Двигатели и устройства малотоннажного моторного судна
Общие сведения о двигателях
Требования, предъявляемые к двигателю моторного судна
Наряду с надежностью при оценке качества двигателя решающее значение
имеют следующие показатели.
Вес. Весовая нагрузка для каждого малотоннажного судна играет большую
роль. Вес двигателя - одна из главных составляющих нагрузки при
центровке судна. Правильная центровка при прочих равных условиях
обеспечивает большую скорость хода. При выборе или оценке двигателя
следует учитывать его вес, приходящийся на 1 л. с. мощности, т. е.
удельный вес двигателя, так как, безусловно, выгодно получить при малом
весе большую мощность. Удельный вес двигателя можно определить по
формуле где g - удельный вес двигателя, кг!л. е.; G - вес двигателя, кг;
Ne - эффективная мощность двигателя, л. с.
При определении удельного веса принято рассматривать сухой вес
двигателя, т. е. вес без горючего и смазки, а также без бензобака, если
он не смонтирован непосредственно на двигателе.
Наименьшим удельным весом отличаются газотурбинные и роторные двигатели
(0,5-0,9 кг/л.с), после них стоят быстроходные двух- и четырехтактные
карбюраторные двигатели (1-5 кг/л. е.), затем тихоходные карбюраторные
двигатели и быстроходные дизели (5-25 кг/л. с.) и, наконец, тихоходные
дизели (25-50 кг/л. е.).
На тихоходных малотоннажных судах устанавливают двигатели с удельным
весом 20-50 кг/л. е., на гоночных судах - 0,8- 1,5 кг/л. е., а на
разъездных, прогулочных и туристских - 5- 25 кг/л. с.
Экономичность. Естественно, что при прочих равных условиях лучшим
следует признать двигатель, расходующий минимальное количество топлива и
смазки на 1 л. с./ч.
Четырехтактные карбюраторные двигатели расходуют 220-300 г бензина на 1
л. с./ч, такие же двухтактные - 250-550 г/л. с.-ч, наиболее экономичны
дизели, расходующие 180-220 г/л. с.-ч недорогого тяжелого топлива. В
последние годы значительно снижен расход топлива у газотурбинных
двигателей, однако он еще высок и составляет 250-750 г/л.с-ч. Быстрое
развитие газотурбинных двигателей малой и средней мощности (100-300 л.
е.), устанавливаемых на катерах и автомобилях, предвещает дальнейшее
снижение удельного расхода топлива.
Расход смазки наиболее высок у двухтактных карбюраторных (5-12% от веса
горючего, т. е. около 50 г/л. с-ч) и меньше всех у газотурбинных
двигателей; дизели расходуют 8-12 г/л. с-ч, а четырехтактные
карбюраторные двигатели 4-5 г/л. с-ч.
Для любительских моторных судов, не рассчитанных на высокие скорости
хода, особенно для водоизмещающих и движущихся на переходном режиме,
большое значение имеет не удельный, а общий расход горючего (в л) на 100
км пути. Нередко бывает выгодно даже на тяжелую моторную лодку
установить двигатель небольшой мощности и, потеряв в скорости хода,
выиграть в дальности пробега.
Моторесурс. Первостепенное значение имеет обеспечение безотказной работы
двигателя на всех режимах в течение длительного срока без ремонта при
сохранении эксплуатационных качеств. Наиболее долговечны малооборотные
двигатели, так как износ двигателя в значительной степени зависит от
числа оборотов (точнее, от средней скорости поршня). Срок службы
двигателя невозможно определить с помощью расчета, он зависит от многих
факторов и, в частности, от качества обслуживания, степени форсирования
двигателя, устойчивости работы вхолостую на малых оборотах и т. п.
Решающее значение приобретают конструктивное выполнение двигателя и
пригодность его для данного судна. При этом следует помнить, что один и
тот же двигатель при неправильной регулировке, несоответствующем,
горючем и смазке может быть выведен из строя в первые дни работы и,
наоборот, при тщательном уходе может работать в два-три раза дольше
гарантированных заводом-изготовителем сроков.
Ульяновский завод малолитражных двигателей прекратил выпуск двигателей
JT-3 и JT-6/3 в 1962 г., но они и в настоящее время успешно
эксплуатируются любителями. По заводским данным гарантированный
моторесурс этих двигателей - 600 ч. На практике конвертированные
двигатели серии Л этого завода работают без ремонта много более 1000 ч,
после чего необходима только регулировка, перетяжка шатунных подшипников
и очистка от нагара и накипи.
Сравнительно простая операция по очистке полости камеры сгорания от
нагара приводит к существенному улучшению работы двигателя. Например,
мощность автомобильного двигателя МЗМА-402 после удаления нагара
возросла более чем на 1 л. е., крутящий момент увеличился почти на 13%,
а расход бензина снизился на 30-40 г/л. с-ч.
