Разработки дизельных двигателей Евро-4 Евро-5 в России

· Топливная экономичность процессов: есть ли разница в потреблении топлива при разных решениях

Предлагается сравнить технические параметры конкурирующих двигателей уровня Euro 4 с одинаковыми мощностными показателями – 420 л.с., практически одинаковым ресурсом двигателей – 800 … 1000 тыс. км, но имеющих разные варианты систем нейтрализации и обработки отработавших газов.

Минимальный удельный расход топлива по внешней характеристике:

ЯМЗ-650 – 142 г/(л.с..ч) с EGR;

КамАЗ-740.73-400 – 143…...145 г/(л.с..ч) с SCR.

(По отзывам специалистов Daimler AG и MAN, у современного двигателя с EGR расход выше на 3…4% по сравнению с двигателем SCR. Однако корректно сравнивать разные двигатели трудно, и практически невозможно доказать, что разница в расходах вызвана именно применением технологий EGR и SCR – Прим. ред.)

· Разработки двигателей с EGR в Группе ГАЗ

Разработка конструкции семейства средних рядных дизельных двигателей ЯМЗ-530 в 6- и 4-цилиндровом исполнении мощностью 100...315 л.с. и рабочим объемом 1,1 л на цилиндр велась совместно с фирмой AVL (Австрия) сразу с учетом экологического уровня Euro 4 и Euro 5, поэтому в их конструкции заложены решения по использованию системы EGR (внешняя охлаждаемая система рециркуляции отработавших газов для двигателей Euro 4). Все последующие работы по отработке конструкции двигателя проводили только с этой системой.

Семейство средних рядных двигателей ЯМЗ-530 в 6- и 4-цилиндровом исполнении будут выпускать в Ярославле. Пуск конвейера по их массовому производству намечен в IV квартале этого года. Тяжелые и средние рядные дизельные двигатели решено производить на базе ярославского ОАО «Автодизель» (ЯМЗ).

Семейство тяжелых рядных двигателей получило обозначение ЯМЗ-650 и создавалось на базе двигателя DCi11 по лицензии фирмы Renault Trucks. Этот дизель с экологическими показателями Euro 3 выпускался фирмой Renault Trucks c 2000 г. и применялся на широко известных моделях автомобилей Premium и Kerax полной массой от 18 до 44 т. Двигатель имеет несколько исполнений разной мощности – 265, 310, 362 и 412 л.с., что позволяет применять его на автомобилях разного назначения – развозных грузовиках, магистральных тягачах, самосвалах, специальной технике, в том числе повышенной проходимости. (Лицензия касается только двух двигателей: мощностью 362 и 412 л.с. – Прим. ред.)

При разработке двигателя фирма Renault Trucks применила ряд перспективных конструктивных решений, обеспечивающих высокие технические характеристики и надежность двигателя:

· аккумуляторная топливоподающая система типа Common Rail с электронным управлением;

· общая головка цилиндров с 4 клапанами на цилиндр и центрально расположенной форсункой;

· составной поршень с масляным охлаждением;

· для повышения ресурса блока цилиндров и снижения шума двигателя на нижней плоскости блока установлена плита-бандаж, применен литой масляный картер вместо тонкостенного штампованного, применявшегося ранее.

Серийное производство двигателей Euro 3 начато в филиале ОАО «Автодизель» в г. Тутаеве в 2007 г., их поставляют в настоящее время для использования в составе дорожной техники производства РУМ «МАЗ» (Белоруссия) и АЗ «Урал» (г. Миасс).

Доработка двигателя ЯМЗ-650, которая проводится совместно с фирмой Ricardo (Великобритания) по подтверждению получения «экологической» версии Euro 4, в стадии завершения. Разработаны и изготовлены опытные образцы таких двигателей Euro 4. В августе 2008 г. началась установка первых двух двигателей ЯМЗ-651 (Euro 4) на автомобили МАЗ.

При доработке двигателей ЯМЗ-650 в версии Euro 4 использованы система топливоподачи Common Rail с новым электронным блоком управления и система нейтрализации отработавших газов EGR с сажевым фильтром.

