Как увеличить мощность камазовского двигателя

Необходимые дополнения в состав системы турбонаддува: клапаны, интеркулер

Не один десяток лет потребовался инженерам, чтобы создать действительно эффективно работающий турбокомпрессор. Ведь это только в теории всё выглядит гладко: от преобразования энергии отработанных газов можно «вернуть» утерянный процент КПД и значительно увеличить мощность двигателя (например, со ста до ста шестидесяти лошадиных сил). Но на практике подобного почему-то не получалось.

Кроме того, при резком нажатии на акселератор приходилось ждать увеличения оборотов мотора. Оно происходило только через некоторую паузу. Рост давления выхлопных газов, раскрутка турбины и загонку сжатого воздуха происходили не сразу, а постепенно. Данное явление, именуемое «turbolag» («турбояма») никак не удавалось укротить. А справиться с ним получилось, применив два дополнительных клапана: один – для перепускания излишнего воздуха в компрессор через трубопровод из двигательного коллектора. А другой клапан – для отработанных газов. Да и в целом, современные турбины с изменяемой геометрией лопаток даже своей формой уже значительно отличаются от классических турбин второй половины ХХ века.

Дизельный турбокомпрессор «Бош»

Другая проблема, которую пришлось решать при развитии технологий дизельных турбин, состояла в избыточной детонации. Детонация эта возникала из-за резкого увеличения температуры в рабочих полостях цилиндров при нагнетании туда дополнительных масс сжатого воздуха, особенно на завершающей стадии такта. Решать данную проблему в системе призван промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер).

Интеркулер – это не что иное, как радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. Кроме снижения детонации, он снижает температуру воздуха ещё и для того, чтоб не снижать его плотность. А это неизбежно во время процесса нагрева от сжатия, и от этого эффективность всей системы в значительной степени падает.

Кроме того, современная система турбонаддува двигателя не обходится без:

• регулировочного клапана (wastegate). Он служит для поддержания оптимального давления в системе, и для его сброса , при необходимости, в приёмную трубу;
• перепускного клапана (bypass-valve). Его предназначение – отвод наддувочного воздуха назад во впускные патрубки до турбины, если нужно снизить мощность и дроссельная заслонка закрывается;
• и/или «стравливающего» клапана (blow-off-valve). Который стравливает наддувочный воздух в атмосферу в том случае, если дроссель закрывается и датчик массового расхода воздуха отсутствует;
• выпускного коллектора, совместимого с турбокомпрессором;
• герметичных патрубков: воздушных для подачи воздуха во впуск, и масляных – для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Головка блока двигателя Камминз на Газель Некст

ГБЦ имеет конструкцию с вертикально стоящими клапанами. При этом клапанов 16, то есть по 4 на цилиндр. Распредвал передает усилие для открытия клапанов, через коромысла. Кулачки распределительного вала касаются роликов, закрепленных на коромыслах, приводя их в действие.

Коромысел всего 8 штук, под их воздействием одновременно отрывается сразу по два клапана. Очень важный момент, это своевременная регулировка теплового зазора клапана. Она осуществляется раз в 120 тыс. км. Узел регулировки элементарный, состоит из винта и гайки. Все это можно разглядеть на фото чуть ниже.

Если регулировку клапанов не проводить, то в один прекрасный момент клапан выдавит в камеру сгорания чуть больше допустимого и произойдет встреча клапана с поршнем, а это как вы понимаете очень дорогостоящий ремонт.

Кстати, тот же мотор Cummins 2.8, но с другими настройками может выдавать 149,6 лошадиных сил при крутящем моменте до 330 Нм. Агрегат увеличенной мощности ставят на некоторые модификации ГАЗель Next с осени 2020 года. Повышение мощности произошло за счет новых настроек турбонаддува и перепрошивки электронного блока управления. Правда одновременно пришлось усиливать трансмиссию. Сцепление ZF Sachs теперь идет с увеличенным диаметром ведомого диска, его увеличили с 240 до 280 мм. В КПП появились усиленные подшипники и новые синхронизаторы. Конструкция заднего моста так же модернизирована, в частности усилен подшипник ведущей шестерни.

Модернизация двигателя V8

Двигатель КАМАЗ-740 — Куда ведет модернизация?

Легендарный 8-цилидровый V-образный двигатель КАМАЗ-740 — имеет очень богатую историю, которая не ограничивается моторным отсеком одних только камских грузовиков. Свое начало ещё в середине 60-х годов прошлого века двигатель получил на Ярославском моторном заводе. С годами двигатель V8 модернизировался, его мощность выросла с 210 до 420 л. с, а экологический класс поднялся до «Евро-4/5».

