Сравнение топливной экономичности Cummins с другими двигателями автомобиля ГАЗель БИЗНЕС

В технических характеристиках автомобиля, производитель указывает номинальный расход дизельного топлива при полной нагрузке, не превышающий:

• 8,5 литра на 100 км пробега при скорости движения 60 км/ч,
• 10,5 литра при скорости 80 км/час.

Это действительно небольшие цифры, учитывая, что рабочий объем цилиндров силового агрегата составляет 2,78 литра.

• Назад
• Вперёд

Двигатели Cummins – Страница 3 из 6 – Рейс.

В 2019 году исполняется 100 лет компании Cummins. В начале июля в Набережных Челнах состоялся технический день «Камминз KAMA», приуроченный к этой дате, на который приехали партнеры компании со всей России

Cummins в России

До 2000-х годов об известном во всем мире бренде – ​моторах Cummins, в России знали только специалисты. Теперь эти дизели на слуху у всех наших автоперевозчиков. Конечно же самые распространенные у нас моторы – ​это «четверки» Cummins ISF 2.8, которые ставят на «ГАЗели». В 2011 году «Группа ГАЗ» просто осчастливила российских перевозчиков, когда начала оснащать экономичными, мощными и надежными дизелями Cummins ISF 2.8 «ГАЗели» и ISF 3.8 – ​«Валдай» ГАЗ‑3310. Сейчас по России насчитывается около 200 тысяч дизельных «ГАЗелей» с ISF 2.8, и их количество только растет. Но еще раньше, уже с середины 2000-х, моторы Cummins начали устанавливать на «КАМАЗы» и в 2006 году открыли СП «Камминз КАМА» в Набережных Челнах. Первыми Cummins российской сборки стали «четверки» Cummins ISBe 4. 5, объемом 4,5 л и  шестицилиндровые дизели Cummins ISBe 6.7, объемом 6,7 л. Диапазон мощности этих моторов составляет от 140 до 310 л.с. и от 550 до 1200 Н.м. крутящего момента. Основные модели КАМАЗов на которые ставят серию Cummins ISBe, но именно «шестерки» – ​это трехосные самосвалы 6х4 КАМАЗ‑65115, бортовые грузовики КАМАЗ‑65117 и шасси КАМАЗ‑65116 – ​под различные надстройки. Причем, если в 2004 году доля Cummins в продукции Камского автозавода составляла 1 % и остальные двигатели были традиционными «камазовскими» V8 в разных модификациях, то в 2014 году моторы Cummins уже стояли на 38 % КАМАЗов. Кризис уменьшил долю до примерно 17 % в 2016, 2017 и 2018 годах, но в нынешнем 2019 году ожидается свыше 25 % – ​интерес к грузовикам с Cummins растет. Лучше всего с Cummins ISBe 6.7 продаются 15-тонные самосвалы КАМАЗ‑65115: в не самом благополучном 2016 году их выпустили около 28 %, то есть около 1300 а/м. На втором месте в тот период были КАМАЗ‑43253 – ​около 16 % или около 800 а/м, на третьем – ​КАМАЗ‑65117 – ​около 500 а/м или 10 %, на четвертом – ​«53605» около 400 а/м и на пятом «65116» – ​около 300 а/м. То есть пять-шесть моделей грузовиков обеспечивают 80 % продаж двигателей изготовленных на СП «Камминз КАМА» в Набережных Челнах. В 2014 году из самосвалов КАМАЗ‑65115 91 % были с моторами Cummins ISBe 6.7, а это ни много, ни мало – ​свыше 6 тысяч автомобилей. Сейчас практически 90 % выпускаемых бортовых грузовиков КАМАЗ-65117 оснащаются Cummins ISBe 6.7, у шасси «65116» продажи чуть отстают – ​70 %.
Одно из достоинств рядных «шестерок» ISBe перед «восьмерками» КАМАЗ‑740, даже перед современными длинноходными – ​меньшая масса и меньший расход топлива. Специалисты Камского автозавода проводили исследования по эффективности использования моторов. Опрос перевозчиков
