Петручо (mpetrucho) wrote,
Петручо
mpetrucho

Category:

Моторист BMW рассказывает о подводных камнях чип-тюнинга

Я уже более 20 лет работаю в BMW и занимаюсь разработкой дизельных двигателей. Как поколения М47/М57, так и N47/N57 я во многом считаю своими детищами, поскольку только по последним зарегистрировано три патента на мое имя.

Раньше можно было разрабатывать двигатели индивидуально почти под каждую модельную линейку. Сейчас же всем рулит унификация и модульность — только таким способом можно производить двигатели за вменяемые деньги в современных реалиях. BMW производит шестицилиндровые двигатели исключительно объемом три литра, которые по своей конструкции унифицированы. Что, к сожалению, в ограниченной картине мира типичного тюнера делает их одинаковыми.

В 1993 году BMW начала разработку современных дизельных двигателей с прямым впрыском. При этом на стадии НИОКР не строится полноценный двигатель. Вместо него изготавливается только один цилиндр-шаблон (Masterzylinder), используемый для всех двигателей Common Rail с диаметром цилиндра 84 миллиметра и рабочим ходом 90 миллиметров. В четырехцилиндровой конфигурации получается двухлитровый дизель, в шестицилиндровой — трехлитровый, а из восьми цилиндров собирается V8 для 7-й серии.

В настоящее время цилиндры-шаблоны разрабатываются в трех категориях: «пониженная» UL, «повышенная» OL и «верхняя» TOP.

  • UL (Унтер-ляйстунг) подразумевает более низкие паспортные мощность и момент. Для «унтера» берут поршни из самого простого алюминиевого сплава и простой кованный коленвал. Двигатель, собранный по такому стандарту, выдает до 25 кВт или 75 Нм на цилиндр. Данный цилиндр-шаблон лежит в основе двигателей x16d, x18d и x25d (исключая платформу F10 с 2011 года).

  • OL (Обер-ляйстунг) подразумевает повышенные требования по мощности и моменту. Стенки цилиндра хонингуются в несколько проходов, берутся кованые шатуны и используются коренные подшипники с напылением. Все это позволяет снимать с каждого цилиндра уже до 35 кВт или 100 Нм. Этот шаблон используется в двигателях линейки x20d и x30d.

  • ТОР (читается как «топ») — это максимальные показатели. Шейки коленвала подвергаются дополнительной обработке, а стенки цилиндра — лазерному структурированию. Это позволяет повысить как частоту рабочих циклов и скорости движения компонентов ЦПГ, так и давление впрыскиваемого топлива. Данный цилиндр-шаблон используется в двигателях моделей x23d, 525d с 2011 года, а также x35d и x40d.

Все перечисленные категории двигателей имеют одинаковые геометрические параметры, но кардинально иные материалы, используемые в изготовлении их компонентов.

  • UL (25d — 6 цилиндров, 18d, и прочие) — поршни Mahle серии 124 с содержанием меди в сплаве 0,6%, электромагнитные форсунки.

  • OL (20d, 30d) — поршни Mahle серии 148 с содержанием меди в сплаве 1,2%, пьезофорсунки, давление в топливной рейке 1 800 бар, шатуны и коленвалы из более прочных материалов.

  • TOP (23d, 35d, 50d) — поршни Mahle серии 174.

В сравнении с UL, у ОL повышенное содержание меди, что позволяет более эффективно производить теплоотвод от рабочей поверхности поршня к юбке. Повышение содержания хрома позволяет поршню выдерживать температуру и давление, свойственные типу OL в сравнении с UL.

Две основные примеси — медь (для улучшеной теплопроводности) и хром (для повышения прочности при высоких температуре и давлении). Засада в том, что хром, медь и алюминий имеют различные температуры плавления и плотность, поэтому их сложно свести в единый сплав без тщательного смешивания.

  • Тип 124 наиболее удобен и экономичен в производстве, так как благодаря низкому содержанию меди он единственный из перечисленных, который можно просто отлить.

  • Тип 148 изготавливается методом центробежного литья. Это отнимает больше времени как при самом литье, так и при последующей обработке заготовки.

  • Тип 174 содержит 2% меди и 6% хрома. Для получения ковкого сплава вместо простого литья необходимо использовать гораздо более сложный процесс наподобие лепки. Из получившейся заготовки потом выковывается сам поршень.

