Созданы для стройки
Двигатели, применяемые на строительной технике, можно разделить на универсальные и специальные. Универсальные имеют широкое хождение, их устанавливают как на строительные машины – погрузчики, асфальтоукладчики, краны, тракторы и т. д., так и на автомобили – грузовики и автобусы. Они неплохо уживаются в обоих этих мирах, иначе не были бы так распространены. Их наиболее известные зарубежные представители – Deutz и Cummins, отечественные – ЯМЗ и ММЗ.
Однако именно в силу своей универсальности они недотягивают до требуемых для строительной техники параметров. Стремление к идеалу подвигает производителей строительного оборудования заниматься собственными разработками специальных двигателей и моторным производством. Речь идет о Liebherr и JCB, поставляющих в Россию технику с двигателями нового поколения.
Условия работы строительной машины предъявляют определенные требования к двигателю и оказывают влияние на его конструкцию, отличную от конструкции универсальных и тем более автомобильных двигателей. Тихоходные строительные машины работают в цикличном режиме, и от них ждут быстрой реакции при максимальной загрузке, а крутящий момент должен достигать максимума уже на низких оборотах, т. е. нужен низкооборотный длинноходный двигатель с большим объемом цилиндров. Специальные двигатели массивней: во-первых, таким образом снижается вибрация и увеличивается ресурс, а во-вторых, на многих типах машин двигатель выполняет функцию противовеса и дополнительная масса ему только на пользу.
Разработка двигателя и организация производства процессы сложные и требуют многомиллионных инвестиций. Так, проект JCB поглотил 80 млн. ф. ст. Двигатель разрабатывают с большим запасом на будущее, с возможностью его неоднократной модернизации. По сложившейся практике проектируют самый мощный двигатель, остальную моторную линейку формируют методом дефорсирования.
Изначально компания Liebherr использовала продукцию Deutz, Cummins и Mercedes-Benz, но в 1970-е гг. поднявшаяся волна рекламаций послужила толчком к тому, чтобы компания приняла решение открыть собственное моторное производство, и тогда она получила бы силовые установки, наилучшим образом отвечающие ее требованиям, а также возможность тотального контроля качества, а зависимость от поставщиков была бы ликвидирована.
![]() |
Двигатель JCB с роторным ТНВД |
Как раз в то время в компании Deutz сокращали персонал, и в Liebherr первая группа разработчиков пришла именно оттуда. И все-таки утверждать, что двигатель Liebherr – это копия Deutz, в корне неверно. В Liebherr сразу начали работать над двигателем с жидкостным охлаждением, тогда как Deutz в это время занималась только воздушным охлаждением.
Ханц Либхер, основатель и владелец компании, будучи по профессии строителем, поставил задачу разработать двигатель, оптимизированный для техники Liebherr и соответственно отличающийся и характеристиками, и конструктивно от универсальных агрегатов Deutz. Х. Либхерр настоял на том, чтобы двигатель был массивней, с увеличенным ходом поршня и низкими номинальными оборотами. Так в Liebherr возникла своя конструкторская школа. Первый прототип двигателя увидел свет в 1983 г. в Кирхдорфе, где сегодня собирают колесные экскаваторы. Серийное производство началось в 1989 г. на заводе в Бюлле, Швейцария.
Каковы же главные «фамильные» черты двигателей Liebherr? Как уже отмечено, это двигатели с жидкостным охлаждением, массивные, длинноходные и низкооборотные – максимум 2200 мин-1. Навесное оборудование кроме генератора и компрессора приводится зубчатыми передачами. У двигателей очень глубокий картер, для того чтобы при наклоне машины до 45° в любую сторону маслозаборник не обнажался и не возникала угроза масляного голодания. Система смазки снабжена маслоохладителем. Головки блока цилиндров выполнены раздельными, и в этом еще одно отличие от Deutz. Все точки обслуживания выведены на одну сторону. Так делают не только для удобства ежедневного обслуживания, но и исходя из требований к конструкции отдельных типов машин. Так, к двигателю экскаватора оператор имеет доступ только с одной стороны.
