Дизели MAN D20

В феврале 2004 г. автомобильное отделение концерна MAN начало производство нового семейства унифицированных рядных 6-цилиндровых дизельных двигателей для грузовиков. Это семейство, получившее обозначение D20CR (Common Rail), пришло на смену хорошо известным в России дизелям D2866 и отличается от последнего меньшей металлоёмкостью, лучшей экономичностью, повышенной долговечностью, сниженным объёмом технического обслуживания и компактностью.

Дизели соответствуют жёстким требованиям стандарта Euro-4, и в дальнейшем уверенно будут отвечать нормам Euro-5. Диапазон мощности, под который конструировали новые двигатели от 350 до 430 л.с. при едином рабочем объёме 10 518 см³ (диаметр цилиндра и ход поршня — 120х155 мм). Выпускаются четыре разновидности мощностью 310, 350, 390 и 430 л.с. при 1 900 мин^-1, а максимальный крутящий момент соответственно равен 1 550, 1 750, 1 900 и 2 100 Нм при 1 000–1 400 ми-1. Достичь технического совершенства удалось, перейдя на систему непосредственного впрыска топлива с общей топливной магистралью (Common Rail) второго поколения, введением четырёхклапанного газораспределения на каждый цилиндр при верхнем распределительном вале и установкой эффективного турбокомпрессора с охладителем наддувочного воздуха.

Выполнению требований Euro-4 способствовало также применение усовершенствованной системы рециркуляции отработавших газов и введение системы PM-Kat, обеспечивающей дополнительную очистку выхлопа.

Новые материалы, применённые в дизелях, и новые методы расчёта их основных элементов позволили снизить массу моторов на 100 кг, или другими словами, повысить грузоподъёмность автомобилей на такую же величину. При этом расход топлива по сравнению со старыми моторами уменьшен на 5%. Большая длинноходность новых дизелей в сочетании с увеличением давления сгорания улучшила эластичность мотора (способность развивать высокий крутящий момент при малых и средних оборотах коленвала). Это качество особенно ценят те, кто работает на грузовиках в городе или на стройплощадке. Переключать передачи в коробке приходится реже, а тяга мотора с первых оборотов ощутимо возрастает.

Рассчитанный по методу конечных элементов сверхпрочный картер дизеля из графитизированного литейного чугуна получился более жёстким и лёгким, при этом он обладает лучшими акустическими характеристиками. Головка блока — чугунная, литая, общая для всех цилиндров. Её интересной особенностью является встроенная магистраль наддуваемого воздуха. Такое решение избавило конструкцию от множества болтовых соединений и уплотнений.

Верхнее расположение распредвала сократило число деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, и уменьшило стоимость двигателя. Введение роликовых подшипников в коромысла клапанного механизма позволило уменьшить потери на трение, что способствовало снижению расхода топлива.

При выборе системы впрыска топлива концерн MAN первым из производителей грузовиков остановился на Common Rail второго поколения фирмы Bosch. Основные преимущества такого решения кроются в больших возможностях по управлению как давлением (в магистрали поддерживается примерно 1 600 бар), так и временем начала впрыска. Параметры впрыска — давление в системе, время начала впрыска и количество впрыскиваемого топлива — оптимально подбираются «электронным мозгом», что положительно влияет на выходные показатели дизелей. Для каждого режима работы каждый из перечисленных параметров подбирается индивидуально. Высокое давление впрыска при низкой частоте вращения коленвала гарантирует дизелю высокую тягу, а значит, и хорошую интенсивность разгона автомобиля, при этом уровень загрязнения окружающей среды выхлопными газами находится на минимально возможном уровне.

Низкое давление впрыска при частичной нагрузке улучшает показатели по выбросу NOх и снижает расход топлива. Точность по времени впрыска топлива по цилиндрам гарантирует равномерность роста давления горения. Предварительный впрыск, реализуемый новой системой Common Rail, снижает шумность двигателя на холостом ходу и при частичной нагрузке.

Оптимизации процесса сгорания, благотворно влияющей на снижение токсичности выхлопа, способствует усовершенствованная система рециркуляции отработавших газов (AGR), что характерно для всех дизелей, соответствующих требованиям Euro-3. Снижение содержания избыточного кислорода в наддуваемом воздухе позволяет уменьшить температуру сгорания и добиться снижения уровня выбросов окиси азота NOх.
Модернизация наддува заключалась в использовании более эффективных турбокомпрессоров, позволяющих увеличить крутящий момент в зоне малых и средних оборотов, при этом сами агрегаты стали компактнее. Используя байпасную функцию системы рециркуляции отработавших газов, удалось отказаться от установки клапана Wastgate, что упростило и удешевило систему турбонаддува.

