, совершеннее и эффективнее станет создаваемый двигатель. Общими техническими требованиями к ДДН являются топливная экономичность, надежность, ресурс работы, пусковые качества, простота обслуживания и легкость ремонта. В частности, для «военных» двигателей чрезвычайно важны малые габариты и небольшая масса при требуемой для данного класса машин мощности, способность успешно работать в экстремальных условиях (большие ударные нагрузки, высокая запыленность воздуха, высокогорная местность и т.д.), а также возможность использования различных видов топлива. Для двигателей гражданского назначения не менее важными факторами являются экологические характеристики и невысокая стоимость. Основная задача, которая сегодня стоит перед отечественным танковым двигателестроением, формулируется достаточно четко — необходимо на принципах разработки ДДН как можно быстрее создать «новый В-2», отвечающий современным требованиям и обладающий достаточной перспективой дальнейшего развития. До настоящего времени в этом направлении проводились лишь весьма ограниченные проработки, которые показали, что современные отечественные двигатели военных машин имеют приемлемые массогабаритные показатели, но, несмотря на весьма умеренную степень форсирования, весьма ограниченный ресурс. Поэтому создание на их базе гражданских модификаций (или их конвертирование) обеспечивается либо уменьшением нагрузок на основные детали (обычно дефорсированием по частоте вращения и по величине среднего эффективного давления), либо увеличением прочности деталей, воспринимающих нагрузки, путем перехода к массивным, чаще чугунным остовам и др. Оба эти направления получили в нашей стране достаточное распространение. Проблема ресурса гражданских дизелей УТД также решалась путем дефорсирования военного дизеля с переходом в некоторых случаях на чугунные детали остова без принципиального изменения конструкции. Таким путем удалось в дизелях типа УТД увеличить ресурс до 8. 10 тыс. ч при одновременном повышении их экономичности. Предполагается, что семейство дизелей БМД будет состоять из 3- и 4-цилиндровых рядных двигателей и V-образных двигателей с числом цилиндров 6, 8 и 12, имеющих чугунный блок-картер, индивидуальные головки цилиндров, охлаждаемый поршень и др. Изменение степени наддува и охлаждение наддувочного воздуха позволят гибко и эффективно обеспечивать требуемые уровни мощности без значительных переделок конструкции дизеля. Высокая степень унификации двигателей семейства может быть достигнута путем использования одинаковых узлов и деталей цилиндро-поршневой группы, топливной аппаратуры, агрегатов наддува и пр. Дальнейшее развитие танковых ГТД мощностью 1800. 2000 л.с. и выше также следует рассматривать с учетом их двойного применения, причем в силу известных обстоятельств (большая стоимость производства и повышенный расход топлива ГТД по сравнению с дизелем) их двойное применение должно предусматриваться в смежных областях военной и гражданской техники (авиация, в том числе вертолеты, суда, системы энергоснабжения и др.). Примером такого расширенного применения транспортных ГТД за рубежом является создание на базе танкового двигателя AGT-1500 его модификации PLT-27 для вертолета, применение двигателя GT-601 в качестве силовой установки судов береговой охраны, в системах электроснабжения зенитных комплексов «Пэтриот» и др. В этом случае разработка двигателя-прототипа производится на базе отработанного газогенератора, являющегося наиболее сложным и дорогостоящим узлом ГТД.
Что является одной из главных задач модернизации и модификации автомобильных двигателей
Область профессиональной деятельности выпускников, в которой выпускники, освоившие образовательную программу, могут осуществлять профессиональную деятельность: После завершения обучения выпускник готов выполнять следующие виды деятельности:
Квалификация выпускника: специалист
Форма обучения: очная Профильными дисциплинами при поступлении на специальность 23.02.07 «Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей» являются: Профессиональная подготовка предусматривает изучение следующих учебных циклов:
Общий гуманитарный и социально-экономический, математический и общий естественнонаучный, общепрофессиональный учебные циклы специальности состоят из дисциплин. Профессиональный учебный цикл включает профессиональные модули в соответствии с видами деятельности. В состав профессионального модуля входит один или несколько междисциплинарных курсов. При освоении обучающимися профессиональных модулей проводятся учебная и (или) производственная практика (по профилю специальности). По окончании курса профессионального модуля обучающиеся сдают экзамен квалификационный. Перечень профессиональных модулей, входящих в образовательную программу и их структура: ПМ.01 Техническое обслуживание и ремонт автотранспортных средств Государственная итоговая аттестация проводится в форме защиты выпускной квалификационной работы, которая выполняется в виде дипломной работы (дипломного проекта) и демонстрационного экзамена. |
