Про дизели ЗМЗ: статья из "За рулем" № 12 2002 "Заволжский турбо"
http://www.zr.ru/content/articles/9664-zavolzhskij_turbo/ТЕХНИКА
/ИЗ ПЕРВОИСТОЧНИКА
ЗАВОЛЖСКИЙ «ТУРБО»
ДВИГАТЕЛЬ ЗМЗ-5143.10 — ПЕРВЕНЕЦ ДИЗЕЛЬНОГО СЕМЕЙСТВА
ТЕКСТ / НИКОЛАЙ ШИШКИН,
НАЧАЛЬНИК КБ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ
ПРЕДЫСТОРИЯ
Дизели ныне на равных соперничают с бензиновыми моторами, не уступая им в быстроходности, удельных энергетических показателях при лучшей экономичности. Такая ситуация сложилась относительно недавно: одним из первых сломал «тракторно-грузовой» стереотип двигатель «Штайр-М1», ставший, как известно, прототипом для нижегородских дизелей.
Вдохновленные примером австрийских двигателистов, многие фирмы взялись за разработку дизелей нового поколения. Рынок подсказывал: такие моторы будут востребованы! Имея в заделе самостоятельно разработанный бензиновый «406-й», в Заволжье решили, с учетом зарубежного опыта, конвертировать его в дизель.
Проектировать двигатель с воспламенением от сжатия мы начали в 1993 году в образованном специально для этого КБ. Нашей целью было сделать дизель, который по шуму, габаритам и оборотам соответствовал бы уровню современных бензиновых агрегатов и мог бы заменить их (или дополнить) в легких грузовиках, вседорожниках, легковых автомобилях. Общие черты конструкции определили, исходя в том числе из требований экологии: непосредственный двухстадийный впрыск, головка из легкого сплава с четырьмя клапанами на цилиндр и центральным расположением форсунок, турбонаддув, рециркуляция отработавших газов.
Эскизный проект мотора, максимально унифицированного с бензиновым ЗМЗ-406, рецензировали фирмы AVL (Австрия) и «Рикардо» (Великобритания), на чьи исследования опираются многие моторостроители. «Рикардо» согласилась помогать и в доводке агрегата. Опытный мотор ЗМЗ-406Д появился в 1996-м; а через пять лет начали мелкосерийное производство ЗМЗ-5143.10, который за это время далеко ушел от прародителя...
КОНСТРУКЦИЯ
При проектировании, пожалуй, больше всего «досталось» головке блока цилиндров. Поначалу, на двигателе 406Д, клапаны располагались V-образно, как в бензиновом варианте, с углом между ними 35°. В головке появился третий кулачковый вал с приводом от одного из распредвалов. Он воздействовал на насосные секции, взятые из экспериментального рядного ТНВД (его использовали на опытном 2,5-литровом дизеле для брянской полуторки, так и не состоявшемся), откуда топливо поступало в форсунки.
Из-за V-образного расположения клапанов часть камеры сгорания пришлось разместить в головке блока.
Позже на моторе опробовали омские «электронные» насос-форсунки, которые позволили развить большее давление впрыска и выполнить всю конструкцию компактной. Увы, недостатки перевесили: из-за инерционности первых электромагнитных клапанов двигатель не набирал больше 2500 об/мин; к тому же требовалось немалое усилие для создания необходимого давления впрыска, которое передавалось на алюминиевую головку, значительно деформируя ее.
Насос-форсунки стали дополнительной нагрузкой и на цепи распредвалов — те вытягивались, нарушая точность впрыска. Построив несколько образцов ЗМЗ-406Д, мы убедились, что конструкцию надо корректировать; такие же рекомендации дали специалисты «Рикардо».
