1. Як все зароджувалося - прабатьки модульних моторів
2. Модульні мотори Volvo - з 90-х років до наших днів
3. Модульні двигуни BMW - два шляхи розвитку лінійки моторів баварського концерну
4. Модульні мотори Ingenium від Jaguar / Land Rover
5. Погляд зі Штутгарта - дебют модульних агрегатів на масових моделях Mercedes-Benz

Модуль - це автономний елемент конструкції. По-різному комбінуючи модулі, автовиробники випускають вузли для абсолютно різних продуктів. Нова версія створюється з вже готових рішень. Це економить гроші і час на розробку. Активне використання потенціалу модульних конструкцій в автоіндустрії почалося з платформ. Drom.ru вже писав про «візках» раніше . Сьогодні ми розповімо про модульних двигунах - ще одному віянні сучасного автомобілебудування.

Як все зароджувалося - прабатьки модульних моторів

Здавалося б, термін «модульні мотори» виявився в побуті недавно. Але ще 30 років тому - в 1989 році - в Volvo вперше ризикнули підійти до питання створення лінійки двигунів комплексно. Прабатьками стали створені в 60-х роках минулого століття мотори B18, B20, B30 різного об'єму. Ці агрегати, які встановлювалися на серійні моделі (B18 - Volvo Amazon, P210, P1800), відрізнялися від інших єдиними внутрішніми параметрами: взаємозамінними клапанами, поршнями і шатунами.

Прабатьки модульних моторів з взаємозамінними деталями показували феноменальну надійність: на знаменитому Volvo P1800 з таким двигуном пробіг наближається до п'яти мільйонів кілометрів!

Сьогодні підхід кожного виробника до створення сімейства модульних агрегатів індивідуальний. Тотальна «дволітрова» експансія Volvo, два напрямки розвитку двигунів BMW, що знаходиться в пошуку оптимального рішення Jaguar / Land Rover і зробив сміливий крок вперед Mercedes-Benz. Але ідея одна - зробити запуск нових модифікацій швидше і дешевше.

Дмитро Онищенко

д. т. н., професор МГТУ ім.Баумана

Модуль представляє собою базовий набір уніфікованих деталей: блок і головку блоку циліндрів, кривошипно-шатунний механізм, циліндро-поршневу групу. Це найдорожчі в розробці і виробництві елементи конструкції. Виходячи із завдань, дооснащая готову базу додатковими системами, можна отримувати нові модифікації: зміщувати акцент на користь ресурсу або віддачі. Це питання тонких налаштувань.

На наших очах розвивається показова ситуація: ЗМЗ і УМЗ розробляють нові двигуни, але чомусь роблять це окремо. У ЗМЗ ринком затребуване не більше 40 000 одиниць, у УМЗ - 60 000. Такий серійності недостатньо для того, щоб зробити рентабельним застосування сучасних і дорогих технологій у вигляді безпосереднього вприскування або керованого наддуву. Для їх застосування необхідно оновлювати оснащення заводу і всього ланцюжка постачальників. При малому тиражі це безглуздо. Однак якщо ЗМЗ і УМЗ об'єднають зусилля і підуть по шляху модульної конструкції, сукупний тираж вже складе 100 000 одиниць. А якщо створити міцну базу модульного двигуна в Росії для суміжних областей: навісні човнові мотори, мотори для катерів, легкої авіації і банальних електрогенераторів, тираж може збільшитися багаторазово, а витрати на виробництво у багато разів знизяться. Це дозволить дати російської промисловості сучасний мотор за розумні гроші.

До речі, координаційну раду при Мінпромторгу Росії розробив стратегію розвитку поршневого двигунобудування. Суть цього документа полягає якраз у створенні уніфікованих сімейств сучасних двигунів. Головне питання: чи буде реалізована ця ідея на практиці, а головна проблема - доступне фінансування ...

