JSC „Sierp i Molot” jedno z największych przedsiębiorstw budowy maszyn w mieście Charków i na Ukrainie. Nasza firma od 50 lat zajmuje się produkcją silników do maszyn rolniczych, których znaczna część z powodzeniem funkcjonuje za granicą.

Legendarne kombajny samobieżne SK-3, SK-4,SK-5, „Niva” I " " , ciągniki o wysokiej wydajności T-74, DT-75N, TDT-55, HTZ-120– to tylko kilka przykładów maszyn rolniczych wyposażonych w silniki diesla tej marki SMD. W pierwszym ZSRR W nasze silniki diesla wyposażono 100 kombajnów zbożowych i sieczkarni, a także większość ciągników.

Na końcu Lata 80-te latach zakład został zrekonstruowany i był w stanie wyprodukować zupełnie nowe Ukraina i kraje WNP 6 cylindrów silnik rzędowy o mocy 220-280 KM Zmodernizowano także 4-cylindrowy silnik. Jego moc wzrosła do 160-170 KM, podczas gdy poziom techniczny konstrukcji każdej jednostki wzrósł, a unifikacja części i zespołów została zachowana w jak największym stopniu.

Dzisiaj JSC „Sierp i Molot” produkuje około stu różnych modyfikacji in-line 4 i 6 silniki cylindrowe moc od 60 do 280 KM do maszyn rolniczych i innych maszyn.

Ostatnio silniki zostały zamontowane w nowych konstrukcjach ciągników Charków fabryka traktorów-HTZ-120, HTZ-180, , T-156A i inne, a także są stosowane w kombajnach zbożowych produkowanych w Ukraina „Sławutycz” i sieczkarnie samobieżne „Olimp” I „Polesie-250”(Tarnopol).

Równolegle z produkcją silników, JSC „Sierp i Molot” zajmuje się montażem dodatkowym i sprzedażą ciągników DT-75N i. Mamy możliwość modernizacji ciągników T-150(gąsienicowe), zastępując silnik rzędowym silnikiem wysokoprężnym SMD-19T.02/20TA.06 jednocześnie moc ciągnika się nie zmienia, a ekonomiczna i Charakterystyka wydajności poprawiają się.

Silniki wysokoprężne, oprócz ciągników i kombajnów, można dziś instalować na równiarkach samojezdnych, rozściełaczach asfaltu, walcach, dźwigach, spychaczach, dźwigach kolejowych i wózkach ręcznych itp.

Zakład posiada możliwość zaopatrzenia w części zamienne do silników produkowanych w naszym zakładzie na podstawie zamówień przedsiębiorstw oraz ich wykonania główne naprawy, zainstaluj nowe i zaktualizuj komponenty i części.

Katalog JSC „LEGAS” Moskwa 1998

Typ Diesla SMD- produkowane masowo silniki rolnicze; są w nie wyposażone wszystkie krajowe kombajny zbożowe i ponad 60% ciągników. Diesle tej marki montowane są także w kombajnach silosowo-kukurydzianych, koparkach, żurawi i inne urządzenia mobilne. W związku z tym niezwykle istotne są informacje dotyczące zagadnień użytkowania, konserwacji i napraw, informacje o konstrukcjach silników Diesla i ich producentach.

W 1957 r. Kierownik specjalistycznego biura projektowego silników (GSKBD) został zaprojektowany i wdrożony do produkcji w zakładzie w Charkowie „Młot i sierp” lekki, szybki silnik wysokoprężny SMD-7 48 kW (65 KM) do kombajnu zbożowego SK-3, co było początkiem procesu diesla w przemyśle kombajnowym. Następnie zostały one opracowane i konsekwentnie wdrażane w produkcja masowa ciągniki i kombajny z silnikami wysokoprężnymi SMD-12, -14, -14A, -15K, -15KF moc od 55 (75) do 66 kW (90 KM) Wzrost mocy opracowywanych silników wysokoprężnych zapewniono poprzez zwiększenie pojemności skokowej cylindrów lub zwiększenie prędkości obrotowej wał korbowy. Wszystkie tego typu silniki wysokoprężne miały swobodny wlot powietrza do cylindrów.

Dalsze badania teoretyczne i eksperymentalne nad wspomaganiem silników wysokoprężnych ciągników i kombajnów oraz ich udoskonalaniem efektywność paliwowa, wystąpił w GSKBD wyznaczono racjonalny kierunek - wykorzystanie turbiny gazowej do sprężania powietrza do cylindrów. Wraz z pracami nad wyborem optymalnego układu ładowania turbiny gazowej w GSKBD Prowadzono badania mające na celu zwiększenie niezawodności głównych części silników wysokoprężnych.

Pierwszy krajowe silniki wysokoprężne do celów rolniczych z doładowaniem turbiny gazowej stosowano kombajny z silnikami wysokoprężnymi SMD-17K, -18K o mocy 77 kW (105 KM), którego produkcję uruchomiono w zakładzie „Młot i sierp” w 1968 1969

Zastosowanie doładowania turbin gazowych na jakość środka podnoszącego poziom techniczny silniki Diesla uznano za kierunek postępowy, dlatego później stworzono je w GSKBD Diesle miały wymuszony wtrysk powietrza do cylindrów jako element konstrukcyjny.

Silniki wysokoprężne drugiej generacji obejmują 4-cylindrowe rzędowe diesle i 6-cylindrowy diesel w kształcie litery V. Po raz pierwszy w inżynierii rolniczej w konstrukcji zastosowano rozwiązanie, w którym skok tłoka jest mniejszy niż jego średnica. Produkcję silników wysokoprężnych tego typu rozpoczęto w Charkowskiej Fabryce Silników Traktorowych ( HZTD) od 1972 r.

Kolejnym etapem rozwoju mocy i poprawy efektywności paliwowej silników wysokoprężnych kombajnów i ciągników był rozwój chłodzenia ładowanie powietrza dostarczany do cylindrów. Badania przeprowadzone w GSKBD, Charkowski Instytut Inżynierów Transportu i Charkowski Instytut Politechniczny wykazały nieskuteczność dalszy rozwój doładowanie silników wysokoprężnych wymuszonym dopływem powietrza ze względu na znaczny wzrost jego temperatury. W konstrukcji zastosowano chłodzenie powietrza dostarczanego do cylindrów, co skutkowało zwiększoną gęstością i zwiększonym ładunkiem powietrza w cylindrze bez istotnego wzrostu napięcia cieplnego.

