Один плюс четыре изготовителя двигателей уровня Euro 4

Наличие двигателя такого уровня в производственной линейке предприятия в прямом смысле означает сохранение в СНГ моторостроительной отрасли, ведь число не соответствующих указанной степени очистки выхлопных газов выпускаемых автотранспортных средств (АТС) будет стремительно сокращаться (на первых порах поддерживаемое заказами, скажем, Минобороны). Также отметим следующее. Двигатель – дорогостоящий агрегат, его стоимость в современном дизельном исполнении (та же «шестерка» городского автобуса) достигает 15 тыс. евро. Таким образом, собственное моторное производство (его сохранение и переоснащение) в автотракторомашиностроении выгодно и с точки зрения добавленной стоимости, и рационального использования валютной выручки предприятий.

Дополнительным доводом является накопленный в странах СНГ опыт в области изготовления двигателей собственной конструкции для автомобилей и тракторов. Достаточно сказать, что совокупный объем выпуска отечественных автомобилей в 1991 г. превышал 1,6 млн. ед.* (без учета дорожно-строительной техники, тракторов и комбайнов, на которые тогда тоже ставили исключительно отечественные «движки»):

Прежде чем перейти к рассмотрению образцов двигателей уровня Euro 4 для АТС, сегодня объединяемых названием «коммерческая техника», остановимся на марке ВАЗ. Для чего, спросит читатель, ведь легковые машины на страницах журнала не освещаются? Дело в том, что тольяттинское моторное производство – единственное в СНГ, уже с 2010 г. серийно выпускающее автомобили с двигателями не только 4-й, но и 5-й степени «еврочистоты» (узаконят которую только с 2014 г.). При этом с двигателями собственного производства и нескольких разновидностей. Впрочем, требования «евро» для бензиновых (сегодня суть «легковушки») и дизельных двигателей различаются. В то же время введены ограничения по содержанию твердых частиц в выхлопах бензиновых двигателей уровня Euro 5.

Ульяновский моторный завод (УМЗ), чьи «движки» сегодня устанавливают на автотехнику «пушного семейства» («ГАЗель», «Соболь»), в ноябре 2010 г. объявил о соответствии требованиям Euro 4 своей бензиновой «четверки» мод. 4216 (42164). В 2011 г. начались дорожные испытания указанного двигателя на автомобиле «ГАЗель».

У Заволжского моторного завода (ЗМЗ), предлагающего большую номенклатуру двигателей, норму Euro 4 в 2010 г. выполнил ЗМЗ-409. Обращает внимание доведение до уровня требований экологического класса 4 бензиновой «восьмерки» ЗМЗ-52342.10. Да, заводское руководство заявило, что «в 2011 г. под Euro 4 будет осваиваться весь модельный ряд» (а это, напомню, не только мод. 406 и 405, но и карбюраторные 402). И все же ее родоначальник – разработанный в 1964 г. ЗМЗ-53, последовательно совершенствовавшийся в 1984 г. (мод. 53-11) и 1992 г. (мод. 511). К тому же, по данным I-net-узла ЗМЗ, кроме упомянутой «восьмерки» в начале 2011 г. Euro 3 соответствовали только двигатели мод. 514 и 406.

Прежде чем приступить к рассмотрению средних и тяжелых дизелей, кратко остановлюсь на их «младших братьях», которые могут устанавливать и на коммерческую технику. Похвастаться таким образцом может только ЗМЗ. Да, литраж мод. 514 небольшой, всего 2,4 л, но его снимаемая мощность может достигать 130 л.с., т. е. как у бензиновых УМЗов и ЗМЗ.

Мы наследники моторостроительной отрасли, где малая дизелизация отсутствовала (не буду вдаваться в причины), а средняя обеспечивала потребности тракторной и дорожно-строительной техники. Вот почему ЗМЗ-514 появился уже на излете СССР, а на его доводке сказались 1990-е годы. Им сегодня комплектуют УАЗ-469 «Охотник», и это несомненный успех (жаль, о доводке «дизелька» ВАЗ-343 (1,8 л, 58…75 л.с.) до уровня Euro 4/ 5 не слышно ничего). Поэтому, на мой взгляд, ошибочно называть разработанное семейство ЯМЗ-530 «запасным аэродромом», а начатую ТЭРЗом и камским автоградом сборку прототипа DCi11 (мод. 650) и Cummins (о которых речь пойдет ниже) – поиском легкого пути.