Первое и самое главное: камеру сгорания перенесли в поршень, а клапаны расположили вертикально. В прежней конструкции с большими «паразитными» объемами удавалось достичь заданной «экологии» (нормы Евро II) лишь ценой сверхвысокого давления впрыска... но развить 1,5–2 тыс. бар доступная топливная аппаратура пока не способна. Понадобилось также разделить приводы ТНВД и газораспределительного механизма, поработать с топливной аппаратурой... Сегодня конструкция такова.
Головка цилиндров выполнена из алюминиевого сплава. Вертикальные клапаны приводятся от двух распредвалов через одноплечие рычаги с роликами на игольчатых подшипниках. Клапанный механизм не нуждается в регулировках благодаря немецким гидроопорам INA. Сухари клапанов тоже импортные, фирмы ТRW, — отечественная промышленность не выпускает детали такой размерности.
Привод распределительных валов — цепной, двухступенчатый, подобный ЗМЗ-406. Однако длина цепей иная, а для натяжения взамен пластмассовых рычагов применили звездочку, которая в порядке обратной унификации опробована на бензиновых моторах. Натяжители цепи — гидравлические.
Блок цилиндров из специального чугуна. Отливка унифицирована с блоком бензинового ЗМЗ-406. Диаметр цилиндра — 87 мм, ход поршня — 94 мм (у бензинового «406-го» мотора — 92х86 мм). В картере блока располагаются специальные форсунки, через которые масло, поступающее из центральной магистрали, охлаждает поршни.
Коленчатый вал — оригинальный, кованый стальной с радиусом кривошипа 47 мм — поковку изготавливает КамАЗ. Вал упрочнен закалкой токами высокой частоты или азотированием наружной поверхности.
Шатун тоже делает КамАЗ. Чтобы сохранить высоту «406-го» блока (требование технологии), шатун укоротили. Вместо сталебронзовой втулки мы применили износостойкое покрытие рабочей поверхности верхней головки, снизив массу и себестоимость детали.
Поршень с камерой сгорания в днище выполнен из алюминиевого сплава с нирезистовой вставкой под компрессионное кольцо; юбка обработана антифрикционным составом «Моликот». Поршневые кольца — фирмы «Гётце». Наряду с поршнями собственного производства планируется применять изделия фирмы «Мале».
Топливную аппаратуру после всех экспериментов с отечественными опытными конструкциями выбрали все же «бошевскую». Нормы Евро II удалось выполнить на ТНВД с механическим регулятором! Это сразу снизило стоимость мотора. Впрочем, до того на образцах побывали «электронные» насосы «Лукас».
Специально для ЗМЗ-514 «Бош» доработал свой распределительный насос типа VE, который теперь развивает максимальное давление 1100 бар и имеет корректоры по наддуву и для прогрева двигателя зимой. ТНВД приводится от коленвала зубчатым ремнем типа VAZ 2112, закрытым защитным кожухом.
Форсунки фирмы «Бош» — двухпружинные, позволяют осуществить предварительный впрыск топлива, уменьшив тем самым шум процесса сгорания. Фильтр тонкой очистки топлива с ручным насосом, подогревателем, сепаратором воды — «бошевский», топливопроводы высокого давления — фирмы «Гуидо».
Турбокомпрессор — чешский, завода «ЧЗ-Страконице АС», также адаптирован «Гаррет», у которого выше КПД.
Оборудование. Кроме перечисленных импортных узлов и деталей, мы закупаем за рубежом свечи накаливания «Бош», генератор с вакуумным насосом — аналог того, что применяют на ГАЗ-560, и стартер мощностью 1,8–2 кВт. Урок преподал «406-й» мотор: лучше сразу применить импортный агрегат, чем получать рекламации на отечественные узлы. Впрочем, не исключаю, что со временем доля российских деталей в нашем дизеле вырастет.
ПЕРСПЕКТИВЫ
ЗМЗ-5143 — базовый двигатель нового семейства (см. таблицу). Двигатель с механическим насосом удовлетворяет требованиям Евро II. Мотор можно оснастить ТНВД «Бош-VP30» или VP44 (посадочные места компонентов топливной аппаратуры и ТНВД практически не меняются) с электронным управлением. Такой агрегат уложится в Евро III. Проходит испытания вариант с охладителем наддувочного воздуха (интеркулером) — ЗМЗ-5145.10 почти на 10 кВт мощнее родоначальника.
