Даунсайзинг – зачем производители делают абсурдные двигатели

Даунсайзинг – зачем производители делают абсурдные двигатели?

Автор: Дмитрий Сапко

Уменьшение рабочего объема силового агрегата началось достаточно давно. Еще в 2008 году на одной из важных конференций по автомобильной технике в Германии представители VW совместно с разработчиками со всего концерна VAG поделились мыслями о том, что мир двигателей не может оставаться таким, каким он есть сегодня. Большой объем агрегатов портит экологию, повышает расходы водителя на топливо да и не нужен в сфере разработки современных турбин. Сегодня даже 1-литровый мотор с хорошей турбиной может развивать гораздо больше мощности, чем 10 лет назад развивал 2-литровый двигатель. Такие заявления взяты за основу сегодняшнего даунсайзинга. Если раньше увидеть двигатель 1.2 л в России можно было разве что на хэтчбеке A-класса, да и то не всегда, то сегодня пробовал продажи Nissan Qashqai с таким агрегатом. Интересно, к чему приведет такой даунсайзинг, какие будут его перспективы в дальнейшем?

В обозримом будущем производители и вовсе переработают модельный ряд ближе к электромобилям и дальше от традиционных авто с двигателями внутреннего сгорания. Но до такого развития нам еще ждать не менее 5 лет. Пока же бензиновые машины остаются основой для европейских и японских производителей. Дизели отходят в прошлое вместе с ужасным «дизельгейтом» VAG, который показал несовершенство этих агрегатов с точки зрения экологии. Все производители бросились отменять выпуск новинок с дизелями, чтобы также не стать жертвами подобных скандалов. А вот с бензином дела обстоят довольно интересно. Проблема в том, что в дизеле нельзя было уменьшить рабочий объем силового агрегата ниже определенной отметки. Наименьший разумный и эффективный размер дизеля был 1.3-1.5 л. А вот с бензином есть версии на 0.6 л в том же Smart Fortwo от корпорации Mercedes. Так что придется готовиться к эре даунсайзинга, и стоит понять все прелести и ужасы этого процесса.

В чем основные минусы уменьшения объема двигателя?

В России традиционно имеют смысл только довольно объемистые силовые агрегаты. Если вы решили купить машину с движком меньше 1.6 л, на вас будут смотреть с непониманием многие товарищи. Исторически сложилось так, что более объемистые агрегаты обладают большей выносливостью, предоставляют возможность неоднократного капитального ремонта. Поэтому их у нас считают практичными и очень любят. Да и потенциала у таких двигателей больше, ездить на них интереснее.

Есть целый ряд минусов таких движков для россиян:

• считается, что при нагрузке такой агрегат будет потреблять больше топлива, чем огромный V6, а это приведет к дополнительным расходам на топливо и непредвиденным повышениям затрат;
• износ таких двигателей происходит быстрее, так как приходится довольно сильно раскручивать моторчик, чтобы ехать на нем хоть более или менее прилично, это дает свой эффект;
• ремонт практически исключен, большинство таких двигателей являются одноразовыми и служат около 200 000 км, так как иной пробег с такими явными недостатками будет просто невозможен;
• получить хоть примерно нормальное количество лошадок помогает только турбина, а это дорогостоящий и непростой в обслуживании инструмент, который придется возить на официальную станцию;
• малый объем беспомощен на трассе, когда нужно прибавить скорости для обгона или просто быстрее добраться с одной точки в другую, здесь вам потребуется запас кубиков в движке.

Именно по этим причинам россияне так не любят маленькие моторы, и это вполне объективно. На современных малых движках стоит довольно нежная топливная аппаратура, которая добавляет недостатков. Низкое качество топлива станет убивающим фактором для такого двигателя, а чистка форсунок будет одним из важных сервисных процессов, без которого не пройдет ни одно регулярное ТО машины каждые 10 000 км. А это довольно дорогая услуга на современных станциях обслуживания машин.

