Что не так с современными моторами
О надежности современных автомобилей часто судят поверхностно. Один из аргументов: в прежние времена водитель возил с собой инструменты и набор запасных частей — ремень генератора, свечи, прокладки, шланги… А теперь в багажнике лежит разве что буксирный трос да компрессор (в лучшем случае).
Значит, надежность повысилась? Но куда подевались так называемые двигатели-миллионники?
Долговечность, надежность, безотказность... — что общего и в чем разница?
Качество — совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.
Надежность — свойство объекта сохранять во времени свою работоспособность. Основные показатели надежности — долговечность, безотказность, ремонтопригодность.
Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и ремонта.
Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторой наработки.
Ремонтопригодность — свойство изделия, определяющее трудовые и материальные затраты на его ремонт и обслуживание.
Все перечисленные понятия не являются синонимами, но при этом часто употребляются не по назначению. Гарантийные обязательства автопроизводителей только запутывают проблему. В жигулевские времена речь шла о 20 000 км или годе эксплуатации — реальная долговечность была выше примерно на порядок, а то и больше. Сегодня же гарантия чаще всего составляет 100 000 км или три года, но долговечность при этом вовсе не выросла в пять раз. Напротив, ее фактически подогнали под гарантийный срок.
Алюминий вместо чугуна: долговечность понизилась, безотказность ухудшилась
Блоки цилиндров повсеместно стали делать из алюминиевого сплава. Одна из причин в том, что литейное производство чугуна — процесс экологически очень вредный. Поэтому он перетек в страны третьего мира.
Что мы потеряли? Чугунные блоки прочные, они стойки к перегреву и минимально коробятся, им присущи хорошие демпфирующие свойства и высокая жесткость. Всё это позволяло выполнять цилиндры прямо в чугуне.
Современные алюминиевые блоки имеют тонкие ажурные стенки и отдельно стоящие цилиндры. Это так называемая схема Open Desk, когда цилиндры по верхней плоскости не соединены со стенками блока. Вследствие этого цилиндры могут деформировать друг друга. Недаром в четырехцилиндровом блоке геометрия второго и третьего цилиндра обычно страдает больше, чем двух крайних.
Поверхность цилиндра в алюминиевом блоке образует или тонкостенная, залитая при производстве чугунная гильза, не имеющая большой жесткости, или покрытие типа хромирования, никасила (никелевое покрытие) или алюсила (покрытие с кремнием). Справедливости ради отметим, что цилиндры с покрытием позволяют использовать схему с закрытым блоком, которая имеет большую жесткость. Но в целом геометрия алюминиевых блоков плывет уже к 100–150 тысячам км.
Золотой век надежности закончился в 90‑х годах прошлого века, когда моторостроители начали переходить к сверхнизким нормам токсичности
Даунсайзинг и турбонаддув: надежность понизилась
Чтобы снизить массу, повысить экономичность и экологичность моторов, производители идут на уменьшение рабочего объема, а для сохранения мощности применяют турбонаддув. Это приводит к росту нагрузки на все элементы цилиндропоршневой группы мотора.
При этом материалы применяют отнюдь не из космической промышленности. Где возможно, стараются оставить детали и узлы от безнаддувных двигателей. Порой у двигателя просто отрезают «лишний цилиндр», создавая неуравновешенные и имеющие неприятный звук трехцилиндровые моторы. Меж тем нагрузки на детали растут пропорционально увеличению крутящего момента.
К менее надежной поршневой части добавляется турбокомпрессор. Этот агрегат, по сути, мог бы быть самостоятельным газотурбинным двигателем, а потому он имеет много систем — управления, смазки, охлаждения. В последнее время распространяется двойной наддув, где используются два турбокомпрессора или приводной нагнетатель в сочетании с турбокомпрессором. Всё это заставляет вспомнить об увеличении вероятности поломок системы, число элементов в которой растет.
«Альтернативные» приводы ГРМ: ремонтопригодность снизилась
На некоторых двигателях цепной привод ГРМ располагается не со стороны носка коленчатого вала, а между последним цилиндром и маховиком. Дескать, так уменьшаются крутильные колебания. При этом для замены цепи требуется снять двигатель. Таковы, например, дизельные двигатели BMW серии N, причем как четырехцилиндровые, так и «шестерки».
Катколлектор вместо нейтрализатора под полом: надежность понизилась
В угоду экологическим требованиям каталитический нейтрализатор стали размещать всё ближе к выпускным клапанам. Если раньше нейтрализатор стоял под днищем автомобиля, то сейчас его придвинули вплотную к двигателю, используя так называемые катколлекторы.
Недостаток в том, что при разрушении керамической «начинки» нейтрализатора («болезнь» моторов Hyundai/Kia, например) твердые частицы попадают через приоткрытые выпускные клапаны в цилиндры и вызывают задиры. Однако почти все современные безнаддувные моторы имеют катколлекторы, и только некоторые производители, среди которых, например, Renault, всё еще размещают нейтрализатор на некоторых автомобилях для стран третьего мира под полом, соблюдая при этом нормы Евро‑5.
Турбокомпрессор в выпускном коллекторе: ремонтопригодность снизилась
На фоне рассказанного выше уже не таким большим злом кажется объединение турбокомпрессора с выпускным коллектором. Идея в том, чтобы сократить «турболаг» — время отклика турбины. Но в случае поломки цена ремонта будет заметно выше, чем если бы пришлось ремонтировать отдельно стоящий турбокомпрессор.
Дизельные моторы: надежность понизилась
Традиционные проблемы современных дизелей — быстрое зарастание сажей клапана EGR и засорение сажевого фильтра. На их долговечность в нашей стране влияет невысокое качество дизтоплива, хотя и низкие температуры в сочетании с короткими поездками вносят свою лепту.