Следующий шаг — ЗМЗ-5148.10 с аккумуляторной системой топливоподачи «коммон рейл», регулируемым сопловым аппаратом турбины, возможно, системой обработки отработавших газов. Дизель будет значительно мощнее предшественников и уложится в строгие нормы Евро III, IV.
Мы довольно далеко ушли от бензинового мотора — унифицированных деталей совсем немного, зато сохранены общие технологические процессы. Это позволяет наладить серийный выпуск заволжских дизелей относительно малыми средствами. Изначально мы вписывали мотор под капоты нижегородских и ульяновских машин; надеюсь, их потребители смогут в ближайшее время оценить нашу работу.
От редакции. Пока мотор ЗМЗ-514 в небольших количествах устанавливают на частные УАЗы и «газели» в заводском центре адаптации дизельных двигателей в Заволжье. По последней информации, УАЗ в этом году выпускает 100 дизельных машин: новый мотор поровну поделят старое и новое семейства. Очевидно, уже с 2003 года выпуск вседорожников, оснащенных ЗМЗ-514, будет быстро расти. Один из моторов, надеемся, найдет место под капотом UAZ 3162, проходящего испытания в редакции; так что эта статья не первая (ЗР, 1998, № 10; 2002, № 11) и не последняя...
Эволюция дизельных двигателей Заволжского завода (слева направо): ЗМЗ-406Д (1996 год); ЗМЗ-5143 (в мелкосерийном производстве с 2001 года); ЗМЗ-5148 (представлен в 2002 году).
НАША СПРАВКА
Первый отечественный дизель НАТИ 1–60 спроектировали в 1931 году. В 1932-м изготовили пять 60-сильных моторов, однако конструкция агрегата оказалась сырой.
Первый дизельный автомобиль
Я-5 появился в 1934-м. На два пятитонных грузовика установили созданный годом раньше в «шарашке» — Особом конструкторском бюро ОГПУ, где работали арестованные инженеры, — мотор «Коджу» (Коба Джугашвили — партийная кличка и настоящая фамилия Сталина). Группа конструкторов под руководством Н. Бриллинга спроектировала шестицилиндровый агрегат объемом 10 л мощностью 87 л. с. Сборку двигателей вели на Ярославском автозаводе. Машины Я-5, оснащенные моторами с алюминиевыми блоком цилиндров и поршнями, чугунной головкой блока, неплохо показали себя в августе 1934-го на испытаниях с участием 27 зарубежных аналогов. Помимо автомобильного дизеля, в «шарашке» спроектировали агрегаты для трактора и подводной лодки. Последний назывался ЯГГ — в честь наркома внутренних дел Г. Г. Ягоды.
«Коджу» планировали выпускать в Уфе на заводе, который позднее перешел в ведение авиапрома, а в 1967-м начал поставлять моторы «Москвич-412» для АЗЛК.
Серийное производство отечественных двухтактных дизелей ЯАЗ-204 начали в 1947-м на оборудовании, завезенном из США. На грузовике ЯАЗ-200 (позднее — МАЗ-200) ставили агрегат — копию предвоенного американского «Джи-Эм-Си» серии 71.
Двигатель «Коджу» и его создатели. 1933 год.
Дизельный двигатель семейства ЗМЗ-514: 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — впускной клапан; 5 — распредвалы; 6 — выпускной клапан; 7 — турбокомпрессор.
Для человека нет ничего невозможного, но цель должна оправдывать средства.
За дверью, в курилке, слышны голоса Васи Кравченко и Панина, Вася пытается пересказать какой-то сюжет, связывая слова и предложения союзом "бля".
Д. Корецкий, "Секретные поручения"
