1.На какие конструктивные типы делятся двигатели в зависимости от условий окружающей среды?

Тема ЭБ 112.3 электробезопасностm (II группа допуска)

НазадВперед

В данной инструкции изложены основные функции сайта, и как ими пользоваться

Здравствуйте,  

Вы находитесь на странице инструкции сайта Тестсмарт.
Прочитав инструкцию, Вы узнаете  функции каждой кнопки.
Мы начнем сверху, продвигаясь  вниз, слева направо.
Обращаем Ваше внимание, что в мобильной версии  все кнопки располагаются, исключительно сверху вниз. 
Итак, первый значок, находящийся в самом верхнем левом углу, логотип сайта. Нажимая на него, не зависимо от страницы,  попадете на главную страницу.
«Главная» —  отправит вас на первую страницу.
«Разделы сайта» —  выпадет список разделов, нажав на один из них,  попадете в раздел интересующий Вас.

На странице билетов добавляется кнопка «Билеты», нажимая — разворачивается список билетов, где выбираете интересующий вас билет.

«Полезные ссылки» — нажав, выйдет список наших сайтов, на которых Вы можете получить дополнительную информацию.

В правом углу, в той же оранжевой полосе, находятся белые кнопки с символическими значками.

• Первая кнопка выводит форму входа в систему для зарегистрированных пользователей.
• Вторая кнопка выводит форму обратной связи через нее, Вы можете написать об ошибке или просто связаться с администрацией сайта.
• Третья кнопка выводит инструкцию, которую Вы читаете. 🙂
• Последняя кнопка с изображением книги ( доступна только на билетах) выводит список литературы необходимой для подготовки.

Опускаемся ниже, в серой полосе расположились кнопки социальных сетей, если Вам понравился наш сайт нажимайте, чтобы другие могли так же подготовиться к экзаменам.
Следующая функция «Поиск по сайту» — для поиска нужной информации, билетов, вопросов. Используя ее, сайт выдаст вам все известные варианты.
Последняя кнопка расположенная справа, это селектор нажав на который вы выбираете, сколько вопросов на странице вам нужно , либо по одному вопросу на странице, или все вопросы билета выходят на одну страницу.

На главной странице и страницах категорий, в середине, расположен список разделов. По нему вы можете перейти в интересующий вас раздел.
На остальных страницах в середине располагается сам билет. Выбираете правильный ответ и нажимаете кнопку ответ, после чего получаете результат тестирования.
Справой стороны (в мобильной версии ниже) на страницах билетов располагается навигация по билетам, для перемещения по страницам билетов.
На станицах категорий расположен блок тем, которые были добавлены последними на сайт.
Ниже добавлены ссылки на платные услуги сайта. Билеты с ответами, комментариями и результатами тестирования.
В самом низу, на черном фоне, расположены ссылки по сайту и полезные ссылки на ресурсы, они дублируют верхнее меню.
Надеемся, что Вам понравился наш сайт, тогда жмите на кнопки социальных сетей, что бы поделиться с другими и поможете нам.
Если же не понравился, напишите свои пожелания в форме обратной связи. Мы работаем над улучшением и качественным сервисом для Вас.

С уважением команда Тестсмарт.

Виды и типы электродвигателей | Публикации

Рубрикатор

• 3 августа 2016 г. в 13:52
• 12651

• Поделиться

• Пожаловаться

Электрический двигатель

Электродвигатель представляет собой электрическую машину, которая преобразовывает электроэнергию в энергию вращения вала с незначительными тепловыми потерями. Главный принцип работы любого электродвигателя заключается в использовании электромагнитной индукции в качестве основной движущей силы. Для этого конструкция электродвигателя включает:

• Неподвижную часть (статор или индуктор).
• Подвижную часть (ротор или якорь).

В зависимости от предназначения, применяемого рода тока и конструктивных особенностей электрические двигатели имеют большое количество разновидностей.

Двигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока объединяют широкий ассортимент устройств, обеспечивающих высокий КПД при трансформации электрической энергии в механическую. Для надежного соединения электрической цепи подвижной и неподвижной части электропривода постоянного тока используют щеточно-коллекторный узел. В зависимости от конструктивных особенностей щеточно-коллекторного узла, все электрические машины постоянного тока подразделяют на следующие группы:

• Коллекторные.
• Бесколлекторные.

В свою очередь коллекторные электродвигатели условно разделяют на следующие виды:

• Самовозбуждающиеся.
• С возбуждением от электромагнитов постоянного действия.

Устройства с независимым возбуждением характеризуются низкой мощностью, поэтому данные электроприводы используют для не ответственных операций с низкой нагрузкой. Машины с самовозбуждением подразделяют на:

• Устройства с последовательным возбуждением, где якорь подключается последовательно обмотке возбуждения.
• Электродвигатели с параллельным возбуждением, где якорь включается параллельно обмотке возбуждения.
• Электропривод смешанного возбуждения, который характеризуется наличием параллельных и последовательных соединений.

Двигатели переменного тока

Электродвигатели переменного тока представлены широкой номенклатурой устройств, которые различают по многочисленным конструктивным и эксплуатационным характеристикам. В зависимости от скорости вращения ротора выделяют электрические машины синхронного и асинхронного типа.

Синхронные двигатели характеризуются одинаковой скоростью вращения ротора и магнитного поля питающего напряжения. Подобный тип электрических двигателей используют для изготовления устройств с высокой мощностью. Кроме этого существует еще одна разновидность синхронного привода — шаговые двигатели. Они имеют строго заданное в пространстве положение ротора, которое фиксируется подачей питания на обмотку статора. При этом переход из одного положения в другое осуществляется посредством подачи напряжения на требуемую обмотку.

Асинхронный электрический двигатель имеет частоту вращения ротора отличную от частоты вращения магнитного поля питающего напряжения. В настоящее время этот тип электродвигателей получил самое широкое распространение как на производстве, так и в быту.

В зависимости от количества фаз питающего напряжения электропривод принадлежит к одной из групп:

• 1-нофазные;
• 2-хфазные;
• 3-хфазные;
• многофазные.

Категория размещения и климатическое исполнение

Все электродвигатели производят с учетом воздействия во время эксплуатации определенных факторов окружающей среды. По этой причине все электрические машины подразделяют на следующие категории размещения:

• Для помещений с высоким уровнем влажности.
• Для помещений закрытого типа с вентиляцией естественного типа без искусственного регулирования климатических параметров. При этом ограничено воздействие пыли, влаги и УФ- излучения.
• В условиях открытого пространства.
• Для помещений закрытого типа с искусственным регулированием климатических параметров. При этом ограничено воздействие пыли, влаги и УФ-излучения.
• Для помещений с изменением влажности и температуры, которые не отличаются от изменений на улице.

В зависимости от климатического исполнения в соответствии с требованиями ГОСТ 15150 — 69 все электрические двигатели подразделяют на следующие типы исполнения:

• Все возможные макроклиматические районы (В).
• Холодный (ХЛ).
• Все морские районы (ОМ).
• Сухой тропический (ТС).
• Общий (О).
• Умеренный (У).
• Умеренный морской (М).
• Влажный тропический (ТВ).

Категория размещения и климатическое исполнение указывают в условном обозначении электродвигателя на его бирке и в паспорте.

Степень защиты корпуса

Для условного обозначения степени защиты корпуса электрической машины от воздействия вредных факторов окружающей среды используют аббревиатуру IP. При этом на корпусе электропривода указывают следующую информацию:

• Высокий уровень защиты от пыли — IP65, IP66.
• Защищенные — не ниже IP21, IP22.
• С защитой от влаги — IP55, IP5.
• С защитой от брызг и капель — IP23, IP24.
• Закрытое исполнение — IP44 — IP54.
• Герметичные — IP67, IP68.

