Экологичные моторы готовы! (ч. 1)

Обзор новинок дизелей высоких экологических классов для специальной и коммерческой техники

Игорь Павлов
Мы уже знакомили читателей с новыми двигателями Ярославского моторного завода (см. «ОС» № 5, 2011 г.), двигателями Euro 4 производителей стран СНГ (см. «ОС» № 9, 2011 г.). Продолжая тему, рассмотрим теперь новинки мирового двигателестроения.
Scania DC13 Euro 6
Kohler KD 420 Tier 4 Final
Kubota Tier 4 Final
Нормы токсичности ОГ дизельных двигателей внедорожной техники
MTU серия 4000
MTU Stage IV/ Tier 4
MTU серия 1600
 
Cummins QSL9
Cummins Westport ISL G
Caterpillar Stage IIIВ/ Tier 4 Interim
 
Yuchai Euro 6
FPT Industrial  C13
IVECO Tector Euro 6
IVECO Cursor Euro 6

Коротко напомню читателям обозначения основных технологий и агрегатов для снижения токсичности отработавших газов (ОГ) двигателей: EGR – это рециркуляция отработавших газов (ОГ); SCR – селективная каталитическая нейтрализация ОГ (с применением реагента – мочевины); DOC – Diesel Oxidation Catalist, каталитический окислительный нейтрализатор; DPF – Diesel Particulate Filter, сажевый фильтр.

Нормы токсичности ОГ Euro и Stage действуют в Евросоюзе, нормы EPA Emission Standards и EPA Tier – в США. К магистральной технике относятся нормы Euro и EPA Emission Standards, к внедорожным машинам и спецтехнике относятся Stage и Tier. Tier 4 Interim – так называемые промежуточные между Tier 3 и Tier 4 Final. Нормы EEV являются промежуточными между Euro 5 и Euro 6. Экологические нормы Евросоюза и США гармонизированы между собой. Все утверждения о достоинствах и качествах двигателей приводятся из материалов компаний-изготовителей, и ответственность за достоверность полностью лежит на производителях.

Stage IV/ Tier 4 Final

Американская компания Kohler Global Power Group выпустила семейство новых 1- и 2-цилиндровых дизельных двигателей воздушного охлаждения KD, соответствующих классу Tier 4 Final (аналогичные нормы Stage для данного мощностного диапазона не предусмотрены), которые для двигателей мощностью менее 19 кВт вступили в действие в США с 2010 г. Двигатели предназначены для широкого ряда промышленного и хозяйственного оборудования: водяных насосов, воздушных компрессоров, мини-тракторов, генераторов и др. Они оснащены системой EGR и усовершенствованными топливными форсунками высокого давления.

Как и все дизели Kohler, новые модели станут производить на заводе Lombardini в Италии. Компания Kohler приобрела итальянский концерн Lombardini Srl в 2007 г. После слияния оба бренда продолжили существование. Они специализируются на производстве небольших бензиновых и дизельных двигателей.

Дизельные двигатели Kohler, соответствующие нормам Tier 4 Final
Модель Мощность, кВт Рабочий объем, см3 Число цилиндров
KD 350
5
349
1
KD 420
7,3
442
1
KD 425-2
14
851
2
KD 477-2
16,2
954
2
KD 625-2
18,8
1248
2

Японская Kubota Corporation уже выпускает несколько серий (всего не менее 10 моделей) безнаддувных дизельных 1-, 2- и 3-цилиндровых двигателей мощностью от 5,15 до 18,5 кВт с жидкостным охлаждением, соответствующих нормам Tier 4 Final. Обработки ОГ в системе выпуска не требуется благодаря использованию в конструкции двигателей процесса E-TVCS (Three Vortex Combustion Sysytem – «Сгорание с тремя завихрениями») с непрямым впрыском (IDI), при котором в камере сгорания смесь идеально перемешивается тремя вихрями. Также в базовую комплектацию двигателей входит система предпускового подогрева и холодного пуска Quick Glow. Рекомендуется использовать в этих двигателях только низкосернистое (LSF) или сверхнизкосернистое (ULSF) топливо.