Значит, надежность повысилась? Но куда подевались так называемые двигатели-миллионники?
Долговечность, надежность, безотказность... — что общего и в чем разница?
Качество — совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.
Надежность — свойство объекта сохранять во времени свою работоспособность. Основные показатели надежности — долговечность, безотказность, ремонтопригодность.
Долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе ТО и ремонта.
Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторой наработки.
Ремонтопригодность — свойство изделия, определяющее трудовые и материальные затраты на его ремонт и обслуживание.
Все перечисленные понятия не являются синонимами, но при этом часто употребляются не по назначению. Гарантийные обязательства автопроизводителей только запутывают проблему. В жигулевские времена речь шла о 20 000 км или годе эксплуатации — реальная долговечность была выше примерно на порядок, а то и больше. Сегодня же гарантия чаще всего составляет 100 000 км или три года, но долговечность при этом вовсе не выросла в пять раз. Напротив, ее фактически подогнали под гарантийный срок.
Алюминий вместо чугуна: долговечность понизилась, безотказность ухудшилась
Блоки цилиндров повсеместно стали делать из алюминиевого сплава. Одна из причин в том, что литейное производство чугуна — процесс экологически очень вредный. Поэтому он перетек в страны третьего мира.
Что мы потеряли? Чугунные блоки прочные, они стойки к перегреву и минимально коробятся, им присущи хорошие демпфирующие свойства и высокая жесткость. Всё это позволяло выполнять цилиндры прямо в чугуне.
Современные алюминиевые блоки имеют тонкие ажурные стенки и отдельно стоящие цилиндры. Это так называемая схема Open Desk, когда цилиндры по верхней плоскости не соединены со стенками блока. Вследствие этого цилиндры могут деформировать друг друга. Недаром в четырехцилиндровом блоке геометрия второго и третьего цилиндра обычно страдает больше, чем двух крайних.
Поверхность цилиндра в алюминиевом блоке образует или тонкостенная, залитая при производстве чугунная гильза, не имеющая большой жесткости, или покрытие типа хромирования, никасила (никелевое покрытие) или алюсила (покрытие с кремнием). Справедливости ради отметим, что цилиндры с покрытием позволяют использовать схему с закрытым блоком, которая имеет большую жесткость. Но в целом геометрия алюминиевых блоков плывет уже к 100–150 тысячам км.
Золотой век надежности закончился в 90‑х годах прошлого века, когда моторостроители начали переходить к сверхнизким нормам токсичности
Даунсайзинг и турбонаддув: надежность понизилась
Чтобы снизить массу, повысить экономичность и экологичность моторов, производители идут на уменьшение рабочего объема, а для сохранения мощности применяют турбонаддув. Это приводит к росту нагрузки на все элементы цилиндропоршневой группы мотора.
При этом материалы применяют отнюдь не из космической промышленности. Где возможно, стараются оставить детали и узлы от безнаддувных двигателей. Порой у двигателя просто отрезают «лишний цилиндр», создавая неуравновешенные и имеющие неприятный звук трехцилиндровые моторы. Меж тем нагрузки на детали растут пропорционально увеличению крутящего момента.
К менее надежной поршневой части добавляется турбокомпрессор. Этот агрегат, по сути, мог бы быть самостоятельным газотурбинным двигателем, а потому он имеет много систем — управления, смазки, охлаждения. В последнее время распространяется двойной наддув, где используются два турбокомпрессора или приводной нагнетатель в сочетании с турбокомпрессором. Всё это заставляет вспомнить об увеличении вероятности поломок системы, число элементов в которой растет.
«Альтернативные» приводы ГРМ: ремонтопригодность снизилась
На некоторых двигателях цепной привод ГРМ располагается не со стороны носка коленчатого вала, а между последним цилиндром и маховиком. Дескать, так уменьшаются крутильные колебания. При этом для замены цепи требуется снять двигатель. Таковы, например, дизельные двигатели BMW серии N, причем как четырехцилиндровые, так и «шестерки».
Катколлектор вместо нейтрализатора под полом: надежность понизилась
В угоду экологическим требованиям каталитический нейтрализатор стали размещать всё ближе к выпускным клапанам. Если раньше нейтрализатор стоял под днищем автомобиля, то сейчас его придвинули вплотную к двигателю, используя так называемые катколлекторы.
Недостаток в том, что при разрушении керамической «начинки» нейтрализатора («болезнь» моторов Hyundai/Kia, например) твердые частицы попадают через приоткрытые выпускные клапаны в цилиндры и вызывают задиры. Однако почти все современные безнаддувные моторы имеют катколлекторы, и только некоторые производители, среди которых, например, Renault, всё еще размещают нейтрализатор на некоторых автомобилях для стран третьего мира под полом, соблюдая при этом нормы Евро‑5.
Турбокомпрессор в выпускном коллекторе: ремонтопригодность снизилась
На фоне рассказанного выше уже не таким большим злом кажется объединение турбокомпрессора с выпускным коллектором. Идея в том, чтобы сократить «турболаг» — время отклика турбины. Но в случае поломки цена ремонта будет заметно выше, чем если бы пришлось ремонтировать отдельно стоящий турбокомпрессор.
Дизельные моторы: надежность понизилась
Традиционные проблемы современных дизелей — быстрое зарастание сажей клапана EGR и засорение сажевого фильтра. На их долговечность в нашей стране влияет невысокое качество дизтоплива, хотя и низкие температуры в сочетании с короткими поездками вносят свою лепту.