Шесть в ряд: подробности о новом двигателе Камаз Р6
Портал «Колёса.ру» уже рассказывал о том, что в ПАО «Камаз» перешёл в стадию подготовки производства новый силовой агрегат для российского грузовика. Называли даже его основные характеристики. Это всё здорово, но давайте посмотрим, а зачем вообще Камазу понадобился новый мотор и как его будут делать на заводе двигателей этого предприятия.
V8 и R6: кто кого?
Начнём с небольшой справки и расскажем, какие моторы сейчас устанавливают на челнинские грузовики и почему.
В Камазах можно встретить три агрегата: «родной» дизель 740-й серии, а также моторы Daimler OM 457 и Cummins. 740-е моторы – единственные в линейке, имеющие восемь цилиндров.
Импортные моторы – рядные «шестёрки», как и будущий новый Р6. Такие двигатели сейчас наиболее популярны в мире грузовой техники. А ведь когда-то и 740-й мотор был вполне передовым агрегатом! Давайте вспомним его историю.
В 1967 году на московском заводе имени Лихачёва приступили к разработке семейства грузовиков ЗиЛ-170 с колёсной формулой 6х4. В 1969 году первый образец был готов, и его производство передали новому заводу в Набережных Челнах, который в это время ещё находился на этапе строительства.
В 1976 году с конвейера нового предприятия сошёл Камаз-5320, который по сути и был тем самым 170-м ЗиЛом. Силовым агрегатом тогда был ярославский ЯМЗ объёмом 11,5 л, который выдавал от 180 до 210 л. с. Выпуск этих дизелей был налажен на «Камазе» ещё в 1975 году, и отсюда берёт начало агрегат 740-й серии. Чем же был хорош этот мотор?
Во-первых, дизель Камаза – первый из советских двигателей, получивший закрытую систему охлаждения, в которой должен был использоваться тосол, а не вода. Привод крыльчатки охлаждения радиатора получил гидромуфту, а вся система – термостат. Были в этом моторе и другие технологические новинки (полнопоточная система фильтрации масла с центрифугой, азотированный коленвал, съёмные направляющие втулки из металлокерамики для клапанов и пр.), но с тех пор прошло сорок лет.
Само собой, за эти десятилетия мотор неоднократно модифицировался, но ничего нельзя переделывать бесконечно: когда-то всё равно придётся изобретать что-то принципиально новое. Тем более что форсировать старый мотор стало уже просто дорого и оттого ещё более бессмысленно. Прибавьте сюда жёсткие нормы Евро-5, «прокрустово ложе», слишком тесное для старого V8. Одним словом, необходимость создавать новый двигатель появилась уже давно.
В мире очень много хороших рядных «шестёрок». Можно, конечно, придумать ещё один мотор – на «Камазе» умеют и любят изобретать что-нибудь эдакое – но это было бы неоправданно долго и дорого. В современном автомобильном производстве уже давно сложились несколько иные тенденции, поэтому базу для нового мотора решили поискать среди других производителей, с которыми у предприятия налажены давние партнёрские отношения.
Почему Р6 и причём тут Liebherr?
Я уже говорил, что новый мотор Камаза должен обязательно соответствовать Евро-5, а перспективе – и Евро-6. Двигателю V8 тяжело уложиться в эти нормы в принципе: с ним очень плохо «уживается» устройство со сложным и страшным названием турбокомпаунд. Что это за зверь такой?
В среднестатистическом дизеле с отработавшими газами в никуда вылетает около 30-40% тепловой энергии, которую очень хочется как-то заставить работать. Впервые этот фокус частично удался у компании Scania, которая в 1961 году установила на один из своих двигателей турбокомпрессор. Устройство знакомо большинству автолюбителей: если очень коротко, то оно при помощи отработавших газов нагнетает дополнительный воздух в камеру сгорания. Неплохо, но недостаточно. И тогда придумали турбокомпаунд.
Его задача несколько иная: он через гидромуфту и понижающий редуктор передаёт энергию газов непосредственно на коленвал. Он, можно сказать, берёт механическую энергию из ниоткуда и отдаёт её напрямую на вал. Это – если объяснять в двух словах, на деле всё гораздо сложнее и интереснее, но углубляться в теорию двигателестроения и особенности режимов работы мотора под нагрузкой и без неё мы не будем. Просто примем тот факт, что штука эта очень полезная и эффективная, с её помощью можно значительно повысить КПД двигателя, а главное – уложиться в строгие экологические нормы, причём не только настоящие, но и будущие.
