ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 

Двухтактный дизельный двигатель МТ 135

КАЧЕСТВЕННЫЙ СКАЧОК ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЕЙ

Во Франции конструктор Жан Мельшиор из фирмы Diesel Propulsi­on разрабатывает двигатель МТ-135, который подает большие надеж­ды. Программа частично поддерживается правительством. Последний вариант этого нового двигателя является двухтактным с трехступен­чатым наддувом и рабочим объемом 7,3 л. Его максимальная мощность составляет 1500 л.с., а в турбокомпаудном варианте достигает 2000 л.с. Сначала этот двигатель развивал половину заявленной мощности и ожидалось, что в 1993 г. он выйдет на полную мощность. Разраба­тываются как морские варианты, так и варианты для наземных машин.

Уместно заметить, что попытки достичь значительно более высо­ких удельных (габаритных и литровых) мощностей двигателей всерьез началась в 1970-ых годах. Французская система "Гипербар" создава­лась в 1973 г. как ступень к более высокой эффективной мощности двигателя; работа над германскими двигателями серии 880 была нача­та фирмой MTU в то же время. Необходимо было разработать "новые" двигатели, чтобы использовать все преимущества соединения поршне­вых двигателей и турбооборудования. Двухтактный цикл имел важные преимущества над четырехтактным благодаря большей частоте рабочих циклов, что в свою очередь облегчило согласование с турбооборудо­ванием. Однако двухтактным двигателям присущи недостатки, во-пер­вых, невозможна оптимальная синхронизация тактов по всему рабочему диапазону при использовании гильз цилиндров с окнами, которые вы­зывали также трудности уплотнения при помощи поршневых колец. Во-вторых, продувочный нагнетатель, необходимый в этой конструк­ции, требует значительных непроизводительных затрат мощности.

Первоначальные усилия Мельшиора по разработке двигателя, на­чатые в 1979 г., концентрировались на 12- цилиндровом V-образном двигателе с рабочим объемом 21 л., который в конечном счете разви­вал мощность 3500 л.с. при частоте вращения вала 1400 мин-1. Одна­ко этот двигатель был сложным, включающим четыре клапана на ци­линдр, многокулачковые валы и систему "Гипербар" для обеспечения требуемого наддува.

Разработка двигателя МТ-135 была начата с тщательного изуче­ния рынка и проведена в период с 1985 по 1988 г. Для двигателя МТ- 135 Мельшиор использовал особый конструктивный подход. Чтобы ис­пользовать положительные качества двухтактного цикла и устранить в то же время присущие ему нежелательные явления, Мельшиор отказался от гильз с окнами и организовал петлевую продувку с помощью та­рельчатых клапанов, размещенных перпендикулярно друг другу в го­ловке цилиндров. Конструкцией двигателя предусмотрена переменная синхронизация кулачков (VCT), то есть система управления моментами открытия - закрытия продувочных клапанов посредством изменения взаимного углового положения кулачков на распределительном валу, а также применен многоступенчатый наддув. Эффективная петлевая про­дувка, обеспечиваемая применением двойных тарельчатых клапанов, управляемых системой VCT в зависимости от загрузки двигателя, плюс высокие давления в цилиндрах от трехступенчатого наддува являются ключевыми факторами в достижении высокого КПД и очень высокой удельной мощности.

Как отмечалось, в двигателе Мельшиора используется трехсту­пенчатый наддув, который оказывает значительное воздействие на его удельную мощность. Турбонаддув без компаундирования, используемый Мельшиором, означает обычный последовательный турбонаддув с проме­жуточным и последующим охлаждением. Тогда как давление на входе для обычных двигателей может быть около трех - четырех бар, в дви­гателе МТ-135 оно составляет от 15 до 20 бар. Максимальные давле­ния в двигателе МТ-135 равны 300 барам, примерно в два раза выше максимальных давлений обычного дизельного двигателя.

Рядная компоновка двигателя МТ-135 позволяет использовать один распределительный (кулачковый) вал, посредством которого дос­тигается переменная синхронизация кулачков и обеспечивается управ­ление моментами открытия - закрытия клапанов. Переменная синхрони­зация кулачков, управляя продолжительностью открытия выпускного клапана, обеспечивает простой способ получения переменной степени сжатия, которая может изменяться для улучшения запуска и работы при малой нагрузке (см. рис. 2). Максимальная степень сжатия сос­тавляет 8 единиц для военного варианта с трехступенчатым турбонад­дувом и высокой удельной мощностью и 15 единиц для грузового ва­рианта с двухступенчатым наддувом. Переменная степень сжатия поз­воляет также получить желаемую характеристику крутящегося момента и обеспечивает превосходные мощностные характеристики. Двигатель чисто упакован. Благодаря "комплексной архитектуре" у блока двига­теля не имеется наружных трубопроводов для топлива или смазочного масла.