Pierwsze silniki wysokoprężne z chłodzeniem międzystopniowym (diesle trzeciej generacji) zostały pobite także przez inne, porównywalne pod względem wskaźników z obiecującymi. zagraniczne silniki Diesla tej klasy.

Era silników spalinowych (ICE) jeszcze daleka od zachodu – tę opinię podziela dość duża liczba zarówno specjalistów, jak i zwykłych entuzjastów motoryzacji. I mają podstawy do takiego stwierdzenia. Ogólnie rzecz biorąc, są tylko dwie poważne skargi na silnik spalinowy - obżarstwo i szkodliwe spaliny. Zasoby ropy nie są nieograniczone, a jednymi z jej głównych odbiorców są samochody. Spaliny zatruwają przyrodę i ludzi, a gromadząc się w atmosferze powodują efekt cieplarniany. Efekt cieplarniany prowadzi do zmian klimatycznych i dalszych katastrof ekologicznych. Ale nie dajmy się rozpraszać. Przez ostatnie dziesięciolecia projektanci i inżynierowie nauczyli się bardzo skutecznie radzić sobie z obydwoma niedociągnięciami, udowadniając, że silniki spalinowe wciąż mają niewykorzystane rezerwy do rozwoju i ulepszeń.

Znaczącą redukcję zużycia paliwa uzyskano dzięki wprowadzeniu szeregu innowacje techniczne. Pierwszym krokiem było przenieść z silniki gaźnikowe do zastrzyku. Nowoczesne systemy Wtrysk zapewnia dostarczanie paliwa do cylindrów pod wysokim ciśnieniem, co skutkuje drobną atomizacją i dobrym wymieszaniem z powietrzem. Podczas suwu sprężania paliwo wtryskiwane jest do komory spalania w precyzyjnie odmierzonych porcjach nawet 5-7 razy. Zastosowanie doładowania, zwiększenie liczby zaworów i zwiększenie stopnia sprężania umożliwiło również pełniejsze spalanie mieszanina robocza. Optymalizacja kształtu komory spalania, denków tłoków oraz zastosowanie układów ze zmiennymi fazami rozrządu przyczyniła się do poprawy procesów tworzenia mieszanki. Dzięki temu silnik może pracować na uboższych mieszankach, oszczędzając paliwo i redukując emisję szkodliwych substancji.

Szeroko stosowany w nowoczesne samochody system start-stop, zapewniając zauważalną oszczędność paliwa w jeździe miejskiej. System ten automatycznie wyłącza silnik po zatrzymaniu pojazdu. Rozruch następuje po naciśnięciu pedału sprzęgła (w samochodach z ręczną skrzynią biegów) lub po zwolnieniu pedału hamulca (w samochodach z automatyczną skrzynią biegów).

Układ odzyskiwania energii hamowania, który pojawił się po raz pierwszy samochody hybrydowe, stopniowo migrowano do zwykłych. Energia kinetyczna zwalniającego samochodu, która wcześniej była marnowana na elementy grzewcze układ hamulcowy, jest teraz przekształcany na energię elektryczną i używany do ładowania akumulatora. Zużycie paliwa zmniejsza się nawet o 3%.

Ważną okolicznością jest to, że poprawa właściwości technicznych silników następuje stale zmniejszając ich objętość. Rozpoznano na przykład silnik Volkswagena 1.4 TSI najlepszy silnik 2010, o pojemności 1390 cm3, rozwija moc do 178 KM. Oznacza to, że z każdego litra usuwa się 127 KM! W ciągu ostatnich 20-30 lat jednostkowe zużycie paliwa obniżyło się prawie o połowę. A ponieważ zmniejsza się zużycie paliwa, odpowiednio zmniejsza się emisja szkodliwych substancji, a zapasy ropy można przedłużyć na dłuższy okres.

Oczyszczanie spalin

Wszystkie powyższe środki zmniejszają szkodliwe emisje, że tak powiem, pośrednio, poprzez poprawę właściwości technicznych. Istnieje jednak szereg systemów, których celem jest bezpośrednie zmniejszenie ilości szkodliwych substancji w spalinach.

Po pierwsze, jest to oczywiście katalizator i układ recyrkulacji spaliny EGR. W neutralizatorze szkodliwe substancje zawarte w spalinach wchodzą w reakcję chemiczną z substancjami nałożonymi na ich plastry miodu. W wyniku reakcji szkodliwe substancje rozkładają się na nieszkodliwe składniki.

Układ EGR(Recyrkulacja gazów spalinowych) ma bardziej „wąski” zakres. Przeznaczony jest do zmniejszania zawartości tlenków azotu w spalinach podczas rozgrzewania i gwałtownych przyspieszań, gdy silnik pracuje na bogatej mieszance. Zasada działania układu polega na przekierowaniu części spalin z powrotem do cylindrów. Powoduje to obniżenie temperatury spalania i co za tym idzie stężenia tlenków azotu.

Kiedy silnik pracuje, nie wszystko spaliny dostać się do układu wydechowego. Część z nich włamuje się do skrzyni korbowej. Aby zapobiec przedostawaniu się do atmosfery, stosuje się go układ wentylacji skrzyni korbowej. Opary benzyny, podobnie jak gazy spalinowe, zawierają substancje szkodliwe dla człowieka. Dlatego w samochodach jest instalowany układ pochłaniania oparów benzyny.

Wszystkie powyższe systemy są uniwersalne, to znaczy są stosowane zarówno w silnikach benzynowych, jak i wysokoprężnych. Spaliny silników Diesla charakteryzują się jednak podwyższonym stężeniem tlenków azotu i sadzy. Dlatego jest on dodatkowo montowany w układzie wydechowym silników Diesla filtr cząstek stałych . Może być stosowany w niektórych projektach System SCR(Selektywna redukcja katalityczna) lub w wolnym rosyjskim tłumaczeniu wtrysk mocznika. Zasada działania: roztwór wodny wstrzykuje się mocznik system wydechowy przed katalizatorem. W rezultacie Reakcja chemiczna Prawie połowa wysoce toksycznych tlenków azotu przekształca się w zwykły, nieszkodliwy azot.