Компания Perkins Engines Co. Ltd (Великобритания) заявила о создании своего первого дизельного двигателя класса Stage IIIВ/ Tier 4 Final мод. 400F. Предлагаются 3- и 4-цилиндровые конфигурации мотора рабочим объемом 1,5 и 2,2 л, с турбонаддувом и без него, мощностью 25...45,5 кВт. Используются технология EGR и сажевый фильтр с пассивной регенерацией (т. е. самопроизвольной). При необходимости возможна организация активной регенерации. Двигатели предназначены для малогабаритной спецтехники. Удаление золы из сажевого фильтра, оставшейся после выжигания сажи, производится не чаще чем через 3000 моточасов. Начало серийного выпуска мод. 400F запланировано на сентябрь 2012 г.

Создан двигатель, соответствующий нормам Stage IV/ Tier 4 Final мод. 854F рабочим объемом 3,4 л, мощностью 56 кВт, с турбонаддувом. Двигатель предназначен для подъемно-транспортной и сельскохозяйственной техники.

Во всех двигателях Perkins используются системы впрыска топлива Common Rail. Описанные выше двигатели – это лишь первые образцы. Компания готовит к выпуску три серии двигателей высоких экологических классов: 400, 800 и 1200 (мощностью 60...225 кВт), причем для моторов мощностью выше 56 кВт будут использоваться технология SCR (в дополнение к EGR) и нейтрализатор DOC.

Немецкая моторостроительная компания MTU Friedrichshafen GmbH, которая входит в состав Tognum AG, одной из первых представила на выставках в 2010 г. образцы своих новых дизелей классов Stage IV/ Tier 4 Final. Мало кто из двигателестроителей представил к этому времени полную линейку дизелей в мощностном диапазоне от 100 до 3000 кВт, соответствующую нормам 2014 г.

К 2014 г. компания MTU планирует освоить серийный выпуск 4- и 6-цилиндровых рядных двигателей серий 1000, 1100, 1300 и 1500, мощностный диапазон – от 100 до 460 кВт. Они станут оснащать системами EGR и SCR и сажевым фильтром DPF. Эти двигатели были созданы на базе технологий компании Daimler специально для внедорожной строительной, промышленной и сельскохозяйственной техники.

В мощностном диапазоне от 567 до 730 кВт к 2014 г. начнется серийный выпуск 10- и 12-цилиндровых V-образных двигателей серии 1600 для внедорожной строительной, горной и с.-х. техники. Процесс сгорания топлива в двигателе усовершенствован. Двигатели серии 1600 будут оснащать системой EGR и нейтрализатором DOC. Системы SCR и сажевые фильтры использовать не станут.

С 2015 г. планируется выпускать 12- и 16-цилиндровые модели двигателей серии 2000 для строительного и промышленного оборудования, относящихся к мощностному диапазону от 561 до 1163 кВт. Эти двигатели оснащаются двухступенчатым турбонаддувом и новой системой Common Rail.

С 2015 г. запланирован выпуск 8-, 12-, 16- и 20-цилиндровых V-образных моделей двигателей серии 4000 нового поколения в мощностном диапазоне от 1400 до 3000 кВт. Их широко используют на тяжелой горнодобывающей технике, колесных фронтальных погрузчиках и экскаваторах. Планируется обеспечить их соответствие экологическим нормам без обработки ОГ в системе выпуска.

Еще в 2007 г. на выставке Agritechnica в Ганновере компания MAN Truck & Bus AG (Германия) представила 6-цилиндровый рядный дизель D0836 мощностью 250 кВт, соответствующий нормам Stage IV/ Tier 4 Final. В его конструкцию входят агрегат двухступенчатого наддува с промежуточным охлаждением, система Common Rail, EGR с охлаждением и SCR с сажевым фильтром.