Но все ли так плохо? Ищем плюсы в даунсайзинге

Проблема в том, что сделать что-либо с эрой даунсайзинга уже невозможно. Экологические нормы не развернуть вспять, а количество машин искусственно не уменьшить. Введение новых и новых налогов на большие агрегаты неизбежно. Со следующего года нормы Евро-6 становятся обязательными для всех производителей, и многие движки просто уйдут с конвейеров, так как не смогут им соответствовать. Если вы хотите купить машину с хорошим объемом, лучше делать это сейчас. Но не все так плохо, в даунсайзинге есть и плюсы.

Среди важных привилегий малых двигателей можно назвать такие черты:

• довольно скромный расход топлива на малых двигателях при спокойном режиме эксплуатации, это большой плюс для любителей экономить, машина довольно разумно потребляет бензин;
• современная конструкция позволяет не заглядывать в мотор до 150 000 км, если вы льете дорогое хорошее масло и вовремя обслуживаете установку, даже неудачные движки доходят до этой отметки;
• цена такого мотора однозначно ниже, чем полноценного объемистого агрегата, так что на покупке машины с малыми двигателями вы будете экономить определенную сумму денег, часто ощутимую;
• актуальные технологии позволяют добиваться отдачи до 110 лошадок с 1 литра атмосферного двигателя, это довольно много, пусть и достигаются эти лошади на больших оборотах;
• крутящий момент, конечно, находится высоко, но он довольно большой, что позволяет получить прекрасную приемистость мотора и дает возможность ощутить эффект от турбины.

Турбокомпрессор — решение многих проблем сегодняшних производителей. И если несколько лет назад от сочетания букв TSI у знающих людей мурашки шли по коже, то сегодня эта технология вполне приемлема. Если вы покупаете новую машину, то ближайшие 3-5 лет или 100 000 км можете не переживать, так как ваше авто находится на гарантии. Это значит, что даже в самых плохих условиях вы сможете рассчитывать на замену движка или турбины в сборе. Поэтому бояться покупки такой машины не стоит.

Почему не стоит брать маленькие движки б/у?

Подержанные автомобили с маленькими двигателями в России могут быть настоящей проблемой. Дело в том, что обслуживать их необходимо очень качественно, чтобы продлить срок эксплуатации. Если это условие не соблюдается, уже через 80-90 тысяч км поездки начинаются проблемы. С умением российских сервисов качественно скручивать пробег и вовсе никогда не знаешь, сколько ресурса осталось у того или иного двигателя.

Также стоит учитывать следующие особенно подержанных машин с маленькими агрегатами:

• у каждого типа двигателя есть свои важные особенности, которые определяют его ресурс, для многих агрегатов до 1.2 л это 150-180 тысяч км пробега, так что стоит точно знать пробег машины;
• качество сервиса — очень важная деталь для нормальной эксплуатации машины, вы никогда не узнаете, как обслуживал этот автомобиль человек, который владел им до вашей покупки;
• стиль вождения также влияет на срок службы, если над движком издевались, вскоре после покупки он может запросить замены или дорогостоящего ремонта, а это не входит в планы покупателя;
• ремонт такого двигателя дорогостоящий, а часто и вовсе невозможен, найти на вторичном рынке хороший агрегат также не представляется простой задачей, так что проблемы могут быть серьезные;
• вы не сможете заглянуть внутрь блока цилиндров при покупке, так что искать оптимальный вариант техники для покупки придется наугад, а это в России чревато последствиями.

Вот такие неприятности могут поджидать вас при покупке подержанного автомобиля с маленьким агрегатом. Впрочем, при достойной проверке и такой вариант имеет место быть. Можно торговаться с продавцом, так как в России очень не любят авто с маленькими двигателями. А это значит, что владелец авто вряд ли быстро найдет покупателя. Но для удачной покупки придется приложить немало усилий и повезти машину на хорошую станцию, заказав комплексную диагностику.

Примеры автомобилей с маленькими движками в РФ

На российский рынок производители на так активно выпускают машины с маленькими агрегатами. Это сделала корпорация Nissan, запустив Qashqai с сомнительным мотором 1.2, но сегодня такого двигателя в топе продаж нет, он попросту не пошел. Также экспериментируют с запуском маленьких 3-цилиндровиков французы. Они регулярно подбрасывают нам тестовые движки, которые призваны пощупать спрос в РФ и понять, будут ли наши люди покупать такие авто.

