Дизель

В. Перелыгин, к.т.н., горный инженер
Что такое дизельный двигатель сегодня? Это основная силовая установка, практически главный движитель самоходных машин и других механизмов нашей эпохи. Созданный под более дешевое топливо дизель применяется сегодня настолько массово, что почти сравнял стоимость дизельного топлива с бензином. Банальная нехватка, особенно в пик строительного сезона. Чем же этот вид двигателя внутреннего сгорания так хорош для самой разнообразной техники?
 
 
 
 
 
 
 
 

Дизель – тепловой двигатель с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением топливной смеси от сжатия. В процессе такта сжатия поршень, перемещаясь в цилиндре, сжимает воздух, и температура его повышается. За счет высокой степени сжатия давление в цилиндре повышается до 4 МПа, а температура сжатого воздуха – до 600 °С. В конце такта сжатия через форсунку в цилиндр впрыскивается порция мелко распыленного топлива, взвешенные частицы которого при соприкосновении с нагретым воздухом самовоспламеняются, а давление в камере сгорания резко возрастает и воздействует на поршень, обеспечивая тем самым рабочий ход.

Дизели по сравнению с карбюраторными двигателями более экономичны, на единицу совершаемой работы в них расходуется на 25% меньше топлива. К тому же дизельное топливо является менее пожароопасным, чем тот же бензин.

Экономичность работы двигателя характеризуется удельным расходом топлива, который определяется делением часового расхода топлива на эффективную мощность двигателя. Удельный расход топлива в дизелях, применяемых на самоходной технике, сегодня не превышает 265 г/кВт.ч. Механический к.п.д. (отношение эффективной мощности на валу к индикаторной мощности сгорания газов внутри цилиндра) зависит от качества обработки деталей, правильности сборки, смазки и др. В среднем значения механического к.п.д. колеблются в пределах 0,7…0,8. Эффективный к.п.д. дизеля достигает 45%, тогда как эффективный к.п.д. карбюраторного двигателя – 30%.

Частота вращения вала дизельного двигателя обычно лежит в пределах 100…3000 мин–1, у некоторых моделей достигает 4500 мин–1. Увеличение частоты вращения ограничивается временем, необходимым для смесеобразования и сгорания топлива. В дизелях не возникает детонации, поэтому диаметр цилиндров практически не ограничен (например, в судовых двигателях достигает 1 м). Удельная масса на единицу мощности составляет от 3 до 80 кг/кВт (от 2 до 60 кг/л.с.). Повышение к.п.д. двигателя и его экономичности – основная задача для конструкторов сегодня.

Дизельные двигатели являются подходящими для использования турбонагнетателей с приводом от выхлопных газов или механического наддува. Использование турбонагнетателя (турбокомпрессора) на дизельных двигателях увеличивает не только отдачу мощности и к.п.д. двигателя, но и уменьшает содержание вредных примесей в отработавших газах вследствие лучшего сгорания топлива.

Экономичный, тяговитый, надежный дизельный двигатель лучше всего подходит для спецтехники, промышленных машин и механизмов.

Наиболее частые неисправности дизеля появляются обычно в системах подачи горючего и его инжекции в камеры сгорания, а потому ремонт дизельных двигателей чаще всего сводится лишь к регулировке или ремонту топливной аппаратуры. Капитальный ремонт производят по мере износа элементов поршневой и кривошипно-шатунной групп.

На мощной отечественной спецтехнике широко применяются дизели ЯМЗ производства Ярославского моторного завода «Автодизель». Многим хорошо знакомы серии ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240. Двигатели серии ЯМЗ-236 устанавливают на грузовые автомобили, автобусы, гидравлические экскаваторы до 4-й размерной группы, сельскохозяйственные тракторы и комбайны и др. Более мощными ЯМЗ-238 комплектуют самосвалы, мощные погрузчики, мощные грейдеры, бульдозеры, гидравлические экскаваторы выше 4-й размерной группы, сельскохозяйственные и путевые машины и многое другое. А всем известные карьерные самосвалы БелАЗ грузоподъемностью до 42 т оснащали двигателями серии ЯМЗ-240.

Потребителями двигателей марки ЯМЗ являются МАЗ, БелАЗ, МоАЗ, МЗКТ, КрАЗ, УралАЗ, ЗИЛ, БАЗ, ЛАЗ, КЗКТ, ИЗТМ, ЧЗПТ («Промтрактор»), Кировский завод, Ростсельмаш, Красноярский комбайновый, Воронежский и Ковровский экскаваторные, Муромский и Людиновский тепловозостроительные, Ивановский крановый заводы, Челябинский завод дорожных машин и многие другие машиностроительные предприятия. Сегодня многие из этих производителей предлагают в качестве опции оснащать собственную технику импортными двигателями Cummins. Можно утверждать, что Cummins и «Автодизель» сегодня явные конкуренты.

Компания Cummins основана в США в 1919 г. Мощные дизели Cummins всегда отличались высоким качеством, хорошими рабочими характеристиками, надежностью и длительным ресурсом. Они соответствуют всем мировым стандартам, что гарантирует их надежность и долговечность даже в особо тяжелых условиях эксплуатации. Конечно, двигатели Cummins опережают по определенным показателям двигатели ЯМЗ. Cummins более экономичны, удельный расход топлива у них ниже, удельная мощность более высокая. Однако ремонт американского дизеля намного более затратный, как и проведение технического обслуживания.

Для тяжелых машин созданы двигатели Cummins ISX мощностью 450…565 л.с. Двигатели серии имеют сертификат EPA (Environmental Protection Agency – Агентство по охране окружающей среды). В работе двигателей ISX задействован принцип рециркуляции (EGR) охлажденных отработавших газов в целях сокращения вредных выбросов. При этом двигатель не теряет мощности и не увеличивается расход топлива. В двигателях ISX турбокомпрессор с изменяемой геометрией предотвращает эффект «запаздывания» при нажатии на педаль «газа», придает двигателю моментальную акселерацию.

В стандартной комплектации Cummins ISX оборудованы системой контроля и регистрации параметров работы двигателя Fleetguard®. Первый профилактический осмотр в стационарных условиях для ISX установлен 56 328 км, а для двигателей мощностью 450…475 л.с. – 40 234 км. Дополнительно может быть установлена более дорогая и продвинутая система очистки масла CENTINEL™.

Диапазон мощности двигателей Cummins ISM – 280…450 л.с. Это наиболее надежные и экономичные двигатели в линейке компании, и она намерена продвигать ISM в Европе и Австралии, так как двигатели полностью соответствуют экологическому стандарту Euro 3. Двигатели серии ISM были разработаны специально «под» компрессионную систему торможения двигателем.

Серия Cummins ISL – это надежные дизели мощностью 310…330 л.с., их в основном устанавливают на средний грузовой транспорт. Двигатели этой серии значительно легче, чем ISM и ISX, несколько отличаются по форме и конструкции, а также известны как самые «тихие». Их комплектуют турбокомпрессором HX40 с регулируемым выпускным трактом. При этом обеспечивается максимальный крутящий момент на низких оборотах и высокий прирост мощности на высоких. Предусмотрено принудительное охлаждение цилиндров. В стандартной комплектации дизели ISL поставляют с сепаратором топлива и системой дополнительной очистки моторного масла. Компания Cummins не планирует подгонять ISL под стандарт Euro 3 и Euro 4, это двигатель только для Северной Америки.

В широкой гамме производимых компанией двигателей значительную нишу занимают двигатели для спецтехники и карьерных машин. В России уже знакомы с двигателями QSK19, QSX15, КТТА 19, QSC 8.3, QSB5.9, М11. Типичный двигатель для тяжелой тракторной техники – 6-цилиндровый рядный четырехтактный дизель Cummins КТА19-C440 с турбонаддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха: диаметр цилиндра и ход поршня – 159х159 мм, рабочий объем двигателя – 18,85 л, мощность – 279 кВт (380 л.с.) при 1775 мин–1. Здесь используются топливный насос c системой «Сентри» с регулированием момента впрыска и соотношения количества топлива и воздуха, с всережимным электронным регулятором частоты вращения, системы двойной очистки масла с полнопоточным и обводным фильтрами, жидкостно-масляные теплообменники для охлаждения масла двигателя и масла трансмиссии. Система охлаждения дизеля закрытого типа с принудительной циркуляцией жидкости. Антикоррозионный фильтр системы охлаждения очищает охлаждающую жидкость и увеличивает ресурс двигателя. Пусковая система электрическая на 24 В. Управление двигателем осуществляется электронной педалью.

Важнейшим преимуществом для российского рынка является способность двигателей Cummins работать на дизельном топливе среднего качества с относительно высоким содержанием серы, что зачастую становится одним из решающих факторов при закупке техники в регионах, где дизельное топливо низкого качества, а это буквально убивает высокотехнологичные импортные дизели.

