Cоответствие двигателей КАМАЗ требованиям специального технического регламента

Гатауллин Н.А., главный конструктор по двигателям ОАО «КАМАЗ»

Борисенков Е.Р., главный специалист по сертификации двигателей ОАО «КАМАЗ»

В условиях глобальной конкуренции удовлетворение запросов потребителей в современных двигателях и автомобильной технике является стратегической целью ОАО «КАМАЗ». Расширение и увеличение объёмов выпуска двигателей и автомобилей в соответствии с экологической классификацией специального технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории РФ, вредных (загрязняющих) веществ», базирующегося на Правилах Женевского соглашения 1958 г. (Правилах ЕЭК ООН) — одно из основных направлений развития КАМАЗа на период до 2015 г.

Рисунок 1. Динамика снижения нормируемых удельных выбросов дизельных двигателей КАМАЗ.


На рис. 1 представлена динамика снижения удельных выбросов нормируемых вредных веществ серийных двигателей КАМАЗ за период с 1976 года по 2008 год. Системный подход к созданию двигателей КАМАЗ уровней ЕВРО-3,4 реализован в развитии их конструкции, модернизации исследовательских и испытательных стендов, совершенствовании сервисных технологий в региональных центрах «КАМАЗТЕХОБСЛУЖИВАНИЕ».

Развитие конструкци дизельных двигателей КАМАЗ с целью выполнения нормативов ЕВРО-3,4

Новое семейство двигателей V-8 создано на базе размерности DхS = 120х130. Модельный ряд сертифицированных двигателей КАМАЗ уровня ЕВРО-3 представлен в таблице 1. Следует отметить, что согласно Правил № 49-04А ЕЭК ООН (ЕВРО-3) тип топливной аппаратуры, наряду с другими конструктивными особенностями дизеля, определяет сертифицируемое семейство. ОАО «КАМАЗ» подготовило и провело сертификацию на соответствие ЕВРО-3 трёх семейств двигателей:

• с V-образной топливной аппаратурой производства ОАО «ЯЗДА» типа 337-23 (рис.2), диапазон полезной мощности двигателей 360-240 л.с.;

Рисунок 2. Модуль системы топливоподачи на базе ТНВД ОАО «ЯЗДА» с электронным регулятором (ЕВРО-3).


• с рядной топливной аппаратурой производства ф. «БОШ» (рис.3), диапазон полезной мощности двигателей 400-240 л.с.;

Рисунок 3. Модуль системы топливоподачи на базе ТНВД ф. «BOSCH» с электронным регулятором (ЕВРО-3).


• с аккумуляторной системой топливоподачи типа «Common Rail» ф. «БОШ» (рис.4), диапазон полезной мощности двигателей 420-240 л.с.

Рисунок 4. Система топливопитания аккумуляторного типа «Common Rail».


Параллельно с работами по модернизации двигателей V-8 в НТЦ ОАО «КАМАЗ» велась разработка двигателей V-6, которые также прошли сертификацию на соответствие ЕВРО-3 с двумя вариантами систем топливоподачи:

• V-образной топливной аппаратурой производства ОАО «ЯЗДА» типа 327-23 с электронным регулятором, диапазон полезной мощности двигателей 300-210 л.с.;

• с аккумуляторной системой топливоподачи типа «Common Rail» ф. «БОШ», диапазон полезной мощности двигателей 320-210 л.с.

На рис. 5 и 6 приведены общие виды двигателей КАМАЗ V-8 и V-6 уровней ЕВРО-3, на которые получены сертификаты официального утверждения.

Рисунок 5. Общий вид двигателя КАМАЗ V-6 уровня ЕВРО-3 с топливной аппаратурой аккумуляторного типа «Common Rail».


Рисунок 6. Общий вид двигателя КАМАЗ V-8 уровня ЕВРО-3 с топливной аппаратурой аккумуляторного типа «Common Rail».


Известно, что ресурс двигателей ЕВРО-3 повышен до 800 тысяч км пробега против 500 тысяч для двигателей ЕВРО-2. Кроме снижения номинальной частоты вращения коленчатого вала, применения электронной системы управления необходимо отметить изменения в конструкции цилиндро-поршневой группы двигателей ЕВРО-3, обеспечивающих указанный выше ресурс. Это в первую очередь:

- гильза цилиндров из специального серого чугуна легированного бором и молибденом;

- верхнее компрессионное кольцо с хромокерамическим покрытием рабочей поверхности повышенной износостойкости, имеет в сечении двухстороннюю трапецию 6°, форма рабочей поверхности — смещённая к нижнему торцу бочка:

- второе компрессионное кольцо — минутное, из серого специального чугуна, упрочнённое азотированием, без износостойкого покрытия, это позволяет сформировать между рабочей поверхностью и нижним торцом острую кромку, которая положительно сказывается на уменьшении расхода масла на угар;

- маслосъёмное кольцо высотой 4 мм улучшенной приспосабливаемости к гильзе цилиндров за счёт уменьшения радиальной толщины.