Вот несколько моделей с даунсайзинговыми двигателями в России:

1. Citroen C3 Aircross. Это целый кроссовер, пусть и очень компактный. Базовым движком в его комплектациях представлен мотор на 1.2 л в нескольких версиях. Он имеет 82 или 110 лошадиных сил в зависимости от комплектации.
2. KIA Picanto. В своем активе эта модель имеет даже 1-литровый силовой агрегат на 67 л.с. и еще один небольшой двигатель на 1.2 л и 84 лошадки. Но для этого класса такой объем является вполне нормальным.
3. Mercedes-Benz Citan. Это копия Renault Kangoo, которая привезла в Россию и новый двигатель под кодом 112. Это 1.2-литровый бензиновый движок на большом каблучке с потенциалом в 112 лошадок.
4. Peugeot 2008. Это еще один французский компактный кроссовер, который получил двигатель 1.2 л без турбины с потенциалом 82 л.с. Французы умудрились представить этот агрегат исключительно с автоматической коробкой передач.
5. Toyota CH-R. Еще одни компактный паркетник, который имеет двигатель 1.2 л на 116 сил. Агрегат является одним из самых новых в линейке корпорации Тойота, но пока положительных отзывов от россиян он не получил.

Как видите, предложений уже много. Стоит еще назвать Smart ForFour, который привез в Россию движки 0.9 л даже в исполнении Brabus на 110 лошадок. Такие силовые агрегаты сложно назвать немощными, но они вряд ли смогут прослужить достаточно долго. Интересно, что автомобили с такими возможностями уже радуют своими эксплуатационными свойствами, но еще не готовы предоставить нормальные возможности срока службы. Именно в этом заключается их основная проблема.

Предлагаем посмотреть видео с обзором Peugeot 2008 с двигателем 1.2:

Подводим итоги

Автомобили с маленькими агрегатами становятся популярными и в России. Вскоре мы вообще не будем иметь выбора, наши любимые объемистые движки просто выйдут из обихода и вымрут по причине очень плохих экологических показателей. Но объемистые двигатели все еще останутся на вторичном рынке в ближайшее 10-15 лет. Правда, вполне возможно введение дополнительных налогов, которые действуют сегодня в Европе. Там владеть машиной с двигателем свыше 2 л могут позволить себе только люди с довольно хорошей заработной платой.

Стоит учитывать настроения российского общества, чтобы сделать этот переход на маленькие агрегаты плавным и менее заметным для покупателя. Но сегодня покупка кроссоверов с 1-литровыми двигателями, которые стали популярны в Европе, пока кажется нам фантастикой. И речь идет не только о субкомпактных вариантах. Skoda Karoq, Volkswagen Tiguan, Suzuki Vitara в новых поколениях все получили 1-литровые турбированные агрегаты. Конечно, в России они пока представлены не будут. А вы бы взяли машины с даунсайзинговым двигателем под капотом?

Что такое даунсайзинг двигателя, и какая от него польза

Не надо морщиться и крутить пальцами у виска. Даунсайзинг (downsizing) в переводе означает уменьшение размеров. В отношении автопрома речь идет об уменьшении размеров двигателей и как минимум сохранении ими своей мощности, но лучше, когда она возрастает. Скажем так, это воплощение наших пожеланий, иметь небольшой дешевый автомобиль с сильным мотором.

1. Даунсайзинг двигателей
2. Так что же такое даунсайзинг?
3. А что еще?
4. Вывод

Даунсайзинг двигателей

Всем известны, или по крайней мере об этом многие слышали, легендарные двигатели «миллионники», способные ходить миллион километров без ремонта. Так вот, сегодня можно про них забыть. Как оказалось, они не выгодны для производителей и не устраивают покупателей. Что в них плохого? Именно их надежность! Ну скажите, зачем вам пользоваться одним и тем же автомобилем и мотором всю свою жизнь? А то и машиной своих родителей. Никто этого не хочет, всем подавай новенькое авто с новым двигателем.

А он не хочет ломаться, он супернадежный, он миллионник. Вот так и рождается даунсайзинг, начинают проводиться работы по своеобразному тюнингу подобных двигателей. Чтобы понять, что при этом происходит, придется обратиться к некоторым характеристикам моторов.