![]() |
V-образная «шестерка» Liebherr перед установкой на кран |
Для нового поколения техники Liebherr центр разработки и производства двигателей в Бюлле предоставил две линейки двигателей, отвечающих требованиям норм токсичности отработавших газов EC 97/68 Stage 3A и EPA/CARB Tier 3. В одной линейке – рядные 4- и 6-цилиндровые дизели объемом 6,4...12 л (90...300 кВт), вторая линейка – это V-образные 8- и 12-цилиндровые дизели объемом 16,2 и 24,3 л (400...750 кВт). Работы шли в сотрудничестве с MAN, причем совместно вели исследования, а саму разработку – каждая компания самостоятельно.
При сохранении «фамильных» черт конструкция двигателей полностью переработана. Так, исследования показали, что увеличение температурной нагрузки, необходимой для полного сгорания топлива, приводит к снижению надежности и ресурса двигателя. Для компенсации этого явления увеличили на 40% объем системы охлаждения и на 30% массу двигателя, а объем камеры сгорания и ход поршня увеличены на 6%.
Новые двигатели получили по четыре клапана на цилиндр, гасящие вибрацию компенсационные валы, систему рециркуляции отработавших газов. До 20% объема возвратных отработавших газов перепускается обратно в цилиндр через клапаны, остальные 80% возвращаются из выпускного тракта через систему рециркуляции с охладителем.
На рядные двигатели устанавливают топливную систему Bosch насос–трубка–форсунка с отдельными насосами высокого давления (1650 бар) на каждый цилиндр. Момент и давление впрыска регулирует электронный блок управления. Возвращающееся в бак топливо охлаждается в радиаторе. Для V-образных двигателей применили аккумуляторную топливную систему Bosch Common Rail, которая обеспечивает как требуемую токсичность выхлопов, так и экономичность.
«Старшие» модели двигателей оснащены турбонаддувом с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха. Все радиаторы объединены в модуль и, например, на погрузчиках помещены за кабиной – в наименее запыленном месте. Привод вентилятора стал гидрообъемным и не зависит от оборотов двигателя, а включается по необходимости. В принципе, это решение становится стандартным. На ряде моделей машин предусмотрен реверс вентилятора для очистки радиаторов, а для машин в »северном» исполнении – для быстрого прогрева двигателя.
Liebherr не поставляет свои двигатели на сторону, во-первых, потому, что вообще не придерживается такой политики, а во-вторых, завод в Бюлле полностью загружен заказами собственных производств Liebherr. Более того, компания использует не только собственные двигатели. Так, на новые средние фронтальные погрузчики L 524 2plus1 и L 528 2plus1, представленные на выставке BAUMA 2007, установлены двигатели John Deere.
![]() |
Готовая продукция завода в Бюлле |
JCB Power Systems – самая молодая из моторных компаний, но темпы ее роста впечатляют. Менее чем за три года, с момента пуска в ноябре 2004 г., завод в Дербишире (Великобритания) выпустил 50 тыс. двигателей. За этот год компания намерена изготовить 30 тыс. двигателей. Объем производства доведен до 170 двигателей в день (начинали со 100), а численность персонала – до 160 человек (начинали также со 100). Моторный завод обеспечивает производство экскаваторов-погрузчиков, телескопических, легких фронтальных погрузчиков, вилочных погрузчиков повышенной проходимости, больших погрузчиков с бортовым поворотом и дизель-генераторов, что в сумме составляет половину производственной программы JCB. Кроме того, двигатели поставляют канадскому производителю вилочных погрузчиков Sellick и североирландскому производителю думперов NC Engineering.
Компания долго вынашивала мысль дать своим машинам оптимальный, созданный по собственным спецификациям двигатель. Разработку вели в течение пяти лет в сотрудничестве с мировыми инжиниринговыми компаниями, в том числе Ricardo Consulting Engineers и AVL, оказавшими содействие в конструировании камеры сгорания, систем питания и выпуска, системы рециркуляции отработавших газов (EGR). С британской компанией Cosworth (сейчас это Mahle Powertrain Ltd.) взаимодействовали по вопросам производства головок и блоков цилиндров. Итогом всей этой многолетней напряженной работы стало семейство 4-цилиндровых агрегатов рабочим объемом 4,4 л, названное очень просто – 444. Не так давно семейству дали имя Dieselmax в честь гоночного аппарата JCB, поставившего рекорд скорости. Конечно, те два двигателя, приводившие болид в движение, имеют мало общего с серийной продукцией, зато явно демонстрируют технический потенциал компании.