Применение указанного комплекта поршневых колец с гильзами цилиндров, конструкция которых отработанна на двигателях уровня ЕВРО-2 позволяет обеспечить расход масла на угар не более 0,1% от расхода топлива, что способствует выполнению норматива на выброс твёрдых частиц с отработавшими газами.

Модернизация технологии исследовани й и испытаний двигателей КАМАЗ

На современном этапе разработка двигателей с высоким эффективным КПД и низким уровнем выбросов токсичных компонентов невозможна без применения высокоэффективных стендовых технологий исследований и испытаний двигателей. Последовательное ужесточение Правилами №49 ЕЭК ООН нормативов на выбросы вредных веществ одновременно сопровождается введением более сложных методик и процедур сертификационных испытаний, увеличением их объемов. Уже на этапе ЕВРО-4 дизельные двигатели с системой обработки отработавших газов испытываются по трем циклам:

• ESC — европейский стационарный тринадцати ступенчатый цикл;

• ELR — европейская нагрузочная характеристика;

• ETC — европейский динамический цикл.

Дополнительными испытаниями предприятие — изготовитель подтверждает заявленные характеристики бортовой диагностики, долговечности и эксплуатационного соответствия двигателей. Так же предприятие — изготовитель обязано вести контроль производства и подтверждать результатами стендовых испытаний двигателей с системами обработки отработавших газов соответствие экологических характеристик выпускаемой продукции требованиям технических условий.

Таким образом, модернизация технологии исследований и испытаний двигателей в ОАО «КАМАЗ» являлась необходимым условием разработки и освоения серийного производства двигателей КАМАЗ уровня ЕВРО-3, -4.

В результате проведенного тендера генеральным поставщиком стендового оборудования для испытаний двигателей КАМАЗ стали фирмы «Хориба» (Япония) и её германский партнер фирма «Шенк».

Основным элементом испытательного стенда является тормозное устройство на базе асинхронной электрической машины «Dynas HD» с диапазоном мощности 460–576 кВт фирмы «Хориба». Общий вид тормоза представлен на рис.7. Имеющаяся в комплекте стенда система вспомогательных рам — паллет позволяет существенно экономить время на подготовке и установке двигателя на стенд.

Рисунок 7. Общий вид тормозного устройства фирмы «Хориба» (Япония).


Постоянство условий испытаний двигателей является важным элементом обеспечения высокой надежности и воспроизводимости их результатов, позволяет повысить эффективность использования моторного стенда. Система кондиционирования воздуха на входе в двигатель, наддувочного воздуха, охлаждающей жидкости, топлива и масла рис.8 — отдельный модуль испытательного стенда, позволяющий управлять условиями испытаний.

Рисунок 8. Система кондиционирования.


В комплект испытательного стенда входят приборы для измерения расходов топлива, воздуха, картерных газов, масла на угар, а также давлений, температур и влажности воздуха. На стенде применяются расходомеры непрерывного принципа действия:

• для измерения расхода дизельного топлива — гравиометрический прибор модели КМА-4000;

• для измерения расхода газового топлива (CH4) — кариолисового типа прибор модели RHM03;

• для измерения расхода воздуха — анемометрического типа прибор модели «Sensyflow» (DN 200).

Стенд для исследования рабочего процесса двигателей КАМАЗ укомплектован двумя газоанализаторами фирмы «Хориба» модели «MEXA-7400DEGR» с обогреваемыми пробоотборными линиями (рис. 9). Концентрации газообразных вредных веществ измеряются до и после устройства обработки отработавших газов. С целью проведения испытаний газовых двигателей КАМАЗ, питаемых природным газом — метаном, в составе газоанализаторов «Хориба» предусмотрены блоки для измерения концентрации метана в отработавших газах.

Рисунок 9. Газоанализатор ф. «Хориба» модели «MEXA-7400DEGR» (Япония).


Выбросы твердых частиц в отработавших газах определяются установкой фирмы «NOVA» (Германия) модели MICROTROL-5. Оптическая плотность (дымность) отработавших газов измеряется установкой фирмы «AVL» (Австрия) модели 439 (рис. 10).

Рисунок 10. Установка для измерения дымности отработавших газов фирмы «AVL» (Австрия).


В составе исследовательского оборудования имеется восьмиканальная система индицирования давлений модели «COMBI-USB», позволяющая в реальном времени вести исследование рабочих процессов в системе топливоподачи и цилиндрах испытуемых двигателей.

Всем комплексом испытательного оборудования стенда с помощью управляющего компьютера и программных пакетов управляет автоматизированная система «STARS».

Рисунок 11. Стенд для исследований систем топливоподачи MEP2000 фирмы «Moehwald GmbH» (Bosch Group), Германия.


