Достоинства газотурбинных двигателей

Газотурбинный автомобиль Турбо НАМИ-053
Газотурбинный автомобиль Турбо НАМИ-053

Рассмотрим, какие возможности дает замена поршневых двигателей газотурбинными при обычных типах двигателя. Газотурбинная силовая установка на автомобиле обладает высокой мощностью при малом весе и малых габаритных размерах. Удельный вес газовых турбин может составлять менее 1 кг/л.с. Деталей в газовой турбине меньше, чем в поршневом двигателе той же мощности, конструкция ее проще и управление ею легче. Весьма важно, что для газовой турбины не имеет большого значения выбор топлива, качество которого не регламентируется ни октановыми, ни метановыми числами. Можно применять керосин, лигроин, дизельное топливо, бензин, сжатые и сжиженные газы в то время, как требования к топливу для автомобильных поршневых двигателей выше, что особенно заметно в отношении октановых чисел для современных бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия.

В отработавших газах поршневых бензиновых автомобилей всегда содержится ядовитая окись углерода, кроме того, этилированный бензин при сгорании отравляет воздух свинцовыми соединениями. Высокий коэффициент избытка воздуха в газотурбинных установках обеспечивает полное сгорание топлива без выделения окиси углерода, отравляющей воздух.

Газотурбинные автомобили обладают хорошей динамикой, не требуют сложных трансмиссий с коробками передач и превосходят в этом отношении автомобили с поршневыми двигателями. Объясняется это тем, что с уменьшением числа оборотов крутящий момент газовых турбин возрастает. Благоприятное протекание крутящего момента и мощности по оборотам дает возможность обойтись без коробки передач на легковых автомобилях, а на грузовиках и автобусах — ограничиться меньшим числом передач, благодаря чему упрощается управление автомобилем.

Достоинством газовых турбин является быстрота пуска при низкой температуре вследствие значительно меньшей поверхности трущихся деталей. Удельная мощность и к. п. д. газовых турбин существенно возрастают при работе с пониженными температурами воздуха, поэтому применение этих двигателей в областях с холодным климатом особенно желательно.

Газобаллонные автомобили

Газобалонный автомобиль ГАЗ-АА (1939)
Газобалонный автомобиль ГАЗ-АА (1939)

Газобаллонные автомобили появились во время первой мировой войны. Целью их применения было заменить дефицитный бензин светильным или другим газом, часто являющимся отходами производства, имеющимися на месте. Первые пробы проводились с использованием в качестве резервуаров для газа мягких резиновых баллонов низкого давления, размещаемых на крыше автомобиля, затем использовали обычные баллоны для сжатых газов и наконец пришли к выводу, что наиболее выгодно использовать сжатые газы на газобаллонных автомобилях при давлении около 200 кг/см2. Собственный вес баллонов при использовании легких сплавов с оплеткой стальной проволокой может быть сведен к минимуму (до 3 кг/м3). Для сжиженных газов баллоны изготовляются для максимального рабочего давления до 16 кг/см2 (расчетное 24 кг/см2). Вес их (около 0,5 кг/м3) превосходит вес бензиновых баков того же объема приблизительно в три-четыре раза (для сжатых газов в 25—30 раз).

Эксплуатация универсальных автомобилей, могущих работать как на бензине, так и на баллонных газах, обеспечивает бесперебойную работу автомобиля повсеместно, независимо от наличия газа. Однако такие автомобили не могут считаться совершенными, так как их мощность даже при работе на бензине ниже, чем у обычных бензиновых из-за меньшего коэффициента наполнения в связи с добавочным сопротивлением в комбинированном смесителе-карбюраторе; кроме того, лишний вес баллонов и оборудования ухудшает динамику автомобиля и снижает его грузоподъемность. При работе на газе мощность универсальных двигателей из-за падения коэффициента наполнения, меньшей теплотворности смеси и меньшего механического к.п.д. несколько ниже, чем при работе на бензине. Мощность двигателя может снижаться для сжатых газов в пределах до 20% и для сжиженных до 10%. Высокие октановые числа сжатых и сжиженных газов (более 100) позволяют повышать степень сжатия до 8—12, кроме того, применяя раздельные впускные и выпускные трубопроводы и специальные смесители, можно при конвертировании на газ предельно увеличить мощность двигателей для сжатых среднекалорийных газов на 20% и для сжиженных на 40%.

Таким образом, для газобаллонных автомобилей со специальными газовыми двигателями можно не только применять эти газы как заменители бензина, но и получать при этом более высокие динамические и эксплуатационные показатели автомобилей. Главным условием использования таких специальных газовых автомобилей является бесперебойное снабжение их газом, для чего требуется создание сети газонаполнительных станций на всей территории эксплуатации.

