autoExpert


autoExpert » СТАТЬИ » Диагностика, техн. ремонта » Грузовые двигатели: гонка технологий

Грузовые двигатели: гонка технологий

В наше время успех той или иной компании на занятом ею сегменте рынка все чаще и чаще связывают с тем, насколько удачно была выбрана маркетинговая политика продвижения продукции. Безусловно, организация продаж и послепродажного сервиса - это мощный инструмент в деле продвижения продукции. И все же. Как и раньше, сегодня крайне важно найти то самое верное техническое решение, которое станет во главу угла при выводе новой продукции на рынок.

Грузовые двигатели: гонка технологий

Среди разнообразия распространенных типов и конструкций транспортных моторов, двигатели грузовых автомобилей и рабочих машин занимают свое, особое место. Не подверженные веянию моды и гонке за "форсажными" лошадиными силами, многообъемные и многоцилиндровые моторы грузовиков, кажется, олицетворяют собой само понятие надежности и долговечности. А ведь более чем миллионный ресурс - это далеко не единственное требование к современному грузовому мотору. Помимо этого, ему необходима высокая надежность наряду с минимальным обслуживанием при работе в любых условиях эксплуатации. Актуальным является и расход топлива, что, наряду с высоким ресурсом, должно обеспечивать низкие затраты при эксплуатации. Важны также экологические показатели и низкий уровень шума. Кроме того, двигатель современного грузового автомобиля обязан при невысоких массогабаритных показателях демонстрировать достаточно высокую мощность.

На первый взгляд, отказ от форсирования по оборотам для двигателей рабочей техники и грузовиков абсолютно напрасен. Обороты могли бы дать высокую литровую мощность, решив заодно задачу обеспечения экономичности и экологичности. Что же касается особых требований к высоким тяговым характеристикам рабочей техники и грузовиков, то удовлетворить их можно было бы за счет возможностей трансмиссии и коробки передач. Понижая высокие обороты вала двигателя посредством большого передаточного отношения понижающей передачи КПП, можно было бы обеспечить любую требуемую тяговитость транспортного средства. Тем не менее высокооборотные двигатели так и не смогли получить распространение в качестве моторов рабочей техники и грузовиков. Причина тому - в немалой степени в том, что форсирование двигателя по оборотам всегда сопровождается снижением эластичности работы мотора. В этом случае двигатель теряет возможность легко преодолевать кратковременные неожиданные увеличения нагрузки, что в итоге приводит к необходимости интенсивного переключения передач КПП с соответствующими негативными последствиями и для экономичности, и для экологичности, и для комфорта управления.

Новые материалы + обновление конструкции = D 20

Вместе с отказом от развития через форсирование по оборотам у конструкторов двигателей для грузовых автомобилей появилась проблема. Уровень требований к транспортным двигателям внутреннего сгорания неуклонно растет. А методов совершенствования двигателей грузовых автомобилей и рабочей техники не так уж и много. Конечно, ряд технических решений, получивших распространение на других сегментах рынка моторов, медленно, но неуклонно продвигаются также и в конструкции двигателей грузовых автомобилей. Например, Common Rail, система впрыска, разработанная специалистами компании Bosch специально для дизелей легковых автомобилей, на сегодняшний день уже нашла применение в двигателях грузовых автомобилей MAN. Для компании MAN, занятой поисками вариантов расширения своего сегмента рынка, привлечение новых технологий вполне закономерно. Однако стоит сразу же отметить, что не появись в распоряжении у двигателестроителей современных материалов и технологий их обработки, данное техническое решение едва ли смогло бы найти себе применение на многоцилиндровых и объемных моторах. Ведь система магистральной подачи топлива Common Rail использует огромное (порядка 1600 бар) давление топлива в общем трубопроводе впускной системы. Обеспечить надежность работы системы без кардинальных изменений конструкции было бы просто-напросто невозможно. Именно поэтому при разработке семейства двигателей D 20 специалисты MAN вынуждены были на четверть сократить число движущихся деталей. Особенно это заметно на конструкции клапанной группы, где использована схема с верхним распределительным валом и четырьмя клапанами на цилиндр. Размещена клапанная группа в цельнолитой из специального высокопрочного чугуна головке блока цилиндров. Это изменение дало возможность отказаться от применения требующих частой замены уплотнений. В конструкции отсутствуют каналы подвода масла и охлаждающей жидкости между картером и головкой блока цилиндров. Подача масла к головке и блоку цилиндров разделена. Картер и головка блока охлаждаются также раздельно.