показал следующее: средний расход топлива на КАМАЗ‑65115 в исполнении Евро‑3 составил от 36,3 до 37,9 л/100 км с моторами КАМАЗ‑740 и  от 33,5 до 35,7 л с Cummins ISBe 6.7. То есть в среднем на 7 % экономичнее. При сравнении самосвалов КАМАЗ‑65115 с двигателями Евро‑4 без системы нейтрализации SCR, средний расход топлива с двигателем KAMAЗ‑740 превышает расход с двигателем Cummins ISB 6. 7 на 16 %. Конкретно: с  «740» от 38,7 до 41,7л/100 км, с ISBe 6.7 – ​от 33,2 до 36,0 л.
Важно, что те же самые моторы Cummins ISBe ставят не только на КАМАЗы, но и на голландский DAF LF, на итальянские IVECO Cargo, на чешскую AVIA, в Америке – ​на среднетоннажные Peterbilt, в Китае – ​на автобусы Yutong и на грузовики Dongfeng. Недавно, в 2017 году, двигатели Cummins ISBe 6.7 Евро‑6 начали устанавливать на грузовики Scania серии «P», ориентированные на работу в городе. Мотор для Scania называется DC 07, применяются настройки 220, 250 и 280 л.с. Это при том, что Scania традиционно использует только свои двигатели, но по характеристиками, видимо, «шестерка» Cummins оказалась лучше и ценой дешевле, чем пятицилиндровый 9-литровый Scania DC 09. Успешно используется семейство двигателей Cummins ISBe 4.5 и Cummins ISBe 6.7 в Европе на городских автобусах с гибридной силовой установкой. В таком случае до 33 % идет экономия топлива, сокращаются выбросы окиси углерода и СО2. Сейчас в Евросоюзе работает около 2000 таких автобусов. Применив двигатели Cummins ISBe на своих грузовиках Камский автозавод встал в один ряд с другими мировыми производителями грузовиков и автобусов использующими эти дизели.
Кроме того, весной 2017 года на СП «Камминз КАМА», в дополнение к двигателям семейства ISBe, начато серийное производство моторов Cummins ISL, рабочим объемом 8,9 л, с диапазоном мощности от 300 л.с и крутящим моментом 1230 Н.м до 400 л.с. и 1700 Н.м. В России самый большой опыт в применении двигателей Cummins объемом 8,9 л – ​у челнинской компании «РИАТ». Там еще в 1993 году, после пожара на моторном производстве, начали устанавливать на КАМАЗы моторы Cummins, Caterpillar и даже «воздушник» V8 Deutz с Magirus. Причем никакой экзотики в разработках «РИАТа» не было – ​смотрели в перспективу. Но ситуация с курсом рубля к доллару была не очень позитивная, а в дефолт 1998 года цена импортных двигателей стала вообще неподъемной для перевозчиков. Вернулись к теме установки двигателей Cummins только в 2008 году, но уже в 2011 году собрали более 600 грузовиков – ​половину от производственной программы «РИАТ». Ныне моторы Cummins ISL устанавливают не только на «РИАТе», но и на главном конвейере автозавода. Преимущественно «ISL» идут на 20-тонные самосвалы КАМАЗ‑6520 6х4, на седельные тягачи КАМАЗ‑6522 6х6, а также на КАМАЗ‑6520 «Люкс» с кабиной Mercedes-Benz Axor, то есть с кабиной седельного тягача КАМАЗ‑5490, только с  короткой, в дневной версии.

Система питания Газель Некст с двигателем Cummins ISF

Система питания двигателя Common Rail

Система состоит из системы подачи топлива, в которую входят топливный бак, топливный фильтр с подкачивающим насосом, ТНВД, форсунки, топливо линии

В состав системы также входит система подачи воздуха, состоящая из воздушного фильтра, турбонагнетателя, охладителя наддувочного воздуха и впускной трубы.

В стальной штампованный бак установлен топливозаборник с фильтром грубой очистки.

Топливный бак крепится на раме.

Из бака топливо по трубопроводу через фильтр тонкой очистки подается к ТНВД (ТНВД). От насоса топливо под высоким давлением поступает в рампу, откуда подается к форсункам.

Топливозаборник крепится к баку прижимным кольцом с винтами через резиновое уплотнительное кольцо.