На выставке ConExpo 2011 внимание посетителей привлек 9-литровый двигатель последнего поколения компании Cummins Inc. (Великобритания) QSL9 мощностью 298 кВт, соответствующий нормам Stage IV/ Tier 4 Final. В нем используется технология EGR с охлаждением, а в конструкцию двигателя встроен «компактный нейтрализатор системы SCR» (CCC-SCR). Нейтрализатор медно-цеолитовый, не нуждается в принудительной регенерации. Двигатель оснащен турбонагнетателем с изменяемой геометрией и системой впрыска топлива сверхвысокого давления XPI.

Двигатели MTU для сельскохозяйственной и лесной техники Stage IV/ Tier 4 Final
Серия двигателей Мощностный диапазон, кВт Число цилиндров Оборудование
Series 1000
100...260
4L, 6L
EGR, SCR, DPF
Series 1100
280...320
6L
EGR, SCR, DPF
Series 1300
340...380
6L
EGR, SCR, DPF
Series 1500
400...460
6L
EGR, SCR, DPF
Series 1600
560...730
10V, 12V
EGR, DOC
Примечание. L – рядные двигатели; V – V-образные.

К 2014–2015 гг. Cummins выпустит целую гамму двигателей класса Stage IV/ Tier 4 Final. У двигателя QSX11.9 объемом 11,9 л мощность будет 392 кВт. Для обработки ОГ используют систему, включающую в себя EGR плюс сажевый фильтр Cummins и SCR (CPF-SCR). Мод. QSX15 объемом 15 л будет развивать мощность 503 кВт, его оснастят EGR плюс CPF-SCR.

Также за счет использования систем EGR плюс CCC-SCR будут приведены в соответствие нормам Tier 4 Final двигатели QSB6.7, QSB4.5, QSB3/3 и др.

Caterpillar Inc. выпускает огромный ассортимент двигателей мощностью от 8 до 4850 кВт для спецтехники и промышленных установок. Модернизировать все это множество под требования «промежуточных», а затем и «окончательных» экологических стандартов – задача сложная. А если учесть, что проводить эти модернизации надо в течение всего нескольких лет, задача становится почти невыполнимой. Поэтому инженеры Caterpillar сразу стали модернизировать двигатели с расчетом на нормы Stage IV/ Tier 4 Final.

Двигатели мод. С18 ACERT, С27 ACERT и C32 ACERT (мощность 562...827 кВт), предназначенные для промышленных установок, уже соответствуют Tier 4 Final (нормы Stage для этого мощностного диапазона не предусмотрены).

Euro 6

IVECO S.p.A. в сотрудничестве с FPT Industrial (обе компании входят в FIAT Group) разработала новые линейки двигателей Cursor и Tector стандарта Euro 6 для большегрузных коммерческих автомобилей. Используется технология SCR-only, т. е. EGR не используется. Эффективность системы SCR повышена за счет точного дозирования впрыска реагента AdBlue, в том числе с учетом постепенного старения нейтрализатора, и контроля температуры в системе выпуска. Также у новых двигателей увеличена степень сжатия. Для этого были серьезно доработаны конструкция блока и головки цилиндров, увеличены мощность системы охлаждения и рабочий объем двигателей. Двигатели Cursor и Tector получили систему Common Rail нового поколения, обеспечивающую давление до 2200 бар, новый блок электронного управления, связанный с системой SCR и сажевым фильтром DPF. Межсервисный интервал новых двигателей увеличен до 150 000 км.

Компания Daimler Trucks объявила о выпуске мод. Mercedes-Benz OM 471 – первого двигателя класса Euro 6 серии ОМ 47 нового поколения Blue Efficiency Power. Серия будет состоять из трех 6-цилиндровых рядных двигателей с разным рабочим объемом, предназначенных для магистральных грузовиков и для внедорожной техники. OM 471 – 6-цилиндровый рядный двигатель рабочим объемом 12,8 л, предлагается в четырех вариантах по мощности: 310, 330, 350 и 375 кВт. Эти четыре базовых варианта дополняются еще тремя, названными Top Torque, которые развивают крутящий момент на 200 Н.м больше базовых версий. Двигатель укомплектован системой EGR с охлаждением, сажевым фильтром DPF и системой SCR, электронной системой управления нового поколения. В состав системы входит датчик наличия сажи в сажевом фильтре, по сигналу которого периодически производится активная регенерация фильтра – выжигание накопившейся сажи.

