Навіщо в сучасних моторах недовговічні рішення?

101


Дивишся іноді на якусь нову конструкцію в автомобілі і дивуєшся: “Господи, ну навіщо це придумали? Невже всі ось ці вимоги до економічності і екологічності тепер стоять на першому місці? Невже маркетинг остаточно взяв верх над здоровим глуздом?». Так, частково так воно і є. Але і здоровий глузд ще не переможений остаточно. Давайте розберемося, чому нові технології часто мають право на життя, хоча і здаються в деякому роді верхом дурості.
Очевидне — неймовірне
Почнемо, мабуть, з прописних істин, а вже потім перейдемо до розбору окремих технічних рішень.
Тема даунсайзинга і збільшення складності конструкцій в цілому давно вже разжевана і, швидше за все, проковтну. Зрозуміло, що більш форсований малооб’ємний мотор зазвичай при інших рівних економічніше, а трансмісія з великим діапазоном передавальних чисел (грубо кажучи, має більше передач і велику різницю між мінімальним і максимальним передавальним числом) помітно поліпшує всі характеристики, включаючи динаміку. Такі обов’язкові речі як регулятори фаз і полегшення блоків циліндрів і моторів в цілому теж очевидно корисні. Інша справа, що в конструкціях стає все більше дивних рішень, які хоча і знижують собівартість, але іноді межують з безумством. Наприклад, у дуже дорогий конструкції можуть зустрічатися копійчані деталі з пластика, на грами легше металевих, трохи дешевше, але менш довговічні.
І все ж при розгляді таких рішень з нових позицій виробників багато чого стає зрозумілим. Наприклад, дуже часто можна знайти невеликі переваги з точки зору екологічних показників або зручності переробки. Що ж, нам ще доведеться звикати до думки, що сучасна машина за вичерпання ресурсу підлягає відправленню у шредер, і її до цього готують заздалегідь. Звідси і виникають деякі «дивні» рішення, які насправді мають свій сенс. Ну, хоча б мінімальний.
Гріється чи не гріється?
Використання в системі охолодження пластику та гуми — далеко не новий хід конструкторів. Але установка датчиків температури двигуна в пластиковому патрубку — рішення за гранню добра і зла. У всякому разі, на перший погляд. І застосовується давно — ще на моторах VW EA113 датчик температури поставили в пластиковий трійник, який ще й став однією постійних головних болів власників, тому що тек регулярно.
Зачем в современных моторах недолговечные решения? обзоры
Двигун AE113, встановлений на Audi.
Таке розташування датчика при відсутності або поломки датчика рівня охолоджуючої рідини дозволить двигуну легко перегрітися при будь витоку антифризу. Адже перегрітий мотор просто не зможе показати, що він перегрівся, а датчик температури буде показувати навіть знижену температуру: гріється-то він від охолоджуючої рідини, а її якраз і немає… Мотори з такою конструкцією при перегріві зазвичай пошкоджуються фатально. Настільки, що їх простіше викинути, ніж відремонтувати.
ОДНАК Є ВИРОБНИКИ, ЯКІ ЗРОБИЛИ ТАК, ЩО МОТОР ВАЖКО ПЕРЕГРІТИ. НАПРИКЛАД, КОМПАНІЯ JAGUAR LAND ROVER У СВОЇХ НОВИХ ДВИГУНАХ INGENIUM КРІМ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРИ ОХОЛОДЖУЮЧОЇ РІДИНИ ЗАСТОСУВАЛА ДВА ДОДАТКОВІ ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРИ, ЯКІ ВІДСТЕЖУЮТЬ ТЕМПЕРАТУРУ МЕТАЛУ ГБЦ І БЛОКУ ЦИЛІНДРІВ. ТАКИМ ЧИНОМ, ПРИ НАЙМЕНШОМУ АНОМАЛЬНОМУ ПІДВИЩЕННІ ТЕМПЕРАТУРИ ГБЦ АБО БЛОКУ ЦИЛІНДРІВ СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ МОМЕНТАЛЬНО РЕАГУЄ ОБМЕЖЕННЯМ ПАЛИВОПОДАЧІ, ЩОБ ЗМЕНШИТИ ТЕРМІЧНЕ НАВАНТАЖЕННЯ НА ДЕТАЛІ ДВИГУНА.