Модульні мотори Volvo - з 90-х років до наших днів

Ідея створення уніфікованих частин, що підходять до різних агрегатів, вилилася в експерименти в 70-і роки, проте з невідомих причин ті прототипи моторів Volvo в серію не пішли. Дебют першого представника модульної лінійки припав на 1990 рік: рядним 6-циліндровим мотором B6304F з архітектурою нового зразка оснащувався Volvo 960. Через рік - влітку 1991 року - представили передньопривідний Volvo 850, під капотом якого інженери (вперше в такій конфігурації) розмістили поперечно рядний 5 -ціліндровий мотор об'ємом 2,5 літра.

Хоча сімейство модульних моторів початку 90-х має меншу ступінь уніфікації, ніж нинішні двигуни з «еталонним» циліндром об'ємом 500 см3, багато в чому саме еволюційному розвитку ідей тих років зобов'язані апологети модульних моторів сьогодні.

Після виходу Volvo з імперії Ford шведи поставили амбітну мету - використовувати в своїх машинах тільки мотори власної розробки. Рішенням стали потужні модульні «четвірки» Drive-E, які компанія представила в 2013 році. Нові модульні мотори були покликані замінити 5- і 6-циліндрові агрегати, а також двигун Yamaha V8 (встановлювали на S80 і XC90).

Флагманський Volvo S90 і двигуни Volvo E-drive - дизельний D5 і бензиновий T5

У 2014 році Volvo анонсувала аналогічні трьохциліндровий агрегати, що доповнюють модельний ряд. При цьому шведський виробник не відмовився від звичних найменувань моторів, проявивши хитрість: так «четвірки» з сімейства - в залежності від потужності і системи наддуву - як і раніше мають звичні позначення Т6 (306/320 к.с.), Т5 (245 л . С.), Т4 (190 к.с.), D5 (225 к.с.) і D4 (181/190 к.с.).

Сьогодні курс на модульні мотори захопив і флагмани марки. Повнорозмірний кросовер XC90 і седан S90 - обидва безальтернативно оснащуються модульними моторами об'ємом 1 969 см3. Малий витрата палива, екологічність, компактність, невелика маса - все гідності даунсайзінг.

При цьому з діапазоном потужностей повний порядок - від 190 к.с. (На XC90) в найслабшою дизельної конфігурації до більш ніж 300 к.с. в бензиновому виконанні з турбокомпресором і приводним нагнітачем. Гібридна версія Volvo XC60 і зовсім доходить свого за позначку в 400 кінських сил. Проблемою для споживача є лише потенційно низький ресурс. Але про надійність (як, втім, і про ненадійність) нової лінійки двигунів говорити поки рано.

Модульні мотори для споживача: підводні камені і недоліки нової технології

Якщо всі виробники масових автомобілів візьмуть на озброєння модульну технологію з питомим об'ємом кожного циліндра в 450-500 см3 (вважається, що саме такий обсяг забезпечує максимальний термодинамічний ККД), то для обивателя очевидно знизиться діапазон вибору двигунів за обсягом. Підуть в минуле 1100см3, 1400 см3, 2400 см3 і інші агрегати з «некратними» обсягами.

Питання про надійність подібних силових агрегатів залишається відкритим, але вже зрозуміло, що ремонтопридатність - однозначно не найсильніша риса модульних двигунів. Без спеціального обладнання сертифікованого сервісу далі кришки мотора не дістатися, що змушує відповідальніше підходити до обслуговування і ... майже забути про тюнінг. Запас по характеристикам нікчемний, а конфігурація часом настільки компактна, що деякі вузли об'єднані один з одним: так, на модульному моторі BMW B58 інтеркулер становить єдине ціле з впускним колектором.