ОМ 471 оснащен турбонагнетателем с промежуточным охлаждением и перепускным клапаном, а также системой Common Rail с системой усиления давления впрыска X-Pulse. Давление впрыска повышается в два этапа – сначала общим насосом системы до 900 бар, а затем в каждой форсунке – до 2100 бар. Форсунки производят многократный впрыск топлива, значение давления впрыска регулируется в каждом цилиндре отдельно. Периодичность ТО двигателя может составлять до 150 000 км.

31 марта 2011 г. Scania объявила о выпуске двух новых 12,7-литровых 6-цилиндровых дизельных двигателей мощностью 324 и 353 кВт класса Euro 6 – мод. DC13 109 440 и DC13 110  480, предназначенных главным образом для магистральных грузовиков Scania серий G и R, но также и для других сфер применения.

Кроме EGR в конструкции двигателей применяются сажевый фильтр DPF и система SCR с нейтрализатором DOC. Расход реагента AdBlue составляет от 3 до 4% от расхода топлива. Интервал замены сажевого фильтра составляет до 240 000 км в зависимости от типа и режима эксплуатации.

Электронная система управления двигателем разработана инженерами Scania. Двигатели оснащены четырьмя клапанами на цилиндр, турбонагнетателем с изменяемой геометрией (VGT) и промежуточным охлаждением, системой Common Rail Scania XPI, давление впрыска – до 2400 бар (на обычных режимах – 1800 бар), впрыск многократный. Интервал техобслуживания двигателей при использовании фирменного моторного масла увеличенного срока службы Scania LDF-3 составляет от 45 000 до 120 000 км пробега в зависимости от типа и режима эксплуатации.

Впечатляют успехи китайской корпорации Yuchai Group в разработке двигателей. В июле 2011 г. состоялась премьера первого китайского дизеля класса Euro 6 мод. YC6L-60 для тяжелых грузовиков. В его конструкции использованы технологии EGR с охлаждением, SCR и сажевый фильтр DPF с регенерацией. Двигатель оснащен двухступенчатым наддувом, системой Common Rail высокого давления (1700 бар).

Лишь на «полступеньки» ниже Euro 6 по экологическому классу находятся моторы, соответствующие нормам EEV.

Новейший двигатель, выпущенный канадской компанией Cummins Westport, 8,9-литровый ISL G работает на природном газе (метане) на стехиометрической смеси с искровым зажиганием. Он оснащен системой EGR с охлаждением, трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором и в зависимости от конфигурации соответствует нормам Euro 5 или более высоким – EEV, не нуждается при этом в установке системы SCR и сажевого фильтра. Двигатель оснащен встроенной системой диагностики и предлагается в вариантах мощностью от 186 до 239 кВт. Также Cummins Westport выпускает 5,9-литровый двигатель B Gas Plus в вариантах мощностью от 145 до 172 кВт, который с нейтрализатором соответствует нормам Euro 5 и EEV. Двигатели предназначены для рейсовых городских и школьных автобусов, коммунальных машин и грузовиков, работающих в городе.

Компания MAN Truck & Bus AG выпустила 6-цилиндровый рядный газовый двигатель E0836 LOH объемом 6,9 л и мощностью 206 кВт для автобусов. Двигатель имеет искровое зажигание, по 2 клапана на цилиндр и одноступенчатый наддув с промежуточным охладителем. В системе выпуска устанавливается трехкомпонентный нейтрализатор. Двигатель дополнил линейку компактных газовых двигателей MAN для автобусов мощностью от 162 до 228 кВт и соответствующих нормам EEV.

Как считают специалисты компании, разработка двигателей, предназначенных для работы на одном виде топлива, позволяет добиться их более высокой мощности (увеличение до 20 кВт) и экономичности по сравнению с многотопливными моделями.

(Окончание следует)

УЗЛЫ, АГРЕГАТЫ, КОМПОНЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ Двигатель Экология
Игорь Павлов Основные Средства 11'2011 16 ноября 2011

Комментарии (0)