При подборе электрического двигателя для эксплуатации в условиях воздействия определенных вредных факторов, необходимо тщательно подходить к выбору степени защиты его корпуса.

Общие требования безопасности при монтаже и эксплуатации

При монтаже электрического двигателя необходимо придерживаться следующих требований:

• Перед подключением проверить соответствие частоты и напряжения питающей сети с информацией на паспорте электрического двигателя.
• Перед установкой электрической машины обязательно проводят измерение сопротивления электрической изоляции обмотки статора относительно корпуса. При неудовлетворительных значениях проводят просушивание изоляции до достижения требуемого значения.
• При сопряжении валов необходимо точно соблюдать соосность с допустимым отклонением не более 0,2 мм.
• Для заземления корпуса электродвигателя используют только специальные заземляющие устройства, предусмотренные инструкцией завода производителя.
• Строго запрещен монтаж электропривода под напряжением.

В процессе эксплуатации электрических машин следует придерживаться следующих основных правил:

• Регулярный осмотр состояния электродвигателя является залогом своевременного определения неисправностей.
• Регулярно на протяжении всего срока эксплуатации проводят проверку исправности токовой и тепловой защиты, чистку и смазку, проверку контактных соединений и надежности заземления.
• При наличии повышенного шума или стука, проводят вибродиагностику с целью определения состояния подшипников и других вращающихся деталей.
• Следует исключить длительную работу однофазного электродвигателя в режиме холостого хода, что негативно влияет на срок его службы.
• Запрещается эксплуатация электрического двигателя с неисправной защитой от перегрева, перегрузки или завышенным значением сопротивления контура заземления.

Крановые электродвигатели

Крановые электродвигатели представляют собой асинхронные устройства переменного тока или двигатели постоянного тока с параллельным или последовательным возбуждением.

В отличие от других категорий электродвигателей, крановые электроприводы имеют следующие особенности:

• Большинство крановых электрических двигателей имеет закрытое исполнение корпуса.
• Момент инерции на роторе составляет минимально возможное значение, что обеспечивает минимальные потери энергии во время переходных процессов.
• Кратковременная перегрузка по моменту для крановых двигателей постоянного тока составляет 2,0 — 5,0, а для электромоторов переменного тока 2,3 — 3,5.
• Класс нагревостойкости изоляционных материалов не менее F.
• У кранового электропривода переменного тока в номинальном режиме ПВ составляет не менее 80 минут.
• С целью получения большой перегрузочной способности по моменту добиваются высоких значений магнитного потока.
• Отношение максимально допустимой частоты вращения к номинальному значению для электродвигателей постоянного тока составляет 3,5 — 4,9, а для машин переменного тока 2,5.

Эксплуатация кранового привода характеризуется следующими условиями эксплуатации:

• Частые пуски, реверсы и торможения.
• Регулирование частоты вращения в широком диапазоне значений.
• Повышенная вибрация и тряски.
• Повторно-кратковременный режим работы.
• Воздействие высокой температуры, газа, пыли и пара.
• Значительная перегрузка во время работы.

Общепромышленные электрические двигатели

Электродвигатели общепромышленного исполнения применяют для привода механизмов, которые не предъявляют особых требований к показателям КПД, энергосбережения, скольжению и пусковым характеристикам. Они характеризуются повторно-кратковременным режимом работы и изоляцией с классом нагревостойкости класса F. Наиболее популярными в этой категории являются асинхронные электрические двигатели марки АИР с короткозамкнутым ротором. Благодаря многочисленным достоинствам, этот тип электропривода с успехом применяется на всех производственных предприятиях. От продукции других торговых марок его отличает:

• Простая конструкция с отсутствием подвижных контактов.
• Низкая стоимость в сравнении с электрическими машинами других типов.
• Высокая ремонтопригодность всех главных узлов и рабочих элементов.
• Использование напряжения сети 380 В без дополнительных регуляторов или фильтров.
• Монтаж двигателя осуществляется на лапах или фланцах, поэтому происходит в минимально короткий срок.

Электрические машины общепромышленного исполнения находят применение в сферах деятельности, где нет необходимости в высоких эксплуатационных параметрах: вентиляционные системы, насосные станции, станочное оборудование, компрессорные установки и др. Эксплуатация общепромышленных электродвигателей осуществляется в двух основных режимах: генераторный и двигательный. При этом в генераторном режиме электрические двигатели являются источником электроэнергии за счет преобразования механической энергии вращения вала. В двигательном режиме привод общепромышленного исполнения потребляет электроэнергию и превращает её в механическую энергию вращения вала.

Электрические двигатели с электромагнитным тормозом

Электрический привод с электромагнитным тормозом предназначен для эксплуатации в повторно-кратковременном или кратковременном режиме. Он разработан специально для механизмов, которые требуют форсированной остановки в строго регламентированное время. К таким механизмам относят: электрические тали, автоматизированные складские системы, обрабатывающие станки и др. Тормозной механизм, как правило, располагают со стороны противоположной валу двигателя. Он обеспечивает быстрое торможение электрического привода при отключении питания, а при повторной подаче напряжения растормаживает его.

Электрические машины со встроенным электромагнитным тормозом работают по следующему принципу:

1. Электромагнитную катушку тормоза подключают последовательно к одной из фазных обмоток электродвигателя.
2. Катушка получает постоянное напряжение посредством выпрямляющего устройства, которое располагают возле коробки с выводами или переменное напряжение непосредственно с обмотки электродвигателя.
3. При отсутствии фазного напряжения катушка обесточивается, и якорь прочно зажимает блокировочный механизм.
4. После восстановления электрического питания катушка подтягивает якорь, что позволяет валу двигателя свободно перемещаться.

В зависимости от способа монтажа электромоторы со встроенным электромагнитным тормозом изготавливают в следующих исполнениях:

• С горизонтальным валом.
• С вертикальным валом.

Благодаря своим преимуществам по времени остановки вала электродвигателя, этот тип электропривода обеспечивает надежную и безопасную эксплуатацию устройств с высокими требованиями к позиционированию или аварийной остановке.

Источник: Технический отдел ЗАО «КранЭлектроМаш»

Все новости и публикации пользователя Соколов Никита в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru

Подписаться

Читайте также

Elec.ru в любимой социальной сети Одноклассники

Актуальные новости, мероприятия, публикации и обзоры в удобном формате.

Подписаться

Новости по теме

Объявления по теме

ПРОДАМ: Бесколлекторные двигатели Assun Motor

Бесколлекторный электродвигатель — это устройство, преобразующее постоянный ток в механическую энергию вращения. Особенностью бесколлекторных двигателей является отсутствие ограничений в частоте вращения ротора благодаря отсутствию щеток и коллектора. Благодаря широкому диапазону скоростей, высокой мощности и надежности, возможности адаптации под специальные условия, решение купить бесколлекторный двигатель является хорошим выбором для решения различных задач.
В нашем каталоге представлен широкий ассортимент электронных и электромеханических компонентов и готовых решений ведущих мировых производителей.
Мы напрямую работаем с производителями, поэтому готовы предложить полный ассортимент товаров каждого бренда, включая те, что производятся под индивидуальный заказ. Для точной подборки или поиска нужных аналогов по техническим параметрам, оставьте заявку для связи с нашим специалистом.
Мы подберем варианты оптимального решения для Вашей задачи из полного ассортимента технических каталогов товаров производителей.