Nawiasem mówiąc, postęp w ulepszaniu silników Diesla jest imponujący. Nie szukajmy daleko przykładów. Spójrz na tabelę: pokazuje ona zwycięzców dwóch najbardziej prestiżowych zawodów na świecie Nagrody światowe Zielony Samochód Roku ( Zielony samochód Roku na Świecie) i Zielony Samochód Roku.

Czy ty widzisz? Diesle zwyciężyły cztery razy w jednym konkursie, dwa razy w innym.

Perspektywy silników spalinowych

Podsumowując to, co zostało powiedziane, można stwierdzić, że w nadchodzących dziesięcioleciach będziemy współistnieć z silnikami spalinowymi. Istnieją znaczące techniczne i ekonomiczne powody. Ugruntowana technologia produkcji silników spalinowych zapewnia, że ​​są one względne niska cena. Poprawa przepływu pracy umożliwiła uzyskanie wysoka wydajność i ograniczają szkodliwe emisje.

Wzrost sprzedaży „zielonych” samochodów w dużej mierze stymulowany jest wsparciem rządowym. Jak tylko państwo zakończy program rabatowy dla samochody ekologiczne, popyt na nie gwałtownie spada.

Samochód z silnikiem Diesla zużywa do 25% mniej paliwa i mniej zanieczyszcza środowisko, ale benzyna ma niższy koszt, jej ubezpieczenie i eksploatacja są tańsze. Jeśli jednak roczny przebieg przekracza 15 000 kilometrów, bardziej opłaca się kupić olej napędowy.

Wybór odpowiedniego typu silnika zależy także od klasy samochodu. Nowoczesne jednostki benzynowe są bardzo wydajne samochody kompaktowe, a obecne silniki wysokoprężne pozwalają na osiągnięcie niskiego zużycia paliwa i zapewniają przyjemność z jazdy duże kombi. Silniki benzynowe zapewniają godną pozazdroszczenia reakcję przepustnicy i dynamikę „nagrzanym” samochodom samochody sportowe, a wysoki moment obrotowy silników wysokoprężnych doskonale sprawdza się w dużych SUV-ach.

Silnik ciągnika T-150: marki, montaż, konwersja

Ciągniki T-150 i T-150K zostały opracowane przez inżynierów Charkowskiej Fabryki Ciągników. Model ten zastąpił inny oryginalny projekt KhTZ - T-125, którego produkcję zakończono w 1967 roku.

Prace nad T-150 trwały kilka lat i wszedł do masowej produkcji w 1971 roku. Początkowo był to model T-150K – ciągnik na rozstawie osi. Od 1974 roku rozpoczęto produkcję ciągnika gąsienicowego oznaczonego T-150.

Zasadą ustaloną przez inżynierów KhTZ przy opracowywaniu T-150 i T-150 K była maksymalna unifikacja tych modeli. Ciągniki kołowe i gąsienicowe mają możliwie najbardziej podobną konstrukcję, biorąc pod uwagę różne układy napędowe. Pod tym względem większość części zamiennych i zespołów jest oznaczona dla T-150, ale zakłada się, że są one odpowiednie i ciągnik kołowy T-150K.

Silniki zamontowane w ciągniku T-150

Silniki w ciągnikach T-150 i T-150K są montowane z przodu. Sprzęgło i skrzynia biegów są połączone z jednostką za pośrednictwem sprzęgła. Do kół i ciągniki gąsienicowe Zainstalowano silniki T-150:

• SMD-60,
• SMD-62,
• YaMZ-236.

Silnik T-150 SMD-60

Pierwsze ciągniki T-150 miały silnik wysokoprężny SMD-60. Silnik miał w tym czasie zasadniczo inną konstrukcję i bardzo różnił się od innych jednostek specjalnego wyposażenia.

Silnik T-150 SMD-60 jest silnikiem czterosuwowym o krótkim skoku. Posiada sześć cylindrów ułożonych w 2 rzędach. Silnik jest turbodoładowany i posiada systemy chłodzenie cieczą i bezpośredni wtrysk paliwa.

Cechą silnika ciągnika T-150 SMD-60 jest to, że cylindry nie są umieszczone naprzeciw siebie, ale z przesunięciem 3,6 cm Dokonano tego w celu zamontowania korbowodów przeciwległych cylindrów na jednym czopie korbowym wał korbowy.

Konfiguracja silnika T-150 SMD-60 radykalnie różniła się od konstrukcji innych ówczesnych silników ciągnikowych. Cylindry silnika miały układ w kształcie litery V, dzięki czemu był znacznie bardziej kompaktowy i lżejszy. Inżynierowie umieścili turbosprężarkę i kolektory wydechowe w wypukłości cylindrów. Pompa zasilająca olej napędowy ND-22/6B4 znajduje się z tyłu.

Silnik SMD-60 w T-150 jest wyposażony w wirówkę pełnoprzepływową do oczyszczania oleju silnikowego. Filtry paliwa silnik ma dwa:

1. wstępny,
2. do dokładnego czyszczenia.

Zamiast filtra powietrza w SMD-60 zastosowano instalację typu cyklonowego. System oczyszczania powietrza automatycznie czyści pojemnik na kurz.

Cechy silnika T-150 SMD-60

W ciągnikach T-150 i T-150K z silnikiem SMD-60 zastosowano dodatkowy silnik benzynowy P-350. Ten startujący silnik gaźnikowy, jednocylindrowy, z układem chłodzenia wodą generował moc 13,5 KM. Obwód chłodzenia wodą wyrzutni i SMD-60 jest taki sam. Z kolei P-350 uruchamiany był rozrusznikiem ST-352D.

Aby ułatwić start zimowy czas(poniżej 5 stopni) silnik SMD-60 został wyposażony w podgrzewacz PZHB-10.