Такая многоступенчатость очень сильно удорожает конечное изделие. Цена поршней заметно отличается, поэтому использование более дешевых комплектующих конвейерной комплектации в масштабах массового производства позволяет выжимать заметную горку евроцентов из накладных расходов. Экономия происходит не только на поршнях, но и много где еще.

Благодаря унификации по размерам, на вторичку можно поставлять только один тип поршней, перекрывающий все три группы — самый дорогой кованный поршень типа ТОР. Дело в том, что на рынке запчастей цена имеет лишь относительное значение, а сокращение складских расходов и упрощение номенклатуры получают более высокий приоритет.

Предельные параметры в 25d задаются только «мозгами» ECU, но надо помнить, что детали КШМ не рассчитаны на более высокую производительность и задранный крутящий момент. Практически все наддувные дизельные двигатели могут выдать большие показатели термодинамически, чем они могут выдержать механически. На чем, собственно, и основывается чип-тюнинг.

И все эти рукосуи-чиповщики лезут в двигатели, думая, что моторы все одинаковые — просто потому, что у запчастей одинаковые номера по каталогу. Да, поршень от 535d можно использовать и в 316d — он прекрасно подойдет, просто будет чуть массивнее и с большим запасом по прочности. На его работу это никак не влияет. Но делается это лишь для того, чтобы посредством унификации иметь одну и ту же запасную деталь для всей линейки двигателей.

Правило это, впрочем, не применимо к конвейерной сборке, потому что покупатель 116-й модели ожидает более низкий ценник, чем у 123d, а производитель заинтересован в сохранении уровня прибыльности. В связи с этом поршни в двигателе 116d будут произведены по более простым технологиям из более дешевых материалов и с меньшей термостойкостью.

Проблема дизельных двигателей в том, что их термодинамические резервы по повышению КПД значительно превосходят заложенные механические резервы. Условно говоря, термодинамика не учитывает материал, из которого изготовлен поршень. Уровень развития современных систем управления двигателями позволяет легко увеличить давление турбонаддува или количество подаваемого топлива. Если потом все происходящее дополнить драмой под названием «настройка отдельных компонентов», то можно вынуть из клиента серьезную сумму денег.

Ни один производитель не ограничивает параметры двигателей только лишь электроникой. Это миф, который широко раздувается масс-медиа, и, в особенности, той ее частью, которая работает на тюнеров, чтобы уверить покупателей в надежности их доработок. Сегодня основная разница не в рабочем объеме или геометрических параметрах, а в материалах и производственных методах.

Унификация комплектующих не означает, что заводские комплектующие одинаковы. Они идентичны по своим размерам и массе, но отличаются по свойствам материалов и термостойкости. Производство управляется системой САМ (Computer-Aided Manufacturing), что позволяет различные двигатели выпускать один за другим на одном конвейере. Вот собирается 25d, а следом идет 30d. К тому и другому подаются партии из шести совершенно одинаковых поршней, одни из которых 124-го типа, а вторые 148-го. Для непосвященного человека эта разница незаметна.

Я знаю, что таким заявлением не обрету много друзей. Для многих такое знание — разрушение целостной картины мира, оказавшейся иллюзией. Иллюзией, что они, купив 25d, всего лишь перепрошив чип получают полноценный 30d. И на этой иллюзии выстроена и процветает целая индустрия.

Меж тем, если посмотреть на суммарную экономию только на поршнях между этими двумя моделями, мы увидим следующую картину. В Европе поршни M148 стоят примерно 12 € за штуку, а M1248 €. На шестицилиндровом двигателе это дает экономию в 24 €. Немного, да. Но на 200 тысячах выпущенных 525d общая экономия составит уже 4,8 миллионов €. А ведь поршни — лишь один из многих элементов, меняющихся от модели к модели. И это мы еще не учитываем расхождения в 118d, 318d и старых 325d.

Современная унификация подразумевает следующее:

  • Все компоненты следуют идентичному сборочному процессу. Более высокое качество реализуется через материалы и обработку деталей. Как, например, наиболее мощная комплектация ТОР, для которой стенки цилиндров подвергаются лазерному структурированию — процессу, который за ненадобностью пропускается для более дешевых UL и OL.

