Двигатель КАМАЗ стандарта Евро-5

Это обычная для ОАО «КАМАЗ» практика последнего времени – дать своему зарубежному партнеру техзадание и совместно с ним разрабатывать новый, необходимый для дальнейшего развития автозавода узел или агрегат. Так было с кабиной, разработанной инженерами-конструкторами НТЦ совместно с южнокорейской компанией DMEC. А если покопаться в истории, то что-то подобное было и в начале 70-х годов, в период строительства Камского автозавода, когда дизель для челнинских грузовиков разрабатывал Ярославский моторный завод. Сейчас, при создании нового поколения КАМАЗов, не менее важно получить современный двигатель, удовлетворяющий требованиям норм Евро-5, а в перспективе – и Евро-6.
Можно было бы купить лицензию и технологические сборочные линии, как это сделала с двигателем Renault Trucks DCi11 «Группа ГАЗ» для Ярославского моторного завода. Но там мотор был изначально уровня Евро-3, хотя и с возможностью доводки его до Евро-4. Кстати, на работы по адаптации ЯМЗ-650 к требованиям Евро-4 тоже пришлось затратить деньги. А еще – не так-то и много желающих продать свой мотор конкурентам, тогда «Группе ГАЗ» сильно повезло с оптимизацией производства в Volvo Group.
Другой вариант достаточно быстрого получения нового двигателя – создание совместного предприятия с одной из независимых моторостроительных компаний. Но руководство ОАО «КАМАЗ» знает о таком сотрудничестве лучше, чем любой другой отечественный производитель грузовиков – в конце 2000-х было создано четыре совместных предприятия, одно из которых «Камминс-КАМА» по производству дизелей Cummins ISBe. Наиболее востребована оказалась «шестерка» объемом 6,7 литра, мощностью от 185 до 300 л. с., теперь их выпускают в исполнении ­Евро-4, а в Европе эти моторы есть и ­Евро-5, и Евро-6.
Однако напомним, что в Челнах готовят к производству свои двигатели уровня Евро-5 – традиционные V-образные «восьмерки» КАМАЗ-740.735-400 и КАМАЗ-750.10-400. Казалось бы, зачем тратить деньги и время, разрабатывать рядный шестицилиндровый мотор – только ради того чтобы он был? Дело в том, что давние приверженцы V-образных дизелей для грузовиков Mercedes-Benz и Scania тоже неспроста планируют сворачивать производство этих двигателей в пользу рядных «шестерок». Это связано, в первую очередь, с особенностями компоновки двигателей уровня Евро-6 и выше на раме и под кабиной современных грузовиков. Для нейтрализации отработавших газов, для оптимизации настроек электронноуправляемых топливных систем дизелей будет недостаточно сочетания рециркуляции ОГ (EGR), впрыска водного раствора мочевины (SCR) и регенерируемого сажевого фильтра. Специалисты сходятся во мнении, что эти системы придется дополнять турбокомпаундом. Турбокомпаунд – это когда установлена еще одна турбина, которая через вязкостную муфту и понижающий редуктор дополнительно, причем даром, без затрат топлива, «подкручивает» коленвал. Дармовая мощность позволяет без особых проблем придушить двигатель в угоду экологии. В Европе турбокомпаунд на дизелях грузовиков первыми начали применять земляки-конкуренты Volvo и Scania, в несколько этапов: в середине 90-х, в середине 2000-х, а теперь и в период 2012-2014 годов. Обратите внимание – работали с турбокомпаундом задолго до того, как он стал сверхактуален, когда об уровне Евро-6 никто и не говорил. Несмотря на это, и шведы, и немцы из Daimler говорят, что очень сложно скомпоновать дополнительную громоздкую турбину с редуктором на блоке V-образного мотора, без увеличения ширины и высоты двигателя. А на рядной «шестерке» турбокомпаунд легко монтируется сбоку блока, рядом с маховиком.