А с зарубежьем часы сверять надо, и не потому, что эти требования по составу отработавших газов «евро» (еРА – Северная Америка, NLT – Япония) разработаны не нами. Двигатель, конечно, важнейший узел, но его продолжением в буквальном смысле является коробка передач. Снижение токсичности выхлопа напрямую связано с увеличением числа ступеней в автоматических КП (минчане убедились в этом с поставкой в августе 2010 г. автобусов МАЗ-203.076). Их мощные (с «отдачей» 290 л.с.) двигатели Deutz TCD2013LO6 уровня Euro 4 агрегатируются уже с 4-ступенчатой, а не с 3-ступенчатой КП Voith (D864.3E). В «линейке» «Фойт-Казань» они, напомню, появились только-только, и здесь прямо говорили о том, что пересмотр модельного ряда АКП связан с новыми «зелеными» ограничениями на выхлопы (а указанная и другая 4-ступенчатая КП D854.3е станут его основой). Опять-таки на перспективные ПАЗы ставят хотя и «механику», но марки ZF. Так что нашим мотористам еще и поэтому свою «линейку» надо выпускать под требования SAE к сцеплению и коробкам передач. И потом – конкуренция, ведь зарубежные изготовители предлагают готовый (и с 2009 г. отвечающий требованиям Euro 5) модельный ряд двигателей любого типоразмера. Что касается автобусов, единственным заводом, устанавливающим на них отечественные двигатели, остается ЛиАЗ. МАЗ использование двигателей ЯМЗ прекратил (ограниченным было и применение белорусских ММЗ), в наиболее знаковых поставках (Питер) с НефАЗа также присутствуют зарубежные двигатели, а современные ЛАЗы комплектуют двигателями Deutz (и всю 12- и 18-метровую «линейку» ВАПа, которая целиком базируется на зарубежных шасси).

Даже в двигателях ЯМЗ-534/ 536 велика доля завозных комплектующих (см. «ОС» № 5, 2011 г.). Задача налаживания их выпуска не только снизит зависимость от прямых зарубежных поставок но и, что важнее, сохранит рабочие места (на том же ЯЗДА), положительно повлияет на конечную стоимость «движка». К тому же во многих случаях речь идет не о всяких там микропроцессорах, а о… литье блока, ведь известно, что и для двигателя Д-249 уровня Euro 5 (торжественно «заведенного» на ММЗ еще в ноябре 2007 г.) его отливали в Германии. В качестве примера смело можно приводить образованные КАМАЗом (помимо союза с Cummins) совместные предприятия с ZF по выпуску многоступенчатых механических КП и узлов тормозной системы с Knorr, а с 2011 г. еще и Daimler по сборке мостов (и это не считая среднетоннажных Mitsubishi и тягачей Actros). А как иначе, ведь отработанных решений по низким выбросам вредных веществ двигателями автотранспорта у отраслевых НИИ нет (во многих случаях уже нет и самих НИИ: ЦНИДИ, ЦНИТА), применение выпускаемых на предприятиях стран СНГ важнейших комплектующих добиться требуемой сегодня степени очистки выхлопа не позволяет.

Рубеж Euro 4 все перечисленные моторостроители преодолели. Это касается как существующего модельного ряда (ММЗ, КАМАЗ), так и развертываемого (ЯМЗ-530, ЯМЗ-650). Сказать здесь хочется многое. Конечно, заслуживают внимания закупки за рубежом производственных линий для сборки двигателей крупнейшими заводами – КАМАЗ и ЯМЗ (ТЭРЗ). Что касается «ярославского куста», то здесь наряду с новым семейством «530» собственной разработки освоен выпуск итало-французского дизеля высокой мощности DCi11 под обозначением ЯМЗ-650. Во всех случаях новички являются «рядниками». Возникает вопрос о будущем V-образных ЯМЗ-236/ 238 и многочисленных разновидностей: закончится ли 50-летняя история их установки на грузовики, автобусы после 2012 г.? Прямо о сворачивании выпуска этих моторов (ввиду дороговизны доводки и т. п.) не говорят. Осваиваемое (на строящемся в Ярославле новом заводе) семейство 530 и «дизель с рожками» мод. 650 (сборку его ведет ТЭРЗ) перекрывают мощностной ряд V-образных двигателей. Не слышно и о дальнейшем «срезе» их выхлопов, тогда как при достижении Euro 3 они были перенумерованы (мод. 656/ 658). А вот КАМАЗ дорогу к Euro 4 своим «длинноходным» V-образным «восьмеркам» уже обеспечил (мод. 740-70), почти одновременно открыв СП с Cummins. Есть у него и еще один отвечающий Euro 4 двигатель – газодизельная «восьмерка» мод. 820.61-260 (также 120х130 мм), поставляемая НефАЗу в составе автобусного шасси КамАЗ-5297-17.