Переменная синхронизация кулачков посредством одного распределительного вала обеспечивает изменение степени сжатия для запуска и режима малой нагрузки:

I - работа на малой мощности; II - нормальный режим работы; 1- степень сжатия; 2- сжатие; 3- расширение; 4- импульс на турбину; 5- про­дувка; 6- коэффициент расширения; 7- верхняя мертвая точка ; 8- нижняя мертвая точка; 9- открыт выпускной клапан; 10- открыт впуск­ной клапан; 11- закрыт выпускной клапан; 12- закрыт впускной клапан

Мельшиор планирует также применить в двигателе МТ-135 "компа­ундирование", установив дополнительную турбину на выпуске, которая преобразует тепловую энергию газов в мощность на валу (SHP). Она передается зубчатой передачей непосредственно в отдаваемую мощ­ность двигателя и в случае двигателя МТ- 135 будет добавлять при­мерно 500 л.с. к эффективной мощности, выводя ее на уровень 2000 л.с. Компаундирование улучшает также топливную экономичность, сни­жая удельный расход топлива при испытании двигателя на тормозном стенде (BSFC) с 207 до 180 г/кВт ч (с 0,34 до 0,31 фунта/л.с.ч).

Очень высокая удельная мощность (> 200 л.с./л или < 1 кг/л.с.) достигается главным образом за счет высоких средних дав­лений в цилиндрах и двухтактного рабочего процесса, посредством чего получается в два раза больше рабочих циклов на один оборот вала двигателя, чем в традиционных четырехтактных двигателях. Мельшиор предполагает, что его двигатель с рабочим объемом 7,3 л. будет иметь КПД 46%, что существенно лучше, нежели у современных высокофорсированных дизелей, КПД которых не превышает 40%. (Полный КПД определяется как мощность на выходном валу двигателя, деленная на энергию, выделяемую при сгорании подведенного топлива в единицу времени.)

Очень высокие давления на впуске в сочетании с высокими тем­пературами в камере сгорания (управляемыми системой VCT) вызвали некоторые проблемы теплового напряжения, на которые указывают раз­работчики двигателя. Отвод тепла оценивается в 1061 кВт для систе­мы охлаждения, 700 кВт для выпускных газов, и 20 кВт на излучение.

Дизельный двигатель МТ- 135, разработанный Жаном Мельшиором имеет следующие габариты: 1,45 м Х 1,015 м Х 1,36 м для объема 2,4 м3 (84,7 фунтов3). Его масса 1,6 т (1,8 тонн). Мощность двига­теля МТ- 135 1119 кВт ( 1500 л.с.) при трехступенчатом наддуве и 1492 кВт ( 2000 л.с.) при трехступенчатом наддуве и компаундирова­нии с силовой турбиной. Крутящий момент при номинальной скорости 1800 мин-1 составляет 605 кг/м (4,471 фунт/фут), скорость поршня 10,2 м/с (33,5 фут/с); диаметр цилиндра и ход поршня составляют 135/170 мм. Среднее эффективное давление при мощности 1500 л.с. равно 51 бару ( 739 фунтов на квадратный дюйм) (в начале 1992 г. продемонстрировано 52 бара (754 фунта/дюйм2) на одном цилиндре). Лучший планируемый удельный расход топлива при испытании двигателя на тормозном стенде составляет 207 г/кВт ч (0,34 фунт/л.с.ч) при мощности 1500 л.с. и 180 г/кВт ч (0,31 фунт/л.с.ч) при мощности 2000 л.с. Система охлаждения обычная, использующая воду и масло. Дымность при использовании форсунок Бош - 0,5-1,0 (легкая дымка).

Мальшиор заключает соглашения с рядом фирм по применению или разработке и сбыту этой конструкции, некоторые из них концентриру­ются больше на коммерческом рынке, чем на военном. Этот двигатель мог бы стать эталоном новой тенденции для будущих двигателей высо­кой мощности, так как предполагаемая экономия в отношении объема и массы по сравнению с современными дизельными и газотурбинными двигателями весьма значительна. Это новая и в основе хорошая конс­трукция, которая сочетает новые и созидательные идеи с практичес­кими механическими решениями, представляющими значительный шаг вперед в разработке технологии двигателей.

Филип Летт. Quantum leap for diesels. International Defense Review, 1993, N 3, p. 255-256





 
 
ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