В принципе, достаточно одного параметра, способного буквально на пальцах прояснить всю проблему, затрагиваемую понятием даунсайзинг. Это – литровая мощность, то есть мощность в л.с. на один литр объема. И если в 80-х годах ушедшего века у моторов она составляла сорок-пятьдесят л.с., то сейчас достигает сотни на один литр. И при этом габариты двигателей не увеличиваются, а уменьшаются.

Так что же такое даунсайзинг?

Фактически, это явление по-другому можно назвать форсированием мотора. Здесь практикуется два подхода:

1. либо просто из четырехцилиндрового двигателя делают трехцилиндровый;
2. либо даунсайзинг заключается в ужимании всех размеров, что обеспечивает уменьшение габаритов мотора.

Правда, подобную миниатюризацию осуществляют в любом случае. Проводя такой даунсайзинг, следует иметь в виду, что уменьшение размеров поршней, шатунов, коленчатого вала автоматически снижает их прочность.

Не является секретом факт использования специальных поправочных коэффициентов при расчетах нагруженных деталей, обеспечивающих дополнительный запас прочности этим узлам. Выражаться это может, например, в завышенной материалоемкости изделий, когда какие-то элементы конструкции изготавливаются с использованием лишнего металла для «прочности». И когда проводится даунсайзинг, т.е. в отношении двигателей осуществляется своеобразная миниатюризация, все имеющиеся резервы сокращаются. Это касается и материалоемкости деталей и их размеров. Снижение же таких параметров приводит к уменьшению прочности узлов.

А что еще?

А следующим этапом работ для повышения литровой мощности становится увеличение давления в цилиндрах мотора. Осуществляется это в настоящее время с помощью турбонаддува. Именно даунсайзинг привел к появлению множества трехцилиндровых турбированных двигателей. Подается это конечно как борьба за экологию, уменьшение выбросов и сокращение расхода топлива, но все подобные благие намерения приводят к снижению надежности моторов.

Хотя бы просто из-за уменьшения прочностных характеристик отдельных деталей, тогда как условия их работы становятся более жесткими. Повышается давление в цилиндрах, используются более качественные, высокооктановые бензины и новые принципы управления работой двигателей. В результате чего даунсайзинг приводит к тому, что современные моторы не способны быть «миллиониками». По оценкам экспертов, такие силовые агрегаты могут ходить сто пятьдесят-двести тысяч, а не миллион. Почувствуйте разницу.

При этом никто не пытается использовать новые материалы, применяемые в аэрокосмической отрасли. Ведь они дороже, а все прекрасно знают, что в соревновании качества и цены чаще всего побеждает именно цена. Так что форсирование моторов, называемое даунсайзинг, заключается просто в выжимании из двигателя всех его возможностей при одновременном сокращении надежности и долговечности.

Вывод

Требования экологии и рационального использования ресурсов заставляют изготовителей авто искать новые возможности для развития двигателей машин. Одним из путей стал даунсайзинг, уменьшение габаритов моторов при одновременном повышении их мощности. Оборотной стороной этого процесса становится снижение их надежности и долговечности.

Тест-драйвы

Статьи

Даунсайзинг

Сколько проходят малолитражные турбомоторы Volkswagen
семейства TSI?

Даунсайзинг

Сколько проходят малолитражные турбомоторы Volkswagen
семейства TSI?

Фото: Volkswagen, CARscope.ru

N o replacement for displacement — нет альтернативы большому объему двигателя, считали американские конструкторы. А вот инженеры немецкого концерна Volkswagen фактически стали родоначальниками «даунсайзинга», предложив четверть века назад 1,8-литровый наддувный двигатель с характеристиками, которые мы привыкли видеть на куда более «объемных» агрегатах. Сейчас альтернативы мощным моторам TSI (уже третьего поколения!) почти не осталось, но многие по-прежнему опасаются проблем. Стоит ли ждать от малокубатурных высокофорсированных турбомоторов подвоха — или, как в случае с роботизированными коробками DSG, слухи о их ненадежности преувеличены?

