Грузовики Scania CNG

Мировая тенденция последних десяти лет – автомобили с газобаллоным оборудованием. Сегодня ни одна международная выставка автотранспортной тематики не обходится без таких автомобилей, в том числе и коммерческих. И они есть практически у каждой фирмы. А самым перспективным газомоторным топливом считают природный метан, в первую очередь из-за того, что в Европе отслеживают уменьшение выбросов CO2 при сгорании топлива. Ведь повышенное содержание углекислого газа в атмосфере считают одной из причин возникновения на планете парникового эффекта. Автопроизводители обязательно рассказывают, сколько при среднем годовом пробеге автобус или грузовик сэкономит литров виртуального дизтоплива и на сколько тонн сократится выброс CO2. Исследования показали, что меньше всего содержание CO2 в ОГ при сгорании природного газа, несколько больше – пропан-бутана. Но метан можно получить из биогаза, фактически из бытовых отходов – а это возобновляемое топливо! Вторая причина популярности метана – его низкая цена как по отношению к бензину или солярке, так и по отношению к другому газомоторному топливу. Автомобиль на природном газе не только экологичнее дизельного – он еще на 15% дешевле в обслуживании и эксплуатации.
В России первым заказчиком газобаллонных (CNG) Scania стала компания «Рулог», российское подразделение HAVI Logistics, глобального логистического оператора сети McDonalds. И акцент делали вовсе не на дешевизне метана, а на экологии – как говорят, такова политика компании, вне зависимости от региона деятельности. Сегодня особенно отрадно видеть такую заботу о России со стороны американского холдинга. Пока в РФ сертифицированы и поставляются газобаллонные развозные трехосные грузовики Scania двух вариантов исполнения: P280 6x2HNB и P340 6x2HNB полной массой 26,5 тонны, а также седельные тягачи P340 LA4x2MNA полной массой 19 тонн. Первые несколько автомобилей уже эксплуатируются в Московской области.

Общая проблема

У разных газобаллонных автомобилей разных производителей есть одна общая проблема – оптимальное размещение баллонов. Но на грузовике она решается достаточно просто: места на раме здесь достаточно. И на развозных Scania, и на седельных тягачах применены одинаковые резервуары под сжатый метан: стальные баллоны производства итальянской компании BRC, 8 штук по 103 л, суммарно 824 литра. Из компоновочных соображений они поделены на две «батареи» и расположены по обеим сторонам рамы, словно два бака под солярку. Такой набор тяжелее композитных (стеклопластиковых) баллонов на 200 кг, но, что важно, они дешевле. Запас хода при применении стальных баллонов составляет от 400 до 600 километров, однако эта цифра в большей степени относится к развозным Scania, причем эксплуатируемым без прицепа. Есть вариант и с композитными баллонами – их тоже 8, но объем каждого меньше – всего 80 литров, из-за более толстых стенок. Каждая секция может быть или с металлическим кожухом, или без него. Кожух не столько защищает баллоны от повреждений (что с ними случится – они же толстостенные!), сколько уменьшает загрязнение трубок, клапанов и прочей газовой арматуры. У каждого баллона можно перекрыть расходный вентиль – это удобно при ремонте или ТО автомобиля. И есть общий магистральный вентиль – с него начинается и им заканчивается рабочий день водителя такого грузовика. С учетом российской специфики эксплуатации газобаллонных автомобилей применяются два разных заправочных вентиля: один европейский NGV1, другой – как во времена СССР. Так сделано на всякий случай, чтобы грузовик не остался без топлива из-за особенностей технологического оснащения какой-либо АГНКС. Здесь есть комбинированный блок подготовки газа: он проходит через фильтр и регулятор давления. При полностью заполненных емкостях давление составляет от 200 до 240 кг/см2 (от 200 бар), но, пройдя через понижающий редуктор, газ поступает к двигателю уже под давлением около 10 атмосфер. Рядом с редуктором имеется датчик, контролирующий давление газа. Поэтому контроль за количеством заправленного или израсходованного газа осуществляется с комбинации приборов, а не с какого-то хитрого манометра, прикрученного к раме, как делалось раньше на «метановых» грузовиках. В регуляторе давления газ очень сильно охлаждается, поэтому для подогрева к редуктору подается охлаждающая жидкость из мотора.