Именно необходимость иметь свой перспективный рядный шестицилиндровый дизель заставила ОАО «КАМАЗ» тратить деньги на разработку нового мотора. При выборе партнера в первую очередь обратились к австрийской AVL List, но получался большой срок – пять лет. Из независимых производителей, способных разработать нужный двигатель, оставались американские Cummins, Caterpillar и германский Deutz. Но Liebherr обещал управиться за три года – видимо, сошлись и в цене.

Новая размерность

Компания Liebherr знаменита не только холодильниками и подъемными кранами, как думают многие, она производит и дизели, но это относительно молодой производитель – первые двигатели начали выпускать с 1984 года. Руководство компании пришло к выводу, что краны, экскаваторы и бульдозеры марки Liebherr лучше будет обеспечить своими же моторами. Кстати, к этому времени в Челнах уже восемь лет как выпускали V8 КАМАЗ-740.
В НТЦ особо подчеркивают, что тот мотор Liebherr, который нам показывают, просто взят за основу при разработке нового двигателя. Новый мотор «КАМАЗа» будут строить на основе 12-литрового Liebherr D946, который стоит на конвейере всего два года. Но опять-таки, эти моторы существуют только в промышленных версиях, то есть для строительной техники, а не для автомобилей. И одна из главных задач по адаптации этих моторов к челнинским грузовикам – уменьшение массы и габаритов. Настолько, насколько это возможно. Но и уменьшение массы – еще не все проблемы. О том, насколько сложна задача создания автомобильных версий современных дизелей из промышленных моторов, можно предположить глядя на шестицилиндровый 16-литровый дизель Cursor 16, разработанный компанией FPT Industrial, входящей в состав концерна FIAT Industrial. Этот мотор мощнее современного Volvo D16К Евро-6 на 25 л. с. – то есть у него 775 лошадей, он получил титул «Дизель 2014 года», но на прошедшей выставке в Ганновере IAA-2014 на стенде IVECO его даже не показали. Это при том, что двигатель соответствует экологическим стандартам Stage IV/Tier 4, на нем применена запатентованная технология избирательной каталитической нейтрализации Hi-eSCR, как на Cursor 13 Евро-6.
Конструктивно мотор Liebherr D946 сходен со многими рядными дизелями: у него чугунный блок, мокрые гильзы (это традиционно для любых дизелей Liebherr), распредвал находится в блоке, привод клапанов – штангами, шестерни ГРМ и насосов – со стороны маховика. Точный рабочий объем 11,95 литра, размерность 130х150 мм, то есть ОАО «КАМАЗ» отходит от привычного диаметра поршня 120 мм. При разработке техзадания мотор-прототип Liebherr D946 или будущий КАМАЗ-910.10 сравнивали с современными моторами крупнейших производителей. У них следующая размерность: Volvo D13 – 131×158; Scania DC13 – 130×160; MAN D2676 – 126×166; новейший Mercedes-Benz OM471, он же Detroit Diesel DD13 – 136×156, IVECO Cursor13 – 135×150 миллиметров. Почему так подробно говорим о размерности? Потому что часто приходится слышать мнения: современный 11-13 литровый дизель должен быть короткоходным. На самом деле и среди легковых дизелей даже «квадратных» моторов, а тем более с «коротким ходом» – по пальцам пересчитать. У больших дизелей для повышения механического КПД тем более выгодно уменьшать обороты максимальной мощности – короткоходность не нужна. У КАМАЗ-910.10.550 должен быть очень хороший показатель удельной литровой мощности – 33,75 кВт/литр и, что важно, удельный эффективный расход топлива – 183 ­г/кВт.ч.