· Основные особенности семейства ЯМЗ-530

Это семейство двигателей рабочим объемом 1,0...1,2 л/цил. в 4-цилиндровом (ЯМЗ-534) и 6-цилиндровом исполнении (ЯМЗ-536) в диапазоне мощностей 125...315 л.с., соответствующих экологическим стандартам Euro 4 (на стадии разработки) и в перспективе Euro 5. Топливная аппаратура Common Rail с электронным управлением обеспечивает давление впрыска топлива 1800 кгс/см2 и выше. Для двигателей Euro 4 система рециркуляции отработавших газов внешняя охлаждаемая.

Базовые детали двигателей рассчитаны на давление в камере сгорания 210 бар. Двигатели унифицированы для различной автотракторной, сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники. Присоединительные размеры маховика и картера маховика выполнены по стандартам SAE, что позволяет комплектовать двигатели сцеплениями и коробками передач ведущих зарубежных производителей (ZF, Eaton и др.), в том числе автоматическими КП для автобусных версий.

Начиная с осени 2008 г. ярославский «Автодизель» начал поставку опытных образцов двигателей второй генерации, максимально приближенной к серийному двигателю, для испытаний и компоновки на заводы – производители машин. Производство двигателей начнется с IV квартала 2009 г. сразу в «экологической» версии Euro 4.

· Возможность связать традиционные V-образные двигатели и технологию

Специалисты дивизиона «Силовые агрегаты» Группы ГАЗ, проанализировав существующий модельный ряд завода «Автодизель» и мировой опыт моторостроения, пришли к выводу: необходимо отказаться от доработки V-образных двигателей. Дальнейшее совершенствование двигателей семейства ЯМЗ-236/ 238, их доводка до требований экологических норм Euro 4 и выше требуют серьезных конструктивных изменений и значительных инвестиций в организацию производства. При этом невозможно достичь мирового уровня по массогабаритным показателям двигателей для автомобильной техники (масса 8-цилиндровых двигателей ЯМЗ почти на 500 кг выше, чем рядных зарубежных аналогов той же мощности). Имеются весьма ограниченные возможности по увеличению мощностных показателей двигателей по условиям прочности основных деталей. Все это связано с конструктивными особенностями V-образной схемы расположения цилиндров.

Тем не менее отечественные разработчики не полностью отказались от этой идеи. В качестве примера возьмем конструкции V-образных транспортных двигателей Группы компаний «КАМАЗ», создание и производство которых проводилось по двум направлениям:

· на базе традиционной топливной аппаратуры с электронным регулятором с максимальной унификацией основных деталей двигателей уровня Euro 2 и Euro 3;

· на базе перспективных типов топливной аппаратуры с электронным управлением.

В настоящее время НТЦ КАМАЗ разработаны, прошли сертификационные испытания и выпускаются двигатели Euro 3 моделей 740.63-400, 740.60-360, 740.61-320 и 740.62-280 с традиционной топливной аппаратурой с электронным регулятором разработки ОАО «ЯЗДА» и фирмы Bosch.

Специалисты НТЦ КАМАЗ разработали перспективное семейство двигателей Euro 3 с системой топливоподачи типа Common Rail, применение которой позволило расширить мощностнoй диапазон двигателей до 420 л.с. и снизить эксплуатационный расход топлива автомобилей. В июле 2008 г. завершены сертификационные испытания этих двигателей. На базе двигателей уровня Euro 3 с системой топливоподачи Common Rail и электронной системой управления продолжаются работы по развитию двигателей до уровня Euro 4 с использованием вариантов систем обработки отработавших газов типа SCR.

ОАО «КАМАЗ» для двигателей уровня Euro 4 выбрало технологию SCR на основе компонентов системы Denoxtronic-2 фирмы Bosch. Фирма Bosch выбрана на основании положительного опыта сотрудничества при производстве двигателей с топливной аппаратурой Common Rail, где фирма является изготовителем и поставщиком полнокомплектной топливоподающей системы с электронным управлением.

Работы по выбору комплектации и согласованию конструкторской документации системы Denoxtronic-2 для автомобилей КАМАЗ завершены в 2006 г., а в первом полугодии 2007 г. были изготовлены образцы для проведения моторных и в составе автомобиля испытаний.

Заявленный уровень технических характеристик двигателей Euro 4:

· минимальный удельный расход топлива 143…145 г/(л.с.∙ч);

· расход масла на угар не более 0,06% от расхода топлива;

· ресурс не менее 1 млн. км пробега автомобиля.

Завершение полного цикла НИОКР по семействам двигателей КАМАЗ Euro 4 и выдача конструкторской документации на технологическую подготовку производства были запланированы на ноябрь 2008 г.

