Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

Следуя современным веяниям в сфере автомобилестроения, крупнейшие производители стремятся сделать конструкцию авто как можно легче. Это позволит увеличить мощность и соблюсти все нормы экологических предписаний. Основной деталью автомобиля, конечно же, был и остается его двигатель. Для изготовления «сердец автомобилей» используются новые материалы, о которых мы и поговорим далее.

Современные автомобильные двигатели

Важно понимать, что процесс создания двигателя для авто как раньше, так и сейчас – довольно консервативная отрасль в машиностроении.

Большая часть агрегатов серийного производства изготавливается с применением таких материалов как:

• Чугун;
• Сталь;
• Алюминиевые сплавы.

Из чего состоят двигатели современных авто

Сегодня, благодаря появлению новых материалов и технологий, применяются, казалось бы, совсем неподходящие для этих целей компоненты.

Активно внедряются пластмассы. Изготовленные из пластика узлы систем впуска и охлаждения сейчас уже никого не удивляют. Отличие современных моторов от аналогов прошлых лет состоит в том, что для их создания производители используют весьма неожиданные материалы. Рост внедрения маслостойких и теплоустойчивых пластиков дал возможность создать такие детали как:

• Пластмассовые картеры ДВС;
• Клапанные крышки;
• Корпуса внутренних конструкций двигателя.

В надёжности современных двигателей авто сомневаться не приходится. Они, как и прежде, делятся на три основные категории: бензиновые, дизельные и электрические. Примерно так классифицируются автомобильные двигатели, которые применяются на современном автомобильном производстве и по сей день.

Металлы двигателей автомобилей

Можно упомянуть титановые сплавы, которые стремятся использовать в конструкции машин. Для двигателей этот прочный, легкий и достаточно эластичный материал с уникальной химической стойкостью используется неохотно, т.к. стоимость его достаточно высока.

Металлокерамическая матрица также весьма оригинальный материал. В процессе её производства используется технология Nicasil, которая подразумевает применение гальванического метода, а основой матрицы служит твёрдый никель.

Выводы

Область применяемости новейших решений в сфере двигателестроения имеет чёткий вектор, который ориентирован на снижение массы и улучшение прочих характеристик автомобиля в целом. Суперматериалы либо не нужны вовсе, либо их внедрение не представляется возможным из-за физико-химической специфики свойств, применяемых для создания двигателей материалов.

Современное автомобилестроение все больше склоняется в сторону электротехнологий, заменяя вредные для окружающей среды дизельные и бензиновые моторы.

Проблемы современных двигателей, почему они ненадежные

Последние годы и даже десятилетия на заводах, выпускающих современные двигатели внутреннего сгорания практически отсутствует понятие надежности и долговечного ресурса. Разница между поколениями выпускаемых автомобилей, снижается, а значит, пропадает целесообразность закладывать надежность в агрегаты.

Впрочем, играет большую роль экономическая целесообразность, направленная на извлечение максимальной выгоды с потребителя.

Помимо экономической составляющей, существуют еще причины, по которой современные двигатели лишились надежности.

Современные двигатели и их конструкция

Борьба с конкуренцией, жесткие требования к топливной экономичности и экологичности привели к внедрению в силовые агрегаты множество сложных решений. Из новшеств мы наблюдаем:

• наличие турбин,
• фазовращатели,
• многоклапанные ГБЦ,
• непосредственный впрыск.

Примечательно, что все вышеуказанные технологии появились за полвека до массового внедрения. То есть это далеко не новые разработки, внедряемые в двигатели современных автомобилей, – сейчас полезных разработок не ведут, в приоритете – только экономичные.

Процесс снижения токсичности выхлопных газов и уменьшения расхода топлива запустили в 90-х годах прошлого века, хотя эти моторы пополняли список самых надежных.

Двухклапанные механизмы ГРМ сместили 4-5 клапанные, позволяющие обеспечить максимальное наполнение цилиндра смесью, и с такой же эффективностью избавиться от отработанных газов.

Также увеличилось количество деталей газораспределительного механизма, что усложнило обслуживание и ремонт, а также увеличило стоимость комплектующих.

