Стационарный двигатель на катере (полная версия статьи) Б.Е. Синильщиков, В.Б. Синильщиков

В 1980г. одним из авторов в соавторстве с Ю.Н. Мухиным была написана книга «Автомобильный двигатель на катере». Вообще говоря, мы хотели написать книгу «Автотракторные двигатели на катере», но в издательстве Судостроение нам объяснили, что судостроительная промышленность выпускает судовые дизельные двигатели в широком диапазоне мощностей (от 10 л.с. до 150 л.с.), поэтому нет никакой необходимости проводить конверсию тракторных двигателей в судовые. И только в 1990 г, когда тракторные дизели (Д240) стали уже в несколько раз легче отечественных судовых в «КиЯ» №146 появилась статья об особенностях использования тракторных дизелей на катере. К сожалению, других публикаций в отечественной печати об узлах и системах, которые превращают просто двигатель в судовой (катерный), за прошедшие годы практически не было.
За это время появились сверхлегкие мощные судовые дизели, мощные четырехтактные ПМ. Вот и приходится в интернете на форумах по судовым двигателям после ссылки очередного автора на нашу книгу читать ремарку «это же устарело». Да, за эти годы электроника сделала могучий скачок, но необходимо учитывать, что основные узлы и системы «современных» двигателей были созданы достаточно давно – к 40-м годам прошлого века. Напомним, некоторым любителям «современных» двигателей, что в двигателе самого распространенного военного истребителя ЛА-5ФН были и нагнетатель, и система впрыска топлива, и по четыре клапана на цилиндр. Поэтому не стоит ожидать особых революционных изменений и в системах и узлах, которые добавляются к двигателю при его конверсии. Исключение, конечно, составляют специализированные судовые системы управления и контроля: использование в них современных микропроцессоров позволяет получать принципиально новые эффекты в управлении судовыми двигателями.

Дизельные двигатели
Рассмотрим стационарные двигатели, которые в настоящее время устанавливают на катера. Начнем с традиционных наиболее распространенных дизелей с непосредственным впрыском топлива, к которым можно отнести популярные среди владельцев тяжелых катеров автотракторные дизели Д-240...245 (62-123 л.с., вес 430-455 кг). Ряд известных фирм Vetus, Beta, Sole Diesel конвертирует аналогичные тракторные или промышленные дизели в судовые (рис. 1).

Рис.1. (на базе промышленного дизеля Deutz). Мощность 114 л.с., 4 цилиндра, число оборотов 2500 об/мин, объем цилиндров 4038 см3, масса с редуктором 464 кг, масса редуктора 35 кг
Они имеют мощность не менее 80 л.с. при числе оборотов 2100-2700об/мин. Удельный вес 3-4.5 кг/л.с., удельный расход топлива – 152-165 г/(л.с.∙ч.) (при объеме одного цилиндра не менее 1.0 л; при меньшем размере цилиндров обеспечить преимущества прямого впрыска оказывается сложнее, поэтому удельный расход повышается). Выпускаются и дефорсированные версии таких двигателей с числом оборотов 1500-1800 об/мин. Данные двигатели обладают высокой надежностью и избыточным, для большинства владельцев катеров ресурсом: 6000-9000 часов (50 навигаций!). Впрочем, чтобы полностью использовать такой ресурс, необходимо исключить коррозию стенок цилиндров и седел клапанов в межсезонный период.

Наиболее эффективный способ повысить мощность дизеля без увеличения его размеров – использование турбонаддува, что позволяет закачать в цилиндры больше воздуха, а, следовательно, и кислорода. Но при сжатии воздух нагревается (это особенно заметно при повышенных давлениях наддува), поэтому, чтобы не увеличивать термонапряженность основных деталей дизеля, воздух приходится охлаждать в специальном охладителе – интеркулере. На тракторах и автомобилях сжатый воздух охлаждается наружным воздухом в довольно громоздких воздушных интеркулерах. На катерах для охлаждения используется забортная вода, поэтому интеркулеры оказываются более компактными, да и охлаждение воздуха в них происходит лучше.

Повысить мощность можно и за счет увеличения оборотов двигателя, но при этом ухудшаются экономичность и экологические характеристики выхлопа. Заметно улучшить эти характеристики позволяет система Common Rail – система впрыска топлива под сверхвысоком давлении (до 2000 кг/см2) с использованием пьезофорсунок, управляемых микропроцессорами (удельный расход в таких дизелях удалось снизить до 150 г/(л.с.∙ч) и даже ниже). Использование этой системы оказалось особенно эффективным в многоцилиндровых дизелях с объемом одного цилиндра 0.4-0.5 л. Это позволило создать весьма легкие дизеля, например, Vetus VF4-190 мощностью 190 л.с. и объемом 1,912 л (рис. 2).

