13-литровый (!) дизель Cummins и 2 его необычных применения
Технические характеристики
Двигатели семейства QSZ13/ISZ13 разработаны специалистами Cummins Inc. в Англии, а производят их только в Китае, на совместном предприятии Dongfeng Cummins Engine Company (DCEC) в провинции Хубэй. Это один из пяти заводов Cummins в КНР, открытый еще в 1996 году. Сейчас там выпускают моторы серий B4.5 и В6.7, «шестерки» C8.3, а также Cummins L и ISLe 8.9 в автомобильном и промышленном исполнении. Есть моторы, которые специально выпускают для морских и речных судов. Самый большой и мощный мотор в линейке DCEC поставили на конвейер в 2015 году. Тогда изготовили первые 228 моторов, а уже в 2018-м выпустили почти 40 тысяч DCEC Z13. По планам, завод способен ежегодно выпускать свыше 80 тысяч 13-литровых дизелей.
При проектировании двигателей семейства Dongfeng Cummins QSZ13/ISZ13 максимально учитывали опыт разработки и эксплуатации как моторов Cummins, так и подобных дизелей других, в том числе европейских производителей. Конструктивно они схожи с моторами Cummins семейства М11, но с другой размерностью. В результате 13-литровые моторы развивают максимальную мощность на 10-25 л. с. больше, чем у других производителей двигателей в КНР, или вполне сопоставимую с большинством «европейских» тринадцатилитровых дизелей. В какой-то степени это объясняется «честным» рабочим объемом 12,97 литра, в то время как у большинства конкурентов объем около 12,5 литра.
У QSZ13/ISZ13 есть несколько настроек мощности. Самая маленькая – 425 л. с. и крутящий момент 1966 Н·м, потом идут 450, 520 и 525 л. с. Максимальная мощность – 560 л. с. при 1900-2000 об/мин и момент 2640 Н·м при 1200 об/мин.
Источник столь высоких характеристик QSZ13/ISZ13 – обычные ныне четыре клапана на цилиндр, интеркулер и, самое главное – турбонаддув. С турбиной Holset двигателю легко «дышать». Кстати, мотор не только мощный, но и экономичный. В сравнении с конкурентами он расходует на 6% меньше топлива. Здесь хорошо отлаженный рабочий процесс и электронноуправляемая топливная система Cummins XPI с увеличенным до 2400 бар давлением распыла. Инженеры Cummins говорят, что на аналогичных двигателях других производителей давление распыла топлива в среднем составляет около 1800-2000 бар. Для информации: система Cummins XPI это не что иное, как Common Rail в особом исполнении. Кстати, мало кто знает, что с компанией Cummins очень давно и плотно сотрудничает Scania. Именно по топливной системе с общей рампой.
У Cummins QSZ13/ISZ13 при рабочем объеме 12,97 литра диаметр поршня 130 мм и ход 163 мм. Это близко к двигателю Volvo D13 и многим другим моторам. Распредвал находится в блоке, привод шестерен ГРМ передний, возможен отбор мощности от носка коленвала и ГРМ на дополнительный гидронасос. Однако «нижний» распредвал – не самое современное решение, на многих больших дизелях распредвал уже ставят в головку. А на некоторых моторах даже два распредвала в «голове». Блок цилиндров со сменными «мокрыми» гильзами отлит из высокопрочного чугуна с глобулярным графитом. Кроме того, чугун легирован молибденом. Хитрые технологии закалки и обработки гильз долго сохраняют заводскую хонинговку, существенно уменьшают расход масла. Головка блока – общая для всех цилиндров и также чугунная, что предотвращает появление термических трещин. Вообще, в двигателе применяют современные конструкционные материалы, в частности полностью стальные, прочные поршни с полимерным покрытием «юбки». На менее форсированных версиях QSZ13/ISZ13 применяют и алюминиевые поршни, с залитой стальной вставкой для колец.
Карьерная техника
В начале 90-х годов «Тонар» воспринимали не иначе как производителя прицепов-автолавок. В общественном сознании даже не на второй, а на десятый план отступал тот факт, что в Ликино делали неплохие прицепы для легковых автомобилей. Причем и с пневмоподвеской! Сейчас из бывшего кооператива с почти ленинским лозунгом «Товары народу» вырос машиностроительный завод «Тонар». Бывшие инженеры ЛиАЗа смогли возвести на болотах вблизи Ликино-Дулево целый промышленный комплекс. В 2011 году завод объявил о старте производства седельных тягачей с колесной формулой 6х4, а в 2013-м начал выпуск карьерных самосвалов. Уже на первом этапе создания собственных грузовиков «Тонар» ориентировался на лучшие узлы и агрегаты, производимые в Китае по лицензии. В первую очередь это коробки передач Fast Gear и Eaton Fuller, а также ведущие мосты Shaanxi Hande Axle. Наладили сотрудничество по двигателям с Cummins, в частности с Dongfeng Cummins Engine Company.