Двигатели TSI объемом 1,2 и 1,4 литра семейства EA211 на самом деле сильно унифицированы со своими атмосферными собратьями объемом 1,4 и 1,6 литра, но мы поговорим именно о наддувных моторах с непосредственным впрыском. Сегодня их литровая мощность может превышать 100 л. с., при этом реальный городской расход крупной Skoda Octavia с мотором 1.4 TSI мощностью 150 л. с. и крутящим моментом в 250 Нм может составлять скромные 6,5-7 литров на 100 км! И это первое, о чем стоит поговорить: производителей, зажатых экологическими законами, теперь интересует не столько разгонная динамика, сколько снижение расхода топлива и вредных выбросов.

Так выглядит алюминиевый блок цилиндров с «влитыми» гильзами из чугуна

Добиваются хороших показателей несколькими способами. Основа любого двигателя — это блок цилиндров. В прошлом поколении «маленьких» моторов он был чугунным, сейчас же блоки алюминиевые, но с чугунной гильзой. Причем она не запрессована в уже готовый блок, а «встроена» в литейную форму. Благодаря этому мотор лишен потенциальных недостатков, связанных со смещением гильз и с передачей тепла от гильзы к алюминиевому телу блока — и, соответственно, в систему охлаждения. Кстати, у моторов объемом 1,8 и 2,0 литра блок кстати все еще чугунный, чем активно пользуются любители тюнинга, повышая мощность моторов в два раза (а то и больше!), без замены «потрохов» мотора. Коленвалы турбомоторов кованые, стальные, максимально облегченные.

В головке блока цилиндров рубашка охлаждения проходит рядом с выпускными каналами двигателя — так антифриз быстрее нагревается зимой

Но моторы предыдущего поколения неохотно прогревались: если зимним утром, выехав из двора, вы вставали в пробку, то мерзнуть приходилось очень долго. Инженеры частично решили эту проблему, заодно снизив общую массу двигателя: теперь в головку блока цилиндров встроен выпускной коллектор, и потоки охлаждающей жидкости «переплетаются» с выпускными каналами двигателя. К сожалению, двигатели TSI все равно не греются так же быстро, как набирали рабочую температуру старые и прожорливые моторы.

У моторов больше нет такой детали, как клапанная крышка: теперь она интегрирована в корпус распредвалов. Сделано это в первую очередь для снижения массы двигателя

Все вышеописанное позволило инженерам удалось снизить массу двигателя на 30% — это значительная разница. А теперь перейдем к тем особенностям конструкции, которые позволяют этим довольно мощным моторам потреблять так мало топлива.

Механизм газораспределения с регулятором фаз позволяет дозировать тягу с максимально открытой дроссельной заслонкой — так минимизируют потери на дроссельные потери

Во всех моторах TSI есть регулятор фаз газораспределения на впускном распредвале, а на версии 1.4 еще и на выпускном. Регуляторы работают плавно и позволяют провернуть распредвал на угол до 50 градусов. Обычно их используют, чтобы повысить эластичность двигателя, но в моторах TSI они также служат экономичности. Когда вы давите на газ, блок управления двигателем не только открывает дроссельную заслонку, но и поворачивает распредвалы так, чтобы обеспечить требуемую тягу при максимально возможном угле открытия заслонки — это позволяет снизить потери на дросселирование.

В системе наддува длина впускного тракта минимальна, а у интеркулера собственный радиатор

Впускной тракт сделан максимально коротким. Во впускной коллектор встроен жидкостный интеркулер, которому положен свой радиатор, отвечающий вдобавок за охлаждение турбины. Жидкость по этому контуру гоняет электрический насос, который может работать до 15 минут после остановки двигателя — это позволяет избавиться от необходимости ставить турботаймер для продления жизни турбины. Перепускным клапаном на турбине управляет электроника: регулятор может полностью его открыть и пустить отработанные газы в обход турбины, что снизит сопротивление на выпуске, а значит, и расход топлива.

Система охлаждения двигателей TSI — с двумя термостатами

Система охлаждения тоже непростая: в ней два термостата, один из которых выпускает жидкость из блока цилиндров на большой круг при достижении 87 градусов, а второй — из головки блока цилиндров при температуре 105 градусов. Так двигатель быстрее выходит на рабочую температуру и раньше начинает прогревать салон.