Оказывается, компания Liebherr, так же как Scania, Mercedes-Benz, а раньше MAN , даже сейчас применяет раздельные головки блока. Раньше утверждалось, что у двигателей с раздельными головками уже при нормах Евро-5, из-за увеличения давления в цилиндрах, «поплывет» геометрия блока. Однако у Scania этого не произошло и на моторах Евро-6, поскольку силовой каркас блока изначально был рассчитан на давление в камере сгорания до 200 бар. У Liebherr головки чугунные, поэтому в отличие от алюминиевых здесь маловероятно возникновение термических трещин в зоне перемычки седел клапанов. Крепление головки надежное – шестью болтами, у мотора D946 четыре клапана на цилиндр. Главное достоинство раздельных головок давно известно перевозчикам – они удобнее в ремонте и надежнее, ведь не может же сразу пробить все шесть прокладок головки блока, наверняка только одну. Да и стоит прокладка значительно меньше, чем единая под общую головку. Раздельные головки дешевле в производстве, а для ОАО «КАМАЗ» – еще и лучше тем, что не надо серьезно перестраивать обрабатывающие линии со своих головок на «либхеровские». А совокупность таких «мелочей» неизбежно сказывается на конечной цене нового двигателя – она обещает быть демократичной. Важно, что есть возможность разместить в головках электрогидравлическое управление клапанами для компрессионного моторного тормоза, как это сделано у двигателей Mercedes-Benz с раздельными головками, на V-образных ОМ501/502 и рядной «шестерке» ОМ457.
Еще одна особенность современных двигателей, связанная с увеличением давления в цилиндрах и с приданием дополнительной жесткости блоку, а также с уменьшением шума и вибраций: обычно корпус крышек коренных подшипников выполнен в единой отливке. Такое конструктивное решение называют «рамой», или Bedplate. К блоку «рама» крепится не только силовыми шпильками, но и «мелкими» болтами по периметру этих двух деталей. При этом отказываются от поперечных болтов, традиционно крепящих коренные крышки у многих дизелей. Однако у Liebherr D946 ничего подобного нет. Возможно, позже у серийного КАМАЗ-910.10 первого-второго поколения появится и «рама» коренных подшипников, и общая для шести цилиндров головка… Возможно, единую головку блока оснастят и механизмом изменения фаз газораспределения. Кстати, большое внимание обращают на ремонтопригодность мотора: кроме «мокрых» гильз, удобных при ремонте, будут введены и ремонтные размеры шеек коленвала. Это при том, что вал может быть и практически «вечным» – азотированным, то есть с очень твердой поверхностью, но без «ремонтов», или поверхность шеек будет подвергаться двойному упрочнению ТВЧ – такой вал можно перешлифовывать. Вкладыши из свинцовистой бронзы будут с дополнительным антифрикционным износостойким слоем (PVD-покрытие), который нанесут ионно-вакуумным напылением. Причем такие подшипники скольжения изготовят на Димитровградском заводе на новом оборудовании – это предприятие недавно приобрела компания Federal Mogul.
На основе нового мотора КАМАЗ-910.10 будут созданы различные модификации по мощности: 380; 400; 450; 500 и 550 л. с. при 1900 об/мин, с моментом от 1700 до 2540 Н.м с хорошей «полкой» в диапазоне 1100-1400 оборотов. Отметим, что в Европе, а тем более в России, наиболее востребован мощностной диапазон 440-480 л. с. и на магистральных перевозках, и грузовиках строительного назначения, вплоть до четырехосников. Разные настройки мощности могут сказываться и на многих конструктивных особенностях нового мотора. Кроме наиболее распространенных полностью алюминиевых поршней будут и составные, со стальным жаропрочным днищем и алюминиевой юбкой, и самые современные, стальные поршни с полимерным покрытием юбки. Эти поршни тоже будут делать на СП «Федерал Могул-Набережные Челны», покрытие поршневых колец – хромоалмазное, износостойкое. Не мудрено, что ресурс до капремонта ожидается около 1 млн 500 тыс. км, а периодичность замены масла – через 150 тыс. км. Однако пока глядя на единственный полнопоточный масляный фильтр (без фильтра, работающего после перепускного клапана и без центрифуги) возникают сомнения в такой «долговечности» масла. Хотя есть большой водомасляный теплообменник для поддержания стабильной температуры и эксплуатационных свойств моторного масла, а еще будет закрытая вентиляция картера с центробежным маслоотделителем. Этот мотор уже не будет пыхтеть масляным паром через сапун.
