Кажется, что с развитием технологий двигатели должны становиться все надежнее, но этого почему-то не происходит. Похоже, мы наблюдаем обратную тенденцию.
Да, по мнению многих гаражных «специалистов», раньше трава была зеленее, но в данном конкретном случае, к сожалению, они правы… Причин тому много, и следствия этих причин складываются, часто порождая на очередную «хозяйскую печаль». Попробуем подробнее рассмотреть возможные негативные факторы, из-за чего стали чаще ломаться двигатели.
Проблема первая. Техническое усложнение
Вероятно, корень всех проблем в ужесточении требований к расходу топлива и экологичности двигателей при отсутствии новых идей и разработок. По сути, все «нововведения», которые мы видим, — это нагнетатели, турбонаддув, непосредственный впрыск, переменные фазы газораспределения и многоклапанная конструкция. Все это фактически появилось в 50-х и 60-х годах, а большая часть техники начала развиваться в двадцатые-тридцатые годы (как тут не вспомнить полюбившийся верхушке из Третьего рейха наддувный Mercedes-Benz 770K начала 30-х годов).
Основным двигателем прогресса поршневых двигателей в первой половине 20 века была авиация, которая значительно ускорила работы по впрыску, всем видам наддува и многоклапанной конструкции. На земле эти технологии применялись гораздо менее широко: в гоночных двигателях и на некоторых особо прогрессивных автомобилях, но их массовое использование стало возможным только с появлением в начале 90-х дешевой и надежной электроники.
В то же время автопроизводители были законодательно обязаны поддерживать определенный темп снижения расхода топлива и начали ужесточать нормы выбросов. Сначала было достаточно внедрения абсолютно прогрессивных технологий. Многоклапанные головки блока цилиндров быстро вытеснили двухклапанные конструкции, в первую очередь потому, что даже без каталитического нейтрализатора выхлоп такого двигателя был чище.
Разумеется, сразу резко возросло количество деталей в механизме ГРМ и сложность обслуживания. Но успехи в металлообработке позволили усложнить двигатель практически без потерь. Переход на электронный впрыск топлива и интегрированные системы управления двигателем, позволившие объединить управление впрыском, зажиганием, коробкой передач, процедурами обслуживания двигателя, конечно, тоже был прорывом. Это значительно улучшило характеристики двигателя и повысило надежность.
Хотя многие помнят недоверие, которое вызывали первые инжекторные машины и советы очень опытных «гаражников», предупреждавших о сложности ремонта таких систем (будь то простой карбюратор!). История расставила все по своим местам: системы впрыска оказались надежнее старых систем питания, хотя ремонтировать сложную технику «на коленке» действительно стало намного сложнее.
Следующая технология, которая была массово внедрена на все двигатели внутреннего сгорания, — это система газораспределения: VANOS для BMW, VVT-i для Toyota, i-VTEC для Honda и т д. Грубо говоря, она позволяла сдвигать время открытия и закрытия впуска и выпускные клапаны, в зависимости от оборотов двигателя, для обеспечения хорошей тяги как на низких, так и на высоких оборотах. Другими словами, это позволило улучшить мощностные характеристики двигателей без ущерба для экономичности.
На самом деле конструкция не очень сложна в реализации, слишком уж она оказалась новой и для многих производителей отнюдь не беспроблемной: появились новые быстроизнашивающиеся детали и новая головная боль для владельцев таких машин. Например, стуки на морозе, поломки и системные ошибки.
Далее было массовое внедрение турбонаддува. Это позволило использовать «лазейку» в европейском и японском ездовых циклах для измерения расхода топлива и снижения расхода топлива в проходах, при этом были значительно улучшены динамические параметры автомобилей. Конечно, автомобили с турбонаддувом намного сложнее в эксплуатации, чем с безнаддувными двигателями, они боятся даже незначительных нарушений в работе всех систем.
Последней технологией, которая постепенно внедряется в массовом порядке, является непосредственный впрыск топлива. Он значительно увеличивает мощность двигателя, но также требует применения сложных узлов с ограниченным ресурсом и очень уязвимых из-за точной конструкции и тяжелых условий эксплуатации. И помимо увеличения вероятности выхода из строя, это еще и увеличивает стоимость ремонта.
Но использование этих старых технологий вообще не было проблемой, во многом они были отработаны задолго до массового внедрения гоночных двигателей. При переходе на серийное производство тоже были ошибки с просчетами, но в целом это прогрессивные технологии. Просто их нужно было внедрять слишком быстро и слишком массово, чтобы уложиться в рамки законов. Только рост рентабельности не поспевает за ужесточением требований.
Вторая проблема. Снижение потерь на трение
Вскоре появились признаки чрезмерного усложнения, такие как безгазовые системы впуска и явные попытки уменьшить внутреннее трение — по сути за счет снижения надежности узлов. Меньшее трение означает большую эффективность, но какой ценой? Прежде всего, многие подшипники скольжения в двигателе были просто уменьшены в размерах. Уменьшились размеры коленчатых валов, поршневых пальцев, подшипников балансирных валов, размеры распределительных валов и звеньев цепи…
Конечно, металлурги изготовили новые сплавы, и детали стали прочнее. Но не везде и не во всем. Двигатели стали гораздо хуже переносить перегрузки. Для дальнейшего снижения потерь на трение в подшипниках и энергозатрат на смазку используются все более жидкие масла и снижается давление масла в системе.