На рис.11 представлен общий вид стенда для исследования систем топливоподач «БОШ» уровней ЕВРО-3,4. Стенд позволяет проводить испытания топливной аппаратуры двигателей КАМАЗ в соответствии со стандартом ISO, что обеспечивает получение сопоставимых результатов испытаний с фирмой BOSCH и позволяет сократить сроки разработки и согласования технических требований к системам топливоподачи перспективных двигателей. Стенд оснащен датчиками и приборами для регистрации давлений в линии высокого давления и характеристик впрыскивания. Испытания проводятся в автоматизированном режиме по заданной программе.

Техническое перевооружение сервисных центров ОАО «КАМАЗ»

Сервисная сеть КАМАЗа сегодня — это 147 аттестованных сервисных центров по всем регионам России и 29 в странах СНГ. С целью реализации политики в области сервиса, создания условий для успешного продвижения на рынках автомобильной техники третьего экологического класса ОАО «КАМАЗ» осуществляет техническое перевооружение сервисных центров по следующим направлениям:

• через инвестиционный проект «Техническое оснащение сервисных центров ОАО «КАМАЗ» оборудованием фирмы БОШ». В 2008 году в 25 автоцентров КАМАЗ поступает комплект оборудования в составе: стенд для испытаний ТНВД мод. ЕРS815, системный тестер типа КТS для выездной и стационарной диагностики, комплект инструмента для ремонта ТНВД.

Оборудование позволяет проводить диагностику электронной системы управления автомобилей КАМАЗ, а также испытания, регулировку и ремонт ТНВД «БОШ» с электронным регулятором;

• закупка сервисными центрами отечественных стендов и оборудования для обеспечения в послегарантийный период ремонта ТНВД «БОШ» с электронным управлением. В основном это оборудование ОАО «МОПАЗ» в составе: стенд для испытаний ТНВД мод. ДД-10-05, дизель-тестеры мод. ДД 38-10 и универсальный инструмент для ремонта ТНВД;

• ОАО «КАМАЗТЕХОБСЛУЖИВАНИЕ» организовало в регионах РФ взаимодействие сервисных центров КАМАЗ и самостоятельных предприятий «БОШ-ДИЗЕЛЬ-СЕРВИС» в части восстановления зарекламированной топливной аппаратуры, обеспечения запасными частями, сторонами согласовано взаимодействие в послегарантийный период;

• организовано и ведётся обучение специалистов сервисных центров КАМАЗ по теме «Устройство, принцип действия, диагностика и наладка электронных систем управления силовых агрегатов автомобилей КАМАЗ».

Следует отметить активное участие ООО «Роберт Бош» в процессе дооснащения региональных центров «БОШ-ДИЗЕЛЬ-СЕРВИС» оборудованием для сервиса топливных аппаратур уровня ЕВРО-3, устанавливаемых на автомобили КАМАЗ.

Таким образом, в ОАО «КАМАЗ» приняты все необходимые меры для освоения серийного производства двигателей и автомобильной техники третьего экологического класса, успешного продвижения продукции в регионы Российской Федерации.

18 февраля 2008 года с главного конвейера сошёл 2 500 000 двигатель с начала освоения серийного производства.

Продолжается непрерывная работа по совершенствованию продукции ОАО «КАМАЗ». Опытный образец, укомплектованный системой топливоподачи типа «Common Rail» и системой обработки отработавших газов на базе компонентов фирмы «БОШ» с добавкой мочевины на вход в нейтрализатор, по результатам испытаний подтвердил соответствие нормативам ЕВРО-4. Сертификационные испытания этих двигателей КАМАЗ планирует завершить в 2008 г.

В заключение хотелось бы напомнить, что конечной целью ужесточения международных требований к выбросу вредных веществ транспортными средствами, (хотелось бы думать, и упомянутого Специального технического регламента) является улучшение экологической обстановки в городах, регионах, в целом на планете, наконец. И ОАО «КАМАЗ», как автопроизводитель, делает всё от него зависящее для решения этой проблемы, однако следует иметь в виду, что экологический эффект при этом не будет достигнут в связи с отсутствием в настоящее время в Российской Федерации необходимых условий для эксплуатации автомобильной техники 4-го экологического класса, а именно: низкое качество рыночного дизельного топлива; отсутствие производства мочевины, системы её распределения и т. д. Следует отметить, что весь спектр проблем, связанных с введением в действие с 01.01.2010 г. специальным техническим регламентом требований ЕВРО-4 рассмотрен участниками 61-й научно-технической конференции «Требования ЕВРО-4: применение в Российской Федерации и технологии обеспечения соответствия». Отмечено, что только немедленными и согласованными действиями законодатели, производители и потребители могут создать условия для успешного продвижения в РФ автомобильной техники 4-го экологического класса.