Перспективы использования топливной системы HEUI (Hydraulically actuated Electronikally controlled Unit Ingection) в технике железнодорожных войск



На сегодняшний день неуклонно увеличивается парк автомобилей как в нашей стране в целом так, и в Вооруженных Силах Российской Федерации (ВС РФ), и за рубежом. Данная тенденция требует от завода изготовителя непрерывно увеличивать объемы производства автомобилей, оснащенных в подавляющем большинстве двигателями внутреннего сгорания. Схожие явления наравне с увеличением мощностей в других отраслях промышленности постоянно принуждают нефтяную индустрию увеличивать поставки на рынок топливо-смазочных материалов. Все это, без исключения протекает на фоне уменьшения естественных ресурсов углеводородов и ужесточения экологических и природоохранных требований к окружающей среде, так же эти условия не обходят стороной и входящие в состав ВС РФ Железнодорожные войска, вследствие этого автопроизводители постоянно вводят модернизации конструкций автомобиля в целом и ДВС в частности, рассчитанных на соотношение более жестким, законодательно подтвержденным, экологическим требованиям. В данной статье рассматривается способ качественного улучшения функционирования двигателя внутреннего сгорания с помощью использования топливной системы HEUI на технике ЖДВ. Модернизация существующих и создание новых ДВС — это важнейшее направление по дальнейшему прогрессу автомобильной промышленности, так как двигатель является основным потребителем горюче-смазочных материалов и источником загрязнения окружающей среды.

Отставание отечественного автомобильного дизелестроения от зарубежного уровня проявляется, прежде всего, в области экологических показателей. В западноевропейских странах действуют нормы EURO VI и вводятся EURO VII, а в нашей стране поставлена задача, перейти на нормы EURO V.

По анализу современных конструкций следует отобрать приоритетные направления и создать отечественные агрегаты и системы, которые предназначены для ряда дизелей и которые способны обеспечить исполнение современных требований по экологии и экономичности, также систему управления топливоподачей; систему топливоподачи; систему впуска — выпуска, а также другими системами дизельного двигателя.

Рассмотрим подробно один из двигателей компании Caterpillar, которая разработала новую топливную систему HEUI. Двигатель Cat-3116 6,6-литровый предназначен для установки на средние грузовики и обеспечивает их максимальную производительность при минимальных эксплуатационных расходах. Номинальная мощность находится в пределах от 170 до 300 л.с. (127–224 кВт) у моделей с механическим приводом, и от 170 до 275 л.с. (127–205 кВт) у моделей с электронным управлением (HEUI). Двигатель оборудован турбокомпрессором с промежуточным охлаждением типа воздух-воздух (АТААС) и заимствовал многие технические решения у двигателей Cat большей мощности.

Топливная система насос-форсунок Cat с гидравлическим приводом и электронным управлением (HEUI) обеспечивает экономию топлива и снижает вредные выбросы в атмосферу, что является значительным прогрессом в технологии топливных систем. В системе HEUI используется новейшая технология «мгновенной» памяти, позволяющей передавать программное обеспечение из персонального компьютера в двигатель. При этом передовая электроника не только регулирует подачу топлива с точным моментом его впрыска и обеспечивает его экономию, но и предоставляет средства управления парком, необходимые для электронных двигателей с тяжелым режимом работы.

В противоположность европейцам, искавшим принципиально новые пути, американские инженеры постарались максимально использовать возможности уже существующих систем. Они не стали полностью отказываться от насос-форсунок, но оснастили их гидроприводом. Теперь вместо кулачка работает масло из системы смазки двигателя, подаваемое по специальной магистрали под давлением более 230 кгс/см² (3 300 фунтов на кв. дюйм). Оно действует на масляный плунжер, перемещающий плунжер топливный, который благодаря меньшему диаметру создает высокое давление впрыска — более 1400 кгс/см² (20 000 фунтов на кв. дюйм).

Рис. 1. Насос-форсунка с гидроприводом и электромагнитным управлением — главный элемент HEUI

Электромагнитный клапан, управляющий впрыском, перекочевал из топливного канала в масляный. При этом он находится под традиционным для гидросистем давлением, что положительно сказалось на его работе. Теперь могут быть реализованы практически любые заданные алгоритмы впрыска.

