ЗАВОЛЖСКИЙ ТУРБО
ЗАВОЛЖСКИЙ "ТУРБО"
ТЕХНИКА
/ИЗ ПЕРВОИСТОЧНИКА
ЗАВОЛЖСКИЙ "ТУРБО"
Движок ЗМЗ-5143.10 - ПЕРВЕНЕЦ ДИЗЕЛЬНОГО СЕМЕЙСТВА
ТЕКСТ / НИКОЛАЙ ШИШКИН,
НАЧАЛЬНИК КБ ДИЗЕЛЬНЫХ Движков ЗМЗ
ПРЕДЫСТОРИЯ
Дизели сейчас на равных конкурируют с бензиновыми моторами, не уступая им в быстроходности, удельных энергетических показателях при наилучшей экономичности. Такая ситуация сложилась относительно не так давно: одним из первых сломал "тракторно-грузовой" стереотип движок "Штайр-М1", ставший, как понятно, макетом для нижегородских дизелей.
Воодушевленные примером австрийских двигателистов, многие компании взялись за разработку дизелей последнего поколения. Рынок давал подсказку: такие моторы будут нужны! Имея в заделе без помощи других разработанный бензиновый "406-й", в Заволжье решили, с учетом забугорного опыта, преобразовать его в дизель.
Проектировать движок 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 двигателей и мог бы поменять их (либо дополнить) в легких грузовиках, внедорожниках, легковых автомобилях. Общие черты конструкции обусловили, исходя в том числе из требований экологии: конкретный двухстадийный впрыск, головка из легкого сплава с 4-мя клапанами на цилиндр и центральным расположением форсунок, турбонаддув, рециркуляция отработавших газов.
Эскизный проект мотора, очень унифицированного с бензиновым ЗМЗ-406, рецензировали компании AVL (Австрия) и "Рикардо" (Англия), на чьи исследования опираются многие моторостроители. "Рикардо" согласилась помогать и в доводке агрегата. Опытнейший мотор ЗМЗ-406Д появился в 1996-м; а через 5 лет начали мелкосерийное создание ЗМЗ-5143.10, который за этот период времени далековато ушел от прародителя...
КОНСТРУКЦИЯ
При проектировании, пожалуй, больше всего "досталось" головке блока цилиндров. Сначала, на движке 406Д, клапаны размещались V-образно, как в бензиновом варианте, с углом меж ними 35°. В головке появился 3-ий кулачковый вал с приводом от 1-го из распредвалов. Он повлиял на насосные секции, взятые из экспериментального рядного ТНВД (его использовали на опытнейшем 2,5-литровом дизеле для брянской полуторки, так и не состоявшемся), откуда горючее поступало в форсунки.
Из-за V-образного расположения клапанов часть камеры сгорания пришлось расположить в головке блока.
Позднее на моторе опробовали омские "электрические" насос-форсунки, которые позволили развить большее давление впрыска и выполнить всю конструкцию малогабаритной. Как досадно бы это не звучало, недочеты перевесили: из-за инерционности первых электрических клапанов движок не набирал больше 2500 об/мин; к тому же требовалось большое усилие для сотворения нужного давления впрыска, которое передавалось на дюралевую головку, существенно деформируя ее.
Насос-форсунки стали дополнительной нагрузкой и на цепи распредвалов - те вытягивались, нарушая точность впрыска. Построив несколько образцов ЗМЗ-406Д, мы удостоверились, что конструкцию нужно корректировать; такие же советы дали спецы "Рикардо".
1-ое и самое главное: камеру сгорания перенесли в поршень, а клапаны расположили вертикально. В прежней конструкции с большенными "паразитными" объемами удавалось достигнуть данной "экологии" (нормы Евро II) только ценой сверхвысокого давления впрыска... но развить 1,5-2 тыс. бар доступная топливная аппаратура пока не способна. Пригодилось также поделить приводы ТНВД и газораспределительного механизма, поработать с топливной аппаратурой... Сейчас конструкция такая.
Головка цилиндров выполнена из дюралевого сплава. Вертикальные клапаны приводятся от 2-ух распредвалов через одноплечие рычаги с роликами на игловатых подшипниках. Клапанный механизм не нуждается в регулировках благодаря германским гидроопорам INA. Сухари клапанов тоже завезенные из других стран, компании ТRW, - российская индустрия не выпускает Ремонт и эксплуатация таковой размерности.
Привод распределительных валов - цепной, двухступенчатый, схожий ЗМЗ-406. Но длина цепей другая, а для натяжения взамен пластмассовых рычагов применили звездочку, которая в порядке оборотной унификации опробована на бензиновых моторах. Натяжители цепи - гидравлические.
