Что такое даунсайзинговый двигатель

Мал да удал? К чему приведёт даунсайзинг двигателя

Все больше слышится заявлений о достижении предела эффективности двигателей внутреннего сгорания. Крупные руководители концернов заявляют, что перестают вкладываться в разработку новых двигателей внутреннего сгорания, так уже невозможно повысить их мощность и крутящий момент без существенного увеличения потребления топлива. Так называемый процесс даунсайзинга, то есть отказа от больших и надежных моторов в пользу 4-цилиндровых агрегатов объемом 1,0-2,5 л, уже не может обеспечить выполнение экологических норм и требований по надежности, а значит, на данном этапе подобные моторы достигли пределов развития. С чем приходится сталкиваться их владельцам и что принесено в жертву ради снижения выбросов вредных веществ в атмосферу?

Чудеса на бумаге

В начале века с введением жестких экологических требований европейские автоконцерны стали искать приемлемые пути выхода из ситуации. Большие 6-цилиндровые агрегаты уже не удовлетворяли требованиям по выбросам вредных веществ, и инженеры предложили наиболее верное на тот момент решение. Они придумали оснащать силовые агрегаты небольшого объема системами турбонаддува и непосредственного впрыска. Тем самым мощность и крутящий момент они могли выдавать примерно такие же, как и старые V6, однако потребление топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу у них были почти в два раза меньше.

Концерн Volkswagen стал пионером в этом начинании, и все его бренды получили линейку моторов 1,0-2,0 л, способных выдавать фантастический крутящий момент от 100 до 400 Нм. Самый распространенный 1,4-литровый агрегат TSI мог развивать 150 л. с. и 250 Нм крутящего момента. Рекордсменами же по отдаче стали 2,0-литровые моторы Audi TFSI, развивающие мощность в 250 л. с. и тягу в 370 Нм. Аналогичные силовые агрегаты представил Volvo BMW и прочие крупные европейские бренды, вынужденные вписываться в экологические рамки.

Самый же известный пример «даунсайзинга» был выполнен концерном Fiat. Итальянцы разработали для хэтчбеков Fiat 500 и Panda 0,9-литровый 2-цилиндровый двигатель TwinAir мощностью 105 л. с. и моментом в 145 Нм при заявленном расходе 3,5 л/100 км.

Но тут же стали отмечаться и недостатки такого рода моторов. И в первую очередь они касались потребления и выбросов. Если ездить медленно или проверять силовые агрегаты на лабораторных стендах, то они действительно укладывались в требования Евро 6. Однако при активной езде с подключением турбины ситуация менялась. Чтобы обеспечить литровую мощность на уровне 100-125 л. с., требовалось жечь дорогой высокооктановый бензин. Поэтому расход TwinAir на Fiat 500 и Panda тут же подскакивал минимум на 40%. Малолитражные агрегаты объемом 0,9 л или 1,4 л начинали потреблять как прежние атмосферные V6. Сжечь 12-15 литров бензина на «сотню» при активной езде для них не было проблемой. К этому добавлялось высокое потребление масла и резкое снижение ресурса.

Разочаровывающая реальность

Наддув дал не только рост мощности, но и существенное увеличение давления в цилиндрах. По данным «ЗР», нагрузки на шатунные шейки для 2-литрового мотора TFSI увеличились на 30-35%. В итоге интенсивность изнашивания подшипников возросла на 50-60%!

Инженеры для уменьшения массы мотора существенно снизили размеры и вес деталей. А при уменьшении массы и размеров поршней и шатунов с целью снижения инерционных нагрузок на подшипники коленчатого вала снизился и коэффициент запаса прочности деталей.

Для форсированных моторов по коленчатому валу и шатуну запасы прочности не превышают теперь 5-10%, хотя на прежних V-образных агрегатах они достигали 35-50%.

В итоге современный «даунсайзинг» может ходить до капремонта тысяч 150-200 км, хотя атмосферные агрегаты при надлежащем обслуживании работают без капремонта в два раза больше.

В общем, по словам руководителя группы Volkswagen доктора Герберта Дисса, тренд на даунсайзинг прошел. Малолитражные моторы не в состоянии соответствовать новым нормам в реальных дорожных условиях. Как же это отразится на автомобилестроении? Пока концерны начинают возвращаться к моторам с меньшей литровой мощностью. Volkswagen перестал экспериментировать с 1,0-литровыми двигателями и ставит в основном более надежные 1,4-литровые агрегаты TSI. Audi же вернулась к дефорсированным 2,0-литровым агрегатам TFSI мощностью 150 л. с. В итоге самым оптимальным объемом силовых агрегатов для легковых машин теперь считается формат от 1,4 л до 2,5 л. Скорее всего, в ближайшем десятилетии такие моторы будут доминировать. Ну а нормативы по выбросам вредных веществ поможет выполнить химически синтезированный бензин.

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».

Читать еще:  139qmb двигатель схема подключения

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.

Читать еще:  Чем отличаются подогревы двигателя

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.