Воронцова Марина · ИНЕЛСО · 20 апреля · Россия · г Санкт-Петербург

КУПЛЮ: Электродвигатели по списку ниже

Электродвигатели по списку ниже
Тип двигателя «Рн, кВт» «N, об/мин»
1 А2-62-2УЗ 22 2980
2 А02-51-4УЗ 7,5 1500
3 В18-2УЗ 4,5 1500
4 5АИ100S4УЗ 3 1410
5 5АМХ160М2УЗ 18,5 2920
6 АИР160М2УЗ 18,5 2940
7 5АИ100S 3 1425
8 АИР160МН 22 1500
9 АИР100L2УЗ 5,5 2850
10 АИМ90L2У2,5 3 2850
11 АИР100L6V1 2,2 940
12 АО2-21-4 1,1 1500
13 А2-62-2-1У8 22 3000
14 4А160S2У3 15 3000
15 АИР180S2УЗ 22 2920
16 4АМ160М2 18,5 1500
17 4АМ160S2У5 15 2930
18 4АCOL4У3 4 1420
19 АИРХ132S6УЗ 5,5 960
20 4А132S6УЗ 5,5 950
21 4А132S6УЗ 5,5 950
22 4А90L-4УЗ 2,2 1500
23 АИР180М 30 1500
24 4АМР160М4 18,5 1500
25 ВА160S2У2 15 2930
26 АИМ90L4У2,5 2,2 1395
27 4АМ180М2УЗ 30 2940
28 4АМ225М2УЗ 18,5 1500
29 24ММ160S2 15 2910
30 АИР180М2УЗ 30 2850
31 АИР180S2УЗ 18,5 1500
32 А2-62-2 22 3000
33 А4Ш160S2 15 2910
34 5АИ90L4У2 2,2 1380
35 АИР90L4У3 2,2 1425
36 5АИ90L4У3 2,2 1380
37 ВА160М8У2 15 970
38 АИМ-М 160М8УХЛ 11 730
39 4АМ160М8УЗ 15 970
40 В160-М6 15 1000
41 ВА100S4У1 3 1420
42 АИР100S4УЗ 3 1410
43 АИР100L6УЗ 1,5 1500
44 5АИ80А4У2 1,1 1390
45 АИР80В4 1,5 1500
46 4ВР80А4У2 1,1 1420
48 АИР112МА6УЗ 3 950
49 В90L-4УЗ 2,2 1400
50 АИР-90L-4УЗ 2,2 1400
51 А12-4 28 1500
52 4А132М1У3 11 1500
53 А61-4 10 1450
54 П-86 9 1500
55 А-71-8 10 730
56 АИР180М4У3 30 1470
57 АИР180S2ПУЗ 22 2920
58 4ПНМ132LГО4 14 4000
59 5Н160М8УЗ 11 723
60 АИМЛ112М4У2,5 5,5 1425
61 А2УХЛ2 1,5 2790
62 АИР90L4УЗ 2,2 1400
63 А2-72-4 30 1450
64 А02-42-8 3 1420
65 А02-42-2 7,5 2910
66 П40М 6,1 3000
67 ПН-62 14 1500
68 4А180М8У3 15 730
69 4АС80В4УЗ 1,1 1400
70 А2-81-8УЗ 20 730
71 4А180S2УЗ 22 2960
72 П62-У4 14 1500
73 4А-90L-4УЗ 2,2 1450
74 4А112М4УЗ 5,5 1500
75 АИРХ132S6УЗ 5,5 1960
76 АИР100L4УЗ 4 1410
77 МО160М4 18,5 1450
78 4АМР180М4КУ 18,5 1460
79 АИР100L4УЗ 4 1410
80 А02-32-243 4 2880
81 4МТЕ 132 7,5 925
82 МТF 211-6 7,5 925
83 МТФ 116-У2 3,3 900
84 МТФ 4116 22 965
85 4МТН 2000 ВВ 22 715
86 МТ 42-6 16 718
87 МТ 16-6 7,5 910
88 МТ 42-8 16 718
89 МТF 411-8У1 15 710
90 Т 31-6 11 950
91 МТ 11-6 2,2 885
92 МТН 112-6 6 925
93 МТН 414-8 15 705
94 МТН. ..

Хромушин Сергей · ООО Группа Компаний КабельСнабСервис · 12 апреля · Россия · Кировская обл

ПРОДАМ: Крановые электродвигатели

Асинхронные крановые электродвигатели, в соответствии с ГОСТ ІЕС 60034-5-2011, имеют степень защиты IP54. Сегодня можно приобрести электродвигатели данной категории с короткозамкнутым или фазным ротором. Это оборудование характеризуется закрытым исполнением и применяется для приводов грузоподъемных механизмов в различных сферах промышленности.
Крановые электродвигатели подходят для механизмов с длительным, повторно-кратковременным или же кратковременным рабочим режимом. Чтобы выдерживать немалые нагрузки, устройства специальной серии имеют повышенный запас прочности деталей, механических узлов.
Допустимая температура воздуха от -50°С до +40°С
Крановые двигатели предназначены для работы от сети частотой 50 и 60 Гц, напряжением 220/380, 230/400, 240/415, 380/660, 380, 415, 500В;
Монтажное исполнение
Крановые электродвигатели могут иметь следующее исполнение:
— 1001 (на лапах, 1 конец вала)
— 1002 (на лапах, 2 конца вала)
— 2001 (лапы + фланец, 1 конец вала)
— 2002 (лапы + фланец, 2 конца вала)
Характеристики изоляции питания крановых двигателей
Все виды крановых двигателей имеют изоляцию классов нагревостойкости Н и F, питание от сети напряжения 220/380 В. Трехфазные крановые электродвигатели отличает климатическое исполнение «У1».

Николаев Леонид · ЭНЕРГОПУСК · 20 апреля · Россия · г Москва

ПРОДАМ: Электродвигатели до 250 кВт (355, 315, 280, 250, 225, 200, 180, 160) в наличии

Электродвигатели 0,4 кВ:
Обозначение в скобках: Мощность кВт/Обороты в минуту
4АМН315М2(250/3000), 4АМН355S6(200/1000), 6А355S8(132/750), МО280М2(132/3000), 4АМ280S4(110/1500), 4АМН315S8(110/750), 4АР280М4КУ3(90/1500), 5АМН250S2(90/3000), 4АМНУ225М2(90/3000), 4АМ250S2(75/3000), 5АН200L2(75/3000), 5АИ250S4(75/1500), 5АМН250М6(75/1000), 4АМН280S8(75/750), 4АМН315S10(75/600), АИР315S10(55/600), 5АМ280S8(55/750), А225М4(55/1500), 4АМ225М4(55/1500), 4АМ225М2(55/3000), А225М2(55/3000), 4АМН180М2(45/3000), 4АМУ200L4(45/1500), А200L4(45/1500), 5АМ250S6(45/1000), 4АМ200М2(37/3000), 8АИР200М4(37/1500), 4АМН180М4(37/1500), 4АМ225М6(37/1000), 5АН200L6(37/1000), 4АМНУ225М8(37/750), 5АМ250S8(37/750), 4АМУ250S8(37/750), 9АИР180S2(30/3000), АИР180М4(30/1500), А180S2(22/3000), АИР180S2(22/3000), АИР200М4(22/1500), 94А200L8(22/750), 5АМ250М12(22/500), ИР180М6(18,5/1000), А180М6(18,5/1000), АИР160М4ЖУ2(18,5/1500), АИР160S2(15/3000), АИР160S6(11/1000), А132М2(11/3000), АИРМ132М6(7,5/1000), АИР112М2(7,5/3000), АДН112М2(7,5/3000), АИРСМ112МВ6(4/1000), АИР100S4(3/1500), 4АМ80В2(2,2/3000) фланцевый, АИР80В2(2,2/3000) фланцевый, АИР90L4(2,2/1500), АИР100L6(2,2/1000), АИРС100L4(4,25/1500) фланцевый, 4АМС100S4(3,2/1500) фланцевый, 1МЗ-250‑2(55/3000)(тропический)
Электродвигатели украинские Каховского производства 2010 г. в.:
4АМУ280М2(132/3000), 4АМНУ225М6(45/1000), 4АМУ225М6(37/1000), 4АМУ180М6(18,5/1000) комбинированный, 6АМУ160S6(11/1000), 4АМУ160S6(11/1000), 5АМУ132S4(7,5/1500) комбинированный, 5АМУ132М8(5,5/750), 5АМУ132S8(4/750)