Блок цилиндров из специального чугуна. Отливка унифицирована с блоком бензинового ЗМЗ-406. Поперечник цилиндра - 87 мм, ход поршня - 94 мм (у бензинового "406-го" мотора - 92х86 мм). В картере блока размещаются особые форсунки, через которые масло, поступающее из центральной магистрали, охлаждает поршни.
Коленчатый вал - уникальный, кованый металлической с радиусом кривошипа 47 мм - поковку делает КамАЗ. Вал упрочнен закалкой токами высочайшей частоты либо азотированием внешней поверхности.
Шатун тоже делает КамАЗ. Чтоб сохранить высоту "406-го" блока (требование технологии), шатун укоротили. Заместо сталебронзовой втулки мы применили износоустойчивое покрытие рабочей поверхности верхней головки, снизив массу и себестоимость Ремонт и эксплуатация.
Поршень с камерой сгорания в днище выполнен из дюралевого сплава с нирезистовой вставкой под компрессионное кольцо; юбка обработана антифрикционным составом "Моликот". Поршневые кольца - компании "Гётце". Вместе с поршнями собственного производства планируется использовать изделия компании "Мале".
Топливную аппаратуру после всех тестов с русскими опытнейшеми конструкциями избрали все таки "бошевскую". Нормы Евро II удалось выполнить на ТНВД с механическим регулятором! Это сходу понизило цена мотора. Вобщем, до того на образчиках побывали "электрические" насосы "Лукас".
Специально для ЗМЗ-514 "Бош" доработал собственный распределительный насос типа VE, который сейчас развивает наибольшее давление 1100 бар и имеет корректоры по наддуву и для прогрева мотора зимой. ТНВД приводится от коленвала зубчатым ремнем типа VAZ 2112, закрытым защитным кожухом.
Форсунки компании "Бош" - двухпружинные, позволяют выполнить подготовительный впрыск горючего, уменьшив тем шум процесса сгорания. Фильтр узкой чистки горючего с ручным насосом, подогревателем, сепаратором воды - "бошевский", топливопроводы высочайшего давления - компании "Гуидо".
Турбокомпрессор - чешский, завода "ЧЗ-Страконице АС", также приспособлен "Гаррет", у которого выше КПД.
Оборудование. Не считая перечисленных привезенных из других стран узлов и деталей, мы закупаем за рубежом свечки накаливания "Бош", генератор с вакуумным насосом - аналог того, что используют на ГАЗ-560, и стартер мощностью 1,8-2 кВт. Урок преподал "406-й" мотор: лучше сходу применить ввезенный агрегат, чем получать рекламации на российские узлы. Вобщем, не исключаю, что с течением времени толика русских деталей в нашем дизеле вырастет.
ПЕРСПЕКТИВЫ
ЗМЗ-5143 - базисный движок нового семейства (см. таблицу). Движок с механическим насосом удовлетворяет требованиям Евро II. Мотор можно оснастить ТНВД "Бош-VP30" либо VP44 (посадочные места компонент топливной аппаратуры и ТНВД фактически не изменяются) с электрическим управлением. Таковой агрегат уложится в Евро III. Проходит тесты вариант с охладителем наддувочного воздуха (интеркулером) - ЗМЗ-5145.10 практически на 10 кВт сильнее родоначальника.
Последующий шаг - ЗМЗ-5148.10 с аккумуляторной системой топливоподачи "коммон рейл", регулируемым сопловым аппаратом турбины, может быть, системой обработки отработавших газов. Дизель будет существенно сильнее предшественников и уложится в строгие нормы Евро III, IV.
Мы достаточно далековато ушли от бензинового мотора - унифицированных деталей совершенно малость, зато сохранены общие технологические процессы. Это позволяет сделать серийный выпуск заволжских дизелей относительно малыми средствами. Вначале мы вчеркивали мотор под капоты нижегородских и ульяновских машин; надеюсь, их потребители сумеют в последнее время оценить нашу работу.
От редакции. Пока мотор ЗМЗ-514 в маленьких количествах устанавливают на личные УАЗы и "газели" в заводском центре адаптации дизельных движков в Заволжье. По последней инфы, УАЗ в этом году выпускает 100 дизельных машин: новый мотор поровну поделят старенькое и новое семейства. Разумеется, уже с 2003 года выпуск вседорожников, снаряженных ЗМЗ-514, будет стремительно расти. Один из моторов, возлагаем надежды, отыщет место под капотом UAZ 3162, проходящего тесты в редакции; так что эта статья не 1-ая (ЗР, 1998, № 10; 2002, № 11) и не последняя...
