Советские эксперименты: запуск дизеля с помощью порохового газогенератора
В 1981 году в советском профильном журнале «Вестник бронетанковой техники», посвящённом различным исследователям и инновациям в области разработки, совершенствования и эксплуатации боевых машин, был опубликован занятный материал на тему запуска дизельного двигателя с помощью твердотопливного газогенератора.
Несмотря на то, что подобные устройства в серию не пошли, статья весьма интересна с технической точки зрения, тем более, что газогенератор обкатывали на двигателе БМП-1, а не рассчитывали его эффективность чисто теоретически. Так что прочитать крайне рекомендуем.
Пусковая система с твердотопливным газогенератором для дизеля
Основным недостатком электростартерного и воздушного пуска дизелей ВГМ является значительное снижение эффективности при низких температурах окружающей среды (tо.с.). Современные требования определяют время подготовки к пуску — не более 15 мин при tо.с. = —40°С. При температурах выше —25°С пуск двигателя должен обеспечиваться без предварительного разогрева охлаждающей жидкости, масла и электролита аккумуляторных батарей.
Этим требованиям может удовлетворить система, использующая энергию, получаемую при сгорании твердотопливного порохового заряда. Газогенератор является источником тепловой, потенциальной (давление газов) и кинетической энергии газов. Возможны две конструктивные схемы: с непосредственной подачей газов в цилиндры двигателя и с использованием энергии газов в специальном стартере, вращающем коленчатый вал танкового двигателя.
Известная система порохового пуска многоцилиндрового дизеля имеет установленные на цилиндрах пусковые патроны, поочередно взрываемые посредством механически управляемых ударников. Ударники срабатывают от синхронизаторов стрельбы кулачкового типа, соединенных с валом двигателя. Газы подаются в каждый цилиндр только в первом такте расширения, что не всегда достаточно для пуска дизеля. Недостатком подобного пускового устройства также является сложность конструкции и трудоемкость его перезарядки.
Проведены исследования системы прямого пуска (рисунок), в которой горячие газы от одного газогенератора подаются в цилиндры двигателя через воздухораспределитель и пусковые клапаны. Использование узлов воздушного пуска для системы с газогенератором существенно упрощает конструкцию системы. Газы подаются в цилиндры двигателя в соответствии с их порядком работы.
Корпус 4 для уменьшения прогрева и увеличения надежности газогенератора выполнен многослойным. Он состоит из силовой оболочки, теплоизолирующего покрытия и установленного с зазором тонкостенного стакана. Стакан защищает теплозащитное покрытие от разрушения. Топливный элемент 5 выполнен из состава НДП-5А с температурой горения при нормальных условиях 1600 К.
Надежный пуск генератора обеспечивается комбинированным инициирующим устройством, включающим в себя: пиропатрон УДП-2, навеску из пороха ДРП и таблетку-сопроводитель из состава РНДСИ-5К. Навеска и таблетки наклеены на топливный элемент. Пиропатрон 7 устанавливается в резьбовое отверстие крышки газогенератора. Система снабжена предохранительным мембранным устройством, установленным в переходнике 3 перед расходным штуцером 1 и рассчитанным на давление срабатывания 11,8–13,7 МПа. Крышка 6 имеет замковое соединение, обеспечивающее быструю перезарядку генератора.
Испытания опытной системы пуска с твердотопливным газогенератором проводились на 6-цилиндровом 4-тактном двигателе УТД-20. При tо.с. = 15 ÷ 20°С в системе смазки двигателя использовалось масло МТ-16П, при отрицательных температурах — маловязкое масло МТЗ-10П. Газогенератор соединялся с воздухораспределителем дизеля через газовод длиной 1200 мм. Для измерения давления использовался датчик ЛХ-412, температуры — термодатчик ОУР-310.
Частота вращения коленчатого вала определялась по времени и углу его поворота, который измерялся индукционным датчиком с отметкой через 1/114 оборота. Показатели работы системы при прокрутках (без подачи топлива) двигателя УТД-20 регистрировались осциллографом (табл. 1).
Полученные величины показателей системы пуска подтвердили правильность предварительных расчетов расхода газа Q и времени работы газогенератора. На всех расходах газа обеспечивалась частота вращения коленчатого вала, достаточная для пуска двигателя в этих условиях. При работе газогенератора с Q = 45—56 г/с частота вращения коленчатого вала значительно возрастает, что связано с ростом температуры газа, который инициирует воспламенение масла в некоторых цилиндрах. При работе газогенератора на расходах, начиная с 30 г/с, и подаче топлива в цилиндры двигатель заводится с первой попытки за время не более 1 с.
Для оценки расхода газа и времени работы газогенератора, необходимых для надежного пуска двигателя при отрицательных температурах окружающей среды, проведены пусковые испытания двигателя УТД-20 с опытной системой пуска в БМП-1. Холодный пуск этого дизеля без средств облегчения пуска обеспечивается до tо.с. = —5°С. Испытания проводились с применением бесфорсуночного факельного подогревателя впускного воздуха и без него (табл. 2).
Испытания показали, что для надежного пуска двигателя УТД-20 при tо.с. = —15°С требуется расход газа ~75 г/с при работе генератора в течение ~3 с. Для обеспечения таких параметров газогенератора необходим топливный элемент массой ~225 г. При этом давление газа перед воздухораспределителем не превышает допустимые для двигателя УТД-20 (см. табл. 1, 2).
Вывод: проведенные исследования показали принципиальную возможность создания твердотопливной пусковой системы, эффективной при низких температурах окружающей среды.
Источник:
«Пусковая система с твердотопливным газогенератором для дизеля». С.Ю. Серебренников, Ю.А. Суховеев, В.Н. Сысоев. «Вестник бронетанковой техники» № 6 за 1981 год.
Информация