Модульні двигуни BMW - два шляхи розвитку лінійки моторів баварського концерну

У BMW взяли відмінну від Volvo концепцію. Німецький концерн, проектуючи сімейство модульних моторів, пішов менш радикальним шляхом і почав впроваджувати модульні мотори обережно і вибірково. Модульні агрегати дебютували спочатку на футуристичному гібридному BMW i8 і моделях Mini. Після вдалого запуску в 2013 році двигуни з літерою B (в класифікації моторів BMW саме перша буква B перед найменуванням мотора означає модульну технологію) продовжили експансію по модельному ряду компанії.

BMW і три циліндра

Крім моделей лінійки Mini і вищезгаданого i8, мотори сімейства B38 встановлювали на оновлений хетчбек 1-series (116i, 118i), BMW 2-series (218i), 3-series (318i), кросовер X1 (sDrive18i). За аналогією з B38 сконструйований і застосовується дизельний двигун B37: єдиний 500-кубовий циліндр в основі, три циліндра в ряд і два варіанти віддачі - 95 к.с. і 116 к.с.

Першим став двигун B38 - 3-циліндровий бензиновий мотор з видатними для своїх габаритів і конфігурації характеристиками. Ступінь стиснення досягає 11: 1, обсяг кожного циліндра - від 400-500 см3, потужність - від 75 до 231 к.с., крутний момент - від 150 до 320 Нм, відповідність екологічному стандарту Euro VI. Всього цього вдалося домогтися завдяки подвійному турбокомпресору twin-scroll, безпосередньому упорскуванню палива і механізму зміни фаз газорозподілу. За віброкомфорт відповідає балансування вал і спеціальний демпфер, що гасить вібрації.

BMW і чотири циліндри

4-циліндрові представники сімейства з робочим об'ємом в 2,0 літра іменуються B48 (бензин) і B47 (дизель). У спрощеному варіанті вони представляють собою B38 / B37 з «надбудованим» в ряд циліндром. Ці двигуни зберігають гідності молодших агрегатів в частині технічних характеристик і габаритів. Причому обидва невибагливі до компонування - допускається як поздовжня, так і поперечна установка. Показники потужності за рахунок зміни програмного забезпечення, тиску наддуву і інших хитрощів варіюються від 184 к.с. до 258 к.с. і від 290 Нм до 400 Нм на бензинових моторах; від 116 к.с. до 231 к.с. і від 270 Нм до 450 Нм - на дизелях. Мотори з чотирма циліндрами встановлюються практично на весь модельний ряд баварського автовиробника, починаючи від BMW 1-series, включаючи повнорозмірні позашляховики BMW X5 / X6 (для європейського ринку) і закінчуючи BMW 7-series.

BMW і шість циліндрів

6-циліндровим сімейство агрегатів іменується B58 (бензин) і B57 (турбодизель). Ці 3,0-літрові двигуни - найсучасніші і енергоозброєність в гамі. Діапазон потужностей бензинового B58 (до речі, кращого мотора 2017 року за версією Автожурнал WardsAuto) справляє враження - мінімальна віддача становить 326 к.с. при 450 Нм, а в максимальній конфігурації мотор видає 360 к.с. і 500 Нм моменту. Не дивно, що з такими показниками двигун з'явився під капотом нового BMW Z4!

Практично вся лінійка автомобілів баварського концерну - за винятком топових комплектацій - тепер оснащується модульними двигунами!

Створенням сімейства моторів B58 / B57 в BMW закрили дуже велику нішу - тепер похвалитися немодульность конструкцією можуть лише обрані агрегати «заряджених» М-версій і деяких флагманських моделей. Крім того, створення і запуск в серію найпотужнішого 6-циліндрового дизеля в світі (B57S) з чотирма (!) Турбінами (доступний при замовленні BMW 750d (G11 / G12), з віддачею в 400 л.с. / 760 Нм) прозоро натякає: відтепер і M550d буде оснащуватися модульним мотором, а там і до модульної M5 рукою подати! Звичайно, в найближчому майбутньому баварський концерн не зазіхне на «святе», а значить, нас чекає цікаве паралельний розвиток двох напрямків двигунобудування - за модульним принципом для масового сегмента і за класичним для моделей M-лінійки і флагманських седанів.