Кирило РязановТренер Академії Jaguar Land Rover
Між тим, пластикові перехідники, виявляється, застосовують абсолютно свідомо. Раніше мотор перед поїздкою належало прогрівати. Виробник навіть спеціально обумовлював, що навантаження «на холодну» давати не можна. Тепер — інша справа: в рекомендаціях пишуть «не гріти». І все тому, що в ідеальному світі це знижує викиди. Ось і нова конструкція датчика температури з’явилася з цієї ж причини.
Зачем в современных моторах недолговечные решения? обзоры
JLR Ingenium
При традиційному виконанні металевий корпус і прилягання датчика до ГБЦ підвищують його інерційність. Тобто, він показує зростання температури з невеликим відставанням. Особливо — на самому ранньому етапі прогріву, чому мотор в першу хвилину роботи помітно «переливає». При проектуванні двигунів для боротьби з цим ефектом зазвичай роблять коригувальні коефіцієнти в програму управління двигуном, однак так чи інакше він проявлявся.
Справа в тому, що градієнт температури в ГБЦ достатній, щоб датчик показував на п’ять-десять градусів менше, ніж температура в зоні камер згоряння при швидкому прогріві під навантаженням. А це достатня величина, щоб мотор витрачав зайве паливо і посилено изнашивал каталізатор, який в таких режимах і без того навантажений дуже жорстко.
Пластиковий корпус «розв’язує» масу ГБЦ і датчика, який тепер показує чисту температуру рідини. А вона росте швидше і точніше відображає ступінь прогріву мотора. Начебто, дрібниця, але для обґрунтування використання такої конструкції її цілком достатньо. До того ж зайве різьбовий отвір великого діаметру в ГБЦ коштує дорожче, ніж зайва пластикова деталь. Ось і з’явилися на багатьох двигунах датчики в пластиці.
Дешевше, але дорожче…
Частенько датчик інтегрують в корпус термостата — як, наприклад, це зроблено на відносно новій фольксвагенівській серії ЕА211. До речі, сам корпус теж пластиковий. У цьому випадку переваги доповнюють один одного. По-перше, металева деталь складної форми у виробництві дорожче, ніж пластмасова. По-друге, термостати стали керованими, і в навантаженому режимі їм потрібно підігрівати робочу зону. А у випадку з деталлю низькій теплопровідності це робити легше — нагрівальний елемент потрібен меншої потужності. Загалом, суцільні зручності.
Зачем в современных моторах недолговечные решения? обзоры
Правда, на деяких моделях, якщо постачальником на конвеєр був не цілком вдало обраний склад пластику, корпус термостата жолобиться, і падає точність сайту. Справедливості заради, часто це є «дитячою хворобою». Виявивши проблему, постачальник змінює хімічний склад і властивості пластику, і проблема зникає.
В останні роки набирає популярність рішення, коли в конструкцію включають ще і помпу. Сам по собі сайт потенційно дешевше і надійніше, ніж окремо помпа, датчик, трійник, термостат, шланги і хомути. Однак у разі поломки однієї із складових заміна всього в зборі обходиться дорожче, ніж одна лише заміна датчика або термостата.
І знову пластик
Пластиковий піддон у двигуна теж набирає популярність — такої, наприклад, знову ж фольксвагенівській серії ЕА888 Gen 3. І не тільки тому, що він легше і дешевше металевої деталі: тут все складніше.
Майже всі нові мотори мають водомасляные теплообмінники, які дозволяють швидше прогрівати масло на початку руху і підтримувати його температуру на рівні температури охолоджуючої рідини і трохи вище в русі. Системи з окремими радіаторами для масла або просто з охолодженням картера набігаючим повітрям також застосовуються, але рідше. З ризиком надмірного охолодження масла борються за допомогою застосування спеціального термоклапан, який пропускає масло в радіатор тільки при певної температурі.