Если разработка двигателя уровня Euro 4 проводится путем модернизации существующих базовых моделей, то для решения задачи по выполнению норм Euro 5 сделан выбор в пользу разработки и освоения двигателей новой конструкции. Результатом совместных работ ОАО «КАМАЗ» с ведущими инжиниринговыми компаниями стало создание перспективного семейства двигателей V6 и V8 уровня Euro 5, охватывающих диапазон мощности от 280 до 500 л.с., однако потребовалась кардинальная переработка конструкции двигателя, а именно:

· чугунная единая головка на каждый полублок вместо алюминиевых, раздельных на каждый цилиндр;

· нижние опоры коренных подшипников коленчатого вала объединены в единый блок;

· увеличенные диаметры коренных и шатунных шеек коленчатого вала;

· меньшее количество деталей двигателя за счет объединения головок и коренных опор;

· топливная аппаратура с давлением впрыска 2200 бар.

Не меньшей популярностью, как у гражданского населения, так и у военных пользуются автомобили УАЗ. «Заволжский моторный завод» построил дизельный двигатель — ЗМЗ-51432, соответствующий экологическим требованиям Евро-4. На данный момент агрегат, уже прошедший квалификационные испытания на подтверждение заявленных характеристик, отправлен на УАЗ для отработки технологии сборки автомобилей с таким мотором. Ожидается, что в ближайшем будущем новый ЗМЗна тяжелом топливе появится на всех моделях Ульяновского завода.

Новый мотор построен на базе агрегата ЗМЗ-514 (Евро-3), которым оснащаются внедорожники UAZ Hunter и так называемые буханки, выпускаемые по заказу Министерства обороны. В дизеле Евро-4используется более ста оригинальных деталей, включая головку блока цилиндров, поршневую группу, топливную аппаратуру, турбину, вакуумный насос, клапан рециркуляции и охладитель рециркулируемых газов.

Объем двигателя ЗМЗ-51432 составляет 2,2 литра, а его мощность возросла с 97 до 114 лошадиных сил. Максимальный крутящий момент увеличился с 235 до 275 Нм (при 1800 оборотов в минуту).

Отметим, что сейчас для внедорожника UAZ Patriot используется дизельный двигатель Iveco объемом 2,3 литра и мощностью 116 лошадиных сил (270 Нм).

· Технические решения для достижения дизелями экологических норм в России

Нормы Euro 2 достигнуты за счет использования «классической» топливоподающей аппаратуры на базе «блочных» топливных насосов.

В связи с короткими сроками внедрения и действия экологических норм Euro 3 Группа ГАЗ, как и большинство двигателестроителей и производителей автомобильной техники, пошла по пути обеспечения норм с минимальными затратами на подготовку производства за счет применения традиционной топливоподающей аппаратуры, но с электронным регулятором частоты вращения двигателя.

Переход к выполнению норм Euro 4 потребует применения как топливоподающей аппаратуры нового типа (Common Rail), так и применения рециркуляции отработавших газов в сочетании с сажевым фильтром (технология, выбранная Группой ГАЗ).

Применение системы селективной каталитической нейтрализации NOx в России в настоящее время проблематично из-за технических свойств этой системы (рабочая жидкость замерзает при температурах ниже –11 °С) и отсутствия сети заправок. Однако переход на Euro 5, возможно, в некоторых случаях потребует создания такой сети (технология, выбранная КАМАЗом).

Реагент AdBlue (мочевина) действительно замерзает при температурах ниже –1,5 °С, однако применяемые в европейских автомобилях системы подогрева бака с мочевиной позволяют обеспечить работоспособность системы SCR до –25…–30 °С. Мощность системы подогрева можно увеличить еще больше. Однако, по данным специалистов Daimler AG и Volvo Trucks, из-за физики процесса сгорания при температурах примерно –20…–25 °С уровень NOx в ОГ снижается настолько, что дополнительной нейтрализации NOx раствором AdBlue не требуется, поэтому не требуется и подогревать мочевину.

Заключение.

Переход к стандартам топлива «Евро» 2,3 и 4 обеспечит не только долговечность двигателя машины, но и окажет положительное влияние на состояние окружающей среды. Следствием этого должно стать уменьшение числа различных заболеваний и увеличение продолжительности жизни населения. Естественно, что при использовании данного топлива не полностью исключаются вредные выхлопы, но существенно уменьшается их количество и вредность!