Станкоремонтный Завод · Станкоремонтный завод · 22 апреля · Россия · Московская обл

ПРОДАМ: Эл.двиг. 2ПФ200LГ, 2ПБ100 и другие…

ПРОДАЁМ Эл.двигателя:
1) Электродвигатель тип 2ПФ200LГ У4 30 кВт 1500/3500 об/мин. 340/220 В, на лапах шт 1
2)Электродвигатель тип 2ПБ100 М 0,85 кВт 220 В, 2360/4000 об/мин. шт 1
3)Устройство У358011Д Dа 325 мм, nном 30 с-1, Nном 50 кВт, Ко 2,6 шт 1
4)Электромашинный усилитель ЭМУ-50АЗ, 4,0 кВт, (5,9 кВт) 380/220 В, 2920 об/мин. шт 1
5)Электромашинный усилитель ЭМУ-25АЗ, 2 кВт шт 2
6) ФЛАНЕЦ от эл. дв. ПБСТ-22М УХЛ4 шт 3
7) ФЛАНЕЦ от эл. дв. МИ 41, 1,1 кВт шт 1
8) Щёткодержатель от эл, дв. ПБСТ-52, 6,5 кВт шт 1
9) Щёткодержатель от эл, дв. ПБС-42, 1,4 кВт шт 1
Полный список и фото моторов вышлем.

Виталий Владимирович · Вчера · Россия · Красноярский край

Стандарты выбросов: США: внедорожные дизельные двигатели

• Фон
• Применимость
• Стандарты выбросов Tier 1-3
• Стандарты выбросов Tier 4
• Циклы испытаний и топливо
• Экологические выгоды и затраты

Фон

Стандарты выбросов для внедорожных (или внедорожных) двигателей и транспортных средств устанавливаются Агентством по охране окружающей среды США. В большинстве случаев федеральные правила для внедорожных двигателей также применяются в Калифорнии, полномочия которой устанавливать нормы выбросов для новых внедорожных двигателей ограничены. Поправки к федеральному закону о чистом воздухе от 1990 (CAA) отменяет полномочия Калифорнии по контролю за выбросами от новой сельскохозяйственной и строительной техники мощностью менее 175 л.с. -дорожные источники [CAA Section 209 (e)(2)(A)] .

Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этой статьи | Требуется подписка.

Важные шаги в области норм выбросов внедорожных двигателей включают:

• Стандарты уровня 1-3. Первые федеральные стандарты (Уровень 1) для новых дизельных двигателей внедорожной техники были приняты в 1994 г. для двигателей мощностью более 37 кВт (50 л.с.) и должны вводиться поэтапно с 1996 по 2000 г. внедорожные дизельные двигатели были подписаны между EPA, California ARB и производителями двигателей (включая Caterpillar, Cummins, Deere, Detroit Diesel, Deutz, Isuzu, Komatsu, Kubota, Mitsubishi, Navistar, New Holland, Wis-Con и Yanmar). 27 августа 1998, EPA подписало окончательное правило, отражающее положения SOP [2787] . Регламент 1998 г. ввел стандарты Уровня 1 для оборудования мощностью менее 37 кВт (50 л.с.) и все более строгие стандарты Уровня 2 и Уровня 3 для всего оборудования с графиками поэтапного ввода с 2000 по 2008 г. Соответствие стандартам Уровня 1-3 достигается за счет усовершенствованного двигателя. конструкция, без или с ограниченным использованием нейтрализации отработавших газов (катализаторы окисления). Стандарты Уровня 3 для NOx+HC аналогичны стандартам 2004 года для большегрузных дорожных двигателей, однако стандарты Уровня 3 для ТЧ так и не были приняты.
• Стандарты уровня 4 . 11 мая 2004 г. Агентство по охране окружающей среды подписало окончательные правила, вводящие стандарты выбросов Tier 4, которые вводились поэтапно в период 2008-2015 гг. [2786] . Стандарты уровня 4 требуют дальнейшего снижения выбросов ТЧ и NOx примерно на 90%. Это сокращение выбросов было достигнуто за счет использования передовых технологий нейтрализации отработавших газов, при этом в большинстве семейств двигателей Tier 4 используются катализаторы мочевины-SCR для контроля NOx. В некоторых двигателях Tier 4 также используется сажевый фильтр, в то время как другие соответствуют стандартам без сажевых фильтров.
• Стандарты Уровня 5. В ноябре 2021 года Калифорнийский совет по воздушным ресурсам провел первый публичный семинар по разработке стандартов выбросов Уровня 5, которые будут направлены на дальнейшее сокращение выбросов NOx и твердых частиц на 50-90%, в зависимости от категории мощности двигателя, в 2028-2028 гг. Срок 2030 год. Рассмотренные изменения также включают новый цикл сертификационных испытаний при низкой нагрузке (LLAC), продленный срок службы (FUL) и гарантийные периоды выбросов, требования OBD и многое другое. Однако из-за преимущественного права Калифорнии стандарты Tier 5 штата Калифорния будут иметь ограниченную сферу действия и могут обеспечить лишь очень ограниченное сокращение выбросов, если только Агентство по охране окружающей среды не примет соответствующие правила для внедорожных двигателей.

Дизельное топливо для внедорожной техники. На этапе Tier 1-3 содержание серы в внедорожном дизельном топливе не ограничивалось экологическими нормами. Спецификация нефтяной промышленности составляла 0,5% (мас., макс.), при этом средний уровень серы при использовании составлял около 0,3% = 3000 частей на миллион. Чтобы включить в двигатели уровня 4 технологии контроля, чувствительные к сере, такие как каталитические сажевые фильтры и адсорберы NOx, Агентство по охране окружающей среды потребовало снижения содержания серы в дизельном топливе для внедорожной техники следующим образом:

• 500 частей на миллион с июня 2007 г. для внедорожного, локомотивного и судового (NRLM) дизельного топлива
• 15 частей на миллион (дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы) действует с июня 2010 г. для внедорожного топлива и с июня 2012 г. для локомотивного и судового топлива

Стандарты выбросов внедорожных транспортных средств США в определенной степени гармонизированы с европейскими стандартами выбросов внедорожных транспортных средств.

Нормы выбросов Агентства по охране окружающей среды для внедорожных дизельных двигателей опубликованы в Своде федеральных правил США, раздел 40, часть 89. Нормативный текст, информационные бюллетени и соответствующие документы доступны на веб-сайте Агентства по охране окружающей среды 9.0019 [2788] .

