Современные тенденции развития автотракторных дизельных двигателей

Современные тенденции развития автотракторных дизельных двигателей / П. А. Болоев, Г. Д. Миронов, В. Н. Нечкин [и др.] // Вестник Бурятского государственного университета. Химия. Физика. 2024. Вып. 4. С. 33–37.

Введение. В последние годы автотранспортные дизельные двигатели получают все более широкое распространение на мировом рынке. Это обусловлено тем, что в отличие от бензиновых двигателей, у которых при снижении температуры окружающего воздуха и увеличении нагрузки значительно возрастает расход топлива и выбросы вредных веществ, дизельные двигатели показывают гораздо меньшие колебания этих показателей. Дизельные двигатели выбрасывают на 25% меньше CO 2 , а выбросы NOx и твердых частиц в 10 раз ниже [1].

Современные дизельные двигатели оснащаются топливными системами с электронным управлением, которые оптимизируют рабочий процесс на всех эксплуатационных режимах. Эти системы способствуют снижению вредных выбросов с отработанными газами, уменьшению уровня шума, снижению расхода топлива и улучшению пусковых характеристик.

Основными критериями эффективности топливоподачи являются экономичность, мощность, динамичность работы, уровень шумности, выбросы вредных веществ с отработанными газами, жесткость сгорания и тепловые нагрузки [2].

Основная часть. Топливные системы с электронным управлением обеспечивают точное регулирование подачи топлива в зависимости от текущего скоростного режима двигателя, что позволяет поддерживать оптимальные скоростные характеристики, минимизировать неравномерность подачи топлива по цилиндрам и точно настраивать углы опережения впрыска для каждого цилиндра. Кроме того, системы диагностики датчиков и исполнительных механизмов позволяют компенсировать отказавшие компоненты с помощью резервных программ. Современные системы питания дизельных двигателей помимо использования электронного управления характеризуются повышенными давлениями впрыска. Так, для роторных топливных насосов высокого давления (ТНВД) это давление достигает 160–180 кПа, для насос-форсунок и индивидуальных ТНВД — 200 МПа, а для системы Common Rail — до 160 Мпа [1]. В упрощенном варианте эти системы отличаются от традиционных только заменой механического регулятора на электронный.

Электронный регулятор, который изменяет положение рейки управления цикловой подачей, используется, например, на дизелях ГАЗ-560, производимых по лицензии австрийской компании «Steyr». Управление рейкой подачи, выполненное с помощью быстродействующего электропривода от АО «Рыбинские моторы», позволяет изменять подачу топлива в каждый цилиндр индивидуально четыре раза за цикл работы четырехцилиндрового дизеля. В опытной системе, разработанной ОАО «Ногинский завод топливной аппаратуры», ТНВД оснащен электроуправляемым дросселированием на всасывание в плунжерную полость. Это позволяет изменять объем наполняемой полости и угол опережения впрыска. Дальнейшее развитие электронного управления цикловой подачей и углом опережения впрыска предполагает использование одного стравливающего клапана для еще более точного регулирования.

Рис . 1. Схема электронного управления дизеля

Сог ла сн о с х ем е , п ре дст а вленн ой н а рису н ке 1, ф орсу н ка первого цилиндра ос н а щена да т чи к о м п одъема иглы, который обеспечивает обратну ю с вя зь д л я ре гу лирова ни я у г ла оп ережения впрыска. Одним из самых современны х ва риа н т ов расп реде л и тельн ы х насосов компании «R.Bosch» является модел ь VP -44, которая обеспечивает повышенное давление впрыска, снижение выброс ов вр ед ны х в е щ ест в, у лу ч ш е н н у ю управляемость и возможности для самодиагнос тик и . С ис т е м а у п равле ни я ком па нии «LUCAS» оптимизирует угол опережени я в п ры ск а в з ави си мос т и от раз ли чн ы х эк с пл уа т ац ион н ы х у с лов и й , а т акже записывает эту ин формац ию в п а м я ть, что существенно влияет на токсичность выброс ов и н а деж но ст ь п у с ка дви г ателя. Кроме того, система обеспечивает адапти вн ое у пра в л ен ие п од а че й топл и ва по цилиндрам, учитывая неравномерность д оп у сков , и знос цилиндров и состо я ние т оп ли воп ода ющ е й аппара т у ры .