Газобаллонные автомобили находят применение в Западной Европе и в США. В СССР работа по созданию и усовершенствованию газобаллонных автомобилей началась в 1936 г. в НАМИ (тогда НАТИ). В результате совместной работы НАМИ с Московским и Горьковским автомобильными заводами были созданы советские газобаллонные автомобили, регулярный выпуск которых начался в 1939 г.

Особенности газогенераторных автомобилей

Автомобиль с газогенераторной установкой-прицепом
Автомобиль с газогенераторной установкой-прицепом

Посмотрим, какие же причины заставляют в обычных условиях эксплуатации избегать применения газогенераторных автомобилей. Прежде всего, работа на генераторном газе вызывает резкое снижение мощности и если просто перевести обычный бензиновый двигатель на генераторный газ, то мощность снижается до 40—50%. Такое падение мощности объясняется меньшей теплотворностью газовоздушной смеси по сравнению с бензиновоздушной. При работе на генераторном газе меньше коэффициент наполнения, коэффициент молекулярного изменения и механический к. п. д.

Конвертирование двигателя для работы на генераторном газе обычно сопровождается рядом переделок. Прежде всего, повышают степень сжатия, так как октановое число генераторного газа близко к 100. Кроме того, впускные трубопроводы выполняют для газовых двигателей отдельно от выпускных, устраняя таким образом подогрев смеси. Эти меры позволяют уменьшить падение мощности при переходе с бензина на генераторный газ до 20—30%. Переход на верхние впускные клапаны может сократить падение мощности при конвертировании до 5%.

Наряду со снижением мощности двигателя, вес газогенераторных автомобилей по сравнению с бензиновыми увеличивается, а грузоподъемность из-за громоздкой и тяжелой газогенераторной установки и запаса топлива уменьшается. Вследствие этого ухудшается динамика. Первоначальная стоимость газогенераторного автомобиля выше, эксплуатация его дороже, уход за ним сложнее, квалификация обслуживающего персонала должна быть выше, дороже и сложнее ремонт, короче пробеги до ремонта и технического обслуживания. В связи с этим к газогенераторным автомобилям прибегают как к крайнему средству замены бензиновых автомобилей, когда нет жидкого топлива или нерентабельна его доставка.

Особенности дизельных двигателей

Рудольф Дизель
Рудольф Дизель

Напомним кратко преимущества и недостатки дизельных двигателей по сравнению с карбюраторными бензиновыми двигателями. Эффективный к.п.д, дизельных двигателей выше и поэтому они расходуют топлива меньше на 30—40% по весу и приблизительно на 50% по объему. Этим повышается запас хода дизельного автомобиля. Дизельное топливо дешевле, менее огнеопасно и выход его из сырья можно повысить. Использование двухтактного цикла в дизельных двигателях не влечет за собой снижения экономичности, как это неизбежно происходит в бензиновых карбюраторных двигателях. В то же время по ряду показателей дизельные двигатели уступают бензиновым, поэтому в настоящее время они не могут с последними конкурировать в большинстве областей применения на автомобилях. Трудность распыливания топлива и смесеобразования в короткие промежутки времени не позволяет повышать число оборотов коленчатого вала дизельных двигателей до значений чисел оборотов, свойственных карбюраторным двигателям, что существенно снижает удельную мощность двигателя.

Снижению удельной мощности способствует также работа дизельных двигателей с относительно большими, чем у карбюраторных двигателей, коэффициентами избытка воздуха, что также обусловлено качеством процесса смесеобразования. Указанное уменьшение удельной мощности вызывает увеличение веса, который растет также вследствие существенно больших давлений в камерах сгорания дизельных двигателей по сравнению с давлением в карбюраторных двигателях. К недостаткам дизельных двигателей следует отнести также сложность и высокую стоимость топливоподающей аппаратуры, дымность выпуска и худшую транспортную характеристику с точки зрения приспособляемости к изменению нагрузок в широком диапазоне.

Совокупность преимуществ и недостатков дизельных двигателей с учетом особенностей эксплуатации оценивается всегда в зависимости от конкретных условий их применения, при этом немаловажную роль играет конъюнктура топлива. В странах, которые не имеют собственных запасов нефти, где бензин дорог и дефицитен (например, в Англии) дизельные двигатели находят применение на грузовых автомобилях малой грузоподъемности и даже частично на легковых автомобилях, очень широко на грузовых автомобилях средней грузоподъемности и исключительно широко применяются на тяжелых грузовых автомобилях и многоместных автобусах.

← РаньшеПозже →