Газовые двигатели CUMMINS

Востребованность газобаллонных автомобилей растет год от года, и в связи с этим по всему миру, включая Россию, неуклонно увеличивается число метановых заправочных станций. Автомобильная отрасль переживает изменения – производители все большее внимание уделяют разработке и выпуску новых газобаллонных моделей. Рассмотрим, как появился газовый двигатель, проследим историю его развития, проанализируем его особенности и отличия от дизельного мотора и выясним, какие модели можно найти на рынке сегодня.

История создания и путь развития газового двигателя

Оказывается, первые двигатели были не бензиновыми, как многие думают, а газовыми. Их независимо друг от друга изобрели еще в XIX веке ученые Николаус Отто и Жан Этьен Ленуар. Просто в те времена исследователи располагали только газовым топливом, а ТНВД и карбюратор были придуманы позже как раз, чтобы переводить солярку или бензин в газообразное состояние.

С развитием автомобилестроения в ХХ веке появился дефицит топлива, произведенного из нефти. Пытаясь найти более дешевую и эффективную альтернативу, вернулись снова к газу. Сегодня практические все автомобильные корпорации выпускают в том числе и газовые двигатели.

Компания Cummins чаще ассоциируется с дизельным транспортом, потому что ее история началась именно с промышленного дизеля. В 1919 году Клесси Камминз увидел в нем перспективу, несмотря на популярность бензинового мотора. И вот уже на протяжении более чем 100 лет Cummins лидирует в производстве дизельных двигателей и автомобилей.

Но вернемся к газовым моторам, которые Камминс выпускает в огромном диапазоне: от небольших «шестерок» на 5,9 л до промышленных 18-цилиндровых монстров на 91 л. У гигантов в технических характеристиках вместо мощности по коленвалу указывают другой параметр – мощность электрогенераторной установки, которую вращает мотор.

Для более популярных видов транспорта – спецтехники и легковых авто – выпускают менее мощные двигатели, которые работают на метане. Его обозначают сочетанием букв CNG или LNG (сжатый или сжиженный природный газ). Если мотор работает на пропане, используют аббревиатуру LPG. Двигатели, выпущенные на основе дизельных аналогов, действуют по циклу Отто, то есть возгорание топлива происходит от свечей зажигания. В современной технике применяют усовершенствованную электронную систему с высокой энергией.

Корпорацию Cummins Inc. Составляют более 20 производств, расположенных на различных континентах. Газовые двигатели разрабатывают и выпускают в США, Индии и Китае. Самые большие установки промышленного типа изготавливают в США, Индии и Великобритании.

Обзор двигателей семейства Cummins

Двигатели, производимые на территории США, можно встретить с дополнительным обозначением Westport. Это компания, выпускающая топливное газовое оборудование таких брендов, как Valtek, OMVL, EMER. Она поставляет аппаратуру компаниям Cummins, Caterpillar, Volvo и пр.

Российская «Группа ГАЗ» также закупает газобаллонное оборудование у этой компании для «ГАЗели-Бизнес», работающей на метане, и для модифицированного мотора Evotech 2,7. Westport поставляет продукцию и другим отечественным компаниям: КАМАЗу, ПАЗу, Ликинскому автобусному заводу. С участием итало-канадского производителя созданы и газовые моторы ЯМЗ сер. «530».

Есть мотор и еще большего объема – 15-литровый. Его используют на седельных тягачах, но он дизельный и не конвертирован под работу на газе. Выходит, что востребованность газового Westport ISX12 G с объемом 11,9 л обоснована его более бюджетной категорией.

Какие моторы производят в Китае

Производство газовых двигателей из Америки распространилось в Азию, хотя логично было бы предположить, что разработка новых конструкций должна происходить в Европе. Примерно в середине 50-х годов прошлого столетия моторный завод Cummins выстроили в английском Дарлингтоне. И сегодня многие европейские компании комплектуют свой транспорт английскими моторами – например, Iveco Cargo, DAF LF, AVIA. Практически во всех странах растет популярность авто на газовом оборудовании. Промышленные моторы стали появляться на сельскохозяйственной и промышленной технике, чтобы сделать работу машин более тихой, экономной и экологичной.

Но, вопреки всему, производство Cummins возникло в Китае. Большой исследовательско-технический центр, занимающийся разработкой газовых моторов, расположен в г. Ухань. Там занимаются проектированием двигателей объемом в диапазоне 6,7-12 л, так как возникла потребность в газовых версиях именно этих моторов.

На территории Китая производят моторы Камминс ISB на 6,7 л, ISL на 8,9 л и ISG на 12 л. Таким образом, выпускают 3 востребованных семейства мощностью 190-500 л.с. для различного вида автомобилей: автобусов, грузовиков, спецтехники.