Турбокомпаунд стоит на многих грузовиках, в первую очередь, конечно, на Сканиях, но есть, например, и на Вольво. На сегодня мнение о необходимости установки турбокомпаундного блока на ДВС грузовой технике почти однозначное: ставить надо. Только вот на V8 с его крайне сложной системой выпуска установка турбокомпаунда оказывается тяжёлым и бесполезным занятием. Во-первых, получится дорого, а во-вторых, турбокомпаунд увеличит и без того значительные габариты мотора. Другое дело рядная компоновка: тут с установкой чудо-устройства всё гораздо проще.
Почему рядные 6-цилиндровые двигатели надёжнее всех остальных
За более чем 100-летнюю историю развития автомобильной промышленности двигатели эволюционировали ничуть не меньше, чем сами автомобили и превратились из маломощных 1-цилиндровых агрегатов в сверхмощные многоцилиндровые с разным расположением цилиндров.
Современные легковые автомобили оснащаются различными по объёму как рядными, так и V-образными и даже W-образными двигателями, а количество цилиндров в них может достигать 16-ти, например двигатели автомобилей Bugatti Veyron и Bugatti Chiron.
Однако, если заглянуть в историю, то можно неоднократно убедиться, что самыми надёжными двигателями, способными без проблем преодолеть 500 000 и более километров пробега, всегда были рядные 6-цилиндровые.
Ярким доказательством этому являются легендарные двигатели Nissan серии RB25, Toyota серии 2JZ, Mercedes-Benz серии M104 и BMW серии M50.
Так в чём же преимущество рядных 6-цилиндровых двигателей и почему они настолько надёжны?
Во-первых, в отличие от V-образных и тем более W-образных двигателей, конструкция рядных двигателей, в том числе 6-цилиндровых, более проста, а чем проще механизм, тем он надёжнее и долговечнее.
Во-вторых, рядные 6-цилиндровые двигатели на много дешевле в ремонте и техническом обслуживании, чем аналогичные по объёму, мощности и количеству цилиндров V-образные двигатели.
В-третьих, рядные 6-цилиндровые двигатели наиболее сбалансированые, чем V-образные двигатели с таким же количеством цилиндров, благодаря чему нагрузка на детали двигателя меньше, а их ресурс соответственно больше.
В-четвёртых, в отличие от рядных двигателей с меньшим количеством цилиндров, рядные 6-цилинровые двигатели обладают достаточно большой мощностью, в связи с чем не нуждаются в форсировании, что в свою очередь позволяет сохранить их ресурс.
В-пятых, рядные 6-цилинровые двигатели более экономичны, чем V-образные двигатели с таким же объёмом и количеством цилиндров.
К сожалению, последнее время по ряду причин всё больше автопроизводителей постепенно отказываются от производства рядных 6-цилинровых двигателей и оснащения ими своих автомобилей.
В первую очередь это связано с высоким спросом на дешёвые переднеприводные автомобили с поперечным расположением двигателя, которые технически невозможно, да и не нужно оснащать рядными 6-цилинровыми двигателями.
Ну и, конечно же, не последнюю роль во всём этом сыграли экологи и их жёсткие стандарты вредных выбросов в атмосферу. Ведь именно экологи заставили большинство автопроизводителей отказаться от производства рядных 6-цилинровых двигателей в пользу более экологичных и мощных за счёт турбонаддува V-образных аналогов.
В заключение отмечу, что в настоящее время рядными 6-цилиндровыми двигателями оснащают свои легковые автомобили преимущественно BMW и Mercedes-Benz. К счастью, эти два немецких автопроизводителя пока не планируют отказываться от производства рядных 6-цилиндровых двигателей.
Понравилась публикация? Поделись!
Какой двигатель лучше?
При выборе автомобиля помимо марки и модели мы смотрим на двигатель – его объем, топливо, конструкцию и расположение. Одних вполне устраивает рядная «четверка», другим нужен только шестицилиндровый двигатель, а третьим подавай только оппозитный. Какой мотор лучше: рядный, V-образный или оппозитный? Попробуем разобраться.
 |
|---|
МИФ: «Цепь в приводе ГРМ надежнее ремня»
ПРАВДА: Цепь, как и ремень, имеет определенный ресурс, правда, у цепи он действительно больше, но все мифы о ненадежности ремня сводятся к тому, что при его обрыве ремонт двигателя неизбежен. Это не совсем так. Например, на некоторых моделях (ВАЗ, VW) при обрыве ремня клапаны с поршнями не встречаются, а вот при обрыве цепи такая встреча будет, скорее всего, неизбежной и ремонт более трудоемким. Чтобы этого не случилось, нужно просто строго соблюдать регламентированные производителем сроки замены цепного и ременного приводов ГРМ. Кстати, замена цепи в большинстве случаев гораздо более дорогостоящая операция, чем замена ремня.