Насос высокого давления подает топливо в общую топливную магистраль высокого давления независимо от числа оборотов двигателя.

В этой топливопроводе хранится топливо под высоким давлением, откуда оно непрерывно подается к форсункам.

В этом насосе давление топлива увеличено до 250 — 1600 бар в трех радиальных напорных камерах.

Электронный клапан управления подачей топлива, установленный на входе в эти камеры, регулирует количество подаваемого в них топлива.

Для этого он использует сигналы от ECM, который поддерживает давление в Common Rail высокого давления на необходимом уровне.

Топливо, не поступившее в камеры давления, выходит через каскадный перепускной клапан.

Направляет часть топлива под давлением в каналы системы смазки ТНВД и затем сливает топливо в бак.

Топливная рампа хранит топливо и распределяет его между топливопроводами отдельных форсунок.

В рейку установлен датчик, контролирующий давление, создаваемое в ней насосом высокого давления.

Сигнал этого датчика используется модулем ECM для регулирования подачи топливного насоса высокого давления. Кроме того, в общей топливной магистрали имеется редукционный клапан.

Работает как предохранительный клапан, сбрасывая избыточное давление, если давление в топливопроводе превышает установленный уровень.

Топливо, слитое из общего топливопровода высокого давления, возвращается в топливный бак по возвратному топливопроводу.

ТНВД приводится в действие шестернями от заднего конца коленчатого вала.

В корпусе насоса также установлен механический подкачивающий насос, обеспечивающий подсос топлива из бака.

Фильтр тонкой очистки топлива со сменным фильтрующим элементом в сборе с насосом подачи топлива предназначен для очистки топлива в системе питания двигателя от механических примесей и воды.

Расположен в моторном отсеке с левой стороны лонжерона рамы.

На корпусе фильтра имеется отверстие для выхода воздуха, закрытое болтом, сетчатый фильтр предварительной очистки топлива и кран для слива осадка (воды).

Для предотвращения засорения фильтра в холодную погоду в корпус фильтра встроен электрический подогреватель топлива.

Воздушный фильтр устанавливается с правой стороны моторного отсека.

В воздушном фильтре воздух, поступающий через воздухозаборник, фильтруется, проходя через шторки фильтрующего элемента.

Далее по патрубку в верхней части корпуса фильтра воздух по воздуховоду поступает в турбокомпрессор двигателя.

Элемент воздушного фильтра с большой площадью фильтрации.

Фильтрующий элемент изготовлен из пористого картона.

Турбокомпрессор установлен на выпускном коллекторе и предназначен для улучшения наполнения цилиндров за счет использования энергии выхлопных газов.

Турбокомпрессор состоит из одноступенчатого компрессора и радиальной турбины.

Принцип работы турбокомпрессора заключается в том, что выхлопные газы из цилиндров под давлением попадают через выпускной коллектор в камеру газовой турбины.

Расширяясь, газы вращают турбинное колесо.

Вращение через вал передается на рабочее колесо компрессора, которое всасывает воздух, сжимает его и подает под давлением в цилиндры двигателя.

Турбинное колесо отлито из жаропрочного сплава и приварено к валу.

Колесо компрессора отлито из алюминиевого сплава и закреплено на валу специальной гайкой.

Подшипник вала турбокомпрессора смазывается маслом, подаваемым под давлением по трубопроводу от масляного насоса.

Из турбокомпрессора масло сливается по патрубку в картер двигателя.

Турбокомпрессор оснащен газомасляными контактными уплотнениями с пружинными кольцами.

Со стороны турбины уплотнительные кольца устанавливаются в канавку втулки, запрессованной на вал ротора, а со стороны компрессора — в канавку втулки компрессора.

Для повышения эффективности сальника со стороны компрессора зона уплотнительного кольца отделена от зоны активного выброса масла из подшипника маслоотражателем, образующим дополнительный лабиринт.

Охладитель наддувочного воздуха (интеркулер) трубчато-полосовой алюминиевый, устанавливается под радиатором системы охлаждения двигателя.

Перед поступлением во впускной патрубок двигателя воздух проходит через охладитель, который соединен воздуховодами с турбокомпрессором и впускным патрубком.