Модульні мотори НАМИ

Проект сімейства модульних двигунів з кількістю циліндрів від одного до чотирьох

Осідлати перспективну технологію створення сімейства модульних двигунів хочуть і у вітчизняному НАМИ. Правда, на відміну від світових виробників, які рухалися від малолітражних двигунів з невеликою кількістю циліндрів до потужних агрегатів, шляхом ускладнення конструкції в НАМИ взяли за основу ... могутній V12 проекту «Кортеж». У теоретичних викладках (сімейство моторів «молодший» поки не реалізовано навіть у вигляді прототипів) передбачається створення рядних 4-, 3-, 2- і навіть одноциліндрового мотора. Наймініатюрніші моторчики за задумом будуть використовуватися в садової техніки та мотоциклах: розрахункова потужність 550-кубового агрегату - 41 к.с. Атмосферна «двійка» видаватиме вже 76 л.с. при обсязі 1,1 л, «турботройка» (1,65 л) зможе розвивати до 181 к.с. Самим же близьким до конвеєра двигуном бачиться рядний 4-циліндровий 2,2-літровий турбомотор. Перший дослідний двигун повинен бути готовий в 2018 році.

Модульні мотори Ingenium від Jaguar / Land Rover

За аналогією з Volvo, після розставання з Ford в концерні Jaguar / Land Rover задумалися над новою лінійкою силових агрегатів. Індійський інвестор Tata Motors висловив готовність вкластися в нове виробництво двигунів практично відразу після покупки компанії в 2008 році, проте процес розробки нової лінійки моторів почався лише в 2011-му. Ставку зробили на модульну конструкцію, і восени 2014 року перший двигун, розроблений з нуля - дизельний 2,0-літровий Ingenium дебютував на Паризькому автосалоні. За основу був узятий «еталонний» 500-кубовий циліндр, а мінімальна заявлена ​​конфігурація турбомотора включала чотири циліндри, розташованих в ряд.

JLR почав з дизеля

Дебютний дизельний двигун Ingenium спочатку пропонувався в двох варіантах виконання - потужністю в 163 к.с. (380 Нм) і 180 к.с. (430 Нм). Першим носієм агрегату став компактний седан Jaguar XE. Сьогодні дизель можна конфігурувати з подвійним турбонаддувом, в такому виконанні потужність досягне 240 к.с. (500 Нм). Гордістю моторостроителей є мізерний заявлена ​​витрата палива (трохи більше 4 л / 100 км в змішаному циклі), екологічна чистота дизеля, мала маса (на 80 кг легше попередника). І все це не на шкоду динамічним характеристикам!

Бензиновий - через три роки

Модульний бензиновий агрегат на 70% уніфікований з дизелем. Ті ж 2,0 літра і чотири циліндри в ряд, та ж варіативність в характеристиках. Незважаючи на це він з'явився в конфігураторі Jaguar / Land Rover тільки в 2017 році. На різних автомобілях мотор видає потужність в діапазоні від 200 к.с. до 290 к.с. Крім седанів Jaguar XE і XF, кросоверів F-pace і E-pace модульними двигунами оснащуються «молодші» моделі Land Rover - Range Rover Evoque і Discovery Sport.

Модульні мотори Land Rover і Jaguar будуть розвиватися і далі. Поки Ford продовжує постачання V6 і V8 британському концерну (контракт діє до 2020 року), але з часом їх замінять на V6 власної розробки сімейства Ingenium. З такою філософією і ресурсами ця задача вирішується.

За турбіні на кожен циліндр - погляд в майбутнє моторобудування або нереалізована фантазія?

Джим Кларк - авторитетний моторист, який отримав за свої винаходи в галузі двигунобудування 27 патентів, співавтор культової серії моторів Ford V6 Duratec і їх похідних - запатентував черговий винахід, на яке в світлі розвитку модульних технологій варто поглянути по-новому.

