ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ И ЗАРУБЕЖНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ ДИЗЕЛИ ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ОАО “НИИД”:
Виктор Моисеевич Подгаецкий, заместитель начальника НТЦ, к.т.н.

Татьяна Николаевна Смирнова, начальник НТЦ, к.т.н.

журнал "Двигатель" №2/2011

В настоящее время в России проводится начатая в 2008 г. реформа Вооружённых Сил. За это время в отечественных средствах массовой информации опубликовано большое количество материалов, посвященных этой реформе. Авторы публикаций высказывают своё мнение о качестве различных объектов вооружения и военной техники, сравнивая отечественные ВВТ с зарубежными. Как правило, предпочтение при этом отдаётся последним.

Наибольшее количество материалов на указанную тему посвящено объектам бронетанковой техники. Среди обсуждаемых элементов боевых машин (БМ) находятся: вооружение, защита, средства связи и, конечно, двигатели.

Анализ опубликованных материалов показал, что многие из них весьма субъективны и не отвечают современным профессиональным требованиям к составлению подобного рода оценок такой высокотехнологичной продукции. Тем не менее, будучи опубликованными в печати, они неизбежно влияют на принятие важных решений в рамках реформы. При этом ошибочные отрицательные мнения о качестве отечественной военной техники (ВТ) вызывают затруднения с её дальнейшим развитием, а ошибочные положительные - могут стимулировать её необоснованное развитие.

В настоящей статье приведены данные о разрабатываемом ООО "ЧТЗ-Уралтрак" семействе дизельных двигателей двойного (военно-гражданского) применения - семействе двигателей серии "Т" - в сравнении с зарубежными двигателями аналогичного диапазона мощности и назначения.

Технические характеристики двигателей. В настоящее время выполнены разработки и выпущена опытно-промышленная партия двигателей серии "Т" гражданского назначения (для тракторов и инженерных машин) с перспективой их форсирования для применения в ВТ.

Новое семейство двигателей двойного назначения (ДДН) - это 4-тактные дизели жидкостного охлаждения с размерностью D/S = 130/150 мм. Семейство включает рядные 4- и 6-цилиндровые двигатели и V-образные 8- и 12-цилиндровые двигатели. Угол развала блоков цилиндров - 60°. Каждый цилиндр имеет индивидуальную головку. Силовая установка включает систему турбонаддува с охлаждением наддувочного воздуха. Жидкостно-масляный теплообменник закреплен на блоке цилиндров. Топливная система снабжена топливным насосом высокого давления "Компакт-40" производства ЯЗДА, проходит испытания новая топливная система с высокими давлениями впрыскивания и электронным управлением подачей производства НЗТА.

Двигатели имеют современную конструкцию, которая при сохранении неизменными в ней размерности цилиндропоршневой группы, межцилиндрового расстояния, шатунов, головок цилиндров, деталей механизма газораспределения и др. может быть реализована в виде военной или гражданской модификаций ДДН.

Семейство унифицированных многоцелевых дизельных двигателей предназначено для применения в составе силовых установок бронетанковой техники (военные модификации дизелей), на тракторах, инженерных машинах и в промышленных установках (модификации народно-хозяйственного назначения).

Заявленный мощностной диапазон нового семейства составляет 90…1500 л.с. (в дальнейшем до 1800 л.с.) при частоте вращения 1650...2100 об/мин.

Модульный ряд тракторных двигателей ООО "ЧТЗ-Уралтрак" обеспечивает достижение следующих основных технико-экономических параметров:

- максимальной унификации по основным узлам и деталям, а также конструктивным элементам;
- запаса по крутящему моменту 30...40%;
- удельного расхода топлива не более ~155 г/л.с.·ч;
- расхода масла на угар 0,2...0,4% от расхода топлива;
- ресурса не менее 12000 ч;
- норм выбросов вредных веществ на уровне Tier 3 и Tier 4 (с системой нейтрализации отработавших газов).

При разработке дизелей серии "Т" был изучен положительный опыт проектирования и производства дизельных двигателей соответствующего уровня мощности и назначения в РФ и за рубежом.