Применимость

Стандарты для внедорожной техники охватывают мобильные внедорожные дизельные двигатели всех типоразмеров, используемые в широком спектре строительной, сельскохозяйственной и промышленной техники. Определение EPA внедорожного двигателя основано на принципе мобильности/портативности и включает двигатели, установленные на (1) самоходном оборудовании, (2) на оборудовании, которое приводится в движение при выполнении своей функции, или (3) на переносное или транспортируемое оборудование, на что указывает наличие колес, салазок, ручек для переноски, тележки, прицепа или платформы [40 CFR 1068.30] . Другими словами, внедорожные двигатели — это все двигатели внутреннего сгорания, за исключением автомобильных (дорожных) двигателей, стационарных двигателей (или двигателей, которые остаются на одном месте более 12 месяцев), двигателей, используемых исключительно для соревнований, или двигателей, используемых в самолетах.

С 14 мая 2003 г. определение внедорожных двигателей было изменено и теперь включает все дизельные двигатели, включая стационарные, используемые в сельском хозяйстве в Калифорнии. Это изменение относится только к двигателям, продаваемым в штате Калифорния; стационарные двигатели, продаваемые в других штатах, не классифицируются как внедорожные двигатели.

Нормы выбросов внедорожных дизельных двигателей не применяются ко всем внедорожным дизельным двигателям. Исключением являются следующие категории внедорожных двигателей:

• Двигатели, используемые в железнодорожных локомотивах; на них распространяются отдельные правила EPA.
• Двигатели, используемые на морских судах, также подпадают под действие отдельных правил EPA. Судовые двигатели мощностью менее 37 кВт (50 л.с.) подпадают под действие внедорожных стандартов Уровня 1-2, но не Уровня 4. Некоторые судовые двигатели, не подпадающие под действие морских стандартов, могут подпадать под действие недорожных правил.
• Двигатели, используемые в оборудовании для подземных горных работ. Выбросы дизельных двигателей и качество воздуха в шахтах регулируются Управлением по безопасности и гигиене труда в шахтах (MSHA).
• Двигатели Hobby (менее 50 см ³ на цилиндр)

Примеры регулируемых приложений включают сельскохозяйственные тракторы, экскаваторы, бульдозеры, колесные погрузчики, экскаваторы-погрузчики, автогрейдеры, дизельные тракторы для газонов, лесозаготовительное оборудование, переносные генераторы, погрузчики с бортовым поворотом или вилочные погрузчики.

Новое определение двигателя с воспламенением от сжатия (дизеля) было введено в 1998, в соответствии с определениями, установленными для шоссейных двигателей. В определении основное внимание уделяется циклу двигателя, а не механизму зажигания, с наличием дроссельной заслонки в качестве индикатора, позволяющего различать работу дизельного цикла и работы в обратном цикле. Регулирование мощности путем управления подачей топлива вместо дроссельной заслонки соответствует сгоранию на обедненной смеси и работе в дизельном цикле. Эта формулировка допускает возможность, что двигатель, работающий на природном газе, оснащенный свечой зажигания, считается двигателем с воспламенением от сжатия.

Стандарты выбросов Tier 1-3

Правила 1998 года для внедорожных двигателей были построены в виде трехуровневой последовательности. Каждый уровень включал поэтапный ввод (по рейтингу мощности) в течение нескольких лет. Стандарты Уровня 1 вводились поэтапно с 1996 по 2000 год. Более строгие стандарты Уровня 2 действовали с 2001 по 2006 год, а еще более строгие стандарты Уровня 3 вводились поэтапно с 2006 по 2008 год (стандарты Уровня 3 применялись только для двигателей от 37 до 2008 г.). 560 кВт).

Стандарты выбросов Tier 1-3 перечислены в Таблице 1. В правилах для внедорожных транспортных средств используется метрическая система единиц с нормативными ограничениями, выраженными в граммах загрязнителя на кВтч.

Таблица 1
Стандарты EPA Tier 1–3 на выбросы загрязняющих веществ для внедорожных дизельных двигателей, г/кВт·ч (г/bhp·ч)

Мощность двигателя	Уровень	Год	СО	ХК	NMHC+NOx	NOx	ПМ
кВт < 8 (л. с. < 11)	Уровень 1	2000	8,0 (6,0)	—	10,5 (7,8)	—	1,0 (0,75)
	Уровень 2	2005	8,0 (6,0)	—	7,5 (5,6)	—	0,8 (0,6)
8 ≤ кВт < 19 (11 ≤ л.с. < 25)	Уровень 1	2000	6,6 (4,9)	—	9,5 (7,1)	—	0,8 (0,6)
	Уровень 2	2005	6,6 (4,9)	—	7,5 (5,6)	—	0,8 (0,6)
19≤ кВт < 37 (25 ≤ л.с. < 50)	Уровень 1	1999	5,5 (4,1)	—	9,5 (7,1)	—	0,8 (0,6)
	Уровень 2	2004	5,5 (4,1)	—	7,5 (5,6)	—	0,6 (0,45)
37 ≤ кВт < 75 (50 ≤ л. с. < 100)	Уровень 1	1998	—	—	—	9,2 (6,9)	—
	Уровень 2	2004	5,0 (3,7)	—	7,5 (5,6)	—	0,4 ​​(0,3)
	Уровень 3	2008	5,0 (3,7)	—	4,7 (3,5)	—	— †
75 ≤ кВт < 130 (100 ≤ л.с. < 175)	Уровень 1	1997	—	—	—	9,2 (6,9)	—
	Уровень 2	2003	5,0 (3,7)	—	6,6 (4,9)	—	0,3 (0,22)
	Уровень 3	2007	5,0 (3,7)	—	4,0 (3,0)	—	— †
130 ≤ кВт < 225 (175 ≤ л.с. < 300)	Уровень 1	1996	11,4 (8,5)	1,3 (1,0)	—	9,2 (6,9)	0,54 (0,4)
	Уровень 2	2003	3,5 (2,6)	—	6,6 (4,9)	—	0,2 (0,15)
	Уровень 3	2006	3,5 (2,6)	—	4,0 (3,0)	—	— †
225 ≤ кВт < 450 (300 ≤ л. с. < 600)	Уровень 1	1996	11,4 (8,5)	1,3 (1,0)	—	9,2 (6,9)	0,54 (0,4)
	Уровень 2	2001	3,5 (2,6)	—	6,4 (4,8)	—	0,2 (0,15)
	Уровень 3	2006	3,5 (2,6)	—	4,0 (3,0)	—	— †
450 ≤ кВт < 560 (600 ≤ л.с. < 750)	Уровень 1	1996	11,4 (8,5)	1,3 (1,0)	—	9,2 (6,9)	0,54 (0,4)
	Уровень 2	2002	3,5 (2,6)	—	6,4 (4,8)	—	0,2 (0,15)
	Уровень 3	2006	3,5 (2,6)	—	4,0 (3,0)	—	— †
кВт ≥ 560 (л.с. ≥ 750)	Уровень 1	2000	11,4 (8,5)	1,3 (1,0)	—	9,2 (6,9)	0,54 (0,4)
	Уровень 2	2006	3,5 (2,6)	—	6,4 (4,8)	—	0,2 (0,15)
† Не используется, двигатели должны соответствовать стандарту Tier 2 PM.

Производители, подписавшие 1998 Постановления о согласии с EPA могли потребоваться для соответствия стандартам уровня 3 на год раньше запланированного (т. е. начиная с 2005 г.).

Добровольные, более строгие стандарты выбросов, которые производители могут использовать для получения обозначения двигателей «серии Blue Sky» (применимо к сертификации уровня 1-3), перечислены в таблице 2.