Двигатель-прототип Liebherr D946 не похож на аккуратные и какие-то «выглаженные» автомобильные европейские дизели, ему «родня» угловатые тракторные (извините, промышленные) – большие Caterpillar или Cummins. Вместе с тем видно, что не стремились вытянуть мотор в длину: водяной насос в одном корпусе с термостатом установлен сбоку блока – примерно как на наших «Жигулях».
Топливная аппаратура – Common Rail, но разработки Liebherr. В зависимости от «природоохранительных» норм давление впрыска будет достигать 1500 бар и выше. Двигателисты «КАМАЗа», в соответствии с рекомендациями Bosch и на основе опыта Daimler, давно отдали предпочтение впрыску в ОГ водного раствора мочевины – системе SCR. Но это только не выше уровня Евро-5, а для Евро-6 уже приходится дополнять рециркуляцией отработавших газов, то есть системой EGR и скорее всего – еще и сажевым фильтром.

Технологические возможности «КАМАЗа»

Первая партия моторов планируется к выпуску во втором полугодии 2017 года. И это несмотря на кризис! Весьма напряженный план. Сразу же будут налаживать собственное производство важнейших деталей двигателя: литье, ковку, мехобработку. В дальнейшем планируется практически 100-процентная локализация двигателя КАМАЗ-910.10. Это в отличие от производимого в Набережных Челнах Cummins ISBe, который, похоже, никогда не станет полностью российским. В СП «Камминз-КАМА» говорят, что дешевле организовать массовое изготовление отдельных деталей на одном из зарубежных заводов Cummins, чем плодить мелкосерийное на каждом производстве. Потом, по мере необходимости, нужную деталь отвозят на сборочные конвейеры других заводов компании.
Если проводить дальнейшие параллели в производстве моторов Cummins ISBe и перспективного Liebherr D946, важно отметить, что отливку блока цилиндров и головки «шестерки» Cummins освоили именно на предприятиях ОАО «КАМАЗ». Однако пока отливка блока все же импортная – в Челнах его только обрабатывают. Зато литье головки уже больше «камазовское», чем бразильское, но обработка – полностью местная, выполняется на моторном производстве «КАМАЗа». То есть готовую головку потом продают СП «Камминз КАМА». По такой же схеме выпускают маховик: литье и обработка «камазовские», импортный только венец. С 2011 года на «КАМАЗе» отливают и обрабатывают коленвал для Cummins ISBe. А из последних новостей: в Челнах теперь наладили выпуск коленвалов для ярославских дизелей ЯМЗ-536, то есть для конкурента – «Группы ГАЗ». А кроме того, надо помнить, что традиционные «камазовские» моторы ОАО «КАМАЗ» ведь делает само, и его технологические возможности только растут. Так что не надо сомневаться в том, что в Челнах будет освоено производство моторов КАМАЗ-910.10.