Изначально являясь 8-цилиндровым V-образным 4-тактным дизелем с турбонаддувом и двумя клапанами на цилиндр, двигатель КАМАЗ-740 не изменился за 40 лет производства концептуально, но если сравнить моторы данного семейства выпуска 1976 и 2015 годов, то мы не найдем практически не одной общей детали.

Начнем с того, что у двигателя для лучшей отдачи вырос ход поршня, что сказалось и на увеличении рабочего объема с 10,85 до 11,75 литра. В корне изменена топливная система, где на место топливного насоса высокого давления с механическим приводом пришла система электронного впрыска топлива Common rail, поставляемая мировым лидером в производстве автоэлектроники — фирмой Bosch. Изменился и поставщик деталей цилиндропоршневой группы, коим стала всемирно известная компания Federal Mogul. Благодаря им внедрены технологии нанесения на поршневые кольца хромо-алмазного покрытия.

Также с целью повышения ресурса двигателей мощностью 400 л. с. и выше введен процесс карбонитрирования коленчатого вала. За счет применения нового материала для блока цилиндров — чугуна ЧВГ35 с вермикулярным графитом — повышены прочностные характеристики главной корпусной детали, попутно удалось уменьшить уровень шума работающего двигателя на 0,1-1,5 дБа. Изменили форму головок блока с учетом установки форсунок топливоподачи и применили цельнолитой картер маховика по стандарту SAE1, позволяющего применять КП ведущих мировых производителей (ZF, Allison и других).

Помимо увеличения мощности, крутящего момента и топливной экономичности модернизация позволила повысить экологические свойства двигателей семейства КАМАЗ-740 до цивилизованных показателей «Евро-4» и «Евро-5». И как это ни парадоксально, но именно стремление конструкторов к достижению экологических высот грозят камскому V8 бесперспективностью в будущем.

А дело в том, что ведущие европейские производители грузовиков уже практически отказались от использования высокопроизводительных двигателей V8 (сейчас их выпускает только шведская Scania) в пользу рядных 6-цилиндровых моторов и вот по какой причине. Высочайшие на сегодня экологические нормативы уровня «Евро-6» достигаются лишь благодаря громоздким вспомогательным системам, которые просто нереально разместить в имеющихся моторных отсеках, и уж тем более вкупе с V8.

Назначение

Стандартное функционирование дизельного мотора предполагает образование топливно-воздушной смеси в отсеке сгорания из того объема воздуха, который «своим ходом» поступает при опускании поршня. В этом случае, горючее не полностью сгорает, при этом теряется потенциальная энергия, а силовой агрегат не развивает мощность, на которую способен. Турбокомпрессор КамАЗ позволяет принудительно увеличить количество воздуха, поступающего в камеру сгорания. Это самое простое, но и самое эффективное решение проблемы.

Рассматриваемый агрегат осуществляется наддув. В итоге топливно-воздушный состав лучше сгорает, в результате насыщения кислородом. Если рассмотреть подробнее, насколько процесс происходит «лучше», необходимо понимать, что единица количества горючего отдает больше энергии, что повышает мощность мотора. Как показывает практика, турбокомпрессор КамАЗ-5490 дает прирост силы до 40%. Примечательно, что повышение показателя мощности не требует конструктивных изменений двигателя.

Какие турбины ставят на КамАЗ

Сегодня самой распространенной является турбина КамАЗ Евро-2. Ею оснащаются 4 марки двигателей:

• 740.31-240;
• 740.30-260;
• 740.50-360;
• 740.51-320.

Компрессоры выпускают 3 российских предприятия. Объединение «КамАЗ» и ОАО «Турботехника» производят турбоагрегаты ТКР-7. Характеристики изделия, выполненного по двухконсольной схеме, позволяют применять их и на моторах «Евро-1». Белорусское предприятие в городе Борисов изготавливает аналог турбины ТКР-7. Немецкий концерн Borg Warner Turbo Systems выпускает изделия высокого качества — с более высокими характеристиками, чем российские и белорусские.

Автомобили, оснащенные силовыми агрегатами Cummis, комплектуются своими компрессорами. Необходимо знать, что кроме этих двигателей, остальные оснащаются парными турбинами: правого и левого исполнения. КамАЗы Евро-3 чаще всего комплектуются агрегатами немецкой торговой марки Schwitzer.