Для облегчения запуска двигателя во впускной коллектор встроен электронагреватель «А».

При повороте ключа в замке зажигания включается подогреватель и загорается лампочка на панели приборов, после того как она погаснет можно включать стартер.

Дроссельный узел представляет собой корпус с демпфером, который электрически управляется электронным сигналом педали.

Педаль электронного управления дроссельной заслонкой (педаль газа) прикручена к перегородке.

Компания Cummins стремится увеличить эффективность дизельного топлива для тяжелых условий эксплуатации до 55%.

Крупногабаритные тягачи с прицепами, которые мы видим на шоссе, потребляют всего около 5,8 миль на галлон дизельного топлива. В ходе испытаний Cummins-Peterbilt SuperTruck — демонстратор передовых технологий при поддержке Министерства энергетики США, представленный в прошлом году, — показал почти вдвое больше: 10,7 миль на галлон. Если бы все большегрузные грузовики в США были бы такими же эффективными, как SuperTruck, внутреннее потребление нефти упало бы почти на 300 миллионов баррелей, потенциальная экономия в размере 15 миллиардов долларов, которая уменьшила бы ежегодные затраты на топливо среднего оператора класса 8, возможно, на 10 000 долларов. .

И хотя грузовики с полуприцепом составляют лишь 4% транспортных средств на дорогах Америки, они потребляют около 20% топлива, поэтому повышение экономии топлива также значительно сократит выбросы CO2.

Прототип Cummins-Peterbilt был разработан и построен в рамках инициативы SuperTruck Initiative, четырехлетнего сотрудничества правительства и промышленности стоимостью 78 миллионов долларов США для разработки дизельного полуприцепа следующего поколения со значительно улучшенным расходом топлива. Теперь Министерство энергетики возвращается с последующим проектом, целью которого является еще более высокая эффективность системы двигателя.

«Мы многому научились в программе SuperTruck», — сказал Уэйн Экерл, вице-президент по корпоративным исследованиям и технологиям Cummins, который называет себя «парнем, занимающимся горением». «Это дало нам возможность продемонстрировать осуществимость нескольких передовых технологий движка, над которыми мы работали ранее, и интегрировать их в операционную систему».

Полученная трансмиссия SuperTruck достигла цели Министерства энергетики по максимальной тепловой эффективности тормозной системы дизельного двигателя на уровне 50%. «Это было совсем непросто», — подчеркнул он, отметив, что «дизели сегодня, вероятно, эффективны на 43%».

Министерство энергетики недавно предоставило Cummins, единственному в стране независимому производителю дизельных двигателей, двухлетний грант в размере 4,5 млн долларов, чтобы повысить его предыдущую отметку на 5 процентных пунктов до 55% тепловой эффективности тормозов, сказал Экерле. «Теперь мы стремимся продемонстрировать еще одно существенное повышение эффективности в реальном рабочем цикле, усилие, которое использует и продвигает то, что мы делали в проекте SuperTruck».

Проект по внедрению технологий для двигателей большой грузоподъемности, проект НИОКР с разделением затрат 50:50, направлен на «использование результатов проектирования, анализа и разработки, которые были вложены в рамках программы Cummins SuperTruck, для демонстрации максимальной эффективности системы дизельного двигателя 55 % термической эффективности тормоза (BTE), а также внедрение усовершенствованной высокоинтегрированной системы сгорания/дожигания», — говорится в документах Министерства энергетики США.

«Не существует волшебной палочки, позволяющей достичь 55% BTE», — предупредил Лайл Кохер, технический консультант по расширенной системной интеграции в Cummins и главный исследователь проекта Diesel 55BTE в команде, состоящей из 20 преданных своему делу инженеров. «Достижение новых уровней топливной эффективности при соблюдении всех ограничений на выбросы означает, что нам придется использовать несколько стратегий».

Команда Cummins планирует применить новые способы тонкой настройки процесса сгорания топлива, оптимизировать как топливную, так и воздушную системы, модифицировать систему выбросов, уменьшить паразитные потери в базовом двигателе и турбонагнетателе, а также добавить нижний цикл для рекуперации отработанного тепла.