3 кВт

1,034 (0,034)

Двигатели всех размеров должны были соответствовать стандартам дымности 20/15/50% на режимах разгона/болтания/пика соответственно.

Правила включали несколько других положений, таких как усреднение, банковское обслуживание и торговля квотами на выбросы, а также максимальные «семейные лимиты выбросов» (FEL) для усреднения выбросов.

Стандарты выбросов Tier 4

Стандарты выбросов Уровня 4, введенные поэтапно с 2008 по 2015 гг., предусматривают существенное сокращение выбросов NOx (для двигателей мощностью более 56 кВт) и твердых частиц (более 19 кВт), а также более строгие ограничения по углеводородам. Пределы выбросов CO остаются неизменными по сравнению с уровнем 2-3.

Двигатели до 560 кВт. Стандарты выбросов Tier 4 для двигателей мощностью до 560 кВт перечислены в таблице 3.

Таблица 3
Стандарты на выбросы загрязняющих веществ Tier 4 — двигатели мощностью до 560 кВт, г/кВтч (г/л.с.-ч)

Мощность двигателя	Год	СО	НМГС	NMHC+NO x	НЕТ x	ПМ
кВт < 8 (л. с. < 11)	2008	8,0 (6,0)	—	7,5 (5,6)	—	0,4 ​​ а (0,3)
8 ≤ кВт < 19 (11 ≤ л.с. < 25)	2008	6,6 (4,9)	—	7,5 (5,6)	—	0,4 ​​(0,3)
19 ≤ кВт < 37 (25 ≤ л.с. < 50)	2008	5,5 (4,1)	—	7,5 (5,6)	—	0,3 (0,22)
	2013	5,5 (4,1)	—	4,7 (3,5)	—	0,03 (0,022)
37 ≤ кВт < 56 (50 ≤ л.с. < 75)	2008	5,0 (3,7)	—	4,7 (3,5)	—	0,3 б (0,22)
	2013	5,0 (3,7)	—	4,7 (3,5)	—	0,03 (0,022)
56 ≤ кВт < 130 (75 ≤ л.с. < 175)	2012-2014 в	5,0 (3,7)	0,19 (0,14)	—	0,40 (0,30)	0,02 (0,015)
130 ≤ кВт ≤ 560 (175 ≤ л. с. ≤ 750)	2011-2014 д	3,5 (2,6)	0,19 (0,14)	—	0,40 (0,30)	0,02 (0,015)
a — двигатели с прямым пуском и воздушным охлаждением с ручным запуском могут быть сертифицированы по стандартам Уровня 2 до 2009 г. и по дополнительному стандарту PM 0,6 г/кВтч, начиная с 2010 г. b — 0,4 г/кВтч (Уровень 2), если производитель соответствует стандарт 0,03 г/кВтч с 2012 г. c — PM/CO: полное соответствие с 2012 г.; NOx/HC: вариант 1 (при использовании накопленных кредитов уровня 2) — 50% двигателей должны соответствовать требованиям в 2012–2013 гг.; Вариант 2 (если не заявлены кредиты Уровня 2) — 25% двигателей должны соответствовать требованиям в 2012–2014 гг., с полным соответствием с 31 декабря 2014 г. d — PM/CO: полное соответствие с 2011 г.; NOx/HC: 50% двигателей должны соответствовать требованиям в 2011-2013 гг.

В двигателях номинальной мощностью 56–560 кВт стандарты NOx и HC вводятся поэтапно в течение нескольких лет, как указано в примечаниях к таблице 3. Первоначальные стандарты (соответствие РМ) иногда называют «промежуточным уровнем». 4» (или «Уровень 4i»), «переходный уровень 4» или «Уровень 4 A», а окончательные стандарты (соответствие NOx/HC) иногда называют «Уровень 4 B».

В качестве альтернативы установлению требуемого процента двигателей, соответствующих требованиям Уровня 4, производители могут сертифицировать все свои двигатели на соответствие альтернативному пределу NOx в каждом модельном году в течение периода поэтапного внедрения. Эти альтернативные стандарты NOx:

• Двигатели 56-130 кВт:
  • Вариант 1: NOx = 2,3 г/кВт-ч = 1,7 г/л.с.-ч (уровень 2 соответствует требованиям, 2012-2013 модельный год)
  • Вариант 2: NOx = 3,4 г/кВт-ч = 2,5 г/л.с.-ч (кредиты Уровня 2 не заявлены, 2012-2014 модельный год)
• Двигатели 130-560 кВт: NOx = 2,0 г/кВт-ч = 1,5 г/л.с.-ч (2011-2013 модельного года)

Двигатели мощностью более 560 кВт. Стандарты Tier 4 на выбросы загрязняющих веществ для двигателей мощностью более 560 кВт перечислены в таблице 4. Стандарты 2011 года иногда называют «переходным уровнем 4», а ограничения 2015 года представляют собой окончательные стандарты уровня 4.

Прочие положения. Регламент уровня 4 и более поздние поправки включают ряд дополнительных положений:

• Непрозрачность дыма — Существующие стандарты и процедуры дымопроницаемости Уровня 2-3 продолжают применяться в некоторых двигателях. От стандартов на выбросы дыма освобождаются двигатели, сертифицированные в соответствии со стандартами выбросов ТЧ на уровне 0,07 г/кВтч или ниже (поскольку двигатель с таким низким уровнем выбросов ТЧ по своей природе имеет низкое выделение дыма).
• Вентиляция картера — Правила Уровня 4 не требуют закрытой вентиляции картера двигателей внедорожной техники. Однако в двигателях с открытым картером выбросы картера необходимо измерять и добавлять к выбросам выхлопных газов при оценке соответствия требованиям.
• Интервал дозаправки DEF — Для внедорожных дизельных двигателей, оборудованных SCR, минимальный интервал дозаправки DEF (раствор мочевины) определяется как минимум равный (в моточасах) топливному баку автомобиля [3408] .
• Выбросы аммиака — Хотя выбросы аммиака не регулируются, Агентство по охране окружающей среды рекомендует, чтобы проскок аммиака был ниже 10 частей на миллион в среднем в течение применимых циклов испытаний [3693] .
• Аварийная эксплуатация — Чтобы облегчить использование некоторых внедорожных двигателей во временных аварийных ситуациях, двигатели могут быть оснащены AECD , чтобы отменить стимулы производительности, связанные с системой контроля выбросов — например, чтобы позволить двигателю работать без мочевины в Система SCR во время аварийной ситуации [3408] . Эта гибкость предназначена в первую очередь для двигателей, используемых в строительной технике и переносном оборудовании, используемом для временного производства электроэнергии и борьбы с наводнениями.
• Программа ABT — Подобно более ранним стандартам, регулирование Уровня 4 включает такие положения, как усреднение, хранение и продажа квот на выбросы, а также лимиты FEL для усреднения выбросов.

Испытательные циклы и топливо

Выбросы внедорожных двигателей измеряются в установившемся испытательном цикле, который эквивалентен стандарту ISO 8178 C1, 8-режимному испытательному циклу в установившемся режиме. Другие испытательные циклы ISO 8178 разрешены для отдельных приложений, таких как двигатели с постоянной скоростью (5-режимный цикл D2), двигатели с регулируемой скоростью до 19кВт (цикл G2) и судовые двигатели (цикл E3).