В п ос л ед ни е г оды в о зрос ши й и нт е ре с к н а сос -форсункам объясняется их про с т ой к онст ру к ц ие й , ч т о позволяет эффективно внедрять электронное у правление и ин тенси ф и ц и рова т ь в прыск за счет минимизации объемов сжимаемого т оплива. Э то т акж е ис клю ч ает необходимость в подвпрыске, снижает ко л и чес т в о д е т а лей , у ме н ьша е т за ко ксовывание и повышает ресурс распылит е л ей . Нас ос - ф орсу нк и об е с печи вают более пологий передний фронт подачи топлив а, ч т о сп о с об с т ву ет с об л ю дению э к о логич ес ки х норм. Э т о, в свою очередь, приводит к с н иж е нию ж е с тк ос т и сгорания, уменьшению уровня шума, сокраще нию в ыбр о с ов N O x, ф орми ровани ю крупных капель в конце впрыска и сниже н ию о браз ования сажи [1, 3].

Ис п ол ьзова ни е эф фекта Юткина (работы УАИ, ЦНИТА, МАМ И ) в кам е ре форсу нк и п оз в оля ет достичь давления впрыска до 1000 МПа. Одна к о н едос тат ком данн ой техн о лог ии является быстрое снижение эффективност и эл е ктрод ов из-з а шу н ти рован и я , в ы званного отложениями кокса, что препятствуе т с оздан и ю мощ ны х р азряд ов. Мо ж н о и с п ольз ова т ь т р анзисторные системы зажигания бен з и н овых ДВС для с оздания надежного электрического разряда ( ЗИЛ -131 в п е риод п у ск а Д ВС мо же т генериров а т ь д о 10 и мпу льсов ) .

Пьезопровод, используемый в топливоподающей аппаратуре, имеет несколько преимуществ, включая высокий коэффициент полезного действия (КПД), значительные усилия, малый нагрев, реверсивность и отсутствие тока удержания. Пьезоэлемент из керамики ЦТС-19 был разработан и протестирован в МГТУ для применения в системе впрыска топлива через форсунку. Там же была разработана топливоподающая аппаратура с электродинамическим двигателем плунжерной насосной секции с насос-форсункой.

Первые промышленные образцы аккумуляторной топливной системы «Common Rail» были разработаны совместно фирмами «Robert Bosch GmbH», «Fiat», «Elasis». На текущий момент работы над CR ведутся во всех фирмах, производящих ТПА, а в РФ ЯМЗ и ЗМЗ.

Целесообразность конструирования разных ТНВД СR с использованием традиционных технических решений подтверждается практикой производства фирмы «R. Bosch» и отечественными разработчиками ЯЗТА, НИКТИД, МГТУ.

Заключение

Современные дизельные двигатели оснащаются топливными системами с электронным управлением, которые способствуют снижению вредных выбросов, уровня шума и расхода топлива.

Был рассмотрен пример использования электронного управления цикловой подачей и углом опережения впрыска на дизельных двигателях. Отмечается, что такое управление позволяет изменять подачу топлива в каждый цилиндр индивидуально и оптимизировать угол опережения впрыска в зависимости от различных эксплуатационных условий. Использование электронного управления современными системами топливоподачи дизелей улучшает экономические и экологические показатели работы в условиях эксплуатации. Повышается точность диагностики состояния топливоподающей системы.

Использование электронного управления в дизельных двигателях является перспективным направлением развития автомобильной промышленности.