  • Все комплектации могут обслуживаться и ремонтироваться одним набором сервисного инструмента.

  • При замене деталей в дилерском сервисе исключается вероятность ошибки подбора, так как существует только один ремонтный тип поршня.

Подобный диверсифицированный подход типичен не только для автопроизводителей. Взять тот же инструмент Bosch. Для любителей они предлагают «Зеленую» серию, а для профессионалов — «Синюю». И никаких отличий во внешнем виде, кроме цветовых. Хотя на самом деле, если рассмотреть ту же болгарку:

  • Иной материал, из которого отлит корпус.

  • Различная прочность редуктора.

  • Различная стойкость и ресурс у изоляционного покрытия обмоток электродвигателя.

  • Выключатель рассчитан на большее количество циклов срабатывания.

  • Иной материал шнура, сам шнур более толстый и долговечный.

  • Различная конструкция защиты от перегрузки.

Возвращаясь к автомобилям — компьютеризированное производство (САМ — Computer-aided manufacturing) позволяет использовать одну принципиальную конструкцию в различных моделях двигателей. Электроника защищает двигатели, изготовленные из удешевленных компонентов, от перегрузки. Наддув позволяет выжать из двигателя практически любую мощность, но совершенно не факт, что двигателю не настанет капут в процессе этого. Если же вы из тех, кто считает, что даже 118i потянет 170 лошадиных сил и даже больше, и лишь только жадные тупицы из BMW ограничивают его показатели, вот вам признание от представителя этих тупиц.

118i может развить 300+ сил и это укладывается во все нормы по вредным выбросам. Вот только песня эта будет очень недолгой. В автомобильной промышленности (и не только в ней) лежат следующие постулаты:

  • Все на самом деле не то, чем кажется.

  • Если есть возможность сэкономить на чем-то евро-другой, их обязательно сэкономят.

  • Околоавтомобильная масс-медиа и даже значительное число технических публикаций традиционно представляет многие факты неверно — и никто не торопится их поправлять, потому что из этого тоже можно извлечь профит.

Вопрос «сколько километров протянет мой чипованный двигатель» бессмысленен, так как двигателю неведома концепция дистанции. Если поршень М124 используется в двигателе, наддутом до уровня 30d, но двигатель никогда не нагружается в полную силу, прогнозируемый ресурс для этого поршня вряд ли изменится. Но если двигатель регулярно нагружать, то структурные изменения в материале поршня наступят обязательно. В зависимости от внешних условий и характера нагрузки поршень может расплавиться и через несколько минут работы, а может и через 1 000 мото-часов.

Максимальная нагрузка на поршень складывается из значений максимального крутящего момента и давления в цилиндре во время рабочего цикла. Также важно помнить о теплопереносе. В отличие от бензинового двигателя, у дизеля значительная часть теплопереноса происходит через поршень, который охлаждается распыляемым на его юбку маслом.

Среднее давление у двигателей нижней линейки UL — около 15 атмосфер, у средней OL — 18, у верхних «топов» — 21. Теплоперенос же отличается куда сильнее. Между ОL и UL разница доходит до 40%, и сверх того дополнительные 57% между UL и ТОР. Иными словами, поршень М124 в 25d, чипованный до уровня 30d, должен каким-то образом скомпенсировать дополнительные 40% теплопереноса. Это приводит к понижению прочности поршня примерно на 18%. Все это усугубляется тем, что в сплаве поршня отсутствует хром, что еще больше ослабляет структуру материала поршня.

И вот, в один прекрасный день, после валилова по автобану владелец чипованного чуда сбрасывает газ, потому что кто-то вывалился в его ряд, но когда он пытается навалить снова — происходит «бум». Термическая емкость поршня истощилась, он ослаб, постоянно работая с перегрузкой, и уходит, громко хлопнув напоследок дверью — и утащив за собой весь двигатель.

Не будем забывать, что температура сгорания в двигателе может достигать 2 000 °C, а алюминий плавится при 600 °C. По идее, поршню от такого жара полагается расплавиться, но этого не происходит, так как на горение приходится лишь 45-90° вращения коленвала, а остальные 630-675° вращения коленвала он остужается.