Добавлю, что эти производственные достижения приходятся кстати еще и потому, что ярославский «Автодизель» в этом году отмечает 95-летие, а КАМАЗ – 35-летие на рынке машиностроения. А 35 лет назад началось строительство моторного завода в Тутаеве (сегодня ТЭРЗ). При этом КамАЗ по двигателю V8, а Минский моторный завод (ММЗ) – Р4 выполнили требования Euro 4, не затрагивая основ двигателей (наряду с ЗМЗ и УМЗ).

Обсуждение того, что ЯМЗ-534, которые осенью начнут массово сходить с конвейера, и двигатели Д-245/ 249 «однокашники», предлагаю оставить за рамками данной статьи. Дело в том, что вопрос этот на страницах периодических изданий рассматривался много раз, причем и под таким углом: не случится ли так, что ЯМЗ-534 займет место под капотом автомобилей, автобусов и дорожно-строительной техники, как это в последние 10…15 лет проделал ММЗ по отношению к СМД и АМЗу? Сравнивали эту пару не только между собой, но и с «четверкой» Deutz (кстати, широко устанавливаемой не только на средние автобусы МАЗ-206/ 226 с полом переменной высоты, но и мод. 256 на рамном шасси грузовика мод. 4370), и даже китайскими Yuchai, Weichai. Скажу одно – хотя «четверки» в объеме выпуска ММЗ и составляют 80% с лишним, завод является поставщиком МТЗ (44 тыс. тракторов в 2010 г.), так что вопроса своей загрузки предприятие избежит, тем более, что договоренности по поставкам Д-245е4 уже есть (к примеру, на КАвЗ). К тому же «нарисовался» еще один конкурент минской «четверки» – Cummins, уже сегодня вытесняющий ее из-под капота «Валдаев».

Самое время кратко остановиться на базовых различиях выполнения строгих сегодня требований к загрязнению окружающей среды автотранспортом. Два основных подхода к «воспитанию» средних и тяжелых дизелей в «зеленом духе» известны под сокращениями EGR (Exhaust Gas Recirculation – рециркуляция (перепуск) отработавших газов с установкой фильтра твердых частиц (РОГ-ФТЧ) и SCR (Selective Catalyst Reduction – избирательное (селективное) каталитическое восстановление). Эти технологии являются «изюминкой» достижения высокой степени очистки отработавших газов. Другие рабочие процессы двигателей также последовательно совершенствуются – это конструкция и число ступеней турбонаддува, систем подачи воздуха и контура охлаждения; детали и устройства топливоподачи; характер образования топливовоздушной смеси; фазы газообразования и типы камер сгорания; газораспределительный механизм и цилиндропоршневая группа; материал и расположение валов; скоростные характеристики и системы управления, а также эксплуатационная надежность.

При EGR отбираемые из выпускного коллектора отработавшие газы направляются в охладитель. После охлаждения часть отработавших газов через впускной коллектор возвращается в цилиндры. Тем самым снижается температура горения рабочей смеси и происходит уменьшение образуемых оксидов азота NO. Но в этом случае растет количество твердых частиц, для улавливания которых применяется сажевый фильтр. Таким образом, имеет место перепуск (рециркуляция) отработавших газов и установка фильтра твердых частиц.

Подавление твердых частиц при SCR осуществляется в процессе сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Обезвреживание NO происходит на этапе очистки выхлопных газов. С этой целью в глушитель в виде аэрозоля вводится раствор мочевины AdBlue, который представляет собой 32,5%-ный раствор карбамида в деионированной воде. Содержащийся в ней аммиак, вступая в реакцию с молекулами NO, восстанавливает их до безопасных соединений – азота и водяного пара.

В вопросе топливной экономичности принято считать, что предпочтительнее SCR (хотя расход AdBlue – 3…6% от сжигаемой «солярки»). И наоборот, у двигателей, «запрограммированных» на EGR, расход чуть повышается (на 3…4%). В то же время применение мочевины несколько увеличивает снаряженную массу (75-литровый бак, устройства его обогрева). К тому же емкости с AdBlue и «соляркой» (как и заправочные пистолеты) должны иметь разное цветовое исполнение, размер горловин, чтобы водители их не путали, особенно в первое время.