Конструкторы новых дизелей постарались максимально уменьшить число уплотнений в моторах, повысив их эксплуатационную надёжность и улучшив ремонтопригодность. Опасность появления различных протечек сведена к минимуму, а системы охлаждения и смазки стали более безотказными. Идя по пути интеграции различных навесных агрегатов в общее целое, разработчики достигли почти невозможного: они сократили на 25% число деталей нового дизеля D20CR по сравнению со старым D2866.

Интересно отметить, что между блоком цилиндров и головкой блока цилиндров не происходит прямого обмена ни моторным маслом, ни охлаждающей жидкостью, что в итоге повышает надёжность работы прокладки. Системы охлаждения и смазки нового дизеля, защищённые патентами, обслуживают головку цилиндров и блок дизеля отдельно друг от друга в параллельном режиме. Для снижения потерь мощности дизели комплектуются новым высокоэффективным одноцилиндровым компрессором, по производительности равным старому, двухцилиндровому.

Комментарий специалиста

Большинство новшеств, воплотившихся в жизнь в новом дизеле MAN, были легко прогнозируемы. Это верхний распредвал, четыре клапана на цилиндр, непосредственный впрыск топлива Common Rail (естественно, новейшего поколения), турбонаддув с усовершенствованной геометрией, в общем, всё, что лежит на главной магистрали технического прогресса в дизелестроении. Некоторые специалисты сегодня высказывают большие сомнения в целесообразности применения рециркуляции отработавших газов, однако большинство моторостроителей эту систему на свою продукцию всё же ставят. Так что и её наличие также вполне естественно. Электронное управление и программное обеспечение становятся всё сложнее, всё мудрее, всё лучше и проникают всё глубже. Повторюсь, эти новшества были ожидаемыми. Однако есть в новом дизеле нечто удивившее.

Больше всего удивил блок цилиндров. По фото можно подумать, что он предназначен для люксового легкового автомобиля классической компоновки, а не тяжёлого грузовика — настолько лёгким и ажурным выглядит литьё. Такие же ассоциации рождают внутренние формы нижней части блока. И только подвесные мокрые гильзы цилиндров не совсем вписываются в «легковую» версию. Впрочем, это лирика. А вот «колотый» разъём коренных подшипников — действительно новость.

Сам по себе «рваный» или «колотый» разъём подшипника скольжения не новость. Но, во-первых, он обычно встречается на шатунах, а во-вторых, на двигателях намного меньшего размера и куда более быстроходных. В частности, такие шатуны BMW ставит на мотоциклетные оппозитные двухцилиндровые двигатели нового поколения. А на коренных подшипниках, да ещё дизеля с рабочим объёмом более 10 л, я такого разъёма что-то не припомню. Справедливости ради замечу, что в отличие от хитрых покрытий цилиндров, «рваный» разъём подшипника шатуна (а он впервые появился пару десятилетий назад) никаких комментариев и замечаний ремонтников не вызвал. Будем надеяться, что и в коренных подшипниках к нему претензий не будет.

При разработке семейства D20CR особое внимание уделялось снижению объёма технического обслуживания. Грузовики TGA, оснащённые ими, должны проходить плановое ТО через 120 тыс. км. Естественно, в этом случае обязательно применение особых марок масел, рекомендованных исследовательским отделом MAN и доступных на рынке. К слову, сам дизель благодаря очень высокому давлению сгорания отличается большей полнотой сгорания топлива, что снижает нагрузку на моторное масло, увеличивая срок его рабочей эксплуатации.

Техническое обслуживание новых дизелей упрощено до предела. Практически, оно сводится к проверке клапанных зазоров в газораспределительном механизме и контроле состояния винилового поликлинового ремня. Сокращение числа уплотнений уменьшило количество точек обязательного осмотра, к тому же расширенные возможности новой системы диагностики обеспечили более быстрый поиск неисправностей.

Конструктивно новый модельный ряд дизелей D20CR должен обеспечить грузовикам, работающим на международных перевозках, пробег в 1,5 млн. км без ремонта. Увеличить долговечность двигателей позволило применение более прочного и жёсткого блока цилиндров, гильз цилиндров и поршней. Серия жёстких испытаний на стендах и на опытных автомобилях, пробежавших в общей сложности более 3,5 млн. км, убедила разработчиков в том, что «1,5 млн. км пробега без ремонта» вполне реальны.