Charakterystyka techniczna silnika SMD-60 w T-150/T-150K

typ silnika	silnik spalinowy diesla
Liczba barów
Liczba cylindrów
Kolejność pracy cylindra
Formacja mieszająca	wtrysk bezpośredni
Turbodoładowanie
System chłodzenia	płyn
Pojemność silnika
Moc
Stopień sprężania
Masa silnika
Średnia konsumpcja

Silnik T-150 SMD-62

Jedną z pierwszych modyfikacji ciągnika T-150 był silnik SMD-62. Został opracowany na bazie silnika SMD-60 i miał do niego w dużej mierze podobną konstrukcję. Główną różnicą była instalacja sprężarki na układzie pneumatycznym. Ponadto silnik SMD-62 w T-150 zwiększył swoją moc do 165 KM. i liczbę obrotów.

Charakterystyka techniczna silnika SMD-62 w T-150/T-150K

typ silnika	silnik spalinowy diesla
Liczba barów
Liczba cylindrów
Kolejność pracy cylindra
Formacja mieszająca	wtrysk bezpośredni
Turbodoładowanie
System chłodzenia	płyn
Pojemność silnika
Moc
Stopień sprężania
Masa silnika
Średnia konsumpcja

Silnik T-150 YaMZ 236

Więcej nowoczesna modyfikacja jest ciągnik T-150 z silnikiem YaMZ 236. Specjalne wyposażenie z silnikiem YaMZ-236M2-59 jest produkowane do dziś.

Konieczność wymiany jednostka mocy warzono od lat – moc oryginalnego silnika SMD-60 i jego następcy SMD-62 w niektórych sytuacjach po prostu nie wystarczała. Wybór padł na bardziej produktywny i ekonomiczny silnik wysokoprężny wyprodukowany przez Jarosławską Fabrykę Silników.

Instalacja ta została po raz pierwszy wprowadzona do masowej produkcji w 1961 roku, ale projekt i prototypy istnieją od lat 50. XX wieku i sprawdziły się całkiem nieźle. Przez długi czas Silnik YaMZ 236 pozostało jednym z najlepsze diesle na świecie. Pomimo tego, że od opracowania projektu minęło prawie 70 lat, pozostaje on aktualny do dziś i jest stosowany także w nowych nowoczesnych ciągnikach.

Cechy silnika YaMZ-236 w T-150

Ciągnik T-150 z silnikiem YaMZ-236 był produkowany seryjnie w latach różne modyfikacje. W pewnym momencie instalowano zarówno silniki wolnossące, jak i turbodoładowane. Pod względem ilościowym najpopularniejszą wersją był T-150 z silnikiem YaMZ-236 DZ - wolnossący silnik o pojemności skokowej 11,15 litra, momencie obrotowym 667 Nm i mocy 175 KM, który był uruchamiany rozrusznikiem elektrycznym .

Charakterystyka techniczna silnika YaMZ-236D3 w T-150/T-150K

typ silnika	silnik spalinowy diesla
Liczba barów
Liczba cylindrów
Formacja mieszająca	wtrysk bezpośredni
Turbodoładowanie
System chłodzenia	płyn
Pojemność silnika
Moc
Masa silnika
Średnia konsumpcja

Silnik YaMZ-236 w nowoczesnym T-150

Silnik YaMZ-236 M2-59 jest montowany w nowych ciągnikach kołowych i gąsienicowych T-150. Silnik ten jest zunifikowany z YaMZ-236, który był produkowany do 1985 roku, oraz YaMZ-236M, którego produkcję zakończono w 1988 roku.

Silnik YaMZ-236M2-59 to atmosferyczny silnik wysokoprężny, wtrysk bezpośredni chłodzenie paliwa i wody. Silnik ma sześć cylindrów ułożonych w kształcie litery V.

Charakterystyka techniczna silnika YaMZ-236M2-59 w T-150/T-150K

typ silnika	silnik spalinowy diesla
Liczba barów
Liczba cylindrów
Formacja mieszająca	wtrysk bezpośredni
Turbodoładowanie
System chłodzenia	płyn
Pojemność silnika
Moc
Masa silnika
Średnia konsumpcja

Ponowne wyposażenie ciągników T-150: montaż nieoryginalnych silników

Jednym z powodów, dla których ciągniki T-150 i T-150K zyskały taką popularność, jest ich wysoka łatwość konserwacji i łatwość konserwacji. Maszyny można łatwo konwertować i instalować inny, nienatywny sprzęt, który byłby bardziej wydajny do wykonywania określonych zadań.

Latem 2017 roku w środowisku naukowo-technicznym rozeszła się wieść – młody naukowiec z Jekaterynburga wygrał ogólnorosyjski konkurs na innowacyjne projekty w dziedzinie energetyki. Konkurs nazywa się „Przełomowa energia”, w którym mogą brać udział naukowcy w wieku nie starszym niż 45 lat, a Leonid Płotnikow, profesor nadzwyczajny Uralu uniwersytet federalny nazwany na cześć pierwszego prezydenta Rosji B.N. Jelcyn” (Uralski Uniwersytet Federalny), zdobył nagrodę w wysokości 1 000 000 rubli.

Poinformowano, że Leonid opracował cztery oryginalne rozwiązania techniczne i otrzymał siedem patentów na układy dolotowe i wydechowe silników spalinowych, zarówno turbodoładowanych, jak i wolnossących. W szczególności poprawa układ dolotowy Silnik turbo „według metody Płotnikowa” może wyeliminować przegrzanie, zmniejszyć hałas i ilość szkodliwych emisji. I modernizacja system wydechowy turbodoładowany silnik spalinowy zwiększa wydajność o 2% i zmniejsza wydajność o 1,5% specyficzne spożycie paliwo. W rezultacie silnik staje się bardziej przyjazny dla środowiska, stabilny, mocny i niezawodny.

Czy to naprawdę prawda? Jaka jest istota propozycji naukowca? Udało nam się porozmawiać ze zwycięzcą konkursu i dowiedzieć się wszystkiego. Ze wszystkich oryginalnych rozwiązań technicznych opracowanych przez Płotnikowa zdecydowaliśmy się na dwa wymienione powyżej: zmodyfikowane układy dolotowe i wydechowe dla silników z turbodoładowaniem. Styl prezentacji może początkowo wydawać się trudny do zrozumienia, ale przeczytaj uważnie, a na koniec przejdziemy do sedna.

