НОВОЕ «СЕРДЦЕ» ДЛЯ FORD F-SERIES
V-образный восьмицилиндровый турбодизель рабочим объёмом 6,7 л, получивший название Scorpion, представляет следующее поколение дизеля Power Stroke. Он должен дебютировать в 2011 г. на автомобилях нового поколения популярной фордовской серии.
Для достижения выдающихся технических качеств перспективного мотора были сделаны кардинальные шаги. Так, блок цилиндров отлит из высокопрочного чугуна CGI с шаровидным графитом. Прочность этого материала вдвое выше, чем у традиционного серого чугуна. Для автомобилей класса Ford F-Series Super Duty этот материал применяется впервые в США. Но для Ford Motor Company это не проблема: компания уже пользуется такой технологией. А общий вес двигателя уменьшили на 80 кг.
Инженеры Ford тщательно проработали силовую схему дизеля. Крепления головок цилиндров и крышек коренных подшипников продуманы так, чтобы увеличить жёсткость конструкции, снизить общий шум и вибрации. Головки изготавливают из алюминиевого сплава, а для крепления используют шесть болтов на каждый цилиндр. Кроме того, головки снабжены двойной рубашкой охлаждения, обеспечивающей высокую скорость потока охлаждающей жидкости. Одновременно они выдерживают давление сгорания рабочей смеси в 183 бар.
Работоспособность блока цилиндров подкреплена конструкцией коленчатого вала. Ради увеличения его долговечности конструкторы обратили самое пристальное внимание к сопряжениям шеек со щеками. Как результат – оптимальные с точки зрения долговечности радиусы переходов.
В газораспределительной системе использовали по два толкателя на каждую группу клапанов одного цилиндра, в то время как в других моторах обычно используют двуплечее коромысло. Топливная система Common-Rail работает под давлением свыше 2000 бар, обеспечивая максимальный распыл топлива и наилучшие экологические свойства.
Результаты предварительных испытаний подтверждают ресурс нового двигателя в 400 тыс. км. Эти данные подтверждают результаты математического моделирования. Широкое применение компьютерных технологий позволяет максимально учесть нюансы при проектировании двигателя.
При работе над новым мотором учитывались предпочтения автомобилистов, включая манеру езды, типы дорог и условия эксплуатации (загрузка, буксировка прицепов) характерные для автомобилей Ford F-Series Super Duty. Перед проведением ресурсных стендовых испытаний каждый элемент двигателя был протестирован на прочность отдельно. И только потом дело дошло до стендов, где дизеля непрерывно проработали сотни часов.
Тестирование доказало способность двигателя работать на топливной смеси В20, состоящей из 20% биодизельного топлива и 80% нефтяного, как в условиях максимальной нагрузки в течение длительного периода, так и в режиме старт-стоп.
Двигатель Scorpion ломает традиционное представление о V-образном ДВС. Так, коллекторы выпускной системы переместились внутрь развала цилиндров, впускной трубопровод расположился снаружи. Подобная геометрия позволяет использовать всю энергию выхлопных газов для привода единственного турбонагнетателя, а к тому же – уменьшить задержку его отклика на изменение подачи топлива, или попросту «турбояму».
Такой подход избавил навесные агрегаты от ненужного нагрева от выпускного коллектора. Всё это позволяет выиграть в охлаждении, размерах двигателя и уменьшить расход топлива. Один только объём выпускного коллектора, приводящего в действие турбину, уменьшен вдвое. Это позволяет сделать турбокомпрессор меньше, а значит – динамичнее.
Сам турбокомпрессор имеет два нагнетательных колеса, действующих от одной турбины. Такая комбинация сочетает достоинства быстрого отклика и высокие тяговые характеристики двойного компрессора. Турбонагнетатель имеет управляемые лопатки, а его вал вращается в шарикоподшипниках. Единственная турбина позволяет уменьшить шум, а два компрессора снижают его при переключении с одного на другой. Система впуска состоит из двух резонаторов, и ещё одного, расположенного возле воздушного фильтра.
Экологическая чистота двигателя достигается при помощи EGR. В исполнении Ford она снижает содержание кислорода в питающей смеси для уменьшения образования NOx, но без потери мощности и ухудшения экономичности. Ради этого процесс рециркуляции разбит на два этапа с использованием отдельного охладителя. Охлаждение газов при рециркуляции позволяет повысить эффективность системы в целом. В общем, можно сказать, что Ford на основе EGR создал собственную систему снижения токсичности выхлопа.
Она вовсе не двух-, а трёхэтапная. Ключевым же является использование Diesel Exhaust Fluid (DEF). Впрыск этой жидкости, аналогичной AdBlue, позволяет уменьшить содержание NOx с сохранением работы двигателя в оптимальном с точки зрения мощности диапазоне.
Первый шаг – очистка и нагрев. Очистка отработавших газов происходит в нейтрализаторе – Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Он выполняет двойную задачу. Во-первых, преобразует и окисляет углеводороды в воду и углекислый газ. Этот процесс происходит примерно при 250оС. Второй: DOC сохраняет температуру отработавших газов, что увеличивает эффективность дальнейших преобразований.
Второй шаг – осаждение NOx. Этот процесс известен как SCR (Selective Catalytic Reduction). NOx преобразуется в воду и инертный азот, присутствующий в воздухе и совершенно безвредный. Прежде чем отработавшие газы попадут в камеру SCR, в них впрыскивают состав DEF – водный раствор, содержащий 32,5% мочевины. При нагреве DEF разлагается на аммиак и углекислый газ. Чтобы молекулы аммиака и углекислого газа равномерно распределились в отработавших газах, поток пропускают через специальный миксер, имеющий сходство со штопором. Сам модуль SCR содержит каталитический слой, на котором аммиак преобразовывает NOx в азот и воду.
Третий шаг – очистка от копоти. Финальная часть процесса очистки отработавших газов происходит в фильтре частиц DPF (Diesel Particulate Filter). Работоспособность фильтра периодически восстанавливается прожогом. Процесс запускается специальным сенсором. Его температура 600о С. Для ее достижения приходится сжигать топливо.
Высокие характеристики дизеля Power Stroke достигнуты благодаря усовершенствованной камере сгорания и высокому давлению впрыска. Топливная система может обеспечить пятикратный впрыск топлива за один рабочий цикл. Распылитель форсунки имеет восемь отверстий. Предварительный впрыск позволяет поднять температуру в камере сгорания выше, чем она достигается при обычном сжатии. Затем, когда происходит основной впрыск топлива, процесс сгорания происходит медленнее. Благодаря этому снижается шум и вибрации при работе дизеля. Для лучшего холодного пуска и уверенной работы холодного двигателя новый Power Stroke оснащён свечами накаливания.