МИФ: «Балансирные валы применяются только на двигателях Mitsubishi»
ПРАВДА: Это не так. Моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Saab, Ford, Fiat, VW, Opel и даже ВАЗ.
МИФ: «Пятицилиндровые моторы ненадежны из-за слабого 5-го цилиндра»
ПРАВДА: Пятый цилиндр в Р5, так же как и четвертый в Р4, шестой в Р6, третий и шестой в V6, подвержен большему износу из-за конструктивной удаленности от помпы, т.е. из-за худшего по сравнению с остальными охлаждения. Крайние цилиндры практически в любом двигателе испытывают большие тепловые нагрузки и могут иметь худшие характеристики.
МИФ: «Дизели ненадежны, часто ломаются и имеют маленький ресурс»
ПРАВДА: На самом деле ресурс дизеля не меньше, чем у бензинового мотора. Менее жесткий тепловой режим дает дизелю существенное преимущество по долговечности, да и более низкий рабочий диапазон оборотов снижает износ в трущихся деталях. Дизель менее критичен к составу топлива, чем бензиновый двигатель. Вот только заливать его надо в соответствии с сезоном. Требования к эксплуатации дизеля не сложнее, чем к бензиновому двигателю – заливать качественное масло и топливо, а также вовремя обслуживать.
Большинство отказов дизелей связано не с их конструктивными особенностями, а с несоблюдением простейших правил эксплуатации. Масло рекомендуется менять через 7500 км вне зависимости от того, какая периодичность указана в инструкции. Зубчатый ремень привода ГРМ и ТНВД надо менять не реже чем через 60 тысяч км. Необходимо также внимательно следить за топливной системой, например, периодически сливать отстой из топливного фильтра, отворачивая сливную гайку. Топливный бак рекомендуется промывать два раза в год: весной и осенью. Эксплуатируя дизельный автомобиль, важно помнить, что его двигатель не любит высоких оборотов. Длительные поездки на максимальной скорости – еще один способ приблизить капремонт.
МИФ: «V-образная «шестерка» лучше рядной»
ПРАВДА: Главным преимуществом рядной «шестерки» по сравнению с V6 является почти идеальная уравновешенность. Поршни в двигателе совершают достаточно сложные возвратно-поступательные движения и не менее сложные неравномерные движения: они то разгоняются, то замедляются. Все эти движения помимо полезных нагрузок несут и паразитирующие силы, и моменты инерции, которые негативно сказываются на работе двигателя. На рядных «шестерках» полный баланс найден в необычайной простоте работы цилиндров: все цилиндры работают в одной плоскости, поршни поделены на три пары (1-4, 2-5, 3-6), каждая пара закрепляется на коленвале под углом 120 относительно остальных. Вибрация в нем скомпенсирована на уровне кривошипно-шатунного механизма.
А вот моменты от сил инерции в двигателях V6 конструктивно невозможно уравновесить, поэтому производители вынуждены прибегать к различным ухищрениям типа балансировочных валов, которые, вращаясь в противоположную коленвалу сторону, компенсируют все эти моменты. Применение балансировочных валов усложняет конструкцию мотора. Единственным преимуществом V6 можно считать меньшие габариты по сравнению с Р6. Недостатком рядных «шестерок» является большая длина ГБЦ и коленвала.
МИФ: «Самый лучший мотор – рядная «четверка»
ПРАВДА: Рядный четырехцилиндровый двигатель – самый распространенный, но это не значит, что он идеальный. Четыре цилиндра в ряд – самая простая конструкция и в техническом, и, что немаловажно, в экономическом плане. Такой двигатель довольно компактный, его можно расположить как вдоль, так и поперек, использовать под разные типы трансмиссии, но рядная «четверка» имеет один существенный недостаток – небольшой рабочий объем (от 1,0 до 2,5 л). Средний объем цилиндра двигателя современного автомобиля – от трехсот до шестисот кубических сантиметров (плюс-минус сто «кубиков»). Литровая мощность – от 35 л.с./л для безнаддувного дизеля и до 100 л.с./л для форсированного бензинового мотора. Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно. Поэтому, чтобы увеличить мощность мотора, конструкторам приходится увеличивать количество цилиндров.