В странах СНГ технические решения в области обеспечения высокой чистоты выхлопа различны. Так, ярославцы – как для семейства 530, так и для тяжелых ЯМЗ-650 – используют технологию EGR (РОГ-ФТЧ), а КАМАЗ – SCR. Поиск решения по обеспечению чистоты выхлопа современных дизелей на ММЗ оказался не так однозначен. ММЗ для вывода «четверки» (и «шестерки» Д-263) на уровень Euro 4 остановился на РОГ-ФТЧ (EGR), а Euro 5 будет обеспечивать уже SCR (двигатель известен как Д-249).

Значит ли это, что за SCR «зеленое» будущее моторостроения? Ведь и такой маститый моторостроитель, как Scania, при обеспечении чистоты выхлопа Euro 4 даже сажевый фильтр не применял. Выгорания твердых частиц Scania, уточним, добивалась за счет улучшения смесеобразования путем резкого, до 2400 бар, увеличения давления впрыска (для сравнения: «Компакт-40» ЯЗДА под Euro 2 развивает давление 1200 бар). С переходом на Euro 5 фильтр твердых частиц (ФТЧ) им уже устанавливался, а в показанных в текущем году мощных (440/ 480 л.с.) рядных «шестерках» мочевинный «очиститель» SCR – штатное устройство.

Добавим, что с переходом на Euro 6 (ЕС с 2013 г., а РФ и РБ – с 2018 г.) выбросы NO и углеводородов потребуется снизить в разы от достигнутого. Обратим внимание и на увеличение такого показателя, как надежность сохранения уровня токсичности отработавших газов – величина пробега, при котором они должны будут выполняться в дальнейшем.

Об организационных трудностях с развертыванием в СНГ производства средних и тяжелых дизелей, которые станут в ряд Euro 4, тоже хорошо известно. По ММЗ это одновременный выпуск заводом двигателей различного назначения: для автомобилей (ГАЗ, ЗИЛ, короткобазных МАЗ-4570) и автобусов (ПАЗ, КАвЗ), тракторов МТЗ и дорожно-строительной техники («Ударник» и др.). КАМАЗ обеспечивает полный цикл производства разнообразной автотехники, подтягивает объемы выпуска в направлении проектной величины. Для «Автодизеля» трудным стал поиск зарубежного двигателя для последующего переноса его сборки в Россию у того, кто утвердился на мировом рынке, и постановка на поток семейства 530. По этим или иным причинам в таблице «Выпускаемые в странах СНГ малотоксичные средние и тяжелые дизели» отсутствуют целый ряд заводов и отечественные двигатели сразу нескольких типоразмеров. Использование каждым из них разных подходов к выпуску (освоению) двигателей отнюдь не стало залогом успеха ни в 1980-е годы, ни относительно недавно.

ЗИЛ еще в середине 1980-х годов разработал собственный дизель мод. 645 и начал его установку на новые (тогда) грузовики мод. 4331, а также разработал перспективные образцы на основе двигателя мод. 508 (см. «ОС» №  5, 2008 г.). Есть ли смысл вслед за ЗМЗ «срезать» до Euro 4 выхлопы своих V-образных бензиновых моторов мод. 508/ 509, которых ЗИЛ в 2010 г. собрал 222 ед.? Машин им собрано на 1 тысячу больше, так что поводов широко праздновать в 2011 г. свое 95-летие у старейшего российского автозавода немного.

ГАЗ в тот период приступил к выпуску 4- и 6-цилиндровых рядных дизелей в наддувном и обычном исполнении, причем воздушного охлаждения. Затем горьковчане начали совместное с австрийской стороной производство двигателей Steyr (не только 4/ 6, но и Р5).

Значит, и прямое сотрудничество с зарубежной стороной само по себе не означает успеха. Вот третий год подряд далек от заявленных объемов выпуск ЯМЗ-650, тоже осваиваемый по лицензии, хотя DCi11 по мощности стоит особняком (а по времени начала сборки опережает Cummins-Кама), тогда как конкурентами «четверке» ГАЗ-Steyr был чуть не весь модельный ряд ЗМЗ и УМЗ, пусть и бензиновый. Как бы то ни было, а 80-летие ГАЗу встречать без собственного двигателя, тем более уровня Euro 4 и выше.

Провальными оказались планы и еще по одному соглашению – о сборке в Кустанае (Казахстан) в год до 20 тыс. всевозможных дизелей Deutz воздушного охлаждения, как и ГАЗ-542/ 544. Кстати, КНD, намереваясь построить в Кустанае дизельный завод (КДЗ), в качестве рабочих (5 тыс. чел. после выхода предприятия на проектную мощность) рассматривал… немцев, сосланных в Казахстан после ликвидации поволжской автономии. А Deutz надежность, доказанную еще во времена строительства БАМа, полностью сохранила. Именно на автобусах с мощной рядной «шестеркой» этой марки минские пассажиры вдохнули «ароматы» Euro 4. Используют ее и другие автобусостроители СНГ – ЛАЗ, «Волжанин».