Следующая модернизация ГРМ коснулась возможности изменять фазы во время работы двигателя. Это фазовращатели, работающие от давления масла, и при повышении оборотов позволяют раньше открыть клапана.

У BMW эта система называется Vanos, изначально устанавливалась только на впускной распредвал; у Toyota VVT-i, Honda — VTEC. На начальном этапе внедрения фазовращателей было множество поломок, приводящих, в запущенных случаях, к встрече клапанов с поршнями.

После открылась эра турбонаддува, решающая одновременно проблему расхода топлива, выброса СО₂ и мощности мотора. Раньше турбированные моторы были чуть более объемными и ресурсными.

Дальше распределительный впрыск сменился на непосредственный, получивший множество негатива со стороны владельцев таких автомобилей. Прямой впрыск имеет больше недостатков, нежели преимуществ, однако в новых автомобилях встречается в 90% случаев.

Мини-итог: в процессе внедрения современных технологий все они откатывались непосредственно при эксплуатации.

Все автопроизводители в короткий срок совершенствуют современные двигатели за счет снижения их ресурса. Вышеуказанное означает, что автомобиль, в который внедрили новую технологию, лучше приобрести через несколько лет, когда все недостатки вскроются и модернизируются.

Уменьшение веса двигателя

Яркий пример даунсайзинга: АвтоВАЗ выпускал автомобили десятого семейства с двигателем 21124. Для автомобиля Lada Priora требовалось модернизировать родной двигатель. За это дело взялись немецкие инженеры.

Модернизация прошла путем облегчения поршней для снижения потерь на трение и инерцию, а также уменьшение шеек коленчатого вала. То есть путем срезания «лишнего» металла добиваются облегчения мотора.

Несомненно, это сыграло важную роль на мощностных и экономических показателях, даже ресурс современного двигателя на 50 000 км выше, чем у 124. Но ДВС уязвим к такой вещи, как встреча с клапанами при обрыве ремня ГРМ, в силу того, что поршень оказался хрупким. Детонационная стойкость поршней также значительно снизилась.

Что дало облегчение деталей КШМ и поршневой группы:

• Уменьшение прочности,
• Невозможность долговременно работать в режиме перегрузки,
• Уязвимость к механическим воздействиям и детонации,
• Быстрый износ подшипников скольжения,
• Моментальный разлом шатунов при гидроударе,
• Невозможность поднятия мощности без замены поршней и шатунов на кованные.

Терморежим

Например, V-образные двигатели современных автомобилей BMW X5 E70 работают при температуре 110-115 градусов, и это рабочая температура, хотя всегда была критической, на стадии перегрева. Объясняется повышение температуры просто: быстрый прогрев двигателя экономит топливо и меньше загрязняется окружающая среда.

Негативно сказывается температура на ресурсе резиновых сальников и пластиковых элементов, которые рассыхаются и ломаются. При температуре выше 100 градусов свойства моторного масла несколько теряются, также уменьшается стойкость к угару.

Недостаточные испытания мотора перед производством

Как говорилось раньше, владельцы автомобилей становятся заложниками нехватки времени инженеров на полноценный тест двигателя. Это становится причиной целого ряда «детских болезней», которые нередко исправляются за счет владельцев авто.

Раньше перед массовым производством двигателя проверялись вдоль и поперек, в процессе тестирования менялась конструкция, на что уходило по несколько лет.

Грустное резюме

Теперь окончательно слово «надежность» не будет присуща современным автомобилям, в силу того, что с некоторых пор борьба за потребителя выражается в уменьшении себестоимости, а не в качестве автомобиля.

Уже считается абсолютно нормальным через каждые 100 000 км, или раз в три года менять автомобиль, как раз к выходу очередного поколения, для которого разработаны еще более технологичные, и скорее, еще более проблемные современные двигатели.

Источник https://kuzov-media.ru/articles/avtolyubitelyam/iz-chego-delayut-sovremennye-dvigateli-novye-materialy-na-sluzhbe-avtoproizvoditeley/

Источник https://autoexpert174.ru/problemy-sovremennyh-dvigatelej/

Источник

Источник