JCB выпустила более 40 тысяч двигателей Stage 2/ Tier 2 мощностью 63 кВт (атмосферный), 74 кВт (наддувный) и 106 кВт (с интеркулером) с роторными ТНВД Lukas и Delfi. Основу производственной линейки составляют двигатели с топливной системой Bosch Common Rail Stage 3A/ Tier 3 мощностью 96, 106 и 118 кВт. До конца года продолжится выпуск последней модели с механическим впрыском мощностью 74 кВт, которая также соответствует требованиям Stage 3A/ Tier 3.
![]() |
Двигатель JCB, установленный на телескопический погрузчик |
Двигатели Dieselmax развивают максимальный крутящий момент при 1300 мин-1, а их частота вращения ограничена 2200 мин-1. Большой крутящий момент на малой скорости был одним из ключевых критериев – это дает машине мощность, необходимую для выполнения тяжелых операций на малых оборотах, позволяет быстро реагировать на изменение нагрузки, сокращает рабочий цикл и снижает шумность.
Большое значение придавали массивности, жесткости и прочности конструкции двигателя. Литой чугунный блок цилиндров с расточенными в нем цилиндрами сопряжен снизу с монолитной чугунной опорой коленчатого вала. Головка блока также монолитная и выполнена из чугуна. Тепловые зазоры в клапанах регулируют через специально оставленные окна. Прокладка головки блока представляет собой двухслойный «сэндвич», болты головки блока рассчитаны на однократную затяжку. Шатун штампуют целиком, а затем раскалывают ультразвуком. В результате получается абсолютно точный, неразъемный узел.
Двигатель с нижним расположением распредвала, с 4 клапанами на цилиндр. Каждая пара клапанов – впускных и выпускных – приводится одним коромыслом через Т-образный толкатель. Топливная система с многократным впрыском – 4...6 впрысков под давлением 1200...1800 бар. Чтобы гарантировать герметичность, демонтированный трубопровод высокого давления не устанавливают обратно, а заменяют новым. В поршне выполнена тороидальная камера сгорания, обеспечивающая оптимальное вихреобразование и заполнение камеры топливно-воздушной смесью. Два компрессионных и маслосъемное кольца устанавливает на заводе пневматический автомат. Установку кольца в соответствующую канавку контролирует система датчиков, а не сборщик, что исключает ошибки.
На двигателях Stage 2 применялась двухстадийная очистка топлива через фильтр-отстойник и фильтр тонкой очистки. На Stage 3A схема такая же, но обеспечивает более тонкую очистку. Воздух проходит через циклонный фильтр, бумажный фильтр и так называемую кассету безопасности, представляющую собой бумажный фильтр. Степень загрязненности кассеты сигнализирует о необходимости замены основного фильтра. Вентилятор системы охлаждения приводится гидравликой независимо от оборотов двигателя.
![]() |
Двигатели на сборке бульдозеров Liebherr |
Контроль качества производства можно охарактеризовать как тотальный, от контроля комплектующих, контроля каждого этапа сборки и до промежуточных и финальных испытаний. Сборка в значительной степени автоматизирована и снабжена средствами, предохраняющими сборщика от ошибки, как вышеупомянутый станок для установки на поршень колец.
Что ожидает нас в будущем? В 2011 г. вступят в силу еще более жесткие нормы Stage 3B/ Tier 4, достигаемые при условии двухступенчатого наддува, применения топливной системы Common Rail c давлением 2000 бар, регулируемой рециркуляции отработавших газов с охлаждением. К 2014 г., т. е. к моменту вступления в силу норм Stage 4/ Tier 4, двигатели приобретут каталитические нейтрализаторы отработавших газов и сажевые фильтры.
![]() |
![]() |