Такие кардинальные конструктивные изменения не могли не отразиться на технологиях производства новых моторов семейства D 20. Увеличение давления впрыска потребовало перехода на повсеместное использование высокопрочных материалов. К примеру, картер двигателя нового мотора отливают из чугуна с вермикулярным графитом марки GJV-450, который характеризуется высокой способностью к демпфированию вибраций в сочетании с высоким пределами упругости и усталости. Применение GJV-450 позволило изменить технологию производства картера таким образом, что крышки коренных подшипников коленчатого вала, ранее отливавшиеся отдельно, теперь изготавливают в едином блоке с картером. Примечательно, что в процессе этого производства на сопрягаемые поверхности очищенных крышек с помощью лазера наносят канавки. И только после этого их отделяют от картера. Таким образом, созданные в обход ранее необходимой дополнительной механической обработки посадочные места отличаются высочайшей точностью и позволяют осуществлять прецизионную сборку по специальной технологии. Точность сборки обеспечивает повышение жесткости коленчатого вала, увеличение стойкости деталей к поперечным нагрузкам. Кроме того, эта же точность позволяет значительно снизить уровень шума при работе мотора.

Отливки головок блока цилиндров после предварительной механической обработки поступают на сборку. Подсборку картеров также осуществляют на специальных линиях, где монтируются гильзы цилиндров и запрессовываются различные крышки. В ходе сборки периодически осуществляется проверка на герметичность. Обязательно она проводится после автоматической установки клапанов камеры сгорания. Позже идет сборка деталей системы Common Rail, монтируется клапанный механизм и распределительный вал, автоматически выставляется зазор клапанов. Сборка заканчивается подсоединением жгута проводов к инжектору и контрольному прибору электронной системы впрыска (EDC). Одновременно на "горячей" стороне дизеля монтируют выпускной коллектор с тепловыми экранами и собранный узел системы рециркуляции выпускных газов вместе с охлаждающим модулем.

Новые технологии производства не могут не впечатлять. Что же, результат вполне закономерен, если учесть, что в обновление производства компания вложила порядка 60 млн. евро (только в линию производства нового картера - около 30 млн. евро).

Конечно, применение впрыска Common Rail, подбор и обеспечение заданных характеристик горения позволяют развивать крутящий момент, характерный для более объемных двигателей. При этом высокое давление впрыска, сниженные потери на трение и оптимальные термодинамические условия горения дали возможность дополнительно снизить расход топлива до 5%. Однако, с другой стороны, применение Common Rail, как это видно на примере двигателя MAN, - это уже не модернизация базовой конструкции мотора, а фактически новый двигатель. А новый двигатель - это серьезный, дорогостоящий и ответственный для компании шаг, который может иметь далеко идущие последствия.

Сила двух сердец

С другой стороны, далеко не всегда для существенного улучшения технических характеристик многоцилиндровых объемных двигателей грузовых автомобилей необходимо привлекать новые и самые современные технологии. В двигателестроении случается так, что новые технологии производства не всегда могут гарантировать успех на рынке. Для того чтобы воочию убедиться в этом, достаточно обратиться к альтернативному варианту улучшений показателей моторов - турбокомпаунду, использованному компанией Scania для модернизации моторов магистральных грузовиков.

Грузовые двигатели: гонка технологий

Грузовые двигатели: гонка технологий

Прежде всего, стоит вспомнить об истории разработки. Компаундные системы в двигателестроении известны еще со времен паровых машин. Compound в переводе с английского - "сложный", "составной". Первые компаундные паровые машины с успехом применялись в паровозостроении, где, благодаря системам последовательного сжатия пара, удавалось существенно увеличить КПД силовой установки. Позже компаунд нашел применение в варианте с турбиной, утилизирующей теплоту отработавших горячих выхлопных газов основного (поршневого) авиационного или корабельного мотора. Именно в судостроении и авиации турбокомпаунд получил и признание, и путевку в жизнь применительно к двигателям внутреннего сгорания. А идея его применения именно на грузовых двигателях принадлежит специалистам компании Scania, которые использовали турбокомпаундный наддув на дизеле DTC11 01 еще в 1991 году.

Первый опыт производства турбокомпаундных систем дался Scania непросто. Хотя система позволила увеличить мощность 11-литрового мотора на 5% наряду с соответствующей прибавкой крутящего момента, но экономичность, как и эластичность мотора, оставляли желать лучшего. По этой причине Scania остановила производство этих моторов после того, как выпустила 1500 дизелей с новой системой. Однако доводка моторов не прекратилась, и через 10 лет Scania представила новый компаундный турбодизель.