Давление в масляной магистрали намного превышает рабочее для системы смазки и создается специальным насосом. Он выполнен в виде навесного агрегата и подает к насос-форсункам также и топливо под давлением, близким к давлению масла. Вместе с насос-форсунками этот узел составляет механическую основу системы.

Рис. 2. Сравнение характеристик традиционной системы впрыска и HEUI

Благодаря HEUI давление впрыска не зависит от числа оборотов двигателя. HEUI наделяет мотор хорошей экономичностью при отличных экологических показателях, обеспечивает легкий запуск на морозе и в жару, отсутствие белого дыма в выхлопе и хорошую работу в горных условиях.

Рис. 3. Внешняя скоростная характеристика двигателя Caterpillar 3126 демонстрирует завидную «тяговитость»

Caterpillar выпускает систему с 1992 года. В качестве стандартного оборудования ее ставят на самый совершенный и наиболее технически насыщенный двигатель компании — 3126В. Но может ею комплектоваться и хорошо известный россиянам 3116В. Благодаря HEUI шестилитровый мотор приобрел буквально «второе дыхание» и снимать его с производства фирма пока не собирается. Впрочем, эту систему можно встретить не только на машинах с маркой «CAT». Она устанавливается на дизелях автомобилей Isuzu, а также Ford (с двигателями Navistar International).

Рис. 4. Cхема системы HEUI: 1 — гидронасос; 2 — система смазки двигателя; 3 — насос-форсунки; 4 — электромагнитный клапан управления давлением в масляной магистрали высокого давления; 5 — топливная магистраль высокого давления; 6 — топливный фильтр; 7 — топливный бак; 8 — клапан поддерживания давления в топливной магистрали; 9 — датчик частоты вращения и момента впрыска; 10 –электронный блок управления; 11 — датчик давления наддува; 12 — датчик положения педали «газа»; 13 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 14 — интерфейс; 15 — реле горного тормоза (в системе выпуска); 16 — датчик температуры всасываемого воздуха; 17 — трансмиссионное реле; 18 — спид-сенсор машины; 19 — реле подогрева всасываемого воздуха; 20 — контрольные лампы; 21 — спидометр и тахометр; 22 — датчик атмосферного давления; 23 — включатели специальных режимов; 24 — концевые выключатели («нейтраль», стояночный тормоз)

На основе анализа современных конструкций следует отбирать приоритетные направления и создать отечественные агрегаты и системы, предназначенные для рассматриваемого типоразмерного ряда дизелей и обеспечивающие исполнение перспективных требований по экологии и экономичности, также систему управления топливоподачей и другими системами дизеля; систему топливоподачи; систему впуска — выпуска.

Таким образом, можно сказать, что необходимо разработать такой двигатель, который по основным показателям превосходил бы штатный дизельный двигатель

ЯМЗ — 238М2, и отвечал современным экологическим нормам России и зарубежья не только на сегодняшний день, но и на перспективу и это невозможно без внедрения прогрессивных конструктивных решений — электронного управления подачей топлива, системы питания HEUI.

Литература:

1. Теплотехнический справочник. //Под ред. В. Н. Юренева и П. Д. Лебедева.- М.: Энергия, 1975. — 794 с.
2. Зеленцов В. В. Влияние теплового режима автомобильных двигателей на процессы их изнашивания. — Горький, 1979. — 68 с.
3. Татарнов В. В. Экология. Введение в общую и военную экологию. Экологическая безопасность военной автомобильной техники Рязань, 2016.-178 с.
4. Блинов А. и др. Современные подходы к созданию дизелей для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков/ А. Д. Блинов, П. А. Голубев, Ю. Е. Драган и др.; Под ред. В.Папонова и А. Минеева. — М.: НИЦ «Инженер», 2000.- 332 с.
5. Яковицкий А. А. Теория автомобильных двигателей: Методические указания к лабораторным работам. — Вологда: ВоПИ, 1986. — 35 с.
6. Васильев В. Системы впрыска топлива современных дизельных двигателей/ Автомобильный транспорт. — 2002. — № 2. — С.30–32.
7. Наука и техника Росии: [сайт]. [2018]. URL: http://tehnorussia.su/obshchee-mashinostroenie/58-dvigateli/40-dvigatel-yamz-238 (дата обращения 01.12.2018).