Устройство шести-цилиндрового двигателя BMW

Делать современные автомобили непросто, еще труднее доказать собственное лидерство в технике. Концерн BMW ради подтверждения имиджа передовой компании устраивает «технологические дни», на которых представителям прессы позволено заглянуть немного вперед. Марка всегда была сильна двигателями, недаром ее название переводится как баварский моторный, а не автомобильный завод…

Легче легкого

Тем, кто внимательно следит за новинками в семействе моторов BMW, не составит труда угадать изюминку новой бензиновой «шестерки». Естественно, это система Valvetronic, благодаря которой мотор обходится без дроссельной заслонки. Количество воздуха определяет подъем впускных клапанов, который изменяют с помощью дополнительного эксцентрикового вала.

Впервые появившись на четырехцилиндровых моторах, Valvetronic позволил сократить потери на впуске и заметно улучшить экономичность двигателя, а приятным побочным эффектом оказался улучшенный отклик на педаль акселератора. Неудивительно, что технология была распространена на восьми- и двенадцати цилиндровые моторы. Теперь настала очередь «шестерок».

Рядная «шестерка» – основной двигатель BMW, который встречается почти во всех машинах от третьей до седьмой серии. Выбор такой компоновки – не просто историческое решение образца 1933 года. «Эр-шесть» обладает целым рядом преимуществ: от идеальной уравновешенности, включая инерционные силы второго порядка, до простоты конструкции и минимального количества деталей, гарантирующих ему меньшие потери на трение по сравнению с V-образными «шестерками». Его минусы тоже известны – большая длина не позволяет располагать мотор в свесе кузова или поперек. Но при классической компоновке со смещенным назад силовым агрегатом, как у всех современных BMW, это несущественно.

Изменения в конструкции газораспределительного механизма – меньшая часть новшеств. Как сбросить вес мотору немалых размеров? Начать с блока цилиндров: заменить традиционный алюминиевый сплав еще более легким – магниевым. Такие картеры коробок передач не редкость. Но блок двигателя? Магниевые сплавы не могут работать в контакте с охлаждающей жидкостью, при высоких температурах, в парах трения. Поэтому новый двигатель получил блок сложной конструкции, где алюминиевая отливка с рубашкой охлаждения заключена внутрь магниевой, придающей конструкции необходимую жесткость. Выигрыш составил 25% от массы прежнего блока, или 10 кг.

Еще более радикальному облегчению подвергся газораспределительный механизм. Это не только клапаны с диаметром стержня 5 мм, но и полые распредвалы, изготовленные методом гидроформования из тонкостенной трубы, и алюминиевый механизм регулирования фаз впуска и выпуска VANOS.

Что можно сделать еще? Ликвидировать лишних потребителей мощности или оптимизировать их работу. Пожалуйста – масляный насос в зависимости от режима работы двигателя меняет производительность, а электрическая «помпа» полностью управляется электроникой. 200-ваттного электродвигателя хватает для любых условий, тогда как механический насос охлаждающей жидкости отнимает у мотора более 2 кВт. В плюсах также ускоренный прогрев и почти моментально дающая тепло «печка», решение проблем перегрева и постоянно работающих вентиляторов при низких оборотах и маленькой скорости машины.

Цифры вызывают уважение: трехлитровый мотор с навесными агрегатами весит 161 кг (на 10 кг легче предшественника), развивает мощность 190 кВт/258 л. с. при 6600 об/мин (плюс 20 кВт) и крутящий момент 300 Н.м при 2500 об/мин (на 1000 об/мин ниже). И он еще на 12% экономичнее! Впервые новый двигатель появится на купе и кабриолетах BMW-630i этой осенью, а после сменит прежние «шестерки» и на остальных моделях.

Восемь на десять

Как засунуть формулу 1 в Евро V? К счастью, руководители ФИА до такого еще не додумались. А вот для BMW-М5 это вполне реальная задача. Созданный сегодня агрегат должен удовлетворять не только скоро вступающим в силу нормам токсичности Euro IV, но и американским LEV II и японским LEV 2000 и при этом обладать хорошим запасом на будущее. Новый V-образный десяти цилиндровый мотор грядущего BMW-М5 сменяет прежнюю «восьмерку». Два поколения назад «эмке» хватало шести цилиндров. Потом их стало восемь, теперь – десять. При этом рабочий объем не изменился: 5 литров. Вот только мощность уже зашкаливает за пятьсот «лошадей» – у нынешнего М5 373 кВт/507 л. с. Заметьте, без наддува! Решение ограничить литраж и поднять обороты максимальной мощности для спортивного автомобиля оправдывает себя: заметно сокращаются размеры и вес трансмиссионных агрегатов.

Форсирование предъявляет высокие требования к подвижным элементам мотора, а с прежним ходом поршня 89 мм трудно рассчитывать на обороты выше 8 тысяч. Десяти цилиндровый двигатель не только сохраняет оптимальный, с точки зрения инженеров BMW, объем цилиндра 500 смз и позволяет уменьшить ход поршня до 75,2 мм.

Высокая мощность при низкой токсичности – лишь часть задачи, поставленной при проектировании двигателя М5. С тех пор как между дроссельной заслонкой и правой ногой водителя поселились потенциометры и микропроцессоры, понятие «живой отклик на педаль газа» ушло в прошлое. Здесь Valvetronic решить проблему не в состоянии: его возможности пока ограничены 7000 об/мин, а красная линия на тахометре М5 лежит на отметке 8250 об/мин. Решение знакомо всем конструкторам гоночных моторов – индивидуальные дроссельные заслонки.

Управляемый электрически блок заслонок способен заставить двигатель перейти от холостого хода к полной нагрузке даже быстрее, чем нога водителя нажмет акселератор «до пола». Спасибо уникальным программам и вычислительной мощности контроллера, который управляет впрыском, зажиганием, положением распределительных валов, приводами заслонок и даже коробкой передач. Достаточно лишь сказать, что частота опроса датчиков – 250 кГц, а число трехмерных таблиц данных в памяти контроллера – 259 (обычно 6). Он использует 475 линейных уравнений и 7399 констант.

Сложнейшая электроника мотора потребовала отказаться от традиционного контроля с помощью датчиков детонации. Вместо этого анализируют проводимость в каждой камере сгорания. При аномальном развитии процесса настройка изменяется уже в следующем такте. Если это не принесет успеха, цилиндр отключают – ведь для разрушения поршневых колец достаточно непродолжительной детонации, а для выхода из строя нейтрализаторов – немногочисленных пропусков зажигания

Два «турбо» не «битурбо»

Супер дизель мощностью не меньше 250 «лошадей» – сегодня неотъемлемая принадлежность бизнес-седана, претендующего на лидерство в классе. Такой мотор у BMW есть – четырехлитровую V-образную «восьмерку» в 190 кВт/258 л. с. устанавливают на седьмую серию. Проблема в том, что для «пятерки» двигатель слишком тяжел – управляемость машины непременно пострадает. Альтернативный вариант – форсировать шести цилиндровый дизель: со 160 кВт/218 л. с. где-нибудь до 200 кВт. Легко сказать, как сделать? Простое увеличение давления наддува, конечно, сработает – показатели получатся «что надо». Вот только удовольствия от езды с таким мотором немного. Чем больше турбокомпрессор, тем дольше он набирает обороты, тем резче переход от «атмосферного» режима к полному наддуву. При избыточном давлении 1,85 бар изменением геометрии турбины уже не отделаться, даже система с двумя одинаковыми турбокомпрессорами окажется недостаточно гибкой. Решение этой проблемы называется «битурбо» и известно десятилетия. Иное дело, что в легковых дизелях оно пока не применялось. Два турбокомпрессора, «маленький» и «большой», включены в общий коллектор, а поток отработавших газов регулируется заслонками. На небольших оборотах работает «отзывчивый» малый турбокомпрессор, на значительных – мощный «большой», а в переходных режимах – оба, причем меньший «дожимает» то, что не смог сжать напарник.

Достигнутый рост мощности – не главное. Благодаря двум регулируемым турбокомпрессорам удалось так растянуть рабочий диапазон двигателя, что 500 Н.м крутящего момента доступны уже при 1250 об/мин, а максимальная мощность достигается при довольно высоких 4400 об/мин и даже при 4800 об/мин не падает ниже 90% от максимальной. Такие характеристики позволяют наиболее эффективно использовать все 200 кВт/ 272 л. с. мощности и 560 Н.м крутящего момента всего лишь... трехлитрового мотора. Что это дает? Седан BMW-535d с новым дизелем и автоматической коробкой передач разгоняется до 100 км/ч за 6,5 секунды и расходует в среднем 8 л дизельного топлива на 100 км.

Революции в двигателях внутреннего сгорания едва ли возможны, но их развитие не остановилось! Хотите знать, что будет дальше? Давайте сделаем паузу – специалисты баварской фирмы пока не торопятся раскрывать карты. У BMW достаточно состоятельные клиенты, чтобы оплачивать высокие технологии. А значит, передовые ноу-хау когда-нибудь спустятся и к нам.