Для сравнения внешние виды некоторых из рассматриваемых двигателей показаны на рис. 1-3.

 

Для сопоставления характеристик двигателей гражданского применения разных производителей были приняты шесть наиболее важных мощностных, топливо-экономических и эксплуатационных показателей: мощность агрегатная, мощность литровая, удельный расход топлива, удельная масса двигателя, запас по крутящему моменту, ресурс и проведена оценка согласно отраслевой методике (ИМСА-0086) величин коэффициента технического уровня (Кту).

Оценка выполнялась для следующих двигателей: Д-4601("Алтай-дизель"), ЯМЗ-7601 (Ярославль), Д-260.4 (Беларусь, Минск), "Катерпиллер-3306Т" (США), "Дойц-1015" и "Даймлер ОМ-501LA" (Германия), "Коматцу S6D125-1" (Япония).

При определении технического уровня перечисленных выше дизелей и двигателей семейства "Т" рядный 6-цилиндровый двигатель 6Т370 был принят в качестве базового (эталонного).

Анализ результатов расчётной сопоставительной оценки Кту рассматриваемых дизелей позволяет отметить следующее.

По уровню технического развития двигатель 6Т370 (К_ту = 1,0) практически не уступает большинству из сравниваемых с ним аналогов, включая тракторный дизель "Катерпиллер 3306Т" (К_ту = 1,05), который считается в настоящее время одним из наиболее совершенных зарубежных двигателей рассматриваемого класса.

Сравнение основных параметров двигателя 6Т370 с аналогичными показателями отечественных и зарубежных дизелей позволяет отметить также, что двигатель ООО "ЧТЗ-Уралтрак" не уступает им по величине удельного расхода топлива, удельной массе, ресурсу и др. показателям, значительно превосходя аналоги по запасу крутящего момента.

Суммируя сказанное, можно утверждать, что технические параметры, заложенные в дизели новой серии "Т" ООО "ЧТЗ - Уралтрак", соответствуют уровню их лучших современных аналогов, а намеченные пути совершенствования (топливная аппаратура с высокими давлениями впрыскивания и электронным управлением, регулируемый ТКР, система нейтрализации отработавших газов и др.) находятся в русле современных тенденций развития двигателестроения.

Анализ технического уровня и перспектив развития военных модификаций транспортных дизелей показывает, что в настоящее время лидерами зарубежного транспортного двигателестроения являются фирмы "МТУ", ФРГ и "Детройт Дизель", США. Их дизели серий "2000"/"199" и "890-HPD" в наибольшей мере удовлетворяют ТТТ к СУ перспективных БМ XXI века, а величины параметров этих двигателей отражают наиболее высокий технический уровень, достигнутый в настоящее время в области транспортного (танкового) двигателестроения.

Следует отметить при этом, что двигатели названных зарубежных семейств ("2000" и "890") обладают несколько отличающейся целевой направленностью. Так, например, дизели серии "2000" ориентированы на применение в перспективных БМ, в основном, традиционного конструктивного исполнения, обладающих существенно улучшенными боевыми характеристиками, а также для существующих модернизируемых БМ, в то время как дизели ряда "890" разрабатываются для БМ, создаваемых в рамках принципиально иной концепции (программы GCV, США и FRES).

Поэтому для сравнения с военными модификациями дизелей ООО "ЧТЗ-Уралтрак" следует принять дизели серий "2000"/"199" фирм "МТУ" и "Детройт Дизель". Что же касается дизелей ряда "890", то сравнение с ними новых дизелей "ЧТЗ-Уралтрак" может быть проведено с учётом перспектив дальнейшего развития последних и концептуальных требований к отечественным БМ на более поздний период.