Для двигателей Евро-1 подойдут турбокомпрессоры CZ, производитель – компания из Чехии, лицензированная немецким Schwitzer. Этот турбокомпрессор применим к двигателям 740.11 и 740.13 и может быть заменен на произведенный в России ТКР-7Н-1.

Ознакомиться с ценами и подробными техническими характеристиками можно в каталогах на сайтах компаний, занимающихся продажей турбокомпрессоров от разных производителей.

Инструкция по правильной установке или замене турбокомпрессора

Работы начните с выяснения причин отказа оригинального турбокомпрессора. Турбокомпрессор — высокоточный механизм, изготовленный с очень жесткими допусками. Чтобы обеспечить долговечную и оптимальную работу, нужно придерживаться рекомендуемых изготовителем программ сервиса и обслуживания. Регулярно (согласно требованиям к эксплуатации автомобиля) необходимо менять масло и масляный фильтр (фильтры). Качество масла и масляный фильтр должны соответствовать марке автомобиля и двигателя

При эксплуатации двигателя особое внимание должно уделяться системе выхлопа и катализатору. Повышенное сопротивление выхлопным газам приводит к преждевременному выходу турбокомпрессора из строя

Общие положения при установке или замене турбокомпрессора:

— Осмотртурбокомпрессора

— осмотрите систему впуска и систему выпуска турбокомпрессора, чтобы убедиться в отсутствии посторонних предметов, включая частицы прокладок. Имейте в виду, что мелкие частицы могут вызывать серьезные повреждения ротора, если они попадут в рабочую зону при работе на больших оборотах. Убедитесь, что все пылезащитные колпачки удалены из турбины; — Масло и фильтры — при установке нового или отремонтированного турбокомпрессора на двигатель, должна быть произведена замена масла и масляного фильтра. Мы также рекомендуем проверить воздушный фильтр и заменить его, если это необходимо. Используйте только смазочные материалы, рекомендуемые для турбо двигателей; — Прокладки и уплотнения воздушной системы — используйте новые и проверенные прокладки для уплотнения воздушной системы и подсоединений выхлопа к турбокомпрессору. КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УПЛОТНЯЮЩИХ ИЛИ СОЕДИНЯЮЩИХ СОСТАВОВ (ГЕРМЕТИКОВ) ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ МАСЛЯНЫХ КАНАЛОВ; — Подвод и слив масла турбокомпрессора ткр — проверьте линию подачи масла и дренажные трубки на отсуствие повреждений и сужений сечения, деформаций или любых других сомнительных признаков. Если есть какие-либо сомнения, то замените детали. В некоторых случаях, трубки необходимо менять, не зависимо от их состояния.Порядок установки или замены турбины на двигателе: 1. Установитетурбокомпрессор на двигатель. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ГЕРМЕТИКИ на входном отверстии и выхлопном фланце турбины. Все болты (гайки) креплениятурбокомпрессора должны быть затянуты моментами, указанными в технической документации на двигатель; 2. Заполните входное отверстие масляного канала чистым моторным маслом перед подсоединением трубки подачи масла к турбокомпрессору. Несколько раз вручную проверните крыльчатку, чтобы масло попало на подшипники. Повторите данную операцию, пока масло не потечет из отверстия масляного канала; 3. Перед подсоединением шланга слива масла, проверните двигатель до получения устойчивого потока масла из канала дренажа, таким образом, предотвращая масляное голодание турбокомпрессора при запуске двигателя; 4. Перед запуском двигателя, необходимо отключить подачу топлива и прокрутить двигатель стартером в течение 20…30 секунд, для того, чтобы заполнилась масляная система; 5. Дайте поработать двигателю на оборотах холостого хода по крайней мере три минуты после установки турбокомпрессора. Это предотвратит повреждение подшипников, и будет достаточным для того, чтобы удалить любые остаточные загрязнения из системы смазки и корпуса подшипника; 6. Проверьте отсуствие утечек масла, охлаждающей жидкости, выхлопных газов и воздуха; 7. Одновременно с ремонтом турбины необходимо заменить катализатор или его удалить. Забитый катализатор приведет к поломке турбокомпрессора; 8. После капитального или текущего ремонта мотора первая замена масла после 100 км, вторая замена масла после 1000 км.Предупреждение: Категорически запрещается вращать валтурбокомпрессора без масла!!! Запрещается на работающем двигателе перекрывать вход воздуха в компрессор, это приведет к поломке турбокомпрессора!