Схематична реалізація ідеї Кларка по оснащенню кожного циліндра окремої турбіною

Суть інновації Кларка - в створенні мотора з окремою турбіною на кожен циліндр. В теорії така схема дозволяє зменшити втрати енергії вихлопних газів і підвищити ефективність установки, зменшивши турбояму. Крім того, Кларк пропонує встановити на кожен циліндр власні дросельні заслінки. Звичайно, поки вигоди такого складного і неординарного рішення меркнуть на тлі зменшення надійності і ремонтопридатності двигуна, однак виробники давно не прагнуть випускати «мільйонники» і аж ніяк не горять бажанням зробити своє дітище зручним для ремонту або тюнінгу в сторонніх фірмах.

Погляд зі Штутгарта - дебют модульних агрегатів на масових моделях Mercedes-Benz

У Mercedes-Benz пізніше конкурентів продемонстрували своє бачення модульної концепції, зате дебютував двигун відразу на E-klasse - основному локомотиві модельного ряду Mercedes-Benz! Основні постулати схожі з загальносвітовими трендами - обсяг в 500 см3 для кожного циліндра, єдина архітектура для бензинового і дизельного агрегату, торжество наддуву і рядна компоновка. Але в Mercedes-Benz точно вирішили не випускати 3- і 5-циліндровим двигуном. Такі мотори не влаштовують мерседесовцев по вибронагруженности.

Турбодизельні модульні мотори Mercedes-Benz

Першим мотором сімейства став 2,0-літровий дизель OM654, а його першим носієм - Mercedes-Benz E220d в новому кузові W213. На даний момент доступно дві конфігурації: 150 к.с. (360 Нм) на Е200d і 194 к.с. (400 Нм) на E220d.

Флагман дизельних агрегатів Mercedes-Benz - модульний 6-циліндровий OM656. Двоступеневий наддування і вперше застосована на дизелях фірмова система зміни фаз газорозподілу Camtronic дозволили отримати віддачу в 313 к.с. і 650 Нм, що на 20% більше попередника V6 OM642. Саме цей двигун будуть незабаром встановлювати на позашляховики і седани. Пізніше з'являться і менш потужні модифікації.

Модульні 6-циліндрові двигуни Mercedes-Benz

Модульні 6-ціліндрові двигуни дебютувалі и зовсім на оновлення S-klasse - флагмані штутгартского концерну. На відміну від конкурентів, обережно тестують новинку на моделях молодших серій (і навіть марок), в Mercedes-Benz впевнені в своїх технічних рішеннях настільки, що запускають нову ідею на флагмані.

Бензиновий представник сімейства «шісток» - M256 ввібрав в себе самі передові технології моторобудування. Боротьба за еластичність ведеться в кілька етапів: завдяки впровадженню 48-вольтного мотора-генератора на 10-15 КВт двигун отримує тягу вже з холостих обертів, потім, в діапазоні від 1000 об / хв, підключається електрокомпрессор, а після 2000-3000 об / хв починає працювати класичний турбонагнетатель twin-scroll. В результаті ефект турбоями зведений до мінімуму. За характеристиками рядна "шістка" порівнянна з двигунами V8 (наприклад, з V8 M278) і видає більше 400 к.с. і 500 Нм крутного моменту, але при цьому на 15% економічніше!

Зростання конкуренції та обсягів виробництва змушує автовиробників знижувати витрати і об'єднуватися один з одним. Модульні платформи, модульні мотори, виробничі альянси - ланки одного ланцюга в прагненні створювати конкурентоспроможний продукт при мінімальних витратах. Масовий автомобіль - давно продукт компромісів, і поки технологія модульних двигунів може похвалитися привабливими для виробника характеристиками, число прихильників такої концепції серед виробників буде тільки рости.