Сравнение основных параметров военных модификаций дизелей "ЧТЗ-Уралтрак" с показателями их зарубежных аналогов - дизелями серий "2000"/"199" фирм "МТУ"/"Детройт Дизель", показывает, что дизели "ЧТЗ-Уралтрак" (при одинаковой размерности и близкой частоте вращения коленчатого вала):

- не уступают зарубежным двигателям по величине среднего эффективного давления;
- имеют практически одинаковые с ними удельные расходы топлива и равные литровые мощности;
- обладают несколько более высокой габаритной мощностью;
- незначительно уступают по величине удельной массы.

Последнее свидетельствует об отставании литейных технологий в отечественном двигателестроении.

Следует отметить, что дизели ООО "ЧТЗ-Уралтрак" обладают существенным резервом повышения уровня основных параметров, связанным с перспективой их применения в составе гибридных электрических силовых установок (ГЭСУ), в новых БМ или в ГЭСУ модернизируемых БМ (по опыту перевода СУ английского танка "Челленджер-2" на ГЭСУ).

ООО "ЧТЗ-Уралтрак" совместно с предприятиями-партнерами намечены принципиальные направления технических решений при создании и дальнейшем развитии двигателей семейства. К ним отнесены:

- совершенствование процесса сгорания (путём повышения давления впрыскивания топлива до 150…200 МПа с применением электронной системы топливоподачи, повышения степени сжатия и среднего эффективного давления до 2,0…2,5 МПа и максимального давления сгорания до 20 МПа);
- совершенствование системы воздухоснабжения, в том числе повышение к.п.д. турбокомпрессора, внедрение регулируемого турбонаддува и эффективных охладителей наддувочного воздуха.

 

Так, для обеспечения работоспособности цилиндропоршневой группы форсированных двигателей военного назначения (литровая мощность Nл = 50…75 л.с./л) ОАО "НИИД" разработал цельнолитые стальные поршни и сочлененные поршни со стальной головкой и алюминиевой юбкой (рис. 4 и 5). Оптимальные температуры поршней обеспечиваются их охлаждением маслом.

Для реализации электронно-регулируемой подачи топлива НЗТА (г. Ногиск, Московской обл.) разработал для двигателя 6Т370 и испытал совместно с ОАО "НИИД" (на стенде Hartridge 4500) топливную аппаратуру, которая сейчас проходит апробацию на моторном стенде "ЧТЗ-Уралтрак". Система обеспечивает максимальное давление впрыскивания Рвпр = 160 МПа.

Для защиты двигателя военного назначения от поражающего действия электромагнитного излучения ОАО "НИИД" разработал и запатентовал систему подачи топлива, в которой встроена дублирующая механическая система, автоматически заменяющая электронную систему при ее поражении.

Для обеспечения теплосъема от двигателя повышенной мощности ОАО "НИИД" разработал и испытал высокоэффективные теплообменные аппараты (рис. 6). Сердцевина (матрица) этих алюминиевых пластинчато-ребристых теплообменников, изготовлена методом вакуумной пайки.

Сотрудничество с ведущими иностранными фирмами: "АВЛ" (Австрия), "Рикардо" (Англия), "Бош" (Германия) и др. позволило ООО "ЧТЗ-Уралтрак" в кратчайшие сроки обеспечить эффективный рабочий процесс и необходимые экологические требования (Tier 4, Stage 4), выполнить конструкторско-технологическую оптимизацию проекта.

Вместе с тем очевидно, что предприятие ООО "ЧТЗ-Уралтрак" (как и все двигателестроительные заводы РФ) нуждается в дальнейшем техническом перевооружении производственной и испытательной базы, для успешной реализации которого необходима государственная финансовая поддержка.

Суммируя сказанное, можно утверждать, что создаваемое новое семейство двигателей ООО "ЧТЗ-Уралтрак" военно-гражданского назначения (ДДН) соответствует уровню их лучших современных зарубежных аналогов. Семейство ДДН обеспечит транспортные средства современными дизельными двигателями в диапазоне мощностей от 90 до 1800 л.с.

Развитие отечественного двигателестроения, в том числе и двигателей нового семейства ДДН, удовлетворит в значительной мере потребности военной и гражданской техники, а также позволит снять (или существенно уменьшить) многочисленные разговоры о закупке двигателей за рубежом.