Problemy i wyzwania

Autorstwo opisanych poniżej osiągnięć należy do grupy naukowców UrFU, w skład której wchodzą doktor nauk technicznych, profesor Yu.M. Brodov, doktor nauk fizycznych i matematycznych, profesor B.P. i kandydat nauk technicznych, profesor nadzwyczajny L.V. Praca tej konkretnej grupy została nagrodzona grantem w wysokości miliona rubli. W opracowaniu inżynieryjnym proponowanych rozwiązań technicznych pomagali im specjaliści z Uralsky LLC fabryka silników Diesla”, mianowicie kierownik katedry, kandydat nauk technicznych Szestakow D.S. i zastępca głównego projektanta, kandydat nauk technicznych Grigoriev N.I.

Jednym z kluczowych parametrów ich badań był przepływ ciepła od strumienia gazu do ścianek rurociągu wlotowego lub wylotowego. Im niższy transfer ciepła, tym niższe naprężenia termiczne, tym wyższa niezawodność i wydajność systemu jako całości. Do oszacowania intensywności wymiany ciepła wykorzystuje się parametr zwany lokalnym współczynnikiem przenikania ciepła (oznaczany jako αx), a zadaniem badaczy było znalezienie sposobów na zmniejszenie tego współczynnika.

Ryż. 1. Zmiana lokalnego (lх = 150 mm) współczynnika przenikania ciepła αх (1) i prędkości przepływu powietrza wх (2) w czasie τ za wolną sprężarką turbosprężarki (zwanej dalej TC) o gładkim okrągłym rurociągu i różnych prędkości obrotowe wirnika TC: a) ntk = 35 000 min-1; b) ntk = 46 000 min-1

Problem współczesnej budowy silników jest poważny, ponieważ kanały gazowo-powietrzne znajdują się na liście elementów najbardziej obciążonych termicznie nowoczesne silniki spalinowe, a zadanie ograniczenia wymiany ciepła w przewodach dolotowych i wydechowych jest szczególnie ważne w przypadku silników z turbodoładowaniem. Rzeczywiście, w silnikach turbo, w porównaniu z silnikami wolnossącymi, wzrasta ciśnienie i temperatura na wlocie, wzrasta średnia temperatura cyklu, a pulsacja gazu jest większa, co powoduje naprężenia termomechaniczne. Naprężenia termiczne prowadzą do zmęczenia części, zmniejszają niezawodność i żywotność elementów silnika, a także prowadzą do nieoptymalnych warunków spalania paliwa w cylindrach i spadku mocy.

Naukowcy uważają, że można zmniejszyć naprężenia termiczne silnika turbodoładowanego i tutaj, jak mówią, istnieje niuans. Zwykle za ważne uważa się dwie cechy turbosprężarki – ciśnienie doładowania i przepływ powietrza, a sama jednostka jest traktowana jako element statyczny w obliczeniach. Ale w rzeczywistości naukowcy zauważają, że po zainstalowaniu turbosprężarki termomechaniczne właściwości przepływu gazu znacznie się zmieniają. Dlatego przed zbadaniem, jak zmienia się αx na wlocie i wylocie, konieczne jest zbadanie samego przepływu gazu przez sprężarkę. Najpierw - bez uwzględnienia części tłokowej silnika (jak mówią, za wolną sprężarką, patrz ryc. 1), a następnie - razem z nią.

Został zaprojektowany i stworzony zautomatyzowany system zbieranie i przetwarzanie danych eksperymentalnych - z pary czujników pobrano i przetworzono wartości prędkości przepływu gazu wx oraz lokalnego współczynnika przenikania ciepła αx. Ponadto zmontowano jednocylindrowy model silnika oparty na silniku VAZ-11113 z turbosprężarką TKR-6.

Ryż. 2. Zależność lokalnego (lх = 150 mm) współczynnika przenikania ciepła αх od kąta obrotu wału korbowego φ w kolektor dolotowy doładowany tłokowy silnik spalinowy wewnętrznego spalania przy różnych prędkościach wału korbowego i różnych prędkościach obrotowych wirnika TC: a) n = 1500 min-1; b) n = 3000 min-1, 1 - n = 35 000 min-1; 2 - ntk = 42 000 min-1; 3 - ntk = 46 000 min-1

Badania wykazały, że turbosprężarka jest silnym źródłem turbulencji, które wpływają na termomechaniczne właściwości przepływu powietrza (patrz rys. 2). Ponadto naukowcy odkryli, że sama instalacja turbosprężarki zwiększa αx na wlocie silnika o około 30% - częściowo ze względu na fakt, że powietrze za sprężarką jest po prostu znacznie cieplejsze niż na wlocie silnika wolnossącego. Zmierzono także wymianę ciepła na wylocie silnika z zainstalowaną turbosprężarką i okazało się, że im wyższe jest nadciśnienie, tym mniej intensywne jest przekazywanie ciepła.

Ryż. 3. Schemat układu dolotowego silnika doładowanego z możliwością odprowadzenia części wymuszonego powietrza: 1 - kolektor dolotowy; 2 - rura łącząca; 3 - elementy łączące; 4 - sprężarka TK; 5 - moduł elektroniczny kontrola silnika; 6 - zawór elektropneumatyczny].

W sumie okazuje się, że aby zmniejszyć naprężenia termiczne, konieczne jest: przewód dolotowy konieczne jest zmniejszenie turbulencji i pulsacji powietrza, a na wylocie - wytworzenie dodatkowego ciśnienia lub podciśnienia, przyspieszającego przepływ - zmniejszy to przenikanie ciepła, a dodatkowo będzie miało pozytywny wpływ na oczyszczenie cylindrów ze spalin.

Wszystkie te pozornie oczywiste rzeczy wymagały szczegółowych pomiarów i analiz, których nikt wcześniej nie robił. To właśnie uzyskane liczby pozwoliły opracować środki, które w przyszłości będą w stanie jeśli nie dokonać rewolucji, to z pewnością zainspirować, w dosłownym tego słowa znaczeniu, nowe życie w całym przemyśle silnikowym.

Ryż. 4. Zależność lokalnego (lх = 150 mm) współczynnika przenikania ciepła αх od kąta obrotu wału korbowego φ w rurze dolotowej tłokowego silnika spalinowego doładowanego (ntk = 35 000 min-1) przy prędkości obrotowej wału korbowego n = 3 000 min- 1. Udział wypływu powietrza: 1 - G1 = 0,04; 2 - G2 = 0,07; 3 - G3 = 0,12].

Usuwanie nadmiaru powietrza z wlotu

Po pierwsze, badacze zaproponowali projekt stabilizacji przepływu powietrza wlotowego (patrz rysunek 3). Zawór elektropneumatyczny wbudowany w przewód dolotowy za turbiną i uwalniający w określonych momentach część powietrza sprężonego przez turbosprężarkę stabilizuje przepływ - zmniejsza pulsację prędkości i ciśnienia. W rezultacie powinno to doprowadzić do zmniejszenia hałasu aerodynamicznego i naprężeń termicznych w układzie dolotowym.

Ale ile trzeba zresetować, aby układ działał skutecznie, nie osłabiając znacząco efektu turbodoładowania? Na rysunkach 4 i 5 widzimy wyniki pomiarów: jak pokazują badania, optymalny udział powietrza wylotowego G mieści się w przedziale od 7 do 12% – takie wartości zmniejszają wymianę ciepła (a co za tym idzie obciążenie cieplne) w silniku w układzie dolotowym do 30%, czyli doprowadzić go do wartości charakterystycznych dla silników wolnossących. Dalsze zwiększanie udziału wyładowań nie ma sensu – nie daje to już żadnego efektu.

Ryż. 5. Porównanie zależności lokalnego (lх = 150 mm, d = 30 mm) współczynnika przenikania ciepła αх od kąta obrotu wału korbowego φ w kolektorze dolotowym tłokowego silnika spalinowego doładowanego bez odpowietrzenia (1) i z częścią odpowietrzającą powietrza (2) przy ntk = 35 000 min-1 i n = 3 000 min-1, udział nadmiaru odprowadzanego powietrza wynosi 12% całkowitego przepływu].

Wyrzut na wydechu

A co z układem wydechowym? Jak powiedzieliśmy powyżej, jest silnik z turbodoładowaniem działa również w warunkach podwyższonych temperaturach, a dodatkowo zawsze chcesz, aby wydech jak najbardziej sprzyjał maksymalnemu oczyszczeniu cylindrów ze spalin. Tradycyjne metody rozwiązywania tych problemów zostały już wyczerpane; czy są jeszcze jakieś inne możliwości poprawy? Okazuje się, że istnieje.

Brodov, Zhilkin i Plotnikov argumentują, że oczyszczanie gazów i niezawodność układu wydechowego można poprawić poprzez wytworzenie w nim dodatkowego podciśnienia, czyli wyrzutu. Strumień wyrzutowy, zdaniem twórców, podobnie jak zawór dolotowy, zmniejsza pulsację przepływu i zwiększa objętościowy przepływ powietrza, co przyczynia się do lepszego oczyszczenia cylindrów i zwiększenia mocy silnika.

Ryż. 6. Schemat układu wydechowego z wyrzutnikiem: 1 – głowica cylindrów z kanałem; 2 – rurociąg wydechowy; 3 – rura wydechowa; 4 – rura wyrzutowa; 5 – zawór elektropneumatyczny; 6 – elektroniczna jednostka sterująca].

Wyrzut ma pozytywny wpływ na przekazywanie ciepła ze spalin do części układu wydechowego (patrz rys. 7): przy takim układzie wartości maksymalne lokalne współczynniki przenikania ciepła αх uzyskuje się o 20% niższe niż przy tradycyjnym uwalnianiu – z wyjątkiem okresu zamknięcia zawór wlotowy wręcz przeciwnie, tutaj intensywność wymiany ciepła jest nieco wyższa. Ale ogólnie rzecz biorąc, przenikanie ciepła jest nadal mniejsze, a naukowcy przyjęli założenie, że wyrzutnik na wydechu silnika turbodoładowanego zwiększy jego niezawodność, ponieważ zmniejszy przenoszenie ciepła z gazów do ścianek rurociągu i samych gazów będzie chłodzony powietrzem wyrzutowym.

Ryż. 7. Zależności lokalnego (lх = 140 mm) współczynnika przenikania ciepła αх od kąta obrotu wału korbowego φ w układzie wydechowym przy nadmierne ciśnienie zwolnienie pb = 0,2 MPa i prędkość obrotowa wału korbowego n = 1500 min-1. Konfiguracja układu wydechowego: 1 - bez wyrzutu; 2 - z wyrzutem.]

A co jeśli połączymy?..

Otrzymawszy takie wnioski w układzie eksperymentalnym, naukowcy poszli dalej i zastosowali zdobytą wiedzę prawdziwy silnik– jako jeden z „obiektów testowych” wybrano silnik wysokoprężny 8DM-21LM produkcji Ural Diesel Engine Plant LLC. Silniki te wykorzystywane są jako elektrownie stacjonarne. Ponadto w pracach wykorzystano także „ młodszy brat» 8-cylindrowy silnik wysokoprężny 6DM-21LM, również w kształcie litery V, ale z sześcioma cylindrami.

Ryż. 8. Instalacja zawór elektromagnetyczny do odpowietrzenia silnika wysokoprężnego 8DM-21LM: 1 - elektrozawór; 2 - rura wlotowa; 3 - obudowa kolektora wydechowego; 4 - turbosprężarka.

W silniku „junior” zaimplementowano układ wyrzutu spalin, logicznie i bardzo pomysłowo połączony z układem redukcji ciśnienia dolotowego, któremu przyjrzeliśmy się nieco wcześniej – w końcu, jak pokazano na rysunku 3, powietrze wylotowe można wykorzystać do potrzeby silnika. Jak widać (rys. 9) nad kolektorem wydechowym ułożone są rurki, do których doprowadzane jest powietrze pobrane z dolotu - jest to to samo nadciśnienie, które tworzy turbulencje za sprężarką. Powietrze z rurek „rozdzielane” jest poprzez system zaworów elektrycznych, które znajdują się bezpośrednio za oknem wydechowym każdego z sześciu cylindrów.