Компоновка поршневых двигателей
Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека. Рядный двигатель имеет компоновку, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров: 2, 3, 4, 5 и 6. Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибрации), но обладает значительной длиной. У V-образного двигателя цилиндры расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести– и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.
Оппозитный двигатель имеет угол развала 180о, благодаря этому у него наименьшая высота агрегата среди всех компоновок. VR-двигатель обладает небольшим углом развала (порядка 15о), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размер агрегата. W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала или как бы две VR-компоновки. Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.
Достоинства и недостатки оппозитных двигателей
Оппозитный двигатель имеет небольшую высоту, низкий центр тяжести, идеальную первичную балансировку, так как движение одной части компенсируется движением противоположной. Однако оппозитники конструктивно довольно сложны, занимают много места по ширине, и ремонт такого мотора – дорогостоящая операция.
Достоинства и недостатки дизельных двигателей
Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия, улучшающей процессы горения топливно-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе – тяговиты на низах).
Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:
– большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузку на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
– большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
– меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты – медленнее набирают обороты.
Современные дизели по конструкции и по характеристикам практически не уступают бензиновым моторам.
Что такое роторно-поршневой двигатель?
Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) – это мотор, в котором ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью – быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограниченна, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.
Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых аккумуляторных батарей. Работает она в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя или даже улучшая динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.
Подписаться на «Друг для друга»:
Рядная «шестерка» от Mercedes. Новые технологии в возрождении простых и надежных двигателей
Интеллектуальный турбонаддув с электрическим вспомогательным компрессором (eZV), а также встроенным стартером-генератором переменного тока (ISG) гарантируя высокие показатели управляемости даже на преходных режимах работы без турбо-задержки. ISG отвечает за гибридные функции, такие как форсирование или рекуперация энергии, обеспечивая экономию топлива, которая ранее была зарезервирована для высоковольтной гибридной технологии.
Блеск и забвение рядных шестерок
Когда-то рядная шестерка была доминирующей конструкцией двигателя. Эти двигатели ассоциируются с лучшими автомобилями всех времён: Jaguar поставил их в свои автомобили, Джип построил на них свою репутацию конца 20-го века, и почти у каждого легкого семейного автомобиля или пикапа в Америке был такой двигатель.
Рядные шестицилиндровые двигатели имеют ряд неоспоримых преимуществ. В первую очередь, как и любой рядный двигатель, они довольно просты и надёжны. Блок цилиндров изготавливать проще, да и в отличие от V-образных моторов во втором комплекте головки цилиндров и распредвалов нет необходимости. Вместо использования четырёх коротких распредвалов рядная шестёрка может довольствоваться двумя длинными валами.
Простота таких моторов также важна при ремонте, так как на рядном двигателе легко можно подобраться к любой свече зажигания, проводам и прочим элементам при плановом обслуживании, что делает рядную шестёрку хорошим товарищем механика.
Недостатки рядных шестёрок
Увы, но есть множество причин тому, что количество рядных шестёрок значительно сократилось. Размещение такого мотора всегда вызывало вопросы, так как из-за значительного количества цилиндров, выстроенных в ряд, установить его вдоль можно не под каждый капот. Если же расположить его поперечно, то не останется места для трансмиссии и приводов, которые нужны при использовании на переднеприводных моделях. А так как производители стараются делать максимально универсальные моторы для применения на множестве моделей, длинные двигатели им просто не нужны.
Кроме того, у длинного мотора и его компонентов страдает жёсткость по сравнению с более компактными моделями. Длинные распредвалы и коленвалы слегка прогибаются во время вращения, а блок цилиндров не такой жёсткий, как у тех же V6. Размеры рядной шестёрки также плохо влияют на центр тяжести автомобиля, так как он расположен несколько выше, чем более компактные V6.
Недостатки V6
V – образные моторы при таком же количестве цилиндров, как у рядного собрата совсем не так хорошо сбалансированы. Они по сути созданны из двух рядных 3-цилиндровых двигателей, следовательно, любой V6 требует специальных балансировочных механизмов, которые будут уравновешивать мотор во время его работы. Без балансировочных валов на коленчатый вал действовали бы огромные нагрузки, создаваемые при возвратно-поступательных движениях деталей.