Давление масла в системе смазки двигателя 1.4 TSI регулирует специальный клапан

Без участия в экономии топлива не осталась и система смазки, в которой регулятор давления (им оснащен топовый малообъемник 1.4 TSI) позволяет снизить давление масла с 3,5 бара до 1,8 бара на тех режимах, которые это допускают. В Volkswagen утверждают, что такое решение позволяет замедлить старение масла, ведь снижается скорость его циркуляции по системе смазки.

Само собой, система питания двигателей TSI — с непосредственным впрыском топлива под высоким давлением, которое достигает 200 бар. Именно она позволяет прогретому мотору потреблять на холостых оборотах смешные 0,5 литра топлива в час.

Давление в системе непосредственного впрыска топлива достигает 200 бар

Cегодня двигателями 1.4 TSI комплектуют и компактный Volkswagen Polo, и крупный седан Audi A4, и кроссовер Skoda Kodiaq. Но все ли так радужно с этими моторами? Как ни странно, особых проколов нет. Есть пара болячек, хотя их значительно меньше, чем у фольксвагеновских двигателей предыдущего поколения. Больше нет проблем с ресурсом цепи ГРМ и ее дорогой заменой — ее сменил ремень, который требует замены при пробеге 120 тысяч км. Благодаря новой поршневой группе удалось избавиться от повышенного расхода масла. Прогрев зимой теперь занимает значительно меньше времени.

Турбокомпрессор в сборе с актуатором перепускного клапана

Основную проблему в двигателях этого семейства преподносит актуатор перепускного клапана турбины — вестгейта. Случается, что тяга актуатора заклинивает в рычаге, идущем от электромотора (на иллюстрации заклинивший шарнир отмечен красным кружком), причем зачастую довольно мощный электропривод просто ломает тягу или рычаг.

Так выглядит сломанная тяга вестгейта

Проблема проявляется на автомобилях с самыми разными пробегами: кто-то сталкивается с ней в начале эксплуатации, а кто-то ездит по 100 000 километров и больше без нареканий к мотору. Профилактика простая и недорогая: шарнир необходимо смазывать специальной высокотемпературной смазкой. При действующей гарантии это бесплатно сделает дилер, если проблему удается обнаружить на ранней стадии.

Если же проблема успела развиться, дилер предложит поменять турбокомпрессор в сборе, хотя сама турбина, как правило, абсолютно исправная. На гарантийных машинах выгоднее согласиться: работы занимают совсем немного времени, а в результате вы бесплатно получите совершенно новый узел. Но если гарантия на ваш мотор уже кончилась (а обязательства действуют всего 2 года), то на замену турбины у дилера придется потратить более 100 тысяч рублей.

Возможно, турбину удастся получить бесплатно по постгарантийной программе Kulanz. Тогда можно «откупиться» суммой в 15-20 тысяч рублей, которые попросят за работу и мелкие расходные материалы. Есть еще одно решение проблемы, которое предложат добросовестные дилеры: установка ремкомплекта актуатора вестгейта обойдется менее чем в 10 тысяч рублей.

Ремкомплект актуатора вестгейта

На первых двигателях EA211, выпущенных до сентября 2013 года, также встречались проблемы с головкой блока цилиндров: из-за дефекта обработки моторы активно потребляли масло. Впрочем, сейчас этой проблемы нет, а на двигателях из ранних партий головки меняли по гарантии.

В остальном моторы TSI вполне надежные. Цены на запчасти немалые, но и заоблачными их тоже не назовешь. Так что бояться маленьких турбомоторов Volkswagen не стоит: просто не забывайте следить за подвижностью шарнира актуатора вестгейта.

Большие риски маленьких моторов: анатомия даунсайзинга

Слева — коленчатый вал форсированной «шестерки», справа — старенького мотора. Литровая мощность увеличилась очень заметно, а ширина шеек вала у «дайнсайзингового» мотора меньше! Это — плата за снижение длины мотора!

Время моторов, переходивших по наследству от деда к внуку, практически прошло. Как и эпоха громадных мастодонтов, тоннами пожиравших топливо… Очевидно, что одно тесно связано с другим.

Основная современная тенденция в моторостроении — запихать максимальное «поголовье лошадей» в как можно меньший объем подкапотного пространства. И это понятно: подобная миниатюризация силовых агрегатов имеет множество плюсов. Компактная повозка обретает недостижимую ранее энергонасыщенность и влезает по экологии в самые современные требования.