Ryż. 9. Formularz ogólny zmodernizowany układ wydechowy silnika 6DM-21LM: 1 – rurociąg wydechowy; 2 – turbosprężarka; 3 – rura wylotowa gazu; 4 – system wyrzutowy.

Takie urządzenie wyrzucające wytwarza dodatkową próżnię kolektor wydechowy, co prowadzi do wyrównania przepływu gazu i osłabienia procesów przejściowych w tzw. warstwie przejściowej. Autorzy pracy zmierzyli prędkość przepływu powietrza wх w zależności od kąta obrotu wału korbowego φ z wyrzutem spalin i bez.

Z rysunku 10 widać, że maksymalna prędkość przepływu jest większa w czasie wyrzutu oraz po zamknięciu zawór wydechowy opada wolniej niż w kolektorze bez takiego układu – uzyskuje się swego rodzaju „efekt przedmuchu”. Autorzy podają, że wyniki wskazują na stabilizację przepływu i lepsze oczyszczenie cylindrów silnika ze spalin.

Ryż. 10. Zależności lokalnej (lx = 140 mm, d = 30 mm) prędkości przepływu gazu wх w rurociągu wydechowym z wyrzutem (1) i rurociągiem tradycyjnym (2) od kąta obrotu wału korbowego φ przy prędkości obrotowej wału korbowego n = 3000 min- 1 i początkowe nadciśnienie pb = 2,0 bar.

Jaki jest wynik?

A więc uporządkujmy to. Po pierwsze, jeśli z kolektor dolotowy silnik turbo do zrzucenia niewielkiej części powietrza sprężonego przez sprężarkę, można zmniejszyć przenikanie ciepła z powietrza do ścianek kolektora nawet o 30% i jednocześnie zachować przepływ masy poziom powietrza wchodzącego do silnika jest normalny. Po drugie, jeśli zastosujemy wyrzut na wydechu, to również można znacznie zmniejszyć przenoszenie ciepła w kolektorze wydechowym - wykonane pomiary dają wartość około 15% - a także poprawić oczyszczanie gazów w cylindrach.

Łącząc przedstawione ustalenia naukowe dotyczące układu dolotowego i wydechowego w jeden układ, uzyskamy złożony efekt: pobierając część powietrza z dolotu, przekazując je do wydechu i precyzyjnie synchronizując te impulsy w czasie, układ będzie wyrównuje i „uspokaja” przepływ powietrza i spalin. W rezultacie powinniśmy otrzymać silnik mniej obciążony termicznie, bardziej niezawodny i wydajny w porównaniu do konwencjonalnego silnika turbo.

Zatem wyniki uzyskano w warunkach laboratoryjnych, potwierdzonych modelowaniem matematycznym i obliczeniami analitycznymi, po czym stworzono prototyp, na którym przeprowadzono i potwierdzono badania pozytywne efekty. Do tej pory to wszystko było realizowane w murach UrFU na dużym stacjonarnym silniku turbodiesel (silniki tego typu stosowane są także w lokomotywach spalinowych i statkach), jednak zasady zawarte w projekcie mogłyby zakorzenić się także w mniejszych silnikach – wyobraź sobie na przykład Gazelę GAZ, Patriot UAZ lub ŁADA Westa Dostawać nowy silnik turbo, a nawet z lepszymi właściwościami niż zagraniczne odpowiedniki...Czy to możliwe nowy trend w budowie silników rozpoczęła się w Rosji?

Naukowcy z UrFU mają także rozwiązania pozwalające na zmniejszenie obciążenia cieplnego silników atmosferycznych, a jednym z nich jest profilowanie kanałów: poprzeczne (poprzez wprowadzenie wkładki o przekroju kwadratowym lub trójkątnym) i podłużne. W zasadzie, korzystając ze wszystkich tych rozwiązań, można obecnie zbudować działające prototypy, przeprowadzić testy i, jeśli wynik będzie pozytywny, uruchomić masową produkcję - podane kierunki projektowania i budowy, zdaniem naukowców, nie wymagają znacznych nakładów finansowych i czasowych . Teraz powinni być zainteresowani producenci.

Leonid Płotnikow mówi, że uważa się przede wszystkim za naukowca i nie stawia sobie za cel komercjalizacji nowych osiągnięć.

Wśród celów wymieniłbym raczej prowadzenie dalszych badań, zdobywanie nowych wyniki naukowe, opracowywanie oryginalnych projektów układów gazowo-powietrznych do tłokowych silników spalinowych. Jeśli moje wyniki przydadzą się przemysłowi, będę szczęśliwy. Z doświadczenia wiem, że wdrażanie wyników jest procesem bardzo złożonym i pracochłonnym, a jeśli się w nim zanurzysz, nie pozostanie już czasu na naukę i dydaktykę. A ja bardziej skłaniam się w stronę edukacji i nauki, a nie przemysłu i biznesu

Profesor nadzwyczajny na Uralskim Uniwersytecie Federalnym imienia pierwszego prezydenta Rosji B.N. Jelcyn” (Uralski Uniwersytet Federalny)

Dodaje jednak, że proces wdrażania wyników badań na maszynach energetycznych PJSC „Uralmashzavod” już się rozpoczął. Tempo realizacji jest jeszcze niskie, wszystkie prace są w początkowej fazie, konkretów jest bardzo mało, ale przedsiębiorstwo jest zainteresowane. Możemy mieć tylko nadzieję, że jeszcze zobaczymy rezultaty tego wdrożenia. A także, że praca naukowców znajdzie zastosowanie w krajowym przemyśle motoryzacyjnym.

Jak oceniasz wyniki badania?

Moc, jaką może wytworzyć silnik spalinowy, zależy od ilości powietrza i mieszanki paliwa, jaką można dostarczyć do silnika. Chcąc zwiększyć moc silnika należy zwiększyć zarówno ilość dostarczanego powietrza jak i paliwa. Dodanie większej ilości paliwa nie przyniesie efektu, dopóki nie będzie wystarczającej ilości powietrza do jego spalania, w przeciwnym razie powstanie nadmiar niespalonego paliwa, co doprowadzi do przegrzania silnika, który również mocno dymi.