Эволюция дизельных движков Заволжского завода (слева вправо): ЗМЗ-406Д (1996 год); ЗМЗ-5143 (в мелкосерийном производстве с 2001 года); ЗМЗ-5148 (представлен в 2002 году).
НАША СПРАВКА
1-ый российский дизель НАТИ 1-60 спроектировали в 1931 году. В 1932-м сделали 5 60-сильных моторов, но конструкция агрегата оказалась сырой.
1-ый дизельный автомобиль
Я-5 появился в 1934-м. На два пятитонных грузовика установили сделанный годом ранее в "шарашке" - Особенном конструкторском бюро ОГПУ, где работали арестованные инженеры, - мотор "Коджу" (Коба Джугашвили - партийная кличка и реальная фамилия Сталина). Группа конструкторов под управлением Н. Бриллинга спроектировала шестицилиндровый агрегат объемом 10 л мощностью 87 л. с. Сборку движков вели на Ярославском автозаводе. Машины Я-5, снаряженные моторами с дюралевыми блоком цилиндров и поршнями, металлической головкой блока, хорошо проявили себя в августе 1934-го на испытаниях с ролью 27 забугорных аналогов. Кроме авто дизеля, в "шарашке" спроектировали агрегаты для трактора и подводной лодки. Последний именовался ЯГГ - в честь наркома внутренних дел Г. Г. Ягоды.
"Коджу" планировали выпускать в Уфе на заводе, который позже перебежал в ведение авиапрома, а в 1967-м начал поставлять моторы "Москвич-412" для АЗЛК.
Серийное создание российских двухтактных дизелей ЯАЗ-204 начали в 1947-м на оборудовании, завезенном из США. На грузовике ЯАЗ-200 (позже - МАЗ-200) ставили агрегат - копию предвоенного южноамериканского "Джи-Эм-Си" серии 71.
Движок "Коджу" и его создатели. 1933 год.
Дизельный движок семейства ЗМЗ-514: 1 - коленчатый вал; 2 - шатун; 3 - поршень; 4 - впускной клапан; 5 - распредвалы; 6 - выпускной клапан; 7 - турбокомпрессор.
ТЕХНИКА
/ИЗ ПЕРВОИСТОЧНИКА
ЗАВОЛЖСКИЙ "ТУРБО"
Движок ЗМЗ-5143.10 - ПЕРВЕНЕЦ ДИЗЕЛЬНОГО СЕМЕЙСТВА
ТЕКСТ / НИКОЛАЙ ШИШКИН,
НАЧАЛЬНИК КБ ДИЗЕЛЬНЫХ Движков ЗМЗ
ПРЕДЫСТОРИЯ
Дизели сейчас на равных конкурируют с бензиновыми моторами, не уступая им в быстроходности, удельных энергетических показателях при наилучшей экономичности. Такая ситуация сложилась относительно не так давно: одним из первых сломал "тракторно-грузовой" стереотип движок "Штайр-М1", ставший, как понятно, макетом для нижегородских дизелей.
Воодушевленные примером австрийских двигателистов, многие компании взялись за разработку дизелей последнего поколения. Рынок давал подсказку: такие моторы будут нужны! Имея в заделе без помощи других разработанный бензиновый "406-й", в Заволжье решили, с учетом забугорного опыта, преобразовать его в дизель.
Проектировать движок 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 двигателей и мог бы поменять их (либо дополнить) в легких грузовиках, внедорожниках, легковых автомобилях. Общие черты конструкции обусловили, исходя в том числе из требований экологии: конкретный двухстадийный впрыск, головка из легкого сплава с 4-мя клапанами на цилиндр и центральным расположением форсунок, турбонаддув, рециркуляция отработавших газов.
Эскизный проект мотора, очень унифицированного с бензиновым ЗМЗ-406, рецензировали компании AVL (Австрия) и "Рикардо" (Англия), на чьи исследования опираются многие моторостроители. "Рикардо" согласилась помогать и в доводке агрегата. Опытнейший мотор ЗМЗ-406Д появился в 1996-м; а через 5 лет начали мелкосерийное создание ЗМЗ-5143.10, который за этот период времени далековато ушел от прародителя...