В исследовательском центре Камминс есть необходимое оборудование для дальнейшего усовершенствования двигателей. Например, газоанализаторы помогают производить точную настройку процесса сгорания топлива в цилиндрах и понят, как всевозможные изменения параметров влияют на технические характеристики. Также применяют динамометрический стенд для изучения двигателей мощностью до 370 кВт. Часть оборудования для исследований выпускает австрийская компания AVL List. Современные методы и технологичное оборудование позволяют повышать уровень газовых моторов до Евро-6.

Особенности двигателей, производимых в Китае:

• Cummins B 6.7GE 5 – «шестерка», самый маленький мотор серийного производства. Обладает следующими характеристиками: макс. крутящий момент – 650-860 Н.м, мощность – 190-255 л.с., экологический уровень – Евро-5. Двигатель устанавливают на грузовики 12-16 т, спецтехнику, автобусы длиной 8-12 м.
• Cummins L8.9GE 5 – более мощный двигатель с макс. крутящим моментом 1000-1200 Н.м, мощностью 250-320 л.с., экологическим уровнем Евро-5. Моторы на 8,9 л используют для производства более вместительного пассажирского транспорта, туристических и междугородних автобусов, тяжелой спецтехники и грузовиков.
• Cummins ISG12G можно назвать флагманской моделью: макс. крутящий момент – 1500-1700 Н.м, мощность – 350-400 л.с., экологический уровень – Евро-5. Двигатель применяют только на тяжелых грузовиках и автобусов, длина которых более 12 м.

Последняя модификация по характеристикам немного проигрывает дизельному аналогу, но это обосновано перестраховкой, и в дальнейших разработках появятся более эффективные настройки газового двигателя.

Российские перспективы применения двигателей Cummins

Все три модификации, производимые в Китае, скоро можно будет встретить и на российском рынке. С поставками проблем нет, а сфера использования та же, что и в КНР.

Пока активно используют два газовых мотора, которые отлично себя зарекомендовали на автобусной технике «Группы ГАЗ». Cummins CG8.3, мощность которого 255 л.с., устанавливают на автобусы для городских перевозок ЛИАЗ-529370, ЛИАЗ-525657, ЛИАЗ-529267. Модель В6.7 G подходит для двух видов автобусов: пригородного КАВЗ-4238 и предназначенного для города КАВЗ-4270. Раньше их выпускали с Cummins BGE 5.

По статистике, за период 2005-2012 гг. дивизионом «Автобусы», принадлежащим ГАЗу, было выпущено примерно 1,5 тыс. различных видов автобусной техники, работающих на метане. В будущем планируется повысить производство автобусов с газовыми двигателями.

Начиная с 2018 года использование импортного оборудования для ПАЗов, КАВЗ, ЛИАЗов прекратили. Вместо них решено применять ЯМЗ 534CNG и ЯМЗ 536CNG. Это коммерческий удар как по Cummins, так и по немецкому производителю MAN, который также активно поставлял моторы в Ликино. Причина кроется не в качестве техники, а в том, что ЯМЗ является частью «Группы ГАЗ». Нецелесообразно закупать моторы на стороне, когда их производство налажено на своем предприятии.

Зато в случае с газовыми моторами для КАМАЗ выиграет уже Cummins. С 2006 года компания уже развернула производство в Набережных Челнах: там выпускаются Cummins ISВ, а с 2017 года – модификацию ISL. На «Камминз Кама» изготавливают дизельные двигатели, поэтому наладить линию по производству газовых аналогов несложно. Важно и то, что есть рынок сбыта: газовые моторы будут устанавливать на технику, выпущенную в России. Таким образом, вместо импортной продукции станут производить отечественный Cummins.

Дизельные КАМАЗы с двигателями Камминс не теряют популярности в мире и хорошо продаются. Это происходит во многом благодаря разнообразию модификаций: бортовых грузовиков, тягачей, шасси. Наряду с ними широко востребованы автобусы, предназначенные для городских перевозок. Газовые версии НЕФАЗ с радостью примут жители мегаполисов, страдающие от недостатка чистого воздуха.

На предприятии «КАМАЗ» уже создано специализированное производство, направленное на обеспечение газовых автомобилей. В цехах устанавливают баллоны и другую аппаратуру, необходимую для работы газового оборудования. За последние годы отладили сборку 8 большегрузов, среди которых КАМАЗ 5490 с двигателем Daimler OM 457. Этот мотор было бы легко заменить моделью Cummins ISG12G. Не нужно забывать про Минский автозавод, производящий автобусы и грузовики, на которые тоже можно было бы устанавливать газовые моторы Cummins.