Рис. 2. Дизель Vetus VF 190E. Используется система Common Rail, турбонаддув с изменяемой геометрией. Мощность 190 л.с., 4 цилиндра, число оборотов 4000 об/мин, объем цилиндров 1910 см3, масса с редуктором 276 кг, масса редуктора 35 кг. 1 – турбокомпрессор, 2 – выхлопной патрубок с впрыском воды, 3 – рычаг переключения ходов, 4 – реверс-редуктор, 5 – водо-водяной холодильник, 6 – амортизаторы, 7 – водо-масляный холодильник с масляным фильтром, 8 – интеркулер

Данный двигатель по удельной мощности и экономичности заметно превосходит имеющий близкие характеристики популярный двигатель MerCruiser 1.7 (мощность 120 л.с., объем 1.7 л) в котором система Common Rail не используется.

В настоящее время большое число фирм выпускают дизельные двигатели (на базе автомобильных или изначально спроектированные как судовые) с разной степенью форсирования как с системой Common Rail, так и без нее. К сожалению, фирмы не сообщают данные по ресурсу этих двигателей, однако можно предположить, что у наиболее форсированных дизелей он имеет тот же порядок, что и у четырехтактных подвесных моторов, то есть не превышает 500-1000 ч.

В отдельную группу можно выделит маломощные дизели с форкамерами (по типу «легендарных» 4Ч или Д-50). Такие двигатели в диапазоне мощностей 10-90 л.с. выпускаются большим числом весьма известных фирм (рис. 3).

Рис. 3. Дизель Beta 90 (на базе дизеля Kubota). Форкамерный дизель мощностью 90 л.с., 4 цилиндра, число оборотов 2600 об/мин, объем цилиндров 3769 см3, масса с редуктором 425 кг, масса редуктора 35 кг. 1 – фильтр тонкой очистки топлива, 2 – насос забортной воды, 3 – масляный фильтр, 4 – амортизатор, 5 – переходной фланец, 6 – реверс редуктор, 7 – масляный насос редуктора, 8 – комбинированный водо-масляный холодильник (левая секция охлаждает масло редуктора, правая – дизеля), 9 – выхлопной патрубок с впрыском воды, 10 – совмещенные в одном узле: охлаждаемый выхлопной коллектор, водо-водяной холодильник, расширительный бачок

Эти дизели обладают повышенным удельным расходом топлива 180-195 г/(л.с.∙ч.), но имеют плавный ход (малую неравномерность крутящего момента), низкую токсичность выхлопных газов, а также отличаются пониженными требованиями к используемому топливу. В отличие от дизелей 4Ч эти весьма надежные двигатели имеют относительно небольшой вес и легкий запуск (за счет применения более эффективных стартеров, как правило, с планетарными редукторами, а также за счет высокой степени сжатия). Отметим, что маломощные дизели имеют относительно малые часовые расходы топлива, поэтому возможное повышение экономичности при использовании системы Common Rail с наддувом не компенсирует значительный рост стоимости такого дизеля.

Следует иметь в виду, что фирмы, производящие дизели для катеров, или занимающиеся конверсией тракторных дизелей, комплектуют их различными редукторами, а в качестве дополнительной опций вместе с двигателем можно заказать, муфты, валы, винты, фильтры, глушители и др.

Бензиновые двигатели

Появление легких дизелей с весом даже меньшим, чем вес бензинового двигателя, но с удельным расходом (в литрах) 0.6-0.7 от расхода бензинового двигателя, а также четырехтактных ПМ, привело к падению интереса к бензиновым двигателям для катеров. И если мощные бензиновые двигатели с колонками еще продолжают выпускаться (Volvo Penta, Mercury), то о массовом выпуске маломощных бензиновых двигателей для катеров нам не известно. Тем не менее, по-видимому, остается интерес к установке на катер, как отечественных бензиновых автомобильных двигателей, так и зарубежных (прежде всего, снятых с аварийных машин) вследствие их значительно меньшей стоимости. Так новый двигатель УАЗ 4215 мощностью 110 л.с. обойдется в 3-4 раза дешевле, чем четырехтактный ПМ мощностью 80 л.с. Даже с учетом стоимости зарубежного редуктора и затрат на изготовление элементов конверсии установка отечественного двигателя обойдется дешевле; дешевле будет и его эксплуатация. Допустим, оба двигателя прослужат одинаковое время. После этого стационарный двигатель может быть капитально отремонтирован, а ПМ приходится выбрасывать – детали ремонтных размеров для них не выпускаются (заявление на совести автора – прим.ред.). При этом, если владелец стационарного двигателя будет принимать посильное участие в этом ремонте, то стоимость ремонта покажется ему просто ничтожной по сравнению со стоимостью двигателя. А ведь стационарные двигатели допускают три, а то и четыре капитальных ремонта. Из экономических соображений может быть оправданна и установка на водоизмещающий катер бензинового двигателя ВАЗ минимального литража (вместо 20-30-сильного иностранного дизеля). При установке дизеля разницу в начальной стоимости вы сможете покрыть за счет его экономичности, только пройдя не менее 40 000 км!

Б.Е. Синильщиков, В.Б. Синильщиков

Продолжение статьи в следующем номере http://katera.ru/earticle/249-0