Зачем в современных моторах недолговечные решения? обзоры
Двигун EA888
Але повернемося до водомасляным вузлів. Теплопровідність досить товстою пластикової деталі помітно менше, ніж в алюмінію і сталі, і масло нагрівається раніше, забезпечуючи свої частки відсотка економії палива. Корисно? Ще як, адже можна починати рух у відповідності з сучасними тенденціями — не прогрівати мотор повністю, майже на холодному двигуні. А швидкий нагрів масла до робочої температури дозволяє заливати не надто маловязкое масло, а значить, і менше ризикувати ресурсом ЦПГ через зниження робочої в’язкості. Загалом, корисно з будь-якої сторони, як не глянь. І навіть якщо б пластиковий піддон був не дешевше металевого, його варто було б запровадити.
Ну а що з часом він жолобиться, і після п’яти-шести років експлуатації пластик тріскається від незначних ударів — це вже неминучі побічні наслідки.
Крок назад
Приблизно з тих же причин зараз все частіше відмовляються від гідрокомпенсаторів. Opel відмовився від них на моторах молодших серій в 2004-м — так, на Z16XER їх вже не було, хоча на попередніх Z16XE вони працювали бездоганно. Volvo на моторах Modular, які в основному відомі як рядні «п’ятірки» під капотом машин минулого покоління, теж послідовно відмовлялися від гідрокомпенсаторів — вони були спочатку і зникли у пізніх версій.
Зачем в современных моторах недолговечные решения? обзоры
Гидрокомпенсаторы чутливі до зміни в’язкості масла, в запущених випадках справа може доходити до зниження компресії при збільшенні обертів до прогріву. Без них на холодному моторі з’являється характерний стукіт. Звичайно, шумоізоляція моторного відсіку стала краще навіть у дешевих автомобілів, але пам’ятайте про те, що стукіт — це ударний знос сідел клапанів, що впливає на ресурс двигуна.
Прихильники конструкції без «гідріків» вказують на те, що на їх роботу потрібно додаткове масло, а стало бути, більше навантаження на маслонасос. Але ця позиція як мінімум дискуссионна:
МЕНШЕ ВИТРАТА МАСЛА НЕ БУДЕ, ТАК ЯК У ВУЗЛАХ ПРИВОДУ КЛАПАНА ЗАСТОСОВУЮТЬ ЗМАЗУВАННЯ ПАРУ КУЛАЧОК — ШТОВХАЧ, КУЛАЧОК — РОЛИК, ШТОВХАЧ — НАПРЯМНА, ОПОРА — ВАЖІЛЬ. ВИТРАТА МАСЛА НА РОБОТУ ГИДРОКОМПЕНСАТОРА ДУЖЕ МАЛИЙ. ЦІНА – ОСНОВНА ПРИЧИНА ВІДМОВИ ВИРОБНИКІВ ВІД ГІДРОКОМПЕНСАТОРІВ. КОМПАНІЯ JAGUAR LAND ROVER ВІДМОВИЛАСЯ ВІД ЗАСТОСУВАННЯ ЗВИЧАЙНИХ ШТОВХАЧІВ І ВПРОВАДИЛА В ЛІНІЙКУ INGENIUM ГИДРОКОМПЕНСАТОРЫ З МЕТОЮ ЗБІЛЬШЕННЯ РЕСУРСУ ДВИГУНІВ.
Кирило РязановТренер Академії Jaguar Land Rover
І так зійде!
Збірка на герметик без прокладок теж багатьох дратує. І часто її підносять як ознака економії, забуваючи, що з’явилася вона в першу чергу на дорогих моторах. І економія — зовсім не основоположна якість його використання.
Тут секрет простий: при високій точності механічної обробки деталей еластичні з’єднання не потрібні. Всі прокладки можуть бути максимально жорсткими або взагалі бути відсутнім. Крім того, з розвитком ДВЗ тиск і температура згоряння ростуть — зросли і вимоги до забезпечення газового стику між ГБЦ та блоком. Ці вимоги можуть витримати тільки металеві прокладки.
