«Даунсайзинг» (downsizing) в дословном переводе — уменьшение размера. Каждый автопроизводитель хочет похвастать снятыми с объема двигателя «лошадками». Поговорим о плюсах и минусах современной тенденции моторостроения.
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
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.
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.
Прощайте, «миллионники»!
Шабанов Александр
http://www.zr.ru/content/articles/547224-zri_v_koren_daunsajzing/
Большие риски маленьких моторов: анатомия даунсайзинга
Посетитель Алтайский край Сообщений: 11966 |
FSO15 - 02K платина | ||||||
Посетитель Пермь Сообщений: 2161 |
Редактировалось: 1 раз (Последний: 6 июня 2016 в 08:08) 8 клапанов, 7 мест. Мозги прошиты под 92 с 1.04.2015 пробег 128 000 | ||||||
Посетитель Алтайский край Сообщений: 11966 |
FSO15 - 02K платина | ||||||
Посетитель Пермь Сообщений: 2161 |
Не грусти, товарищ. Статья безусловно интересная. Я же говорю немного о другом. В журнале"За рулем" в советские годы была статья "запрограммированное старение ".гады буржуи придумали способ перегретого рынка. Выпрускать и менять автомобили чаще ,под коньюктуру рынка со снижением ресурса агрегатов , чтоб покупатель не имел возможности сто лет ездить на одной машине.если иметь ввиду замены автомобиля раз в пять шесть лет. То указангые ресурсы моторов будут валить вторичный рынок развивая продажи новых. Редактировалось: 2 раз (Последний: 4 июня 2016 в 10:44) 8 клапанов, 7 мест. Мозги прошиты под 92 с 1.04.2015 пробег 128 000 | ||||||
Посетитель Москва (Тушино) Сообщений: 11708 |
У нас с 82-85 ЛС на 1.6 литров объёма всё хорошо... Пусть парятся tsi 1.4-1.8 турбо и другие... К7М+ГБО+чип Паулюс евро2, 9 тык/год, 80% трасса, даче-мобиль. |
В начало страницы |
Быстрый ответ
Чтобы писать на форуме, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь.
Дхо
Путешествия на ларгусе
Подлокотник
Расход топлива
Магнитола
Пробег
Доработки
Первые впечатления
Камера заднего вида
Диски
То1
Сетка в бампер
Покупка ларгуса
Освещение салона
Электрика
Видеорегистратор
Чехлы на ларгус
Дтп
Ижевск
Динамики
Стоп сигнал
Дворники
Тюнинг
Бокс на крышу
Шумоизоляция
Ларгус
Рация
Тюнинг фонари
Птф
Обратный клапан
Зимние шины
Тормозные колодки
Упоры капота
Коврики
Задние фонари
Тормоза
Установка салонного фильтра
Брызговики
Освещение багажника
Гбо
Фильтр салона
Поездка на море
Светодиод
Автозвук
Пороги
Лада ларгус
Шины и диски
Рки-19
Подкрылки
Форсунки
Лампа ближнего света
Бачок омывателя
Ремонт
Уплотнитель капота
Парктроник
Моделька
То-1
Замена 5 передачи
Отзыв владельца
Полка багажника