Чем отличается газовый двигатель от дизельного

Если сравнивать газовые моторы Cummins с дизелями, то можно отыскать не так уж и много изменений. Чтобы это понять, сопоставим модель Cummins ISВ и дизельную версию.

Газовые двигатели теряют минимум мощности благодаря таким элементам конструкции, как схема ГРМ с 4-клапанным цилиндром, турбина и интеркулер. От дизельного прототипа сохранились насосы, водяной и масляный, а также маховик, блок цилиндров, коленвал. Не претерпели изменений система охлаждения и смазки. Зато появились новые комплектующие:

Поршни, в которых находится камера сгорания, изменили для улучшения характеристик: если в дизеле степень сжатия 16-17 единиц, то у газового двигателя гораздо меньше – 11,5. Для производства поршней используют высококачественный жаропрочный алюминиевый сплав, который усиливают никелем и легированной сталью. Также их снабжают каналом, по которому перемещается охлаждающее масло. Но традиционные форсунки тоже сохранили, они выполняют функцию охлаждения днища.

У газовых двигателей стала проще процедура замены свечей, для этого не приходится убрать крышку клапанной коробки. Свечи нужны особые, специально изготовленные для газовых двигателей, другие не подходят по характеристикам. Единственное, что их объединяет с бензиновыми аналогами – резьба М14х1,25. Свечи зажигания поставляют из разных мест, но на всех присутствует надпись «Cummins». Они могут быть 1- и -3-электродными. Первый вариант применяют для китайских механизмов.

Газовые форсунки бывают двух модификаций. В первом случае они подключены к общей рампе, чтобы происходил многоточечный впрыск газа, во втором случае они заключены в специальный блок и находятся выше дроссельной заслонки. Количество их зависит от вида газа и типа двигателя. Кроме них обязательно есть два электронных компонента: педаль «газа» и дроссельная заслонка.

Если говорить о подаче топлива или управлении зажиганием, то газовый двигатель больше напоминает бензиновый, чем дизельный. Он оснащен комплектом датчиков, обслуживающих коленвал, распредвал, дроссельную заслонку. Объем подаваемого газа регулируется в зависимости от количества воздуха, который требуется двигателю. Лямбда-датчик отвечает за связь с блоком управления и правильное определение состава применяемой газо-воздушной смеси. Для двигателей Cummins используют бедные смеси 1:23, но есть и исключение: ISL G работает на стехиометрической смеси.

Для эксплуатации газовых моторов в России важен тот факт, что они способны функционировать при морозах до -40 градусов, при этом двигатель заводится быстрее и легче. Хотя рекомендуется не забывать и про предпусковой подогреватель.

Такие моменты, как замена моторного масла и частота техобслуживания, зависят от условий использования техники. Например, в автобусах и автомобилях, действующих в условиях города, замену производят через каждые 12 тыс. км. Подходит только специальное масло с индексом CNG, предназначенное для газовых двигателей. Несмотря на то, что оно сохраняет прозрачность и оттенок, со временем вырабатываются присадки и меняется вязкость. Следовательно, определять его годность по одному внешнему виду не стоит, лучше придерживаться интервалов, рекомендованных производителем. Ресурс газовых двигателей не уступает показателям дизельных – более 500 тыс. км.

У газовых моторов габаритнее шейки коленвала, усиленный блок цилиндров, применяются технологии упрочнения материала. Период износа поршневой группы дольше, чем у дизельных или бензиновых аналогов.

Есть и неприятный момент – газовые двигатели имеют более высокую цену. Но в процессе эксплуатации затраты компенсируются: метан более чем в 2 раза дешевле солярки, к тому же автомобилю с газовым мотором реже требуются диагностика и техобслуживание. И главный аргумент в пользу газобаллонной техники – положительный мировой опыт ее применения.

Справочная информация

В Росси для масштабного выпуска автомобилей на газе необходимо начать производить свои двигатели и расширить сеть заправок.

Для газового двигателя оказываются полезными инновации в сфере производства бензиновых моторов – например, использование отдельных катушек зажигания для цилиндров или отказ от высоковольтного распределителя. У разделенных катушек повышена мощность искры, а потери значительно меньше.

Сегодня природный газ остается дешевым видом топлива: его стоимость более чем в 2 раза ниже стоимости солярки. Метан начинают активно применять даже в тех странах, где нет своей добычи газа. И хотя сегодня выпуск автомобилей на газовом двигателе отстает от производства бензиновой и дизельной техники, похоже, что в скором времени ситуация изменится к лучшему, в том числе и для России.