У всіх інших з’єднаннях двигуна застосовується герметик. Звичайно, в заводських умовах він наноситься акуратно, не потрапляє в маслоканалы, так і використовується маслорозчинний анаеробний склад, а не дешевий силіконовий.
До того ж герметик дозволяє збирати деталі без зазору, що відкриває нові можливості для конструювання. Можна відмовитися від свердління проток в тілі блоку на користь фрезерування, зменшити число деталей при складанні, не виділяючи окремі блоки для герметизації внутрішнього об’єму.
ЗАСТОСУВАННЯ ПРОКЛАДОК НАКЛАДАЄ ВИСОКІ ВИМОГИ ДО КРІПЛЕННЯ. МОЖНА ОДИН БОЛТ ТРОХИ ПЕРЕТЯГНУТИ, А ІНШИЙ НЕ ДОТЯГНУТИ, І ТОДІ ВИНИКАЄ РИЗИК РОЗЛОМУ ДЕТАЛІ, ТАК ПЕРЕТЯГНУТИЙ БОЛТ, СТИСКАЮЧИ ПРОКЛАДКУ, ПОЧИНАЄ ЗГИНАТИ ДЕТАЛЬ. ГЕРМЕТИК ПРИ СТЯГУВАННІ ДЕТАЛЕЙ РОЗПОДІЛЯЄТЬСЯ ПО МИКРОНЕРОВНОСТЯМ І ЙОГО ТОВЩИНА СТАЄ НАСТІЛЬКИ МАЛЕНЬКОЮ, ЩО ПОДАЛЬШОЇ ЙОГО ОСІДАННЯ ПРИ ПЕРЕТЯЖЦІ БОЛТА ПРАКТИЧНО НЕ ВІДБУВАЄТЬСЯ. ТАКОЖ ГЕРМЕТИК РОЗВ’ЯЗУЄ РУКИ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ КОРПУСНИХ ДЕТАЛЕЙ. ДЕТАЛІ В ЗБОРІ ВОЛОДІЮТЬ ЗНАЧНО БІЛЬШОЮ ЖОРСТКІСТЮ, ЩО ДОЗВОЛЯЄ ЗІБРАТИ ВУЗОЛ БІЛЬШ ТОЧНО ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВЕЛИКОГО РЕСУРСУ.
Кирило РязановТренер Академії Jaguar Land Rover
До речі, ідея ця далеко не нова. Відмінним прикладом такої конструкції стали двигуни Volvo сімейства Modular Engine ще дев’яностих років. Там всі переваги використовували на повну, хоча в підсумку вийшло складно і дорого. І все ж ідея маленькими кроками впроваджувалася більше двадцяти років у всі конструкції. Вона виявилася дуже зручною для цельноалюминиевых блоків, де термодеформация мінімальна. Зараз герметик масово застосовується для установки передніх кришок на алюмінієвих блоках майже всіма виробниками — для піддонів і кришок ГБЦ. Складніше знайти мотор, у якого всі з’єднання на прокладках, ніж навпаки. І це добре узгоджується з сучасними тенденціями щодо підвищення екологічності і рівня переробки.
І знову ланцюг
Масовий перехід на ланцюговий привід ГРМ, на перший погляд, взагалі складно зрозуміти. Ланцюг майже напевно дорожче ременя, та ще й більш гучна, і з великими витратами на тертя. Ще у вісімдесяті ланцюговий привід ГРМ був ознакою застарілої конструкції — здавалося, що ремінь з часом його витіснить повністю. Але раптом в дев’яності ланцюг знову з’явилася на масових недорогих моторчиках з робочим об’ємом навіть менше півтора літрів.
VW перевів лінійку двигунів ЕА111 на ланцюговий привід ГРМ, хоча до цього вона обходилася ременем. Мотори ЕА888, змінили ЕА113, теж стали ланцюговими, General Motors відмовився від ремінного приводу на сімействі GM Family II. Економія? На перший погляд, вона тут не помітна, але якщо звернути увагу на те, що порівняно складну у виробництві роликову ланцюг майже скрізь замінили на пластинчасту, то все стане трохи зрозуміліше.
