Новости

Продолжается совершенствование двигателей колесной техники

Колесные тракторы и самоходные шасси под брендом АГРОМАШ производства предприятий Концерна «Тракторные заводы» хорошо известны в сельском хозяйстве, строительно-дорожной и коммунальной сферах. Они традиционно оснащаются двигателями воздушного охлаждения мощностью от 25 до 90 л.с. Существуют также стационарные модификации двигателей мощностью от 20 до 40 л.с., которые используются в гражданских и оборонной отраслях в составе электро- и сварочных агрегатов, воздушных компрессоров, водяных насосов, автобетоновозов и т.д. Все эти двигатели имеют между собой очень высокую степень унификации (более 90%), и отличаются только количеством цилиндров (2, 3 и 4), а также наличием (или отсутствием) турбонаддува.

В чем преимущества двигателей воздушного охлаждения в сравнении с двигателями жидкостного охлаждения (ДЖО)?

В первую очередь, двигатели воздушного охлаждения отличаются более простой конструкцией: у них нет водяного насоса, радиатора (изготавливаемого, к тому же, из дорогостоящих цветных металлов), термостата, патрубков, хомутов, дополнительных труб подвода и отвода жидкости. Во-вторых, они обладают высокой ремонтопригодностью: наличие индивидуальных цилиндров позволяет, в случае необходимости, производить замену отдельных цилиндров, что делает возможным ремонт даже в полевых условиях. В ДЖО в этом случае необходима либо замена блока цилиндров, либо выпрессовка гильз цилиндров с последующей их заменой. В-третьих, их отличает высокая живучесть. Повреждение радиатора и патрубков в ДЖО, а также простое ослабление хомутов на водяных патрубках обуславливает невозможность эксплуатации в связи с утечкой жидкости. Это особенно актуально в сельской местности и отдаленных районах, где далеко не всегда можно найти антифризы, а также при эксплуатации в условиях экстремальных температур. При работе в условиях жаркого климата вызывает опасность процесс выкипания охлаждающей жидкости, затруднительна эксплуатация также и в районах с повышенной запыленностью – при уборке, например, хлопка, или в условиях пустынь и степей, поскольку в этом случае радиаторы системы жидкостного охлаждения быстро забиваются.

Всех этих недостатков лишены двигатели воздушного охлаждения. Более того, даже повреждение оребрения цилиндров и головок цилиндров не помешает дальнейшей эксплуатации двигателей. В боевых условиях важным преимуществом двигателей воздушного охлаждения является также значительно меньшее время вывода двигателя на рабочий режим, поскольку не требуется прогрева жидкости, что особенно ярко проявляется в зимнее время. Вышеперечисленные преимущества обусловливают и меньшие эксплуатационные затраты

В Концерне «Тракторные заводы» постоянно ведутся работы по совершенствованию двигателей воздушного охлаждения в направлении как обеспечения современных международных требований к экологической чистоте, так и повышению их агрегатной мощности:
— совершенствование системы газообмена за счет снижения сопротивления впускного и выпускного трактов, переход на трех- и четырехклапанные головки цилиндров, согласование вихревого движения заряда с характеристиками топливоподачи и геометрией камеры сгорания;
— оптимизация характеристик системы турбонаддува, в том числе за счет применения охлаждения наддувочного воздуха;
— модернизация системы топливоподачи за счет управления углом опережения впрыскивания топлива, повышения интенсивности подачи и максимальных значений впрыскивания топлива, а также увеличения количества сопловых отверстий распылителя;
— переход на камеру сгорания открытого типа;
— применение регулируемой по нагрузке и скоростному режиму рециркуляции отработавших газов (ОГ) с обеспечением охлаждения перепускаемых газов.

Так, в 2008 году на макетном образце трехцилиндрового двигателя с турбонаддувом были реализованы европейские экологические нормы уровня Stage-3A за счет применения охлаждения надувочного воздуха. А в 2013 году переход с двухклапанных головок цилиндров (ГЦ) на трехклапанные позволил разнести по разным сторонам ГЦ впускные и выпускной канал, снизив, тем самым, нежелательный подогрев впускного воздуха и, соответственно, тепловую напряженность двигателя (рис.1). Последнее мероприятие обеспечило возможность отказаться от наклонного расположения форсунки (35о к вертикали), перейдя к вертикальному, и применить многосопловые распылители (с 6-ю отверстиями вместо традиционных 3-х), позволившие повысить степень равномерности распределения топлива по камере сгорания (рис.2). Результатом стало значительное улучшение топливной экономичности двигателей (на 6 — 8%) и увеличение агрегатной мощности (на 15 — 25%) (табл.).

Кроме того, в концерне ведутся работы по применению альтернативных топлив: водо-топливных эмульсий, различных газов. В результате появились газовые тракторы производства ООО «Завод инновационных продуктов», работающие на компримированном (т.е. сжатом) природном газе (КПГ). Однотопливные газовые двигатели созданы на базе дизелей, и, сохранив все преимущества воздушного охлаждения, добавили ряд предпочтений применения самого экологически чистого углеводородного топлива – метана: увеличение ресурса двигателей в 1,5 — 2,0 раза, уменьшение эксплуатационных затрат на топливо в 2,5 — 3,0 раза, снижение загрязнения окружающей среды за счет полного отсутствия сажи и оксидов серы в ОГ (что характерно для дизелей), уменьшения шумности рабочего процесса.

Дальнейшее совершенствование двигателей воздушного охлаждения планируется проводить в направления развития бортовой диагностики, что будет реализовано за счет применения встроенных датчиков:
— расхода топлива и воздуха;
— температуры масла, воздуха, ОГ, топлива, деталей;
— давления воздушного заряда в системе впуска и ОГ в системе выпуска, в системе смазки;
— скоростного режима.
Основная цель проводимых в этом направлении работ по совершенствованию двигателей воздушного охлаждения – это добиться простоты конструкции, надежности в эксплуатации и экологической безопасности.

Рис. 1. Трехклапанная головка цилиндров – схема расположения впускных и выпускных каналов и отверстий под соответствующие клапаны. Обозначение: 1 вп. и 2 вп. – отверстия под первый и второй впускные клапаны

а)

б)

Рис. 2. Схема развития топливных струй в камере сгорания при (а) двухклапанной головке цилиндров и трехсопловых распылителях и (б) трехклапанной головке цилиндров и шестисопловых распылителях

Алексей КУЛЬЧИЦКИЙ,

главный специалист ООО «Завод инновационных продуктов»
Концерна «Тракторные заводы»,
доктор технических наук.