Zwiększenie mocy silnika można osiągnąć poprzez zwiększenie jego pojemności skokowej lub prędkości. Zwiększenie pojemności skokowej natychmiast zwiększa masę, rozmiar silnika i ostatecznie jego koszt. Zwiększanie prędkości jest problematyczne ze względu na wynik problemy techniczne szczególnie w przypadku silnika o znacznej pojemności skokowej.

Układy doładowania, które sprężają powietrze dostarczane do komory spalania silnika i zwiększają masę tego powietrza, pozwalają na zwiększenie mocy silnika dla danej pojemności skokowej i prędkości obrotowej wału korbowego.

W silnikach spalinowych stosuje się dwa rodzaje sprężarek: napędzane mechanicznie oraz turbosprężarki wykorzystujące energię gazów spalinowych. Oprócz tego są też systemy kombinowane na przykład turbokompozyt. W przypadku sprężarki napędzanej mechanicznie wymagane ciśnienie powietrze uzyskiwane jest poprzez mechaniczne połączenie wału korbowego silnika ze sprężarką (sprzęgłem). W turbosprężarce ciśnienie powietrza uzyskuje się poprzez obracanie turbiny wraz z przepływem spalin.

Turbosprężarkę zaprojektował szwajcarski inżynier Büschi już w 1905 roku, ale dopiero wiele lat później została ona udoskonalona i zastosowana w silniki seryjne z dużą objętością roboczą.

Zasadniczo każda turbosprężarka składa się z odśrodkowej pompy powietrza i turbiny połączonych ze sobą sztywną osią. Obydwa te elementy obracają się w tym samym kierunku i z tą samą prędkością. Energia przepływu gazów spalinowych, tj konwencjonalne silniki nieużywany, jest tutaj przeliczany na moment obrotowy napędzający sprężarkę. Gazy spalinowe opuszczające cylindry silnika mają wysoka temperatura i ciśnienie. Przyspieszają do wysoka prędkość i wchodzą w kontakt z łopatkami turbiny, co przekształca ich energię kinetyczną w mechaniczną energię obrotową (moment obrotowy).

Tej konwersji energii towarzyszy spadek temperatury i ciśnienia gazu. Sprężarka zasysa powietrze filtr powietrza, spręża go i podaje do cylindrów silnika. Można zwiększyć ilość paliwa, które można zmieszać z powietrzem, co pozwala na rozwój silnika więcej mocy. Ponadto polepsza się proces spalania, co poprawia osiągi silnika szeroki zasięg Liczba rewolucji.

Komunikacja pomiędzy silnikiem a turbosprężarką odbywa się wyłącznie poprzez przepływ spalin. Prędkość obrotowa wirnika turbosprężarki nie jest zależna od prędkości obrotowej silnika, ale w dużej mierze zależy od bilansu energii otrzymanej przez turbinę i oddanej do sprężarki.

W przypadku silników pracujących w szerokim zakresie prędkości obrotowych (in Samochód osobowy), wysokie ciśnienie doładowanie jest pożądane nawet przy niskich prędkościach.

Dlatego przyszłość należy do turbosprężarek z regulowane ciśnienie. Mała średnica nowoczesne turbiny a specjalne sekcje kanałów gazowych pomagają zmniejszyć bezwładność, tj. turbina bardzo szybko przyspiesza, a ciśnienie powietrza bardzo szybko osiąga wymaganą wartość. Zawór kontrolny zapewnia, że ​​ciśnienie doładowania nie wzrośnie powyżej pewnej wartości, powyżej której silnik może ulec uszkodzeniu.

Silnik wyposażony w turbosprężarkę ma przewagę techniczną i ekonomiczną w porównaniu z silnikiem wolnossącym.

Główne zalety silnika z turbosprężarką:

stosunek masy do mocy silnika z turbosprężarką jest wyższy niż silnika wolnossącego;

silnik z turbosprężarką jest mniej nieporęczny niż silnik wolnossący o tej samej mocy;

Krzywą momentu obrotowego silnika z turbodoładowaniem można lepiej dostosować do konkretnych warunków pracy.

Dodatkowo istnieje możliwość stworzenia wersji bazujących na silnikach wolnossących, wyposażonych w turbosprężarkę i różniących się mocą.

Korzyści z silnika z turbosprężarką na wysokościach są jeszcze bardziej zauważalne. Silnik atmosferyczny traci moc na skutek rozrzedzenia powietrza, a turbosprężarka, zapewniając zwiększony dopływ powietrza, kompensuje spadek ciśnienia atmosferycznego, niemal bez pogorszenia osiągów silnika. Ilość wtłaczanego powietrza będzie tylko nieznacznie mniejsza niż na niższych wysokościach, co oznacza, że ​​silnik zasadniczo zachowuje swoją moc.

Oprócz:

silnik z turbosprężarką zapewnia lepsze spalanie paliwa, co przekłada się na mniejsze zużycie paliwa;

Ponieważ turbosprężarka poprawia spalanie, pomaga także zmniejszyć emisję spalin;

silnik wyposażony w turbosprężarkę pracuje stabilniej;

odpowiednik wolnossący ma tę samą moc, a ponieważ jest mniejszy, wytwarza mniej hałasu. Oprócz tego turbosprężarka pełni także rolę swoistego tłumika w układzie wydechowym.

Rozszerzanie produkcji materiałów o wysokiej charakterystyka temperaturowa, polepszanie jakości oleje silnikowe, zastosowanie chłodzenia cieczą obudowy turbosprężarki, elektroniczne sterowanie zaworami sterującymi - wszystko to przyczyniło się do tego, że turbosprężarki zaczęto stosować w małych silnikach benzynowych.

Jeśli zainstalowana jest turbosprężarka Silnik gazowy Istnieją szczególne wymagania:

zapewnienie szczelności kanałów olejowo-gazowych turbosprężarki;

poprawa jakości materiałów turbin;

ulepszenie zaworu sterującego;

chłodzenie obudowy osi.

W normalnie pracującym silniku, który jest serwisowany szybko i sprawnie, turbosprężarka może pracować bezawaryjnie przez wiele lat.

Awarie mogą wystąpić w wyniku:

niewystarczająca ilość oleju;

ciała obce dostające się do turbosprężarki;

zanieczyszczony olej.