Роликовий ланцюг — штука досить складна. Навіть у самих дешевих варіантах її доводиться збирати із сотень деталей з високим рівнем механічної обробки і з якісного металу. Зробити її з продуктів вторинної переробки не вийде. Втім, дехто намагався, але ресурс приводу ГРМ знизився в рази, і довелося відкликати дорогі мотори, змінювати конструкцію і втрачати репутацію (мова йде про мерседесовському моторі М272).
Зачем в современных моторах недолговечные решения? обзоры
Mercedes-Benz C 350 (W203) ‘2004-07 з мотором M272
А ось ланцюг пластинчастий може бути зроблена з металу від цвяхів. Навіть добре, якщо сталь буде м’якою: вона не так буде задирати зірки, адже в цій конструкції ланцюг буквально шкребе по металу при роботі. В результаті застосування дешевих пластинчастих ланцюгів вдалося отримати дешевий ланцюгової ГРМ, часто навіть з ресурсом в цілих 120-150 тисяч кілометрів, а іноді — до 200 тисяч. Правда, тепер потрібно міняти відразу і зірки, і успокоители, тому що вони теж зношуються. До того ж така система дуже чутлива до якості масла. Зате сама ланцюг дешева. І ланцюгові фазообертачі дешевше — їм не потрібно бути герметичними, і їх можна зробити навіть з електроприводом.
ЛАНЦЮГ ПЛАСТИНЧАСТИЙ – ЦЕ ГОСТРА БІЛЬ ВИРОБНИКІВ. ПРИ ЗАСТОСУВАННІ ЦЬОГО ЛАНЦЮГА В ДВИГУНАХ ДО НЕЇ І ЗІРОЧКАМ ВИСУВАЮТЬСЯ НАЙЖОРСТКІШІ ВИМОГИ. НА МОТОРАХ У ДЕЯКИХ ВИРОБНИКІВ ЦІ ЛАНЦЮГИ ХОДЯТЬ ПО 5-20 ТИСЯЧ КІЛОМЕТРІВ. НАВІТЬ З’ЯВИЛИСЯ НАБОРИ ДЛЯ ЗАМІНИ ГРМ З ПЛАСТИНЧАСТОЇ ЛАНЦЮГА НА ГРМ З ВТУЛОЧНО АБО РОЛИКОВИХ ЛАНЦЮГОМ. БЕЗУМОВНИЙ ПЛЮС ПЛАСТИНЧАСТИХ ЛАНЦЮГІВ – ЦЕ ТИША РОБОТИ. РЕШТА — МІНУСИ: МАСА, ЛЕГКИЙ ПЕРЕСКОК, ВИМОГИ ДО МАСТИЛА. З ЦІЄЇ ПРИЧИНИ НА ДВИГУНАХ INGENIUM ЗАСТОСОВАНІ ВТУЛКОВІ ЛАНЦЮГИ ГРМ, ЯКІ Є БАЛАНСОМ МІЖ ПЛАСТИНЧАСТИМИ І ВТУЛКОВИМИ ЛАНЦЮГАМИ.
Кирило РязановТренер Академії Jaguar Land Rover
Прихований сенс ланцюга – знову ж можливості холодного старту і руху без прогріву. Ремінь в такій ситуації різко втрачає у ресурсі: щоб еластичність і в’язкість увійшли в норму, йому потрібно трохи погрітися про блок циліндрів, хоча б до 20-30 градусів. А ланцюг не розірветься, навіть якщо холодний мотор крутити до відсічення.
Ну і ще один плюс — кращі умови роботи фазовращателей, які можуть працювати з великим тиском.
***
В цілому, недалеко від істини популярна думка про те, що заради екологічних показників, скорочення витрат на виробництво і постійного підвищення таких «маркетингово значущих» показників як витрата палива або динаміка розгону неминуче доводиться жертвувати ресурсом і ремонтопридатністю двигунів. І все ж цей комплекс причин — далеко не єдиний.
Борис Игнашин