Двигатели серии ЯМЗ-240
Модель, комплектация Мощность, кВт (л.с.) Частота вращения, мин–1 Габаритные размеры, мм Мин. удельный расход топлива, г/кВт.ч (г/л.с..ч) Масса, кг
240М2
265 (360)
2100
1580х1015х1190
214 (157)
1670
240ПМ2
309 (420)
2100
1760х1100х1190
211 (155)
1790
240НМ2
368 (500)
2100
1760х1100х1190
208 (153)
1790

Специалисты-ремонтники отмечают резкое ускорение износа цилиндров после начала работы двигателей на постсоветской территории. Это хорошо прослеживается при сравнении диаметра цилиндра в двух разных точках. Диаметр замеряют в местах, где ходит поршень и воздействуют горячие газы (пространство между нижней и верхней мертвыми точками), и там, куда компрессионные кольца не доходят. В этом месте на стенках цилиндров после продолжительной работы двигателя образуется ступенька, т. е. диаметр цилиндра в области хода поршня (поршневых колец) может значительно превышать диаметр цилиндра вне этой области. В результате имеет место неудовлетворительная компрессия, требуется проведение восстановительного ремонта. Иногда попадают в ремонт двигатели, у которых ступенька на зеркале цилиндра достигает 1 мм. Автомобильные двигатели с пробегом около 100 тыс. км, только привезенные из Японии, имеют маленькую ступеньку, а после пробега по российским дорогам около 40…50 тыс. км износ становится почти предельным.

Плохое топливо также усложняет работу топливной аппаратуры, ТНВД (топливного насоса высокого давления). Даже незначительное количество воды в сочетании с высокими давлением и температурой приводит к необратимым последствиям, требующим ремонта ТНВД или форсунок. Проблемы доставляют и микроскопические частицы пыли, содержащиеся в топливе: они повреждают подогнанные плунжерные пары в насосе. Поэтому требования к качественному и своевременному ТО дизельного двигателя (замена фильтров, масла) высокие.

Конструкторы ярославского «Автодизеля» тоже не дремлют и стараются не отставать от мировых лидеров.

Дизельные двигатели марки ЯМЗ-236 с турбонаддувом
Модель, комплектация Мощность, кВт (л.с.) Частота вращения, мин–1 Габаритные размеры, мм Мин. удельный расход топлива, г/кВт.ч (г/л.с..ч) Масса, кг
236 НЕ; 236 НЕ-3; 236 НЕ-5; 236 НЕ-6; 236 НЕ-9; 236 НЕ-11; 236 НЕ-16
169 (230)
2100
1840х1045х1070
206 (152)
1265
236 НЕ2; 236 НЕ2-1
169 (230)
2100
1840х1045х1070
195 (143)
1265
236 НЕ2-3
169 (230)
2100
1885х985х1294
195 (143)
1265
236 НЕ2-4; 236 НЕ2-6; 236 НЕ2-8
169 (230)
2100
1800х1045х1080
195 (143)
1265
236 НЕ2-9
169 (230)
2100
2035х1045х1165
195 (143)
1350
236 НЕ2-12
169 (230)
2100
1800х1045х1080
195 (143)
1265
236 Б-2
184 (250)
2000
1172х1045х1070
208 (153)
1350
236 БЕ; 236 БЕ-8
184 (250)
2000
2180х1045х1070
206 (152)
1350
236 БЕ2; 236 БЕ2-1; 236 БЕ2-4
184 (250)
2000
2180х1045х1070
195 (143)
1350
236 БЕ2-6
184 (250)
2000
1250х1045х1140
195 (143)
985
7601.10; 7601.10-01; 7601.10-02
220 (300)
1900
2055х1045х1100
197 (145)
1410

В семействе современных двигателей ЯМЗ так называемой «800-й» серии используются турбонаддув высокого давления с промежуточным охладителем (интеркулером) нагнетаемого воздуха, подшипники коленчатого вала повышенной несущей способности, а также отдельные алюминиевые головки на каждый цилиндр, охлаждение днища поршня струями масла и стальные прокладки стыка головка–блок цилиндров. Двигатели третьего поколения характеризуются иным соотношением диаметр–ход поршня: 140х140 мм вместо 130х140 мм. Немалую роль в повышении их экономичности, экологической чистоты сыграла новая топливная аппаратура, в частности многоплунжерные топливные насосы высокого давления с золотниковым устройством дозирования.

Для семейства новых двигателей «500-й» серии разработана принципиально новая система топливоподачи индивидуальными секциями высокого давления, установленными в блоке цилиндров с приводом от распределительного вала двигателя. Регулятор секции ТНВД механический. Кроме того, управление подачей топлива может осуществляться с помощью электромагнита и блока микропроцессорного управления, что обеспечивает выполнение нормативов Euro 3. Турбокомпрессор оборудован клапаном перепуска газов на турбине. Двигатели работают с охладителями наддувочного воздуха типа «воздух–воздух».

УЗЛЫ, АГРЕГАТЫ, КОМПОНЕНТЫ Двигатель
В. Перелыгин, к.т.н., горный инженер Основные Средства 02'2009 4 июня 2010

Комментарии (0)