Самая новая разработка по карьерной теме – полноприводный шарнирно-сочлененный самосвал «Тонар-Т‑35» или «Тонар-7507». Первую машину показали на заводе в мае 2021 года, в дни проведения выставки СТТ. Полная масса грузовика 65 тонн, грузоподъемность 35 тонн, объем кузова с «шапкой» 20 м3, колесная формула 6х6. Главное отличие от выпускаемых ранее «тонаровских» карьерных самосвалов, а также от общестроительных самосвалов других производителей – отсутствие на переднем мосту шкворневых узлов и поворотных цапф. Передний мост шарнирно-сочлененного автомобиля или трактора – это еще один ведущий мост, типа заднего или среднего, соответственно, без каких-либо ШРУСов, с обычными полуосями. Ломаться здесь нечему. Узел сочленения собран на огромных конических подшипниках и находится сзади кабины. «Складывающаяся» рама обеспечивает отличную маневренность, а полный привод, автоматическая коробка Allison 4500 с гидротрансформатором и огромные колеса размера 26,5 R25 гарантируют высочайшую проходимость. Машина предназначена для транспортировки сыпучих грузов в условиях бездорожья. Если абстрагироваться от самосвальной установки, то «Тонар‑7507» может работать и как тягач, буксировать прицепы или полуприцепы, перевозить трубы, железобетонные конструкции или оборудование.
В качестве двигателя использовали дизель Cummins QSZ13, с настройкой 450 л. с./2100 Н·м. Особенность адаптации двигателя на полураму самосвала – применение двух сравнительно небольших радиаторов охлаждения двигателя вместо одного, огромного и дорогого. Небольшие – это примерно в полтора раза больше, чем у КАМАЗ‑5320… Огромный интегральный капот закрывает не только двигатель, но и боковые площадки, удобные для обслуживания мотора. С правой стороны смонтирован воздушный фильтр увеличенного объема, обычные двухступенчатые картонные картриджи дополнены инерционным фильтром-циклоном. Так обеспечивается качественная очистка воздуха для двигателя и максимальный ресурс поршневой группы.
Карьерные самосвалы – штучная, эксклюзивная техника, которую не списывают через 10 лет из-за устаревшего внешнего вида. Если машины будут просты, недороги в эксплуатации и надежны, то они обречены на долгую жизнь. Завод планирует изготавливать около сотни сочлененных самосвалов «Тонар‑7507» в год, что составляет примерно 25-30 % от потребности российского рынка в такой технике. Малыми сериями «Тонар» выпускает «карьерники» еще и потому, что спрос на них в России только формируется, многие перевозчики к ним пока присматриваются. И новые шарнирно-сочлененные «Тонары» будут унифицированы с другими самосвалами и седельными тягачами, выпускаемыми заводом.
Об этой и другой грузовой технике более подробно можно прочитать на сайте журнала «Рейс».
1000+ л.с. с 13 л рабочего объема
Гоночные болиды «КАМАЗ-Мастер» всегда отличались от серийных, транспортных грузовиков, выпускаемых КАМАЗом. Иногда незначительно, а иногда кардинально. Ралли-рейд «Дакар‑2018» стал последним, в котором на грузовиках можно было использовать моторы объемом более 13 литров. Двигатель на замену «восьмерке» Liebherr начали искать еще в 2016 году и остановились на Cummins ISZ13. Заметьте, мотор только год назад поставили на конвейер Dongfeng Cummins Engine Company! Но инженеры «КАМАЗ-Мастер» разглядели хороший потенциал двигателя и приступили к доводке и форсировке. В мае 2018 года рядный Cummins ISZ13 полностью адаптировали к новому автомобилю КАМАЗ‑43509. Как результат – 1100 лошадиных сил при 2400 об/мин и 4500 Н·м крутящего момента. Есть несколько иные цифры, в частности на сайте Dongfeng Cummins – 1060 л. с. и 4500 Н·м, или 1150 л. с. и 5000 Н·м.
«КАМАЗ-Мастер» и раньше снимал тысячу «лошадей» с двигателей ЯМЗ, но вокруг этого всегда было много «тумана». Еще основатель команды Семен Семенович Якубов очень неохотно признавал эту тысячу… Однако одно дело получить тысячу сил с 19 литров, и совсем другая ситуация с 13-литровым мотором. В любом случае, у стандартного Cummins ISZ13 есть 560 л. с. при 1900-2000 об/мин и момент 2640 Н·м при 1200 об/мин, а на спортивной версии характеристики практически в два раза выше! А если взять за точку отсчета мощность абстрактного атмосферного дизеля на 12-13 литров, то спортивный ISZ13 мощнее в четыре раза. И все это для того, чтобы гоночный КАМАЗ разгонялся до «сотни» за 6 секунд!
