Сучасні двигуни: чому вони часто ламаються

Про надійність сучасних автомобілів часто судять поверхово, особливо у порівнянні з попередниками. Мовляв, водій тих років постійно возив із собою цілий набір запасних частин, а тепер із запчастин у багажнику зазвичай лише ремкомплект для шин та компресор.

Отже, надійність зросла? Але є контрприклад із давніми двигунами-мільйонниками: жоден сучасний мотор від Ауді чи БМВ стільки не проходить. І як же бути зі зростанням надійності?

Спочатку визначимося з термінологією. Потім пробіжимося тими вузлами автомобіля, які нові технології як покращили, так і зіпсували.

НОВИНИ, ТЕСТ-ДРАЙВИ, ОГЛЯДИ: ПІДПИСУЙТЕСЬ НА НАШ TELEGRAM-канал УКРАЇНА ЗА КЕРМОМ. ВСЕ ПРО АВТО

Зазначені поняття не є синонімами, але часто вони використовуються не за призначенням, створюючи плутанину в технічних суперечках. Гарантійні зобов’язання автовиробників лише поглиблюють проблему. У жигулівські часи йшлося про 20 000 км або рік експлуатації – реальна довговічність була вищою на порядок, а то й більше. Сьогодні ж гарантія становить 100 000 км або три роки, але довговічність зовсім не зросла вдесятеро.

Навпаки, її фактично підігнали під гарантійний термін.

ПРО ЩО МИ ГОВОРИМО

• Якість – це сукупність властивостей продукції, що зумовлюють її придатність задовольняти певні потреби відповідно до її призначення.
• Надійність – це властивість об’єкта зберігати у часі свою працездатність.
  Основні показники надійності – довговічність, безвідмовність, ремонтопридатність.
• Довговічність – властивість об’єкта зберігати працездатність до настання граничного стану при встановленій системі ТО та ремонту.
• Безвідмовність – власти-вість об’єкта безперервно збе-рігати працездатний стан протягом деякого напрацювання.
• Ремонтопридатність – властивість виробу, що визначає трудові та матеріальні витрати на його ремонт та ТО.

Золота доба надійності закінчилася в 90-х роках минулого століття, коли моторобудівники почали переходити до наднизьких норм токсичності

Алюміній замість чавуну

Блоки циліндрів сучасних двигунів скрізь стали робити з алюмінієвого металу. Річ у тім, що ливарне виробництво старих чавунних блоків – процес екологічно дуже шкідливий. Тому він перейшов у країни третього світу. Що ж ми втратили разом із чавунними блоками? Чавунні блоки міцні, вони стійкі до перегріву і мінімально жолобляться, їм притаманні хороші демпфувальні властивості і висока жорсткість. Все це дозволяло робити циліндри прямо у чавуні. Сучасні алюмінієві конструкції мають тонкі ажурні стінки й окремі циліндри. Це так звана схема Open Desk, коли циліндри верхньої площини не з’єднані зі стінками блока. Внаслідок цього циліндри можуть деформувати один одного. Недарма в чотирициліндровому блоці геометрія другого і третього циліндра зазвичай страждає більше, ніж двох крайніх.

Ну а поверхню циліндра в алюмінієвому блоці утворює або тонкостінна, залита при виробництві чавунна гільза, якій не властива велика жорсткість, або покриття на зразок хромування нікасилом (нікелеве покриття) або алюсилом (покриття з кремнієм). Заради справедливості відзначимо, що циліндри з покриттям дозволяють використовувати схему із закритим блоком, яка має більшу жорсткість. А загалом геометрія алюмінієвих блоків наближається вже до 100 000–150 000 км пробігу.

Довговічність знизилася. Безвідмовність погіршилась.