Информация

• Один из примеров работы Liebherr как инжиниринговой компании, причем при работе «на сторону», – созданный в середине 2000-х годов, совместно с MAN, специально к премьере нового MAN TGX, двигатель V8 объемом 16,16 литра. Но Liebherr делает свой двигатель – D9508, а MAN – свой, на основе общей для них отливки блока. По существующей у MAN маркировке он был назван D2868. При ходе поршня 157 мм диаметр цилиндра равен 128 миллиметрам. Поршни – полностью стальные, с нанесенным на юбку особым полимером и персональным каналом для подачи масла, охлаждающего поршень. Для D2868 была разработана новая, более жесткая раздельная четырехклапанная головка, унифицированная для всех цилиндров. Двигатель V8 D2868 по многим разработкам унифицирован с рядными дизелями MAN серий D20 и D26, но не по узлам и агрегатам. Была применена раздельная циркуляция охлаждающей жидкости и масла по блоку и головке цилиндров. В них прокладка уплотняет только газовый стык, и если она прогорит, «вода» не пойдет в поддон и масло не попадет в «воду». Но то, что достаточно просто осуществить при общей для всех цилиндров головке, гораздо сложнее сделать с раздельными. Однако немцам удалось сделать раздельную циркуляцию и на этой «восьмерке». Впервые в истории MAN применили единую отливку крышек коренных подшипников. Под повышенные нагрузки, испытываемые блоком столь мощного двигателя, пришлось подбирать высокопрочный чугун, проводить серьезные прочностные расчеты. Тогда мощность была просто выдающаяся: 680 л. с., у Volvo и Scania их 16-литровые моторы 730 и 750 л. с. появились позже. Крутящий момент на V8 D2868 составлял 2700 или 3000 Н.м. А пару лет назад на основе этого мотора появился V12 MAN D2842 объемом 24,24 литра, мощностью в диапазоне от 1200 до 1800 л. с.
• Разработка и производство двигателей Liebherr осуществляются на заводе Liebherr Machines Bulle SA («Либхерр Машинс Бюль СА») в Швейцарии. На сегодняшний день линейка двигателей Liebherr охватывает рядные и V-образные модели мощностью до 1047 л. с. и крутящим моментом до 4500 Нм.
• Один из первых моторов у Liebherr – семейство D904/D906. У «четверки» был объем 5,6 литра при поршне диаметром 115 мм, а у «шестерки» – 8,4 литра. Моторы были и атмосферные, и с турбонаддувом. Диапазон мощности: от 82 до 200 лошадиных сил. На серии D924/D926 диаметр поршня увеличили до 122 мм, объем вырос до 6,64 и до 9,96 литра, но эти моторы были уже только с наддувом и интеркулером, поэтому стали ощутимо мощнее. Хотя они были с двумя клапанами на цилиндр, диапазон мощности составлял: у D924 от 90 до 218 л. с., а у D926 – 218; 241; 286 и вплоть до 326 л. с. Понятно, что тогда дизели были с механическими ТНВД. Эти моторы выпускали с 1992 года, более 15 лет. Судя по объявлениям в Интернете, сейчас есть в продаже б/у моторы 2005 года выпуска. С 1992 года выпускают и V-образные моторы Liebherr – D9406 и D9408, соответственно «шестерку» и «восьмерку». Здесь диаметр поршневой 135 мм, объем 12,88 и 17,18 литра. У D9406 диапазон мощности от 326 до 449 л. с., а у D9408 – от 449 до 598 лошадиных сил. В качестве замены этим моторам с 2002 года выпускается V8 D9400 TI-E, но размерность и объем сохранили прежними, мощность тоже не изменилась.
  Более современные рядные двигатели были поставлены на конвейер в середине 2000-х: серия D936/D934, соответственно, «шестерка» 10,5 литра и 7-литровая «четверка» размерностью 122х150 мм. Ясное дело, к этим моторам у ОАО «КАМАЗ» интереса быть не должно: к «четверке» – потому что, несмотря на мощность 270-300 л. с., она переразмерена для грузовика, а у «шестерки» D936 с ее 410 силами объем, наоборот, мал. Зато к мотору Liebherr V8 нового поколения проявили интерес в команде «КАМАЗ-Мастер». Уже два сезона на «дакаровских» КАМАЗах вместо форсированных версий «восьмерок» ­ЯМЗ-840 стоят моторы Liebherr D9508 A7, то есть если не аналог MAN V8 D2868, то дизель очень близкий к нему. У спортивного КАМАЗа «восьмерка» Liebherr обеспечивает разгон до 100 км/ч всего за 10 секунд. Мощность этого мотора не указывают, но у промышленных и судовых MAN в легких режимах эксплуатации с этого дизеля снимают до 1200 л. с., а при средних режимах – до 800 «лошадей».