В дополнение к турбокомпаундной системе Scania снабдила новый двигатель более совершенной системой впрыска HPI (High Pressure Injection), разработанной в сотрудничестве с компанией Cummins. Основа системы - новые насос-форсунки. Теперь управление впрыском осуществляет гидравлика. Конструкция насос-форсунки традиционная. Сохранен плунжер, приводимый от кулачкового вала. Общее управление топливной аппаратурой осуществляет компьютер EDC (Electronic Diesel Control). По сравнению с индивидуальными насос-форсунками с непосредственным электронным управлением, вновь разработанные с гидроприводом в управлении работают существенно тише.

Турбокомпаунд обеспечил базовому двигателю увеличение номинальной мощности на 12% при увеличении максимального крутящего момента на 10% при неизменном минимальном удельном расходе топлива - 192 г/кВт•Ч. Турбокомпаунд делает двигатель на 60 кг тяжелее и немного дороже, на 4 000 долларов.

Выводы

Сравнивая результаты модернизации двигателей D 20 MAN и Scania ДT12 02, говорить о вполне сопоставимом техническом результате вполне уместно. Двигатель MAN после модернизации стал не только более мощным, тяговитым и экономичным, но и потерял в весе порядка 100 кг. С точки зрения инженерного искусства, специалисты компании MAN добились высочайшей степени совершенства, продемонстрировав применение разработанных для легковых дизелей технологий производства на многоцилиндровом объемном дизеле магистрального грузовика. Очевидно, что заложенные при освоении в производстве модернизированного варианта мотора технологии лягут в основу новых более совершенных конструкций двигателей со значительно более совершенными характеристиками.

С другой стороны, очевидно, что те крупные инвестиции, которые потребовались для модернизации производства, рассчитаны на захват существенной доли рынка, занятой сегодня конкурирующими компаниями. Добьется ли MAN изначально сформулированных целей? Судя по ситуации со Scania, это будет непросто. Специалисты Scania, не прибегая к помощи столь серьезной инвестиционной поддержки, сумели найти адекватное техническое решение, опираясь на выполненные, на современном технологическом уровне, старые и проверенные конструкторские разработки. Применение турбокомпаундных систем существенно расширило возможности Scania с точки зрения маркетинга. Улучшенные тягово-мощностные характеристики модернизированных турбокомпаундом моторов востребованы и находят своего потребителя. Однако при этом, турбокомпаунд является всего лишь системой модернизации базового мотора. Его применение позволяет сохранить производство обычных двигателей, что естественным образом расширяет занятый Scania сегмент рынка.

"Не можешь задушить - обними". Похоже, что это правило из политики находит свое подтверждение и в сфере автоиндустрии. Предложение немецкого промышленного конгломерата MAN AG о покупке за 9,6 миллиарда евро (12,2 миллиарда долларов) наличными и в акциях шведской компании Scania AB отвергнуто. Аналитики долгое время ожидали этого слияния. Однако время, выбранное для сделки, удивило их. Четырехлетний бум спроса на грузовики начинает спадать. Но если внимательнее проанализировать сложившуюся ситуацию, то можно согласиться с тем, что снижение спроса неизбежно приведет к ужесточению конкурентной борьбы между автопроизводителями. И вполне понятно, что Scania, не в последнюю очередь благодаря широким возможностям, полученным после разработки такого эффективного средства модернизации двигателя, как турбокомпаунд, в этой ситуации имеет более выигрышную позицию, чем вложившийся в глобальную модернизацию производства MAN.

Согласно данным немецкой ассоциации автоиндустрии VDA, после слияния новая группа могла получить под контроль около 28 процентов европейского рынка тяжелых грузовиков, опередив Volvo с 25 процентами и DaimlerChrysler с 20 процентами. Исходя из того, что Scania не приняла предложение MAN, менеджеры этой компании предпочитают рассчитывать на собственные силы и не переживают за исход предстоящего обострения конкурентной борьбы. Конечно же, правы они в этом или нет, сможет показать только время. Но то, что Scania рассчитывает выйти из сложившейся ситуации победителем, в немалой степени опираясь на удачную техническую разработку, очевидный факт, доказывающий, что и в наше время в деятельности крупных компаний во главе угла стоит степень технического совершенства продукции, а не иные факторы. И с этой точки зрения в мире, начиная со времен Генри Форда, ничего не поменялось.

Андрей Ильчук
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
 (голосов: 0)


Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Архив

Август 2018 (5)
Июль 2018 (29)
Июнь 2018 (13)
Май 2018 (21)
Апрель 2018 (25)
Март 2018 (26)


Для размещения рекламы обращайтесь в рекламный
отдел по телефону:

+38 (067) 537-82-42