ТЕХНИКАw/ИЗ ПЕРВОИСТОЧНИКАЗАВОЛЖСКИЙ «ТУРБО»ДВИГАТЕЛЬ ЗМЗ-5143.10 - ПЕРВЕНЕЦ ДИЗЕЛЬНОГО СЕМЕЙСТВАЭскизный проект мотора, максимально унифицированного с бензиновым ЗМЗ-406, рецензировали фирь. мы AVL (Австрия) и «Рикардо» (Великобритания), на чьи исследования опираются многие моторостроители. «Рикардо» согласилась помогать ив доводке агрегата. Опытный мотор ЗМЗ-406Д L появился в 1996-м; а через Щ пять лет начали мелкосерийJ ное производство ЗМЗГ 5143.10, который за это время далеко ушел от прародителя... КОНСТРУКЦИЯ При проектировании, пожаJ F луй, 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».ТЕКСТ / НИКОЛАИ ШИШКИН, НАЧАЛЬНИК КБ ДИЗЕЛЬНЫХДВИГАТЕЛЕЙ 3M3ПРЕДЫСТОРИЯ 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 «тракторногрузовой» 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. 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).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 TRW, - отечественная промышленность не выпускает детали такой размерности. Привод распределительных валов - ценной, 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 - 92x86 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 втул-ки 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 -Дизельный двигатель семейства ЗМЗ-514:1 - коленчатый вал; 2 - шатун; 3 - поршень; 4 - впускной клапан; 5 - распредвалы; 6 - выпускной клапан; 7 - турбокомпрессор. ТЕХНИКАф ирмы «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 ВАЗ-2112, закрытым защитным кожухом. Форсунки фирмы «Бош» - двухнружинные, 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 - ф ирмы «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 П. Мотор можно оснастить ТНВД «Бош-УРЗО» или VP44 (посадочные места компонентов топливной аппаратуры и ТНВД практически не меняются) с электронным управлением. Такой агрегат уложится в Евро Ш. 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, ГУ. 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 УАЗ-3162, проходящего испытания в редакции; так что эта статья не первая (ЗР, 1998, N s 10; 2002, №11) и не последняя... 1»1НАША СПРАВКА Первый отечественный дизель НАГИ 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 ОПТУ, 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 ЯАЗ204 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.СЕМЕЙСТВО ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗЗМЗ 514310 Рабочий объем, л Мощность, кВт/л. с. при об/мин Крутящий момент, Н м при об/мин Минимальный удельный расход топлива, г/кВтч Экологические показатели (в составе автомобиля) Масса со сцеплением и картером сцепления, кг 2,24 72/98 4000 216 2300 ЗМЗ-5145.10 (интеркулер) 2,24 81/110 4000 250 1800-2000 ЗМЗ-5148.10 («коммон реял») 2,24 96/130 4000 284 1800-2800вц^иЕик~_*кВ1 ^ ^ в * "ВрЗд^ЖК*/^.Р1>JJ3230Евро II222Евро II210Евро III, IV225223215