Тестирование переходных процессов. Стандарты Tier 4 должны соблюдаться как при испытании в установившемся режиме, так и при внедорожном переходном цикле, NRTC. Требования к переходным испытаниям начались с 2013 модельного года для двигателей мощностью менее 56 кВт, с 2012 модельного года для двигателей мощностью 56–130 кВт и с 2011 модельного года для двигателей мощностью 130–560 кВт. Двигатели мощностью более 560 кВт не испытываются на переходных испытаниях. Также испытаниям на переходные процессы не подлежат двигатели с постоянной частотой вращения и переменной нагрузкой любой категории мощности. Протокол NRTC включает тест на холодный запуск. Выбросы при холодном запуске оцениваются как 5%, а выбросы при горячем запуске — как 9.5% при расчете конечного результата.

Двигатели для внедорожной техники Tier 4 также должны соответствовать стандартам непревышения (NTE), которые измеряются без привязки к какому-либо конкретному графику испытаний. Стандарты NTE вступили в силу в 2011 году для двигателей мощностью более 130 кВт; в 2012 г. на 56-130 кВт; а в 2013 г. для двигателей мощностью менее 56 кВт. В большинстве двигателей пределы NTE установлены в 1,25 раза выше обычного стандарта для каждого загрязняющего вещества. В двигателях, сертифицированных по стандартам NOx ниже 2,5 г/кВтч или стандартам PM ниже 0,07 г/кВтч, множитель NTE равен 1,5. Стандарты NTE применяются к двигателям на момент сертификации, а также в течение всего срока службы двигателя. Цель дополнительных требований к испытаниям состоит в том, чтобы предотвратить возможность «нарушения» цикла испытаний электронными средствами управления двигателем.

Сертификация топлива. Топливо с содержанием серы не более 0,2 мас.% (2000 частей на миллион) использовалось для сертификационных испытаний двигателей Уровня 1-3. С 2011 года все двигатели Tier 4 испытываются на топливе с содержанием серы 7-15 ppm. Переход от спецификации 2000 ppm S к спецификации 7-15 ppm произошел в период 2006-2010 гг. (см. Сертификацию дизельного топлива).

Переход от измерения общих углеводородов к неметановым углеводородам (NMHC) был введен в 1998 правило. Поскольку не существует стандартизированного метода EPA для измерения метана в выхлопных газах дизельных двигателей, производители могут либо использовать свои собственные процедуры для анализа неметановых углеводородов, либо измерять общее количество углеводородов и вычитать 2% из измеренной массы углеводородов для поправки на метан.

Экологические выгоды и затраты

Постановление 1998 г.

На момент подписания правила 1998 года EPA подсчитало, что к 2010 году выбросы NO _x будут сокращены примерно на миллион тонн в год, что эквивалентно снятию с дорог 35 миллионов легковых автомобилей.

Ожидалось, что затраты на соблюдение стандартов выбросов добавятся менее 1% к покупной цене типичного нового внедорожного дизельного оборудования, хотя для некоторого оборудования стандарты могут привести к увеличению цен на порядок 2-3%. Ожидалось, что программа будет стоить около 600 долларов США за тонну восстановленного NO _x .

Регламент уровня 4

Когда все старые внедорожные двигатели заменяются двигателями уровня 4, ежегодное сокращение выбросов оценивается в 738 000 тонн NOx и 129,000 тонн PM. К 2030 году благодаря внедрению предложенных стандартов ежегодно будет предотвращаться 12 000 преждевременных смертей.

Предполагаемая стоимость дополнительных средств контроля выбросов для подавляющего большинства оборудования оценивается в 1-3% как доля от общей стоимости оборудования. Например, для бульдозера мощностью 175 л.с. стоимостью около 230 000 долларов потребуется до 6 900 долларов, чтобы добавить усовершенствованные средства контроля выбросов и спроектировать бульдозер для установки модифицированного двигателя.

EPA подсчитало, что среднее увеличение стоимости топлива с содержанием серы 15 частей на миллион составит 7 центов за галлон. Эта цифра будет снижена до 4 центов за счет ожидаемой экономии затрат на техническое обслуживание благодаря дизельному топливу с низким содержанием серы.

Экологически безопасные высокоэффективные системы двигателей: обзор Hitachi

Введение

Рисунок 1. Тенденции регулирования выбросов двуокиси углерода для легковых автомобилей
Нормы CO ₂ в Европе действуют во всем мире, и их планируется усилить до 95 г/км в 2020 г. и до 75 г/км (предварительно) в 2025 г.

Требуется разработка транспортных средств для снижения нагрузки на окружающую среду в глобальном масштабе. Дальнейшие более строгие правила изучаются для будущего внедрения, что приведет к острой необходимости разработки экологических технологий (см. Рисунок 1). Например, хотя электрификация транспортных средств будет эффективна для сокращения выбросов парниковых газов CO ₂ выбросы до 75 г/км и менее, необходимо будет также продолжить разработку технологий, повышающих термический КПД двигателей. Кроме того, технологии необходимы не только для соблюдения нормативных требований в конкретных условиях испытаний, но и для повышения экономии топлива и уменьшения выхлопных газов в различных условиях, близких к реальным условиям вождения.

Hitachi Automotive Systems, Ltd. разрабатывает высокоэффективные системы двигателя/трансмиссии, силовые агрегаты с низким расходом топлива (управление энергопотреблением) и системы с электрическим приводом, чтобы соответствовать этим более строгим требованиям CO 9.0641 2 правила. В данной статье описаны высокоэффективные системы двигателей и разработанные технологии.

Чтобы повысить тепловую эффективность двигателей, Hitachi Automotive Systems разрабатывает топливную систему, основанную на технологии прямого впрыска бензина (DIG), которая обеспечивает высокую степень сжатия и разбавленное сгорание [рециркуляция отработавших газов (EGR) сжигание, обедненное сгорание ], высокоэнергетическая система зажигания и высокочувствительное электронное управление фазами газораспределения (VTC). Hitachi Automotive Systems участвует в совместных исследованиях Исследовательской ассоциации автомобильных двигателей внутреннего сгорания (AICE) и Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. (FVV) проводится на национальном уровне в Японии и Европе и сотрудничает с группой исследований и разработок Hitachi, Ltd. для определения новейших технологий и проведения исследований и разработок для их внедрения в продукты. Одним из таких видов деятельности являются глобальные исследования, и обзор этой деятельности описан в следующем разделе.

Разработка технологий Соответствие глобальному экологическому законодательству

Транспортные средства используются во всех регионах мира, и экологические нормы в каждом регионе разные. Следовательно, для своевременной поставки продукции и предложения технологий необходимы эффективный сбор информации, исследования и разработки. Чтобы способствовать этому, Hitachi Automotive Systems создала технические центры на основных рынках Европы, США и Китая и проводит глобальные исследовательские мероприятия, известные как «деятельность Global One Team (GOT)», которая включает зарубежные исследования и разработки (R&D). членов (см. рис. 2).

Рисунок 2 – Структура зарубежных технических центров и зарубежных центров НИОКР
Бизнес-условия каждого объекта распространяются, в том числе с членами исследовательской лаборатории, для разработки технологий, близких к клиентам.

Деятельность GOT определяется как совместная структура, которая продвигает вклад отечественных и зарубежных научно-исследовательских центров и местных предприятий. Уточнены система и задачи информационного обмена и развития технологий, которые ранее выполнялись индивидуально на каждом объекте. Мероприятия были разработаны таким образом, что встречи по обмену информацией проводились периодически, а разработка технологий велась путем определения совместных тем разработки и разделения работы между объектами. Деятельность GOT в области двигателей осуществляется в соответствии со следующими политиками.