Необходимо отличать действительный срок службы двигателя до первого
ремонта, от срока службы, гарантированного заводом-изготовителем.
Гарантированный срок службы устанавливают при выпуске новой серии
двигателей на основании заводских стендовых испытаний; его назначают с
некоторым запасом, поэтому в последующем, по мере доводки, моторесурс
двигателя всегда возрастает.
На большей части рассматриваемых судов (за исключением гоночных)
нецелесообразно эксплуатировать на режиме максимальной мощности
двигатели, нагруженные гребными винтами, так как это ведет к
преждевременному износу двигателя.
Конструктивные особенности двигателей. Развиваемая в цилиндре двигателя
мощность N, называется индикаторной, а мощность на валу двигателя Nе -
эффективной (иногда эффективную мощность обозначают N).
Эффективная мощность меньше индикаторной на величину потерь в самом
двигателе. Когда говорят о мощности двигателя внутреннего сгорания,
обычно имеют в виду эффективную мощность.
Мощность двигателя внутреннего сгорания зависит от рабочего объема
цилиндров, числа оборотов и среднего эффективного давления газов в
цилиндрах при рабочем ходе (у четырехтактного двигателя на один оборот
коленчатого вала один рабочий ход и три вспомогательных, а у
двухтактного - один рабочий ход и один вспомогательный).
Мощность двигателя в значительной степени зависит также от количества
горючей смеси, поступающей в его цилиндры В результате сопротивления,
вследствие трения горючей смеси о стенки впускного тракта (диффузор и
патрубок карбюратора, канал и гнездо впускного клапана), сопротивления
на выхлопе (коллектор и трубопровод), влияния температуры и давления
наружного воздуха, особенностей топлива и состава горючей смеси, а также
фаз газораспределения двигателя цилиндр никогда не заполняется горючей
смесью соответственно рабочему объему Ул. Действительное наполнение
составляет у двухтактных двигателей (0,37-0,45) Vh и четырехтактных
(0,60-0,85) УЛ. Отношение объема горючей смеси, заполняющей цилиндр при
всасывании, к рабочему объему цилиндра, называется коэффициентом
наполнения.
Шероховатость стенок каналов, выступы на пути движения горючей смеси,
резкие повороты, расширения и сужения каналов, уменьшение площади
проходного сечения впускного клапана и аналогичные сопротивления на
выхлопе снижают коэффициент наполнения и приводят к уменьшению мощности
двигателя.
У двухтактных двигателей одновременно с выхлопом происходит перепуск
горючей смеси из картера в цилиндр; при этом часть смеси используется на
продувку цилиндра и уходит неиспользованной в выхлопной коллектор, а
часть отработавших газов остается в цилиндре двигателя и, смешиваясь с
горючей смесью, ухудшает ее состав. Вследствие этого практически
мощность двухтактных двигателей будет меньше, чем получающаяся по
вышеприведенной формуле.
Конструкторы двухтактных двигателей систематически ищут пути улучшения
продувки. В последние годы стала очевидной тенденция к замене поперечной
дефлекторной продувки возвратной петлевой с плоским или сферическим
днищем поршня.
Прочие требования. Нередко любителям приходится использовать на своих
судах отнюдь не судовые двигатели. В таких случаях необходимо учитывать
возможность приспособления (конверсии) двигателя для стационарной
установки на судне, т. е. габаритные размеры двигателя, осуществимость и
простоту конверсии, быстроту запуска и пожарную безопасность, удобство
монтажа, шумность работы и уравновешенность.
От габаритов стационарного двигателя зависит возможность его размещения
в желаемом месте корпуса. Расположение оси коленчатого вала относительно
плоскости крепления двигателя на фундаменте влияет на остойчивость судна
и угол наклона гребного вала (последний желательно сделать минимальным).
Неуравновешенность двигателя - явление нежелательное, так как вибрация,
возникающая при работе неуравновешенного двигателя, разрушает и
двигатель, и судно, превращая плавание из удовольствия в мучительный
труд. Наименее уравновешены одноцилиндровые двигатели.
По простоте обслуживания, надежности работы и запуска лучшими являются
четырехтактные двигатели, хотя они и имеют больший удельный вес, чем
двухтактные.
Степень форсирования и конструктивного совершенства двигателей
определяется также литровой мощностью. Величина последней равна частному
от деления эффективной мощности двигателя (в л. с.) на суммарный рабочий
объем цилиндров двигателя (в л).
Правила соревнований по водно-моторному спорту разделяют гоночные суда
на классы, как правило, по литражу двигателей.
Естественно, что лучшим для соревнований будет двигатель, у которого
при заданном рабочем объеме цилиндров литровая мощность выше.