С циклом Николауса Отто

Самый «маленький» современный дизель у Scania – DC9, рядная «пятерка» объемом 9,3 литра. В основном их устанавливают на двухосные грузовики Scania Distribution, а кроме того – на городские автобусы Scania OmniLink. Как ни странно, но именно этот двигатель конвертирован для газобаллонных грузовиков. Хотя говорят, что позже будет применяться и более мощный двигатель, объемом 13 литров. Но и с такого небольшого объема снимают вполне приличную мощность и момент. У мотора Scania OC09 (так называется газовая версия) здесь две настройки: 280 л. с. при 1900 об/мин и 1350 Н.м при 1100-1400 об/мин, а также 340 л. с. и 1600 Н.м на тех же режимах. Напомним, у DC9 Евро-3 и Евро-4 изначально было 230; 270 и 310 л. с., диапазон момента – от 1050 до 1550 Н.м. Позже, с Евро-5, взамен трех прежних появились две новые настройки: 280 и 320 л. с. Обратите внимание, несмотря на применение вместо солярки с ее хорошей теплотворностью «тощего» метана, мотор не потерял мощности! В этом велика заслуга схемы ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр, интеркулера и турбины.
Двигатели DC9С стоят на конвейере моторного производства в Седертелье с 2005 года. И во многом оказались революционными для Scania: впервые шведы сделали рядный пятицилиндровый двигатель и впервые применили топливную систему Common Rail. Еще одна редкая особенность DC9: в нижней части блока цилиндров установлены два уравновешивающих балансирных вала. В современной истории двигателестроения, из того что знакомо нашим автомобилистам, есть два мотора с уравновешивающими валами: четырехцилиндровый дизель Mitsubishi 4D50 рабочим объемом 4,9 литра, который стоит на Mitsubishi Fuso Canter, собираемом теперь в Набережных Челнах, да двухцилиндровый мотор нашей «Оки». Эти примеры – для понимания, насколько эффективны балансирные валы. То есть специалисты Scania могут сделать и трехцилиндровый дизель с балансирными валами, и он при этом будет работать с меньшими вибрациями, чем классическая рядная «шестерка». Если бы не эти отличия, мотор DC9 являлся бы близнецом известного шестицилиндрового дизеля Scania DC11, а так – стал «младшим братом». Конструктивно все рядные моторы «скамеек» сходны: у них чугунный блок, мокрые гильзы, распредвал в блоке, коромысла со штангами, привод ГРМ со стороны маховика. До появления 12-литровых моторов, а затем 13-литровых на всех дизелях Scania, вплоть до 16-литровой V-образной «восьмерки», применялась поршневая группа единой размерности, диаметром 127 мм, и во многом унифицированные между собой четырехклапанные раздельные головки. Потом диаметр увеличили до 130 мм. Это один из примеров модульного подхода к конструкции грузовиков Scania.
Газовую версию мотора Scania DC9 полностью перевели на цикл Отто: у него есть свечи и катушки зажигания, даже дроссельная заслонка. Степень сжатия не 16-17 единиц, как обычно на дизеле с турбонаддувом, а всего 12,6. Для этого изменили поршни и сравнительно немного – головки блока цилиндров. Напомним, у метана или пропан-бутана октановое число выше 100, то есть степень сжатия нужна даже большая, чем под 98-й бензин. Свеча зажигания – Denso SK20R5-G, с резьбой М14х1,25 и шестигранником на 20,8 мм. Фактически это обычная свеча А-17 от «Жигулей», но если нет «оригинала», лучше ставить более «холодную» «москвичевскую» А-20. Это в смысле – их аналоги. Мировая тенденция еще с начала 90-х годов – применение индивидуальных катушек зажигания для каждого цилиндра, отсутствие высоковольтного распределителя-«бегунка» и крышки. Все это идет на пользу и газовому двигателю Scania OC09. При степени сжатия 10-13 единиц у любого «бензинового» мотора растет давление внутри камеры сгорания и температура воспламенения смеси, увеличивается сопротивление искрового промежутка. У раздельных катушек меньше потери, выше мощность искры. Электронное управление зажиганием и подача газа в двигатель схожи с современными системами обычного бензинового мотора. Этим «командуют» два отдельных блока управления, которые взаимодействуют друг с другом. Количество подаваемого газа зависит от количества воздуха, требуемого двигателю в данный момент. Есть лямбда-датчик, поэтому смесь стехиометрическая, наиболее экономичная. Из выхлопной трубы не видно не то что сажи – нет даже дыма! Ни на холодном, ни на прогретом моторе, ни на холостом ходу, ни под нагрузкой. Обычно для России газовый двигатель декларируется как соответствующий нормам Евро-4. На самом деле он еще чище, в Европе газовым моторам присваивают индекс ­Евро-5 и EEV. А у Scania OC09 заявленный экологический уровень вообще ­Евро-6. Есть датчик детонации, поэтому если с механической коробкой промахнуться с передачей и пустить грузовик внатяг – «звона» не слышно. Обычно, чтобы метановый грузовик «нормально ехал», его мотор в сравнении с дизелем приходится «крутить» по оборотам. Повторимся: здесь обороты максимальной мощности и момента, как ни удивительно, остались практически прежними, как на солярке. Газовый двигатель и работает совсем по-другому: мягче и без вибраций. И что особенно важно – газовое оборудование жизнеспособно при морозах до 40 градусов!
Из других оригинальных деталей газового двигателя Scania – впускной коллектор. Именно в нем на стыке с головками установлены газовые форсунки с электронным управлением. На каждый впускной клапан приходится по форсунке, в каждой головке их получается две. Итого 10 форсунок. Мотор Scania OC09 конвертирован из дизеля максимальной взаимозаменяемости, поэтому его унификация с дизельным двигателем составляет около 70%. С одной стороны, благодаря этому нет проблем с поставками запчастей. С другой – напомним, у газового двигателя меньше нагрузки на кривошипно-шатунный механизм, а у Scania OC09 сохранены диаметры шатунных и коренных шеек. В результате у мотора должны быть долговечными все поверхности трения. У газовых моторов в сравнении с дизелями, и тем более с бензиновыми двигателями, в значительно меньшей степени изнашивается цилиндро-поршневая группа: газ не смывает масляную пленку со стенок цилиндра. Убить поршневую на газовом двигателе может только дырявый воздушный фильтр. Моторное масло тоже служит дольше – 45 тыс. км. Важный момент: масло менее интенсивно темнеет, но контролировать только по этому показателю необходимость замены не стоит, так как не отследить, что масло теряет вязкость и вырабатываются присадки.