«Даунсайзинг» или «одноразовые» моторы в новых машинах: преимущества и недостатки

Вы здесь

Сообщение об ошибке

Ужесточение экологических стандартов, стремление владельцев сэкономить на расходе топлива заставляют производителей искать новые решения, использовать двигатели современной конструкции. Один из таких вариантов – «даунсайзинг», или пропорциональное уменьшение мотора. Силовой агрегат мощностью до 2 литров сейчас можно встретить даже на внедорожниках.

«Даунсайзинг» двигателя – уменьшение полезного объема и увеличение рабочей мощности (в основном благодаря форсированным режимам). Раньше моторы до 1.5 литров ассоциировались с Фольксвагенами или «Запорожцами». Сейчас четырехцилиндровые агрегаты объемом 1.2 литра можно встретить на кроссоверах, которые весят около 2 тонн, например, Nissan Qashqai. Двухлитровый двигатель установили даже на последнее поколение представительской «семерки» BMW.

К преимуществам усовершенствованных силовых агрегатов относятся

меньшее количество вредных выхлопов;

низкий экологический налог.

Двигатель с небольшим объемом расходует меньше горючего в расчете на 100 километров. Для каждого автомобиля рассчитывается оптимальная (иногда она кажется минимальной) мощность, необходимая, чтобы машина передвигалась по обычным дорогам в «стандартных» условиях. Если необходимо резкое ускорение или торможение, используются турбированные режимы.

Чем ниже расход топлива, тем меньше, если мотор исправен, количество вредных выхлопов. Модное «осознанное потребление» стало одним из факторов потребительского спроса.

В большинстве стран автомобильные налоги рассчитываются, исходя из влияния, которое оказывает машина на окружающую среду. Чем меньше количество вредных выбросов, тем ниже налоговая нагрузка. В некоторых государствах, например, Германии, сумма налога определяется и объемом двигателя.

Основным недостатком, присущим «уменьшенным» агрегатам, является недолговечность. Базовый вариант для «даунсайзинга» – более мощная модель. Например, в концерне ВАГ небольшие двигатели линейки TSI разрабатываются на основе более мощных модификаций.

Если для базового варианта заложен большой запас прочности, то «даунсайзинг» приводит к пропорциональному уменьшению стержней шатунов, шеек коленвала, снижению толщины стенок цилиндров. Иногда запас прочности снижается в два раза.

Нагрузки на уменьшенный мотор возрастают, потому что необходимо «выжать» из 1.4-литрового движка мощность 2-литровой модели. В результате из двигателя, который рассчитан на миллион километров, получается «одноразовая» версия, ломающаяся после 100-200 тысяч километров пробега.

Проблему долговечности можно решить применением материалов из аэрокосмической отрасли. Но в погоне за снижением издержек производители просто уменьшают ресурс, потому что недорогие машины пользуются большим спросом. Выбирая автомобиль, только вы принимаете решение, что является более важным – забота об экологии, экономия топлива или долговечность автомобиля.

Что такое даунсайзинговый двигатель

You are using an outdated browser. Please upgrade your browser or activate Google Chrome Frame to improve your experience.

  • Главная
  • Новости
  • Тест-драйвы
  • Обзоры
  • Купить-Продать
    • Автосалоны
    • Отзывы
    • Поиск
    • Новости компаний
    • Продать
  • Рубрики
  • Фото
  • Видео
  • Автоблог

Технология, которая должна была спасти ДВС, оказалась ложью

Тренд «даунсайзинга» автопроизводители эксплуатируют все последнее десятилетие, и именно он должен был спасти ДВС

Индустриальный термин «даунсайзинг» заключается в том, чтобы сделать двигатели меньше ради более скромного употребления топлива, а затем турбировать их с целью компенсации упущенной мощности. Этот тренд автопроизводители эксплуатируют все последнее десятилетие, и именно он должен был спасти традиционный двигатель внутреннего сгорания. Однако все это оказалось ложью!

Читать еще:  Двигатель cy6102bg технические характеристики

Сложные гибридные технологии вынудили автопроизводителей искать более простые способы сокращения выбросов, и в этой связи даунсайзинг стал поголовной переломной философией, захватившей автомобильный мир. Нужно-то всего навсего уменьшить мотор и прикрутить к нему турбину! V8 были заменены на турбированные V6, V6 – на турбированные четырехцилиндровики, а сами четырехцилиндровики либо стали меньше, либо вообще уступили место 3- и даже 2-цилиндровым моторам. Все, готово! Эта идея казалась блестящей.

Чтобы понять всю концепцию даунсайзинга, нам нужно вспомнить состояние автоиндустрии 10 лет назад, предвещавшей мрачные перспективы для окружающей среды. Да, были гибриды, с которыми люди не хотели ассоциироваться. Были обещания водородных автомобилей, которые совершенно не материализовались в больших объемах. И были электрокары, которые совсем недалеко ушли от машинок для гольфа.