VGT

VGT, Variable-geometry turbocharger, также VNT, Variable Nozzle Turbine — обеспечивает оптимизацию потока отработавших газов за счет изменения сечения входного канала. Необходимость такого изменения обусловлена тем, что оптимальное сечение при низких и при высоких оборотах существенно разное. При большом сечении турбокомпрессор плохо работает на низких оборотах, при маленьком — на высоких. Таким образом, изменение сечения позволяет турбине подстраиваться под нагрузку с максимальной эффективностью.

VGT чаще встречаются на дизельных двигателях, т.к. более надежны при относительно низких рабочих температурах, характерных для дизельных двигателей. Конструктивно VGT отличаются наличием кольца из специальных лопастей особой аэродинамической формы. В маломощных двигателях (легковые автомобили, гоночные автомобили и малотоннажные грузовики) сечение регулируется изменением ориентации этих лопастей. В двигателях высокой мощности лопасти не вращаются, а покрываются специальным кожухом либо перемещаются вдоль оси камеры (VGT со скользящими лопастями). Движение лопастей осуществляется с помощью мембранного вакуумного привода, серво-, гидро- либо пневмопривода.

1. направляющие лопатки;
2. кольцо;
3. рычаг;
4. тяга вакуумного привода;
5. турбинное колесо.

Рекомендации по ремонту

Имеются и прочие причины поломки турбинных компрессоров. В большинстве случаев проблема решается кардинально — покупкой новой модели. Несмотря на то что ремонт будет дешевле, восстановленный агрегат проработает недолго, что потребует дополнительных затрат.

Починка приспособления усложняется тем, что деталь подвергается значительным нагрузкам. Следовательно, требуется ювелирная точность при обработке и монтаже запчастей. Для этого необходимо специальное оборудование и инструмент. Специалисты рекомендуют приобрести новый агрегат, поскольку их цена доступна. Частично оправдан ремонт только дорогих аналогов.

Охлаждающая жидкость, замена

Система охлаждения представляет собой замкнутую систему жидкостного типа с принудительной циркуляцией. Тепловой режим контролируют термостат и гидромуфты. Сама циркуляция происходит за счёт центробежного насоса, процесс выглядит следующим образом: сначала омывается левый ряд цилиндров, потом правый.

Охлаждающая жидкость проходит через гильзы цилиндров и через отверстие в головку блока цилиндров. Нагретый антифриз поступает в термостат и в зависимости от того, куда тот его определит, в водяной насос, или в радиатор.

Согласно предписаниям технического регламента, охлаждающую жидкость в силовой установке необходимо менять, в зависимости от эксплуатации, каждые три или пять лет. Основным показателем непригодности жидкости к дальнейшему использованию является её цвет. Если он имеет грязный оттенок и отличается от первоначального цвета, дальнейшее использование недопустимо.

Следить за тем, какой уровень охлаждающей жидкости в данный момент имеет силовая установка надо постоянно, во избежание перегрева мотора. В случае необходимости следует долить нужное количество жидкости, типа Тосол-А40. При каждом старте мотора желательно проводить следующие действия:

• На специальном расширительном бачке открыть кран и посмотреть, потекла ли жидкость. Если да, уровень в норме. Привести кран в первоначальное состояние и завести мотор. Если нет, долить охлаждающую жидкость до момента, пока она не потечёт из крана. Если жидкость не течёт, проверить кран и систему охлаждения в целом на наличие повреждений.
• При нехватке охлаждающей жидкости, или её отсутствии вообще, категорически запрещается заводить силовую установку. Выполнив это действие, можно привести в негодность крыльчатку, что повлечёт за собой дорогостоящий ремонт.
• В случае необходимости заменить жидкость в связи с её неудовлетворительным состоянием: надо слить жидкость с нижнего крана радиатора, котла, подогревателя, из трубы печки кабины. После чего необходимо закрыть все краны и снова наполнить систему до нужного уровня.

Особенности эксплуатации турбированных двигателей

На режимах разгона автомобиля в силу инерционности системы возникает явление, получившее название “турбояма”. Сущность явления заключается в следующем:

• Автомобиль движется с небольшой постоянной скоростью.
• Турбина вращается в соответствующем режиме.
• При резком нажатии на педаль ускорения в цилиндры двигателя подается больше топлива.
• После его сгорания образуются отработавшие газы, которые с большей силой воздействуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой временной задержкой.

