Двигатели Caterpillar с технологией ACERT для землеройной и дорожно-строительной техники

В последние годы существенно возросли требования, предъявляемые законодательствами многих стран, к снижению токсичности выброса отработавших газов в окружающую среду. В настоящее время в большинстве европейских стран и стран Американского континента действуют нормативы и правила Европейской экономической комиссии ООН и Управления по охране окружающей среды США, которые установили уровень нормирования вредных выбросов. Нормативы зафиксированы как стандарт ЕС (Еuro с пятью уровнями норм), а США – как федеральные стандарты (Tier) с четырьмя уровнями норм.

Нормы стандартов Еuro 3 и Tier Stage III считаются действующими нормативами. Компанией Caterpillar выполнен дорогостоящий (несколько сотен миллионов долларов) комплекс исследований и испытаний, направленных на выполнение таких норм, результатом которого стала технология ACERT (Advanced Combustion Emissions Reduction Technology). Это новая перспективная технология, обеспечивающая снижение токсичности и объемов выброса в атмосферу отработавших газов. Проведенные работы позволили создать технологии унифицированных компоновочных блоков, каждый из которых объединен в общий комплекс. Технология, а скорее система ACERT обеспечивает качественное, точное и эффективное управление процессом сгорания. Двигатели, оснащенные этой системой, соответствуют заданным нормам по токсичности выброса отработавших газов без снижения надежности, ресурса и экономичности расхода топлива. Компания отмечает, что технология ACERT обладает определенной гибкостью и позволяет без существенных изменений быть усовершенствованной для выполнения перспективных требований по снижению уровня токсичности выбросов.

Технология ACERT охватывает четыре системы для снижения токсичности выхлопных газов и затрагивает топливную систему, процесс сгорания топлива, систему поступления в двигатель чистого воздуха и внедрение системы электронного контроля и управления.

В области топливной системы применяются насос-форсунки многократного впрыска топлива в нужный момент времени. В зависимости от назначения и использования предлагаются три типа насос-форсунок: механическая (MUI); с гидроприводом и электронным регулированием впрыска (HEUI); с механическим приводом и электронным регулированием впрыска (EUI). Подача очищенного воздуха осуществляется прямым потоком через головку цилиндра и турбонагнетатель с перепускным клапаном. Электронно-гидравлический регулятор позволяет изменять проходное сечение клапанов, обеспечивая поступление в камеру сгорания точно дозированного количества чистого охлажденного воздуха при различных частоте вращения и нагрузках двигателя. Это способствует полному сгоранию топлива и его экономии. Два последовательно работающих турбонагнетателя позволяют уменьшить нагрузки на них и увеличить долговечность их турбокомпонентов.

Электронный блок (Cat ADEM) интегрирует работу всех систем двигателя для достижения пониженного уровня выхлопа и сохранения высокой топливной экономичности. Применение компьютерного моделирования процесса сгорания, которое объединяет в себе аэродинамику, термодинамические показатели, контроль над газообразованием топлива, длиной факела, воспламенением, горением и химическим составом выхлопных газов, позволило создать современное топливное оборудование, оптимизировать геометрию камеры сгорания и добиться высоких характеристик процесса сгорания топлива.

По мнению компании Caterpillar, которая, к слову, на всех видах выпускаемой техники применяет двигатели только собственного производства, реализация технологии ACERT позволяет уже сегодня удовлетворить требования законодательных норм третьего уровня и ожидаемых норм этапа III без применения систем рециркуляции отработавших газов (EGR).

В 2003 г. первые двигатели с технологией ACERT были установлены на автобусах, грузовых автомобилях и магистральных тягачах. Тем не менее в последние годы требования по снижению токсичности отработавших газов стали распространяться на внедорожную, стационарную, коммунальную, землеройную и дорожно-строительную технику. Это предопределило расширение применения двигателей с технологией ACERT.

По имеющимся данным, на начало 2009 г. компания Caterpillar освоила производство 13 моделей двигателей с технологией ACERT, краткие технические характеристики которых приведены в таблице.

Семейство двигателей ACERT охватывает 7 размерных групп по диаметру цилиндра от 102 до 145 мм и 10 размерных групп по величине хода поршня – от 127 до 162 мм. Наибольшее число моделей двигателей (9) имеют 6-цилиндровое рядное исполнение, по 2 модели имеют 4-цилиндровое и 12-цилиндровое V-образное исполнение. Двигатели оснащены системами турбонаддува и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха.

Двигатели Caterpillar с технологией ACERT устанавливаются на многих видах землеройной, дорожно-строительной, погрузочной и грузоподъемной техники. Наиболее широко их применяют для комплектации гусеничных экскаваторов, бульдозеров, автогрейдеров, колесных одноковшовых фронтальных погрузчиков, асфальтоукладчиков, подземной горной и лесозаготовительной техники. Самыми распространенными стали двигатели рабочим объемом 4,4; 6,6; 9; 15 и 18 л.