В свете всех этих дорогих, медленных и не особенно желанных сценариев и возник даунсайзинг. Десять лет назад это было похоже на чудо. Даунсайзинг представлял собой идеальное решение на фоне ужесточавшихся экологических стандартов в Евросоюзе и в мире в целом. И особое мастерство здесь показывали Volkswagen и Ford.

Итак, еще раз: турбирование компактного двигателя гарантирует вам мощность более крупного агрегата при сохранении низкого расхода топлива. То есть VW Golf с 2-литровым мотором сможет неплохо себя чувствовать с 1,6 литрами, а Golf с 1,6-литровым мотором привыкнет к 1,3 литрам, и так можно уменьшать размеры моторов дальше до определенной разумной черты.

Автопроизводители нырнули в этот омут с головой, и уже к 2010 году мы могли наблюдать 1-литровые двигатели в небольших семейных автомобилях у многих европейских автопроизводителей. Даже в США даунсайзинг стал стандартом. Если раньше нормой считались 2,5-литровые атмосферники и 3-литровые V6, то теперь на их место пришли 2-литровые турбочетверки.

Участь даунсайзинга не обошла даже пикапы. В 2011 году Ford утилизировал стареющие 4,6- и 5,8-литровые V8 на популярном пикапе F-150 и презентовал 3,7-литровый V6, 5-литровый V8 и 3,5-литровый твин-турбо V6. 3,7-литровый мотор вскоре был заменен на 2,7-литровый, турбированный по последней моде.

Самый экстремальный случай даунсайзинга был выполнен концерном Fiat. Итальянцы умудрились установить в свои маленькие хэтчбеки 500 и Panda 0,9-литровый 2-цилиндровый двигатель.

Fiat назвал свое творение TwinAir. Помимо турбины он обладал интересной технологией гидравлических клапанов, чтобы извлечь максимально возможный уровень эффективности. Результаты выглядели потрясающе. Средний расход топлива равнялся 3,5 л/100 км. TwinAir собирал награды направо и налево. Однако сегодня все это кажется абсурдом.

Да, это был самый экстремальный даунсайзинг и самое экстремальное разочарование. Вскоре после дебюта автомобиля обозреватели и владельцы осознали, что даже отдаленно не могут приблизиться к заявленным «Фиатом» цифрам. Один особенно примечательный тест от журнала CAR выявил, что Fiat Panda с TwinAir в повседневном режиме расходует 7,8 л/100 км. Другие отчеты показали, что у 2-цилиндрового мотора фактическая экономия отличается от заявленной на 40%. Таким образом Fiat стал самым злостным нарушителем на рынке.

И вот тут мы подбираемся к месту, где зарыта основная ложь. Моторы-даунсайзеры обеспечивают экономию маленького двигателя и мощность большого, но они никогда не осуществляют эти две задумки одновременно.

Это происходит из-за трюков турбонаддува. Вы получаете заявленную мощность только тогда, когда подключается турбина. При активной езде она гонит воздух в двигатель, существенно повышая количество сжигаемого топлива. Таким образом вы получаете мощность более крупного мотора, но и употребляете бензин, как более крупный мотор. Конечно, можно добиться и низких показателей расхода, но это нужно делать на низких оборотах до подключения турбины.

Условия, при которых это происходит, идеально совпадают с условиями проведения государственных испытаний расхода топлива и вредных выбросов. Моторы-даунсайзеры проходят эти тесты с легкостью, однако редко добиваются подобных показателей в реальном мире.

За термином даунсайзинг скрываются очевидные недостатки этих двигателей, которые проявляются только у бензоколонки. На западных форумах полно обескураженных владельцев TwinAir, которые получили не то, на что рассчитывали. Некоторые даже заявляют, что 1,2-литровый «фиатовский» мотор ведет себя более адекватно, чем 0,9-литровый, и менее чувствителен к стилю езды. Иными словами, с 1,2-литровым агрегатом не нужно ездить как бабушка, чтобы заявленные цифры оправдались.

Это, конечно, не та же самая проблема, что кошмар «Дизельгейта», но суть повторяется: автопроизводители строят машины, которые хорошо работают в условиях испытаний, а не в повседневном использовании. Придуман даже специальный термин (Cycle-beating), означающий отклонения этих моторов от реальности. Что касается последствий, то Volkswagen вкачивает в Америку миллиарды, чтобы искупить свои дизельные манипуляции. И не будем забывать штраф в 41,2 миллиона долларов от Hyundai, который также неудачно экспериментировал с расходом.

Так что теперь тенденция меняется: от компактных моторов компании переходят обратно к более крупным и последовательным двигателям. Ситуация все больше запутывается. В 2010 году Tesla Model S была лишь концепт-каром, и никто не ставил под сомнение жизнеспособность ДВС. Сегодня же вокруг появляется все больше приличных электрокаров по разумным ценам.

Но мы всегда будем помнить эпоху даунсайзинга. Вряд ли автопроизводители заботились о том, чтобы сделать свои машины чище и экономичнее. Они просто хотели пройти тесты. Это было дешево и дьявольски гениально!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector