IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время в различных отраслевых направлениях развития Российской Федерации, происходит замена автокранов и землеройных автомобилей на базе КрАЗ, КамАЗ, «Урал», выработавших свой ресурс, на новейшие разработки автомобилестроения отечественного производства. Впоследствии мирового экономического кризиса и увеличения цен на нефтепродукты перед автотранспортными предприятиями поставлена задача сокращения расхода горюче-смазочных материалов. Но объем выполняемых задач не изменился и их выполнение при выделенном количестве горюче-смазочных материалов не представляется возможным без замены автопарка на более экономичные и с меньшим уровнем шумности машины и повышенной экологичностью. Сегодня широко внедряются грузовые тягачи, бортовые автомобили и автокраны «Машека» [1, 2], сконструированные на базе автомобилей МАЗ [3] (с колесной формулой 4×2, 6×4, 6×6, грузоподъемностью 15, 16, 20 и 25 т), которые могут оснащаться двигателями Ярославского моторного завода (ЯМЗ), Mercedes, Renault и немецкими двигателями Deutz стандарта от Евро-0 до Евро-4. Автокраны «Машека» положительно зарекомендовали себя благодаря хорошей маневренности и легкости управления [4].

Двигатели ЯМЗ, предлагаемые к данным образцам техники, соответствуют требованиям Евро-0–Евро-3 ЕЭК ООН № 49-04А, № 24-03, но имеют большие по сравнению с идентичными двигателями европейского и американского производства расход топлива и удельную мощность, за исключением двигателя ЯМЗ-650 [5]. Это российский вариант французского двигателя DCi11, лицензию на производство которого автомобильная компания «Группа ГАЗ» приобрела у фирмы Renault Trucks в 2006 г.

С целью снижения расхода дизельного топлива, повышения мощности и понижения токсичности выхлопных газов двигателей ЯМЗ конструкторами предложено заменить устаревшую систему впрыска топлива (топливный насос высокого давления (ТНВД) вместе с механической форсункой) на систему впрыска Сommon rail (рис. 1) производства Bosch, которая в настоящее время широко применяется на автомобилях зарубежного производства.

Рисунок 1 - Принципиальная схема системы питания дизельных двигателей Common rail.

а-схема системы Common Rail; б-магнитный клапан управления форсункой; 1-топливоподкачивающий насос; 2-охладитель топлива; 3-ТНВД; 4-устройство предварительного подогрева топлива; 5-главный топливный фильтр; 6-топливный бак; 7-датчик давления в центральном магистральном трубопроводе; 8-клапан регулировки давления; 9-клапан отсечки; 10-форсунка; 11-центральный магистральный трубопровод; 12-возврат просачивающегося топлива; 13-магнитный клапан с круглым седлом; 14-распределительный поршень; 15-пружина; 16-распылитель; 17-подвод высокого давления.

Доля высочайшего давления работает для аккумулирования и регулировки необходимого давления горючего. Для этого ТНВД (радиально-поршневой насос с 3-мя поршнями, смещенными на 1200 друг относительно друга), приводимый в действие от распределительного вала выпускных клапанов, автономно от потребности двигателя подает горючее в центральный магистральный трубопровод 11. Давление в данной центральной магистрали регулирует электрический клапан 8, а работой управляет блок управления двигателя (на рис. 1 не показан). Величина открытия клапана определяется силой тока, подаваемого на него. Это означает собственно, что при высокой силе тока в системе создается высокое давление и наоборот. Избытки горючего отводятся, через обратный трубопровод в мембранный датчик давления 7 при помощи конфигурации собственного сопротивления измеряет давление в центральном магистральном трубопроводе и предоставляет данную информацию в форме сигналов напряжения в блок управления. Через центральный магистральный трубопровод горючие подается к форсункам, при этом центральная магистраль совместно с соответствующими напорными трубопроводами выполняет задачи сглаживания колебаний давления, которые возникают из-за пульсирующей подачи топлива и огромной «потери» топлива при впрыске.

Форсунки - главный элемент системы. В системе Common Rail открытие и закрытие форсунок не зависит от угла поворота коленчатого вала двигателя. При этом магнитный клапан 13 (см. рис. 1 б) не открывает непосредственно форсунку, а только управляет созданным ТНВД давлением в форсунке. Давление в форсунке при этом создается с обеих сторон распределительного поршня 14: вверху через большое шаровое сечение, и внизу – через меньшее кольцевое сечение. В итоге, по причине разности в площади сечений, когда на магнитный клапан не подается электроток, игла распылителя 16 прижата к своему седлу, и горючее не впрыскивается в цилиндр. Когда на магнитный клапан подается напряжение, его шарик подымается со своего седла, освобождая, таким образом, на время, пока имеется напряжение, отверстие дросселя. Через это отверстие топливо по возвратному топливопроводу сливается в бак. Чтобы перекрыть давление над распределительным поршнем, необходим второй дроссель, габариты которого точно согласованы с размерами первого. Второй дроссель установлен в зоне подвода высокого давления к верхней части форсунки. В результате, при поднятии шарика магнитного клапана 13 давление в верхней части форсунки соответственно уменьшается. Таким образом, сила, действующая на нижнее кольцевое сечение, “перевешивает”, и игла форсунки подымается, освобождая путь горючего к отверстиям распылителя. Необходимое для работы клапана высокое напряжение создается в блоке управления двигателя конденсаторами высокого напряжения. В обратный топливопровод встроен охладитель топлива, так как в результате сильного сжатия горючее имеет возможность подогреться вплоть до 130ºС. Теплота отводится к охлаждающей жидкости, которая перед входом в охладитель горючего дополнительно охлаждается в низкотемпературном радиаторе.Новейшие разработки систем “Common Rail” компании «Сименс» отличаются использованием пьезогидравлических форсунок. Время их срабатывания при подаче напряжения составляет всего 0,1с, уменьшено также так называемое «мертвое» время, т.е. время, требующееся на перемещение подвижных частей. В системах с пьезогидравлическими форсунками совершается наиболее четкое дозировка весьма небольших доз впрыскиваемого горючего, более точно и четко реализуется начало впрыска топлива.

Синхронизирование впрыска представляется главным условием контролирования выхлопа, шумности и потребления горючего. Оптимальная синхронизация начала впрыска зависит от нагрузки на двигатель. В автомобильных двигателях, что функционируют без перегрузки, точка оптимального угла зажигания находится от 2-х градусов коленвала перед верхней точкой цилиндра до 4 градусов после того, как цилиндр пройдет верхнюю мертвую точку. В критериях выборочной нагрузки угол колеблется от 6 градусов вплоть до верхней точки и до 4 градусов после верхней точки. На полной нагрузке угол зажигания должен быть в пределах 6-15 градусов до верхней мертвой точки. Длительность горения 40-60 градусов оборота коленвала. В случае если впрыск произошел слишком рано, то сгорание произойдет в момент, когда поршень еще поднимается. Это приведет к понижению производительности и увеличит расход горючего. Быстрый подъем цилиндра увеличит шумность. Позднее зажигание снижает обороты и приводит к неполному сгоранию и выбросу не сгоревших гидрокарбонов.

Достоинства системы впрыска Common rail : наращивание мощности (40 %) и крутящего момента; понижение затраты горючего (–15 %); понижение токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля (20 %); понижение шумности (10 %).

Недостатки системы впрыска Common rail : требовательность к качеству топлива; высокая стоимость форсунок; необходимость в лимитировании частоты вращения.

Принимая во внимание высказанное ранее, можно сделать вывод, что установка системы впрыска Сommon rail на дизельных двигателях позволит увеличить мощность на 35–45 %, понизить расход топлива до 15 %, понизить токсичность выхлопных газов на 20 % и уровень шумности до 10 %. Введение аварийного ограничителя оборотов двигателя повысит надежность и ресурс описанной выше системы и машины в целом. Это в итоге повысит мощность двигателя, понизит расход топлива и токсичность выхлопных газов.

Библиографический список

1. Интернет источник: http://www.masheka.ru/

2. Интернет источник: http://adt.by/content/view/629/58/

3. Интернет источник: http://maz.by/

4. Интернет источник: http://www.powertrain.ru/yamz650th.html

5. Интернет источник: http://www.park5.ru/articles/1/311

6. Интернет источник: http://www.powertrain.ru/yamz650pr.html

7. Дениелс, Д. Современные автомобильные технологии / Д. Дениелс. – М.: АстрельACT, 2008. – С. 72–77.

8. Система управления дизельными двигателями. – М.: Изд-во «За рулем», 2011. – С. 280–299.

Tyutyunik Roman Yurevich, student

Belgorod State Technological University named after V. G. Shoukhov,

Belgorod, Russia

Prokhorova Elena Victorovna,

candidate of technical Sciences, associate professor

Belgorod State Technological University named after V. G. Shoukhov , Belgorod, Russia

(e-mail: crumb1202@mail.ru)Improvements in performance of diesel engines installed on cranes.

Abstract. This article describes ways to enhance operating characteristics of diesel engines. Advantages and disadvantages of the injection system Common rail.

Key words: crane, injection system, the injector piston.

Код для цитирования: Скопировать