КОНСТРУКЦИЯ
При проектировании, пожалуй, больше всего "досталось" головке блока цилиндров. Сначала, на движке 406Д, клапаны размещались V-образно, как в бензиновом варианте, с углом меж ними 35°. В головке появился 3-ий кулачковый вал с приводом от 1-го из распредвалов. Он повлиял на насосные секции, взятые из экспериментального рядного ТНВД (его использовали на опытнейшем 2,5-литровом дизеле для брянской полуторки, так и не состоявшемся), откуда горючее поступало в форсунки.
Из-за V-образного расположения клапанов часть камеры сгорания пришлось расположить в головке блока.
Позднее на моторе опробовали омские "электрические" насос-форсунки, которые позволили развить большее давление впрыска и выполнить всю конструкцию малогабаритной. Как досадно бы это не звучало, недочеты перевесили: из-за инерционности первых электрических клапанов движок не набирал больше 2500 об/мин; к тому же требовалось большое усилие для сотворения нужного давления впрыска, которое передавалось на дюралевую головку, существенно деформируя ее.
Насос-форсунки стали дополнительной нагрузкой и на цепи распредвалов - те вытягивались, нарушая точность впрыска. Построив несколько образцов ЗМЗ-406Д, мы удостоверились, что конструкцию нужно корректировать; такие же советы дали спецы "Рикардо".
1-ое и самое главное: камеру сгорания перенесли в поршень, а клапаны расположили вертикально. В прежней конструкции с большенными "паразитными" объемами удавалось достигнуть данной "экологии" (нормы Евро II) только ценой сверхвысокого давления впрыска... но развить 1,5-2 тыс. бар доступная топливная аппаратура пока не способна. Пригодилось также поделить приводы ТНВД и газораспределительного механизма, поработать с топливной аппаратурой... Сейчас конструкция такая.
Головка цилиндров выполнена из дюралевого сплава. Вертикальные клапаны приводятся от 2-ух распредвалов через одноплечие рычаги с роликами на игловатых подшипниках. Клапанный механизм не нуждается в регулировках благодаря германским гидроопорам INA. Сухари клапанов тоже завезенные из других стран, компании ТRW, - российская индустрия не выпускает Ремонт и эксплуатация таковой размерности.
Привод распределительных валов - цепной, двухступенчатый, схожий ЗМЗ-406. Но длина цепей другая, а для натяжения взамен пластмассовых рычагов применили звездочку, которая в порядке оборотной унификации опробована на бензиновых моторах. Натяжители цепи - гидравлические.
Блок цилиндров из специального чугуна. Отливка унифицирована с блоком бензинового ЗМЗ-406. Поперечник цилиндра - 87 мм, ход поршня - 94 мм (у бензинового "406-го" мотора - 92х86 мм). В картере блока размещаются особые форсунки, через которые масло, поступающее из центральной магистрали, охлаждает поршни.
Коленчатый вал - уникальный, кованый металлической с радиусом кривошипа 47 мм - поковку делает КамАЗ. Вал упрочнен закалкой токами высочайшей частоты либо азотированием внешней поверхности.
Шатун тоже делает КамАЗ. Чтоб сохранить высоту "406-го" блока (требование технологии), шатун укоротили. Заместо сталебронзовой втулки мы применили износоустойчивое покрытие рабочей поверхности верхней головки, снизив массу и себестоимость Ремонт и эксплуатация.
Поршень с камерой сгорания в днище выполнен из дюралевого сплава с нирезистовой вставкой под компрессионное кольцо; юбка обработана антифрикционным составом "Моликот". Поршневые кольца - компании "Гётце". Вместе с поршнями собственного производства планируется использовать изделия компании "Мале".
Топливную аппаратуру после всех тестов с русскими опытнейшеми конструкциями избрали все таки "бошевскую". Нормы Евро II удалось выполнить на ТНВД с механическим регулятором! Это сходу понизило цена мотора. Вобщем, до того на образчиках побывали "электрические" насосы "Лукас".
Специально для ЗМЗ-514 "Бош" доработал собственный распределительный насос типа VE, который сейчас развивает наибольшее давление 1100 бар и имеет корректоры по наддуву и для прогрева мотора зимой. ТНВД приводится от коленвала зубчатым ремнем типа VAZ 2112, закрытым защитным кожухом.
Форсунки компании "Бош" - двухпружинные, позволяют выполнить подготовительный впрыск горючего, уменьшив тем шум процесса сгорания. Фильтр узкой чистки горючего с ручным насосом, подогревателем, сепаратором воды - "бошевский", топливопроводы высочайшего давления - компании "Гуидо".
Турбокомпрессор - чешский, завода "ЧЗ-Страконице АС", также приспособлен "Гаррет", у которого выше КПД.