Таким образом, между моментом нажатия на педаль и фактическим ускорением автомобиля присутствует некоторая временная задержка – “турбояма”. Также данное явление проявляется в виде недостатка крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Виды систем турбонаддува

Производители разработали различные способы избавления от “турбоямы”:

• Турбина с изменяемой геометрией. Конструкция предусматривает изменение сечения входного канала. За счет этого выполняется регулирование потока отработавших газов.
• Два турбокомпрессора, установленных последовательно (Twin Turbo). На каждый режим работы (обороты двигателя) предусматривается свой компрессор.
• Два турбокомпрессора, установленных параллельно (Bi Turbo). Схема разбиения на две турбины снижает инерцию системы, и турбояма становится не так ощутима.
• Комбинированный наддув. Устройство предусматривает и механический, и турбонаддув. Первый включается при низких оборотах, второй при высоких.

Что такое турботаймер и для чего он необходим

Турботаймер Другой стороной инерционности системы с турбокомпрессором является необходимость снижать обороты постепенно. Нельзя резко выключать зажигание после того, как двигатель работал на высоких оборотах. Это обусловлено тем, что подшипники будут продолжать вращение, а поскольку масло не будет подаваться в систему – возникнет повышенное трение. Оно, в свою очередь, спровоцирует быстрый износ вала турбины.

Для решения этой проблемы применяется турботаймер. Это устройство устанавливается на приборной панели и подключается в цепь зажигания. После выключения зажигания ключом система запускает таймер, который глушит двигатель спустя некоторое время, давая возможность турбине снизить обороты до приемлемых значений.

Масло, замена

Силовая установка оснащена системой смазки комбинированного типа, масло к трущимся деталям подаётся различными способами, такими, как: разбрызгивание, самотёк, под давлением. Узел состоит из устройств: хранения, подвода, фильтрации, охлаждения масла.

Движение масла начинается из поддона при помощи насоса. Оно приходит через фильтр в маслоприёмник, затем к насосу и в секцию нагнетания. Из секции, через канал попадает в специальный масляный фильтр, а после в магистраль. Первым смазывается головка блока цилиндров и сами цилиндры, затем коленчатый вал, газораспределительный механизм, компрессор, топливный насос.

Тюнинг двигателей КамАЗ-740

Поставить турбину

Вы можете установить турбины на обычный атмосферный 740 путем превращения его в 7403. Для этого нужно купить две турбины ТКР 7Н1К, заменить поршни на 7403, поставить насос и форсунки от 7403, а также впускную и выхлопную системы. Все есть готовое, достаточно собрать воедино. Можно поставить турбины на полностью стандартный мотор и все настроить. Это будет работать, возможно, даже долго, но надежней конвертировать в 7403.

Одним из способов увеличения мощности дизельного двигателя служит система газотурбинного наддува. Основным ее элементом является турбокомпрессор. Он устанавливается на нагнетательном коллекторе и приводится в движение энергией отработанных газов. Использование турбины на КамАЗ дает прирост мощности двигателя около 25 %. На этих грузовиках применяются двухрядные V-образные силовые агрегаты. Поэтому устанавливают 2 компрессора — каждый на свой блок.

Технические характеристики моторов класса Евро

Двигатель КамАЗ Евро 0 считают самым первым мотором семейства. Самый известный мотор серии 740. Он хороший и надёжный. Но его проблемой является несоответствие новейшим европейским стандартам.

Таблица КамАЗ двигатель Евро 0

Устройство

Турбокомпрессоры КамАЗ имеют простую конструкцию. По сути, в этом приспособлении взаимодействуют два элемента (компрессор центробежного типа и газовая турбина). Первая комплектующая часть состоит из таких деталей

• остова в виде улитки;
• колеса с рабочими лопатками специфической конфигурации;
• отверстия, через которое воздух поступает, подаваясь посредством диффузора во впускной коллектор мотора.

Газовая турбина имеет аналогичное строение, только вместо воздуха, в нее подаются отработанные газы, которые выводятся в систему выхлопа.

Колеса обоих элементов соединяются при помощи центрального корпуса, а крутящая сила передается посредством валика. Следовательно, энергия для работы агрегата продуцируется из отработанных газов.

1 – подшипник; 2 – экранная часть; 3 – корпус; 4 – диффузор; 5 – кольцо уплотнения; 6 – гайка; 7 – отражатель масляный; 8 – компрессорное колесо; 9 – экран маслосброса; 10 – заслонка; 11 – остов подшипников; 12 – крепеж; 13 – переходник; 14 – прокладка; 15 – турбинный экран; 16 – колесо; 17 – корпус; 18 – уплотнитель.