К сожалению, чудес не бывает: более жидкое масло имеет менее устойчивую к нагрузкам пленку, а управляемый масляный насос не только сложнее, но и не обеспечивает запаса давления на самых распространенных режимах работы двигателя.
Задача третья. Повышение рабочей температуры
Кроме того, для повышения экологичности и экономичности при малой нагрузке попытались повысить рабочую температуру двигателя. А чтобы не терять мощность, ввели управляемые термостаты, которые позволяли двигателю немного остывать под нагрузкой. А вот повышение температуры самым негативным образом сказалось на скорости износа масла, старении пластиковых и резиновых деталей двигателя… В общем, стресса добавилось.
Кроме того, управляемый термостат не может сразу снизить температуру двигателя, а часто и температура под нагрузкой оказывается выше оптимальной, что вызывает детонацию и ускоренный износ. И да, масло стали реже менять, но и прорыва в технологиях производства тоже не произошло.
Задача четвертая. Облегчение поршневой группы
Остальные причины снижения надежности, о которых мы расскажем ниже, так или иначе связаны с основным фактором. Но при этом могли развиваться и без ее учета. Передача управления процессом сгорания топлива на электронику с обратной связью позволила значительно облегчить поршневую группу и многие другие детали двигателя за счет отказа от «запаса прочности», который был необходим на случай отказа в работе двигателя более простые системы управления. К сожалению, электроника не вечна и не всегда диагностирует ошибки в своей работе. Да и запас «железа» по надежности уже уменьшился, и небольшое отклонение параметров от нормы уже может привести к выходу из строя деталей.
Вы знаете, какую мощность выдавал 1,8-литровый двигатель VW Golf 1984 года выпуска? 90 — с карбюратором, 105-115 — с впрыском на ГТИ. Вполне себе «овощные» параметры, по нынешним меркам. Двигатели 1.8 в серии EA888 теперь имеют отдачу 182 силы, а прирост крутящего момента и вовсе двукратный. Внедрение всех новых технологий позволило создать двигатели со степенью мощности, превышающей параметры гоночных ДВС тридцатилетней давности. А любое увеличение нагрузки и температуры подразумевает ускорение старения металлов и снижение ресурса в целом.
Упражнение пятое. Нехватка времени для полного тестирования двигателя
Если узлы имели «запас прочности», то он выбирался почти до конца. Резкое ускорение роста требований заставило автопроизводителей, особенно из числа лидеров премиального сегмента, отказаться от практики постепенного внедрения инноваций в старые двигатели и постепенного совершенствования конструкции. Серии двигателей теперь часто меняются дважды за короткий срок службы модели. Конечно, с новыми двигателями сокращается как время испытаний, так и количество проводимых испытаний.
Большинство тестов проводится на компьютерах, а программное обеспечение, как вы все знаете, часто содержит ошибки. В результате публикуются явно недоработанные проекты, проблемы которых уже исправляются «в процессе». Так что пять-шесть плановых замен типов форсунок и материалов гильз, поршневых колец и поршневых групп — это всего лишь плата за то, что двигатель вашего автомобиля самый «прогрессивный».
Упражнение шестое. Менее частое обслуживание и сложность диагностики
Если попробовать заглянуть под капот современного автомобиля, а затем под капот «молодого автомобиля» из девяностых, то будет хорошо заметно, насколько компактнее стали двигатели и насколько плотнее они стали прилегать друг к другу в моторный отсек. Возить воздух никто не хочет, а требования к увеличению внутреннего пространства при сохранении внешней компактности автомобиля со временем только возрастают.
Иногда это сопровождается явным переусложнением узлов или ухудшением условий их работы. Но в любом случае это приводит к увеличению сложности и временных затрат на диагностику. Сервис должен больше полагаться на электронные системы самодиагностики и меньше на визуальный осмотр и подключение дополнительных контрольных устройств. Кроме того, сервисные процедуры стали реже, а значит, меньше возможностей выявить проблемы на ранней стадии.
Задача седьмая. Неблагоприятные условия труда
И последний фактор, наверное, увеличение средней нагрузки на двигатель. Новые автоматические коробки передач предназначены для снижения расхода топлива, а значит, заставляют двигатель работать в режиме максимальной нагрузки на заданной скорости. Все это экономит топливо, но не всегда безвредно для устройств. Новые автоматические коробки передач позволяют легко и беззаботно использовать всю мощность двигателя, а снижение шума от агрегатов делает процесс приятным и легким. Возмездие, как всегда, надежность.
Какой результат?
Каждая из причин по отдельности погоды не делает, но в сумме они создают ощущение постоянных проблем с двигателями многих новых автомобилей. У более консервативных производителей меньше, у самых прогрессивных больше. На самом деле количество брака в течение гарантийного срока в целом снижается, и это следствие работы над системами контроля качества. Теперь автомобильные компании имеют возможность контролировать ресурс, не ставить чрезмерный запас прочности, если количество гарантийных проблем не превышает разумного уровня, и своевременно исправлять неисправности в проблемных сериях двигателей или снимать их с производства, если ситуацию нельзя исправить малыми усилиями.
К сожалению, все, что выходит за рамки гарантийного срока «а потом еще немного», уже неинтересно. Может оказаться, что после гарантии машина долго не прослужит, а ремонт будет очень дорогим, крупноблочным и с привлечением специального инструмента. А пока покупатель может наслаждаться новым автомобилем – он по-прежнему быстрее и экономичнее. Более того, разница в стоимости сэкономленного топлива зачастую может даже превысить увеличившиеся расходы на ремонт двигателя в будущем.
Источник