1. Взаимный обмен информацией и внедрение технологий между подразделениями отечественных и зарубежных технических центров
2. Обмен условиями ведения бизнеса на каждом объекте (в том числе с членами исследовательской лаборатории)
3. Развитие технологии на каждом объекте (вблизи клиентов)
4. Обмен проблемами каждой рабочей группы и управление рисками

В следующем разделе описаны примеры передовых технологий, разработанных в рамках деятельности GOT двигателя.

Системы двигателя для соответствия экологическим нормам

Высокоэффективные системы двигателя

Чтобы снизить выбросы CO ₂ (улучшить экономию топлива), как описано в начале этой статьи, национальный проект SIP в Японии проводит исследования и разработки для повышения тепловой КПД двигателей. Максимальный тепловой КПД серийно выпускаемых в настоящее время автомобилей составляет примерно 40% ⁽¹⁾ . На уровне исследований SIP сообщил о других результатах исследований, в результате которых был достигнут тепловой КПД более 45% 9.0086 (2), (3) (см. рис. 3).

Компания Hitachi Automotive Systems ведет разработку с целевым тепловым КПД 50% для бензиновых двигателей. Более высокая степень сжатия, разбавленное сгорание и уменьшенные потери важны для повышения теплового КПД. Для достижения этих целей Hitachi Automotive Systems разрабатывает технологии и системные продукты для контроля горения (см. рис. 4).

Рис. 3. Критерии теплового КПД двигателя
Тепловой КПД серийно выпускаемых двигателей составляет примерно 40%, а на уровне НИОКР была разработана технология для теплового КПД более 45%. Чтобы соответствовать более строгим нормам расхода топлива в будущем, проводятся исследования и разработки для разработки высокоэффективных систем двигателя, обеспечивающих тепловой КПД 50%.

Рис. 4. Ассортимент системных продуктов для достижения 50-процентного теплового КПД двигателя
Более высокая степень сжатия, разбавленное сгорание и уменьшенные потери важны для повышения теплового КПД. Hitachi Automotive Systems разрабатывает технологии контроля горения и системные продукты, которые достигают этого.

Стук в двигателе при высоких нагрузках возникает при попытке повысить степень сжатия. Детонация была ограничена за счет использования высокочувствительного механизма переменной степени сжатия (VCR) и электронного VTC, который быстро изменяет степень сжатия.

Что касается разбавленного сгорания, то была разработана технология снижения насосных потерь с использованием гомогенного обедненного сгорания. При гомогенном сгорании на бедной смеси вихревое движение воздуха и распыление топлива должны быть тщательно смешаны, чтобы образовалась гомогенная топливно-воздушная смесь в камере сгорания. Для этого была разработана топливная система ДИГ с давлением топлива 35 МПа, высокоэффективным для распыления топлива. Поскольку при разбавленном сгорании скорость горения снижается, вихревое движение воздуха усиливается, что способствует распространению пламени. Однако другая проблема заключается в том, что при сильном вихревом движении воздуха искра зажигания может выдуться и погаснуть в результате этого движения. Чтобы решить эту проблему, Hitachi Automotive Systems Hanshin, Ltd. разработала новый тип высокоэнергетической катушки зажигания, которая увеличивает энергию зажигания до 120 мДж по сравнению с предыдущим уровнем в 60 мДж. Использование этой катушки зажигания обеспечивает стабильное сгорание даже в условиях разреженного сгорания с сильным вихревым движением воздуха.

Что касается контроля горения, то система контроля давления в цилиндре (CPS) разрабатывается для обнаружения и контроля колебаний горения и решения проблемы балансировки стабильности горения и выбросов NO _X . Кроме того, в ожидании дальнейшего повышения производительности микропроцессоров, используемых в электронных блоках управления (ЭБУ), также ведется предварительная разработка для управления, использующего модели искусственного интеллекта (ИИ).

Что касается снижения потерь, то разрабатываются технологии для уменьшения трения поршней и потерь при охлаждении поршней. На поршневую систему приходится от 30% до 50% механических потерь в двигателе; поэтому снижение силы трения между юбкой поршня и отверстием цилиндра является критической проблемой. Поскольку известно, что потери на трение, возникающие на юбке поршня, составляют большую часть потерь в условиях жидкостной смазки, новый метод покрытия ⁽⁴⁾, уменьшающий шероховатость поверхности юбки. Это покрытие S-HYBRID является оригинальной технологией Hitachi Automotive Systems (см. рис. 5). Обычно юбка имеет неровности глубиной около 10 мкм, известные как «бороздки». Однако покрытие S-HYBRID имеет двухслойную структуру покрытия. Роль верхнего слоя заключается в том, чтобы вначале быстро изнашиваться, чтобы сгладить поверхность юбки поршня. Это снижает трение поршня во всех рабочих условиях, при этом потери на трение [среднее эффективное давление трения (FMEP)] подтверждены на 14 % в условиях запуска двигателя.

Рис. 5. Поршень S-HYBRID с покрытием
Имеет двухслойную структуру покрытия. Роль верхнего слоя заключается в том, чтобы вначале быстро изнашиваться, чтобы сгладить поверхность юбки поршня.

Самый распространенный тип масляного насоса двигателя изменяет объем нагнетания в зависимости от вращения коленчатого вала. Однако гидравлическое давление, необходимое вспомогательным устройствам с гидравлическим приводом, сильно различается в зависимости от условий эксплуатации. По этой причине масляный насос переменной производительности с механизмом, самостоятельно разработанным Hitachi Automotive Systems, снижает трение с помощью системы по запросу, которая регулирует гидравлическое давление, снижая его до необходимого уровня.

Кроме того, с целью разработки технологии сжигания обедненной смеси, которая превосходит «Инновационную технологию сжигания» SIP, проводится предварительная разработка элементной технологии посредством совместных исследований с отечественными и зарубежными университетами и исследовательскими институтами.

Системы с низким уровнем выбросов (с низким содержанием твердых частиц)

В дополнение к ограничению выбросов CO ₂ неотложной задачей также является соблюдение правил выхлопных газов. В частности, для DIG важны контрмеры по количеству твердых частиц/твердых частиц (PN/PM). В ответ Hitachi Automotive Systems разрабатывает топливную систему DIG, которая снижает содержание твердых частиц в выхлопных газах.

PN/PM образуется в виде твердых частиц, когда топливо, которое не испаряется, прилипает к камере сгорания и когда топливно-воздушная смесь распределяется неравномерно. По этой причине компания Hitachi Automotive Systems использовала моделирование для анализа процесса, посредством которого топливная струя, впрыскиваемая из форсунки, и воздух, поступающий из впускного отверстия, образуют воздушно-топливную смесь внутри камеры сгорания, и разрабатывает метод управления впрыском топлива. что создает однородную топливно-воздушную смесь с низким налипанием топлива. Было обнаружено, что уменьшение количества топлива, прилипающего к наконечнику форсунки, очень эффективно для ограничения выбросов твердых частиц 9.0086 (5) .

Используя технологию контроля наконечника сопла форсунки и моделирования потока топлива внутри сопла, компания разработала технологию, которая снижает количество твердых частиц на 90% по сравнению с обычными системами (см. рис. 6).

Рис. 6. Технология анализа, поддерживающая системы с низким уровнем выбросов
Технология контроля наконечника форсунки и моделирования потока топлива внутри форсунки были использованы для разработки технологии, снижающей содержание твердых частиц.

Выводы

В этой статье описывается ход работ и разработок, направленных на повышение теплового КПД и снижение выбросов выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, чтобы соответствовать нормам выбросов 2025 CO ₂ , а также в контексте внезапной тенденции к электрификация транспортных средств.