Лучшее горение

Вероятно, наибольший вклад в общее повышение эффективности внесет улучшение процесса сгорания, заметил Кохер. Различные настройки сгорания топлива могут улучшить сложный процесс сжигания топлива, который в дизельном двигателе влечет за собой около 2000 одновременных и последовательных химических реакций. Сообщается, что для улучшения моделирования сгорания производитель дизельного топлива лицензирует коммерческий компьютерный код стоимостью более 1 миллиона долларов в год.

Команда, по словам инженера-механика, реализует несколько передовых стратегий сжигания, которые оптимизируют скорость выделения тепла, но при этом сохранят горение при пониженных температурах для снижения выбросов оксидов азота (NOx). «Может существовать компромисс между эффективностью и выбросами NOx», — признал Кохер.

«Мы хотим минимизировать продолжительность горения, чтобы уменьшить потери тепла», — сказал он. «В частности, мы хотим контролировать форму ставки; то есть мы хотим замедлить переднюю часть процесса сгорания и ускорить заднюю. Мы также хотим свести к минимуму потери тепла в цилиндре с помощью изолирующих покрытий и других подходов».

Как и другие дизели, двигатель 55% BTE будет получать свой базовый КПД за счет экономичного цикла сгорания-воспламенения и меньших механических потерь из-за работы на более низкой скорости.

Вдобавок ко всем остальным соображениям, по словам Экерле, инженеры должны достичь этой цели, не «превышая пиковое давление в цилиндрах и не производя шума».

Помимо внедрения новейших технологий впрыска топлива, которые могут включать в себя более высокое давление впрыска, более точное управление распылением и многократное впрыскивание, гибкое управление клапанами и улучшенное дыхание двигателя также являются ключевыми факторами повышения эффективности трансмиссии. «Нам необходимо свести к минимуму потери при перекачке», — подчеркнул Экерле. «Всякий раз, когда нам приходится заталкивать газы обратно в цилиндр или втягивать их, это стоит нам работы».

Прототип двигателя будет в первую очередь опираться на рециркуляцию отработавших газов (EGR) для снижения температуры сгорания. «EGR — это важный способ контроля NOx путем поддержания низкой температуры», — сказал Кохер. Это также помогает контролировать насосные потери.

Турбо повышает эффективность

«Мы используем турбокомпрессоры, чтобы максимизировать эффективность», — сказал он. «Двигатели высокого давления работают более эффективно, чем двигатели низкого давления». Турбонаддув повышает удельную мощность и восстанавливает часть израсходованного тепла выхлопных газов.

Компания Cummins разрабатывает более эффективные турбокомпрессоры с меньшими зазорами между лопатками и корпусом, сказал Экерле. «Мы используем все преимущества вычислительной гидродинамики, анализа реакций и методов моделирования для моделирования турбонагнетателя вплоть до кратких переходных режимов в цикле — по сути, пульсаций в потоке».

«В прежние времена — правда, всего 3 года назад — вы не могли этого сделать», — сказал он. Знание коэффициентов давления и других мелких деталей «позволяет нам гораздо лучше спроектировать архитектуру турбонаддува. Мы оптимизируем общую конструкцию, чтобы использовать преимущества импульсов в каждом цикле, что раньше мы как бы игнорировали».

Они сказали, что конструкция системы двигателя также должна предусматривать стратегическое охлаждение, чтобы свести к минимуму потери тепловой энергии и увеличить общую мощность. Паразитные потери в насосе будут частично устранены с помощью охлаждающих насосов с переменным расходом. Аналогичным образом, потери на трение, присущие процессу передачи мощности, будут снижены за счет покрытий, снижающих трение скольжения, и других технологий.

Утилизация отработанного тепла

Команда Diesel 55BTE применяет органический цикл Ренкина (ORC) для улавливания отработанного тепла из системы рециркуляции отработавших газов двигателя, а также потоков наддувочного воздуха и выхлопных газов и преобразования его в полезную работу. Система, в которую войдут теплообменники, теплоноситель рабочего тела/хладагента, детандеры, насосы и конденсаторы, будет связана с двигателем механически через турбины-детандеры.