А чем для этого приходится жертвовать?

КОБЫЛЫ В ЛИТРЕ

Степень форсирования (именно так: «форсировка» считается сленгом!) мотора — один из важнейших параметров его совершенства. При этом его абсолютная мощность ни о чем, в общем-то, не говорит, поскольку двигатель грузовика в 450 л.с. может быть куда менее форсирован, чем двухсотсильный мотор современной «легковушки».

Для характеристики степени форсирования в классической теории ДВС вводят две величины. Одна — довольно сложная для понимания — называется «среднее эффективное давление»: это отношение полезной работы к рабочему объему двигателя. Лет тридцать тому назад для автомобильных двигателей эта цифра колебалась на уровне 0,6…0,8 МПа. А сейчас современные высокооборотные моторы с турбонаддувом залезают на уровень 1,4…1,6 МПа. К слову, некоторые дизельные моторы уже проектируют на среднее эффективное давление 2,5…3,0 МПа. Но это сложный параметр, который используется только в среде специалистов. В описаниях моторов на «сайтах» и в «буквариках» его не найдешь.

Более наглядна «литровая мощность», получаемая простым делением номинальной мощности мотора на его рабочий объем. И тут прогресс четко виден. Моторы эпохи Московской Олимпиады выдавали 40…50 «лошадей» с литра рабочего объема. Сейчас добрались до заветных 100 л.с./л. Такие цифры в былые времена были только у «очень спортивных» движков.

ТЕНДЕНЦИИ И КОМПРОМИССЫ

1 no copyright

Форсирование — увеличение мощности. А с ним — и увеличение давлений в цилиндре. Следовательно, и все механические нагрузки растут пропорционально. А прочности, уменьшая размер, убираем…

Итак, две тенденции. С одной стороны, уменьшаем размер двигателя и его деталей. При этом понимаем, что с уменьшением размера снижается прочность — чудес не бывает! С другой стороны, повышаем степень форсирования, тем самым увеличивая нагрузки на детали! Причем нагрузки как тепловые, так и механические. Первые вырастут примерно так же, насколько увеличится количество топлива, подаваемое в цилиндры… А с механическими вообще все сложно: ведь форсировать мотор можно по-разному: и наддувом, и оборотами. В первом случае растут давления газовых сил, во втором — инерционные нагрузки. И то и другое по-разному влияет на прочность конструкции и ее ресурс.

Кстати, уменьшение размера некоторых деталей, в частности, поршней и шатунов, в большей степени связано не с уменьшением общего размера двигателя, а со стремлением уменьшить их массы, тем самым снижая инерционные нагрузки на подшипники коленчатого вала и остов двигателя. Это делается для снижения потерь трения в моторе и в итоге прямо влияет как на его экономичность, так и на выбросы СО2.

Итак — две взаимоисключающие тенденции, гарантирующие одновременное снижение прочности и увеличение нагрузок. Следовательно, надо искать компромисс. Но уже очевидно, что его поиск приводит к тому, с чего начали — снижению срока службы мотора. И это неизбежно.

2 no copyright

С форсированием и миниатюризацией деталей растут нагрузки на шейки вала, а следовательно падают ресурс и надежность…

ЦЕНА ПОХУДАНИЯ

Пора прикинуть, насколько растет нагруженность «дайнсайзингового» мотора. Может, все не так страшно?

Сделать это на реальном стенде тяжеловато: слишком дорого, долго и сложно. Для теоретических расчетов также требуются исходные данные, которые ни одна фирма не предоставит: интеллектуальная, знаете ли, собственность! Поэтому поступим проще: сравним три варианта моторов одной уважаемой фирмы. Первый — относительно старенький, простенький, рабочим объемом 1,6 л и мощностью около 100 л.с., то есть с литровой мощностью 63 л.с./л. Мотор этот заслужил репутацию практически неубиваемого, поскольку служит дольше самого автомобиля. Его и возьмем за базу для сравнения. Два других мотора — современные, форсированные. Один — рядная 2-литровая «четверка», выдающая 200 л.с. Другой — V-образная 3-литровая «шестерка», 280 л.с. Вот тут уже литровая мощность очень существенная — под сотню сил с литра при очень скромных габаритах. Моторы, естественно, с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива.