Даунсайзинг та турбонаддув

Щоб знизити масу, підвищити економічність та покращити екологічність моторів, автовиробники удаються до зменшення робочого об’єму поршневої частини двигуна, а для збереження показників потужності застосовують турбонаддув. Це призводить до зростання навантаження на всі елементи поршневої частини мотора. При цьому матеріали, які застосовуються в таких моторах, аж ніяк не з асортименту аерокосмічної промисловості. Тому, де це можливо, намагаються залишити деталі та вузли від безнаддувних двигунів колишніх поколінь. Доходить до того, що у силового агрегата просто відрізають «зайвий» циліндр, створюючи незрівноважені трициліндрові мотори, що мають неприємний звук. При цьому навантаження на деталі зростають пропорційно до збільшення крутного моменту.

Отже, поршнева частина стає менш надійною, але до неї додається ще турбокомпресор. Цей агрегат, по суті, міг би бути самостійним газотурбінним двигуном, а тому він має багато систем: управління, мастила, охолодження. А ще останнім часом поширюється технологія подвійного наддува, де використовуються два турбокомпресори або приводний нагнітач у поєднанні з турбокомпресором. Все це пов’язано з відповідними системами двигуна і змушує згадати про збільшення ймовірності поломок системи, кількість елементів якої зростає.

Надійність знизилася.

Турбокомпресор, об’єднаний із випускним колектором

На фоні всього зазначеного не таким вже й лихом здається об’єднання турбокомпресора з випускним колектором. Але у разі поломки ціна ремонту буде набагато вищою, ніж у окремого турбокомпресора.

Ремонтопридатність знизилася.

«Альтернативні» приводи ГРМ

На деяких двигунах ланцюговий привод ГРМ розташовується не з боку носка колінчастого вала, а між останнім циліндром та маховиком. При цьому для заміни ланцюга необхідно зняти двигун. Такі, наприклад, дизельні мотори BMW серії N, як чотирициліндрові, так і «шістки».

Ремонтопридатність знизилася.

Катколектор замість нейтралізатора під підлогою

Через екологічні вимоги каталітичний нейтралізатор стали розміщувати все ближче до випускних отворів головки блоку циліндрів. Якщо раніше нейтралізатор стояв під днищем автомобіля, то тепер його встановили впритул до двигуна, використовуючи так звані катколектори. Недолік у тому, що при руйнуванні керамічної начинки нейтралізатора тверді частинки потрапляють через відкриті випускні клапани в циліндри і спричинюють задирки. Однак майже всі сучасні безнаддувні мотори мають катколектори, і тільки деякі виробники (серед них, наприклад, Renault) все ще на якихось своїх автомобілях для країн третього світу розміщують нейтралізатор під підлогою, дотримуючись при цьому норм Євро 5.

Надійність знизилася.

Безпосереднє упорскування та комбіноване упорскування

Історично спочатку з’явилося розподілене упорскування пального у впускний трубопровід. Причому факел розпиленого бензину був направлений на впускний клапан, завдяки чому здійснювалося його очищення від відкладень частинок оливи та гару, які завжди є у впускному трубопроводі. Потім, щоб поліпшити характеристики двигунів, почали застосовувати безпосереднє (пряме) упорскування. Форсунки впорскують пальне прямо у циліндри під високим тиском, завдяки чому можна оптимізувати сумішоутворення і змусити двигун працювати на збіднених сумішах. А це економія пального.

Але при такій системі з’являється ціла купа проблем. Основні – підвищені вимоги до чистоти та октанового числа пального, часта заміна паливних фільтрів. Не дотримуєтеся – будете мати раннє зношування дорогої паливної помпи високого тиску, форсунок, а також нестійку роботу двигуна і поганий пуск, а надто при низьких температурах. Зазначимо також необхідність особливого підбору моторної оливи, яка забезпечувала б мінімальне утворення нагару – вона, на жаль, дає нижчий захист від спрацювання деталей двигуна. Потрібно проводити очищення впускних клапанів не менш ніж раз на 100 000 км пробігу, тому що в іншому випадку двигун буквально задихається від нестачі повітря. Якщо зволікати з очищенням, клапан може заклинити у відкритому стані і він буде загнутий.

Надійність знизилася.

Дизельні біди

Традиційними проблемами сучасних дизельних моторів можна вважати швидке заростання сажею клапана EGR та засмічення сажевого фільтра. На довговічність обох елементів при експлуатації у нашій країні насамперед впливає невисока якість дизельного пального, хоча й низькі температури у поєднанні з короткими поїздками роблять свій внесок.