Балансировка двигателя ухудшается с ростом его рабочего объёма и увеличением размера цилиндра (так как растёт масса поршня). Противовесы в таком случае также добавляют сложности в конструкцию двигателя и процесс производства, увеличивая его стоимость. Например, у DOHC V6 должно быть 4 распредвала и 24 клапана, а дополнительные балансировочные валы, расположенные в каждой головке, лишь добавят сложности при ее обслуживании.
В течение многих лет двигатели V6 убивали рядную шестерку, также известную как I6, и данному развитию компоновки двигателей предполагалось забвение. Но Mercedes-Benz совершил воскресение. Это вернуло рядную шестерку в модели M256, совершенно нового дизайна двигателя, чтобы заменить многие из его V6.
Таким образом, именно низкие затраты на разработку двигателя и хорошая его уравновешенность обеспечили этому старому дизайну двигателя возрождение с использованием новых технических решений.
Воплощение новых инновационных проектов
Короткие капоты по-прежнему остаются проблемой для размещения рядного двигателя, но у Mercedes есть несколько хитростей, чтобы укоротить M256 настолько, чтобы втиснуть его в современные «курносые» автомобили.
На классическом двигателе мощность для привода гидроусилителя рулевого управления, генератора переменного тока, компрессора и кондиционера передается через систему резиновых ремней на шкивах, которые расположены на передней части двигателя. Все это занимает много ценного подкапотного пространства между блоком двигателя и передней решеткой. Рядный шестицилиндровый двигатель M256 избавляется от ремней и шкивов.
Он оснащен устройствами систематической электрификации. Так, в передней части двигателя отсутствует ременный привод для вспомогательных компонентов, что уменьшает его общую длину. Узкая конструкция вместе с физическим разделением впуска / выпуска создает пространство для последующей обработки выхлопных газов вблизи двигателя. При 500 см3 новый двигатель имеет такой же рабочий объем на цилиндр, что и семейство дизельных двигателей премиум-класса, используемых ранее, а также семейство четырехцилиндровых бензиновых двигателей. Дополнительным бонусом является оригинальная доработка рядного двигателя.
Мощность и крутящий момент нового шестицилиндрового рядного двигателя аналогичны текущей восьмицилиндровой машине, то есть более 300 кВт (408 л.с.) и более 500 Нм. По сравнению с предыдущим V6 выбросы CO 2 в двигателе были снижены примерно на 15 процентов.
Его производительность столь же динамична, как и у V8, поскольку новый рядный шестицилиндровый двигатель оснащен интеллектуальной конструкцией турбонаддува: с поддержкой ISG при запуске электрического вспомогательного компрессора (eZV) гарантируется быстрое нарастание высокого крутящего момента при движении и ускорении, когда необходимо преодолеть режим, по истечении которого включается большой турбонагнетатель.
M 256 является первым представителем нового семейства бензиновых двигателей премиум-класса, которые с самого начала были систематически разработаны с использованием элементов электрификации. Электрическая система 48 В обслуживает не только потребителей высокой мощности, таких как водяной насос и компрессор кондиционирования воздуха, но также имеет и интегрированный стартер-генератор переменного тока (ISG), который также подает энергию на аккумулятор с помощью высокоэффективной рекуперации энергии. ISG обходится без необходимости ременной передачи для этих компонентов. Это не только уменьшает общую длину двигателя и его сложность, но и открывает новые эффективные возможности управления. Все еще существующая система 12 В обеспечивает энергоснабжение потребителей, таких как освещение, кабина, информационно-развлекательные и контрольные устройства.
Еще одной особенностью нового семейства бензиновых двигателей премиум-класса является предпусковая обработка выхлопных газов. Стандартный сажевый фильтр является единственной частью системы выпуска отработавших газов, которая находится под полом.
Меньшие двигатели, больше мощности
Именно этот общеотраслевой двигатель предоставляет преимущества, которые могут дать новым шестеркам долгую жизнь. Jaguar и Land Rover, принадлежащие Indian Tata Motors Limited с 2008 года, совместно разрабатывают новый I6 для замены своих V6 по тем же причинам, что и Mercedes.
Возвращение Mercedes к своим корням, является более чем предварительным шагом. Автопроизводитель вложил значительные средства в совершенно новое семейство двигателей, чтобы в течение многих лет эксплуатировать большую часть своей линейки. Так что можно предположить, что рядная шестерка будет востребована на автомобильном рынке.