В 2018 году команда подготовила четыре «боевые» машины с Cummins ISZ13, и уже в январе 2019-го взяла первое и второе места на «Дакаре». В июле того же года команда «КАМАЗ-Мастер» заняла весь пьедестал почета на ралли «Шелковый путь». В 2020 году – опять два первых места на «Дакаре». Триумф на «Дакаре‑2021» – весь призовой подиум в категории грузовых автомобилей у «КАМАЗ-Мастер»! И все эти победы – с Cummins ISZ13! 2021 год для заводской гоночной команды стал знаковым еще по одной причине. Весной продемонстрирован новый грузовик с кабиной нового поколения К5, то есть семейства КАМАЗ‑54901. Но кабина для спортивного КАМАЗа не широкая флагманская от седельного тягача, а короткая и узкая – 2300 мм, самосвальная. А двигатель у гоночной машины, разумеется, Cummins ISZ13.
Секрет раллийного КАМАЗа
По габаритам двигатель оказался выше и короче применяемых ранее V-образных «восьмерок», а потому для Cummins ISZ13 пришлось искать свое место на раме. По подготовке самого мотора есть два основных направления. Первое – получение требуемой мощности и крутящего момента (в данном случае – увеличение в два раза), и второе – обеспечение надежности. Всем этим занимаются инженеры, у команды есть собственная лаборатория двигателей с испытательными стендами. Обычно источники повышения мощности – подбор характеристик турбокомпрессора и повышение давления наддува, улучшение наполнения цилиндров воздухом, подбор фаз газораспределения, настройка ТНВД и всей топливной аппаратуры, оптимизация программы управления двигателем.
Стенд необходим для разборки-сборки спортивного двигателя
В топливной системе сохранен Common Rail, но в особом исполнении
Кроме рессор мосты фиксируют дополнительные реактивные штанги
Увеличение давления наддува у Cummins ISZ13 потребовало снижения степени сжатия с 17 до 16 единиц, это больше относится к надежности. С ростом давления наддува, при соответствующем увеличении цикловой подачи топлива, увеличивается и среднее эффективное давление в цилиндрах. Если мотор «наддуть» очень сильно, ничего не меняя в конструкции, то в первую очередь на вытянутых болтах «поднимается» головка блока, раскроется газовый стык. Чуть позже (а может и раньше) ослабнет крепление коренных крышек коленвала. Вполне реально «вылетают» форсунки. Словно пули, «отстреливаются» гайки или болты крепления головки блока. При очень большом давлении в камерах сгорания блок цилиндров вообще может разорвать по горизонтали… Еще и скорость нарастания давления Ре надо учитывать, она влияет на жесткость работы двигателя и на увеличение износа кривошипно-шатунного механизма, колец, вкладышей. Форсировка – это грамотное преодоление проблем с мотором, которые нарастают лавинообразно.
С каждым новым мотором инженеры «КАМАЗ-Мастер» разрабатывали и новую систему охлаждения. Увеличивали пропускную способность каналов и патрубков, производительность водяных насосов. Радиаторы со стандартного для КАМАЗа места (спереди под кабиной) уже давно переместили за кабину. На охлаждение работают порядка восьми мощных электровентиляторов, значит и генератор нужен особый. В системе смазки тоже есть что довести до ума. Самое простое – увеличение каналов. Улучшают производительность масляного насоса, а это совсем не подкладывание гайки под редукционный клапан. Увеличивают теплоотдачу и емкость водомасляного теплообменника.
Собранный спортивный мотор обкатывают на стенде в различных режимах, затем разбирают, проверяют все сопряжения и собирают заново. Все детали двигателя микрометрируют для обеспечения оптимальных зазоров в сопряжениях, результаты измерений заносят в «паспорт» мотора. За каждый узел, за каждую деталь «под роспись» отвечают исполнители. Жесточайший контроль, как в авиации и в космической промышленности. И это все в дополнение к тому контролю, который мотор изначально проходит на заводе Dongfeng Cummins!
О том, как готовят свои моторы к гонкам инженеры команды «КАМАЗ-Мастер», отлично знают инженеры-двигателисты НТЦ автозавода. А чем занимаются в НТЦ, хорошо известно в команде. Но при всех достоинствах, при всех заслугах Cummins ISZ13, его все же рассматривают как временный двигатель на спортивных КАМАЗах. На заводе готовят к производству 13-литровую версию шестицилиндрового рядного двигателя КАМАЗ‑910, который разрабатывали совместно с компанией Liebherr. Этот мотор со временем будут использовать и в гоночных машинах. А «дакаровские» победы только укрепят престиж ISZ13 по всему миру.
- ДизельCummins для российских LCV
- Производствои сервис дизелей Cummins
- Особенности эксплуатации дизелей Cummins ISB
8363