Обмеры деталей сразу заставили задуматься. При практически одинаковом диаметре цилиндров и близком диаметре шеек коленчатого вала длины коренных шеек и старенького, и новеньких моторов практически одинаковы, около 24 мм. Шатунные шейки рядных «четверок» тоже близкие — 22 мм, а вот у 3-литровой «шестерки» они более узкие — всего 17 мм. В принципе, по компоновке это ясно: на одну шейку надо разместить два шатуна. Но что же с нагрузками?

Тут пришлось обратиться к современным методам моделирования процессов в двигателе. Результаты — на графиках!

Естественно, наддув дал не только рост мощности, но и существенное увеличение давления в цилиндре. Да, недаром для моторов с турбонаддувом просят 98-го бензина! Дорого, но что делать — любишь кататься, люби и саночки (с деньгами) возить! Но главное — это то, что нагрузки на шейки вала резко выросли! По сравнению с базовым мотором, нагрузки на шатунные шейки для 2-литрового мотора увеличились практически пропорционально увеличению форсирования — на 30…35%. А вот для 3-литрового мотора рост нагрузок на шатунные шейки был еще сильнее выражен, даже несмотря на меньший уровень литровой мощности — практически на 45%! Сказалось уменьшение ширины шейки — иначе и быть не могло!

Нагрузки — это скорость износа подшипников коленчатого вала. Оценим и это. Масло взяли одно и то же, хорошую «синтетику» 5W-40. Режим тоже только один — номинальный, для которого делали предыдущие оценки. Так вот, интенсивность изнашивания подшипников, по нашим расчетам, при одинаковых установочных зазорах возросла по сравнению с базовым двигателем на 50…60%! Повышенные нагрузки и увеличенные температуры привели к росту протяженности зон нарушения целостности масляной пленки, где износ и живет. По цилиндрам и кольцам картина более гуманная, но рост износа заметен и здесь — те же нагрузки и температуры делают свое дело. А ведь модно нынче моторы совсем алюминиевыми делать, и маловязкие масла применять — так что полученные цифры снижения ресурса можно еще как оптимистичные рассматривать.

Где поршень и шатун форсированного мотора? Правильно — внизу! А ведь по жизни, изящество — это достоинство слабости и беззащитности.

ДУРАКОУСТОЙЧИВОСТЬ

Нагрузки, износ… Но и это еще не все! Помните о компромиссе между прочностью и размером? Обычно при проектировании мотора надежность обеспечивают тем, что в конструкцию деталей закладывают большие коэффициенты запаса — по коленчатому валу и шатуну не меньше полуторных. Они обеспечивают «дуракоустойчивость» конструкции, то есть ее неразрушение при кратковременной перегрузке сверх номинала или другой аварийной ситуации. А снижение прочности, связанное с уменьшением размера деталей, одновременно с ростом нагрузок уменьшает эти запасы прочности практически до минимальных значений… Наши оценки это вполне подтвердили — для форсированных моторов по коленчатому валу и шатуну запасы прочности не превысили 5…10%. О чем говорят такие цифры? Только о том, что надежность конструкции как возможность сохранения ее работоспособности в критических ситуациях пала жертвой «даунсайзинга». О ресурсе мотора мы уже и не говорим.

ДОЛОЙ ДОЛГОЖИТЕЛЕЙ!

А как же новые материалы? Новые технологии? Они же компенсируют увеличение нагрузок!

Теоретически — да. Но, во-первых, частично. Во-вторых, как показывает наш опыт работы с автозаводами, мало кто стремится к применению в массовом производстве более дорогостоящих материалов — на практике рулит себестоимость… А низкая себестоимость — главный враг качества: это закон. Поэтому разговоры о планомерном ограничении срока службы автомобилей в целом и двигателей в частности вполне обоснованы. И вечный автомобиль больше не нужен производителю.

Точку в размышлениях поставил кулуарный разговор с механиками дилера того самого мегаконцерна. На вопрос, сколько реально может ходить современный мотор до списания, они честно сказали: тысяч 150…200 — максимум. 250 тысяч ходят вообще единицы.