Оборудование. Не считая перечисленных привезенных из других стран узлов и деталей, мы закупаем за рубежом свечки накаливания "Бош", генератор с вакуумным насосом - аналог того, что используют на ГАЗ-560, и стартер мощностью 1,8-2 кВт. Урок преподал "406-й" мотор: лучше сходу применить ввезенный агрегат, чем получать рекламации на российские узлы. Вобщем, не исключаю, что с течением времени толика русских деталей в нашем дизеле вырастет.
ПЕРСПЕКТИВЫ
ЗМЗ-5143 - базисный движок нового семейства (см. таблицу). Движок с механическим насосом удовлетворяет требованиям Евро II. Мотор можно оснастить ТНВД "Бош-VP30" либо VP44 (посадочные места компонент топливной аппаратуры и ТНВД фактически не изменяются) с электрическим управлением. Таковой агрегат уложится в Евро III. Проходит тесты вариант с охладителем наддувочного воздуха (интеркулером) - ЗМЗ-5145.10 практически на 10 кВт сильнее родоначальника.
Последующий шаг - ЗМЗ-5148.10 с аккумуляторной системой топливоподачи "коммон рейл", регулируемым сопловым аппаратом турбины, может быть, системой обработки отработавших газов. Дизель будет существенно сильнее предшественников и уложится в строгие нормы Евро III, IV.
Мы достаточно далековато ушли от бензинового мотора - унифицированных деталей совершенно малость, зато сохранены общие технологические процессы. Это позволяет сделать серийный выпуск заволжских дизелей относительно малыми средствами. Вначале мы вчеркивали мотор под капоты нижегородских и ульяновских машин; надеюсь, их потребители сумеют в последнее время оценить нашу работу.
От редакции. Пока мотор ЗМЗ-514 в маленьких количествах устанавливают на личные УАЗы и "газели" в заводском центре адаптации дизельных движков в Заволжье. По последней инфы, УАЗ в этом году выпускает 100 дизельных машин: новый мотор поровну поделят старенькое и новое семейства. Разумеется, уже с 2003 года выпуск вседорожников, снаряженных ЗМЗ-514, будет стремительно расти. Один из моторов, возлагаем надежды, отыщет место под капотом UAZ 3162, проходящего тесты в редакции; так что эта статья не 1-ая (ЗР, 1998, № 10; 2002, № 11) и не последняя...
Эволюция дизельных движков Заволжского завода (слева вправо): ЗМЗ-406Д (1996 год); ЗМЗ-5143 (в мелкосерийном производстве с 2001 года); ЗМЗ-5148 (представлен в 2002 году).
НАША СПРАВКА
1-ый российский дизель НАТИ 1-60 спроектировали в 1931 году. В 1932-м сделали 5 60-сильных моторов, но конструкция агрегата оказалась сырой.
1-ый дизельный автомобиль
Я-5 появился в 1934-м. На два пятитонных грузовика установили сделанный годом ранее в "шарашке" - Особенном конструкторском бюро ОГПУ, где работали арестованные инженеры, - мотор "Коджу" (Коба Джугашвили - партийная кличка и реальная фамилия Сталина). Группа конструкторов под управлением Н. Бриллинга спроектировала шестицилиндровый агрегат объемом 10 л мощностью 87 л. с. Сборку движков вели на Ярославском автозаводе. Машины Я-5, снаряженные моторами с дюралевыми блоком цилиндров и поршнями, металлической головкой блока, хорошо проявили себя в августе 1934-го на испытаниях с ролью 27 забугорных аналогов. Кроме авто дизеля, в "шарашке" спроектировали агрегаты для трактора и подводной лодки. Последний именовался ЯГГ - в честь наркома внутренних дел Г. Г. Ягоды.
"Коджу" планировали выпускать в Уфе на заводе, который позже перебежал в ведение авиапрома, а в 1967-м начал поставлять моторы "Москвич-412" для АЗЛК.
Серийное создание российских двухтактных дизелей ЯАЗ-204 начали в 1947-м на оборудовании, завезенном из США. На грузовике ЯАЗ-200 (позже - МАЗ-200) ставили агрегат - копию предвоенного южноамериканского "Джи-Эм-Си" серии 71.
Движок "Коджу" и его создатели. 1933 год.
Дизельный движок семейства ЗМЗ-514: 1 - коленчатый вал; 2 - шатун; 3 - поршень; 4 - впускной клапан; 5 - распредвалы; 6 - выпускной клапан; 7 - турбокомпрессор.