Ну, а причины, по которым на автобусах не стал массовым украинский СМД («Серп и молот», г. Харьков), чьи «рядники» в начале 2000-х годов «пробовались» на городские ЛАЗ-5252 и 3-осный «Богдан»? Неблагоприятная экономическая обстановка, когда требовалось их всесторонне доводить, причем для заметно иной по условиям работы техники, ведь ранее их использовали на дорожно-строительных машинах. К тому же следовало качественно улучшить их технические показатели, такие как расход, чистота выхлопа, исключить конструктивные недостатки, повысить «отдачу», (тогда как отсутствие наддува для деталей поршневой группы предпочтительнее (по теплонагруженности и давлению в камере сгорания), «подружить» с КП и много чего еще.

Белорусские рядные дизели Р4 и Р6 разрабатывались для тракторов, экскаваторов, погрузчиков и т. п. Сегодня наша «четверка» работает не только на «газонах», но и на «мазовских» среднетоннажниках (а развитие «шестерки» Д-260–Д-263 отвечает уровню Euro 4). А другие моторостроители СНГ – те, что работали с заводами по выпуску тракторов и дорожно-строительной техники, – могли расширить область применения своих дизелей? Как отмечено выше, сборку двигателей Deutz в Кустанае развернуть не удалось, однако предприятие носит название КДЗ. Казахстан старается сохранить эту производственную единицу путем, как сообщалось в 2005 г., осуществления сборки на его мощностях российских комбайнов, тракторов и двигателей для них, причем с Алтайским моторным заводом АМЗ в качестве смежника (значит, часть завезенного немецкой стороной в Кустанай оборудования подключена и используется для обработки и изготовления деталей). Кстати об АМЗе, начинавшем, между прочим, со сборки СМД-7. В «ОС» № 5, 2008 г. мы касались сконструированных здесь в 1990-е годы горизонтальных дизелей для автобусов Ikarus. И если сворачивание этого направления объясняли уходом венгерских автобусов «на заслуженный отдых» (хотя чуть раньше совместно с MAN здесь разработали еще одну «шестерку» – Д-4601), то итоги работы АМЗа в 2010 г. вызывают тревогу за будущее предприятия. Дело в том, что в его модельном ряду отсутствуют современные двигатели, а вместо них предлагаются устаревшие А-01М, А-41 с разработанным на их основе Д-442 в количестве примерно 700 и 500 ед. соответственно (тогда как с 1976-го по 1984 г. завод собрал 1 млн дизелей). При этом в год своего «золотого» юбилея (2005 г.) АМЗ представил выставочный и опытный Д-340ТА (Euro 3), с помощью которого надеялся восстановить былую славу.

Буксует и разработка моторостроителя для дорожной техники ЧТЗ. Здесь, как сообщал журнал «ОС» (№ 5, 2010 г.), перспективные рядные дизельные «четверки» и «шестерки» (с отечественной топливной аппаратурой и компрессором!) остаются опытными. Всего ЧТЗ в 2010 г. собрал 808 двигателей Д-180 и 70 ед. – В-31.

Обстоятельство, которое не предполагается широко раскрывать на страницах изданий транспортной направленности (вопрос-то по сути – нефтехимия), – качество и состав топлива двигателей, соответствующего любым требованиям Euro, в свою очередь растущие с каждой новой «ступенью чистоты» (см. «ОС» № 4, 2009 г.). Вместе с тем низкий технологический уровень многих нефтеперерабатывающих заводов в СНГ – одна из главных причин задержек с введением тех же Euro 4. Так, Мозырский НПЗ только с ноября 2010 г. приступил к выпуску в промышленных объемах высокооктанового бензина АИ-95-евро, отвечающего требованиям EN-228:2008 (Euro 5). В данном случае снижено массовое содержание серы, бензола и ароматизированных углеводородов. Малосернистым должно быть и дизтопливо. Заметим также, что переходу к неэтилированному бензину способствовало введение в свое время норм Euro 1, Euro 2.

Итак, Euro 4 «взят» ЗМЗ и УМЗ по отдельным бензиновым, а ЯМЗ, КАМАЗ и ММЗ – по основным дизельным двигателям (более высокого мощностного ряда) еще в 2010 г. До вступления в силу новых, повышенных требований к составу выхлопных газов транспортных средств (Euro 5) – два года.

* Здесь и далее – данные ОАО «АСМ-холдинг».