Надійність знизилася.

Пластмасові впускні трубопроводи зі зносними пластмасовими заслінками

Впускні трубопроводи із керованою довжиною – ефективний засіб підвищення характеристик двигуна. Але найчастіше в пластмасовому впускному трубопроводі канали перекривають пластмасові заслінки. Згодом спрацювання рухливих компонентів цього механізму при наявності частинок нагару та пилу досягає граничних показників, внаслідок чого заслінки починають хитатися. Це знижує точність регулювання та часто призводить до підсмоктування у двигун неочищеного повітря.

Довговічність знизилася. Безвідмовність погіршилась.

Об’єднана з помпою система золотників замість термостата

Останнім часом поширилась тенденція переходу від простих термостатів до термостатів
з елементами підігріву – і далі, до повної відмови від керування за допомогою термочутливих елементів. Управління потоками охолоджуючої рідини передано золотниковим механізмам, керованим електроприводами за командами електронного блока управління. Складність системи різко зросла.

Ремонтопридатність та безвідмовність знизилися.

Старт-стоп

Система, яка при невеликих паузах руху автомобіля глушить двигун, а потім запускає його знову, не подобається більшості автолюбителів. І не безпідставно. Зростає навантаження на стартер та АКБ, та й двигуну зайві пуски не потрібні. Як відомо, більшість валів у двигуні обертається на гідродинамічних вальницях. Тобто вал не торкається стінок отвору, в якому працює, а завдяки оливному клину обертається «безконтактно» при малому терті і майже без зношування. Але все це в усталеному режимі. А коли двигун зупиняється, то оливний клин зникає, а вали «лягають на дно» – притискаються до поверхонь. Колінвал під дією ваги опускається вниз, а розподільні вали під дією клапанних пружин притискаються уверх. Через деякий час система старт-стоп зриває їх з насидженого місця. Результат – зрив мікрочастинок металу і щоденне зношування, нехай і мізерне.

Довговічність знижується.

Двомасовий маховик

Більшість сучасних автомобілів із механічною коробкою передач і потужними моторами, а також всі дизельні машини оснащують двомасовими маховиками, які роблять зрушування плавнішим. Але термін служби такого типу маховиків рідко перевищує ресурс веденого диска зчеплення; відомі випадки, коли двомасові маховики виходили з ладу навіть раніше. Їздити з розбитим двомасовим маховиком неможливо, а заміна обійдеться в кругленьку суму.
Довговічність знижується.

ЗОЛОТА ДОБА НАДІЙНОСТІ

Що ж у результаті? Ми перерахували далеко не всі проблеми, з якими стикається власник сучасних автомобілів. Але факт очевидний: тенденції у моторобудуванні змінилися. Завдяки прогресивним технологіям кожен автовиробник отримав можливість досить точно розраховувати термін служби своїх двигунів, що дозволило максимально заощадити на зайвому запасі міцності, такому необхідному за старих часів.
Золота доба надійності закінчилася в 90-х роках минулого століття, коли європейські моторобудівники ще не гналися за наднизькими нормами токсичності та прагнули створити реальні мільйонники. Японцям потрібно було завойовувати автомобільні ринки, тому їхні машини славилися надійністю. Американці забезпечували великий ресурс завдяки моторам великого робочого об’єму з перевіреними рішеннями на зразок нижнього розташування розподільного вала. Сьогодні ж практично всі автовиробники не переймаються постгарантійною експлуатацією своїх машин. Їхнє завдання – вчасно відправити автовласника купувати нову автівку, доки стара не почала сипатися синхронно із закінченням гарантії. А саме така поведінка сьогодні трапляється навіть у найвідоміших брендів. Ось чому ми не рекомендуємо купувати автомобілі з серйозним постгарантійним пробігом без проведення детальної діагностики. Наступні ремонти можуть виявитися надмірно дорогими та трудомісткими.

НОВИНИ, ТЕСТ-ДРАЙВИ, ОГЛЯДИ: НАШ TELEGRAM-канал ПІДПИШИСЬ