Серьезные прочностные потери у алюминиевого поршня начинаются примерно от 400 °C. Соответственно, ему надо оставаться ниже этой границы. На момент начала цикла сгорания топлива температура в цилиндре доходит до 300 °C. При этом нижняя часть поршня нагревается до 380 °C и за оставшиеся 630° вращения коленвала ему надо успеть остыть до 300 °C. Это тепло должно быть сброшено через нижнюю часть цилиндра, на которую распыляется масло из форсунок.

Степень нагрева поршня определяется интенсивностью горения — она растет с нагрузкой и крутящим моментом. В двигателях линейки OL поршень за такт горения нагревается не на 80 °C, а на все 120. Таким образом, поршень успевает разогреться до 420 °C. Это приводит к двум проблемам. Во-первых, он выходит за рамки безопасного для прочности алюминия температурного диапазона. Во-вторых, времени оставшихся тактов (630° вращения коленвала) недостаточно для сброса этих 120 °C нагрева по причине ограниченной способности алюминия к теплопередаче.

Чтобы обойти эту специфичную для линейки двигателей OL, в состав сплава поршня добавляется медь. Это позволяет сбивать масляным распылом не 80 °С, а все 120 °С. Добавление хрома в сплав поднимает температуру, при которой поршень не теряет своих прочностных свойств, до 420 °С — больше чем у поршней для двигателей UL. Это необходимо и по причине более высоких нагрузок на поршень.

Последствия чип-тюнинга я наблюдаю постоянно. В нашу службу приходят убитые турбины, прогоревшие клапаны ГБЦ и рециркуляции выхлопных газов (EGR), расплавившиеся поршни, неисправные инжекторы и прочие агрегаты. Мы разбираем полученные от покупателей жалобы и выслушиваем разносы от беспокоящегося за репутационные риски руководства. И снова и снова находим в них следы внесенных изменений в электронику. Но зато все с готовностью жалуются на низкое качество BMW.

Большая часть поломок происходит лишь через некоторое время после чип-тюнинга. Чаще всего примерно через 50 000 — 80 000 километров. Во многих случаях к тому времени уже успевает смениться владелец автомобиля, при этом новый хозяин о своей «удаче» может даже не подозревать. Когда какой-то агрегат выходит из строя, его просто меняют. То, что причина неисправности может быть в перешитых «мозгах», многие не понимают. Ведь продавец чип-тюнинга их заверил, что чип ни на что не влияет.

Еще одна байка, усиленно продвигаемая чип-тюнерами — это что некоторые компоненты, по сути, расходники — например, турбина. Но это не так! Турбины выходят из строя только по вине чип-тюнинга или при неумелом обращении. В прежние времена все знали, что после холодного запуска турбине нужно прогреться, и первые 500 метров надо красться на холостом ходу, чтобы не повредить еще холодную турбину потоком горячих выхлопных газов. Те, у кого есть проблема с турбонаддувом, скорее всего имеют проблемы и с двигателем.

Я могу понять покупателей. Кто-то нарисовывается и предлагает одним движением руки, не внося никаких принципиальных изменений, выдуть из двигателя дополнительную мощность. Что там внутри происходит — он не видит, но зато чувствует результат. Одновременно с этим клиент наслышан и начитан, что все двигатели по сути одинаковые и ничего от такого тюнинга не будет. Тюнер лишь укрепляет его в этом заблуждении. Ибо тюнер никогда не скажет о возможных повреждениях двигателя. «Никто никогда не жаловался», — скажет он, даже если у него на шее будут висеть три иска от пострадавших — потому что поломки случаются уже после его вмешательства.

Чип-тюнинг — это как курение. Производители сигарет по своей воле никогда не скажут, что их продукт вызывает рак легких. Сами курильщики скажут, что они знают кого-то, кто курил всю жизнь и дожил до 80 лет. Это ли не доказательство, что курение безвредно? Между тем лечение от последствий курения — очень большая, процветающая индустрия.

Чтобы защитить двигатели линейки UL от перегрузки, электроника ограничивает отдачу на уровне 25 кВт на цилиндр. Именно эти барьеры снимают тюнеры за ваши же деньги и, чтобы оправдать свой бизнес, распространяют слухи о скрягах-производителях. Загвоздка в донесении правды до потребителей состоит в том, что все это сложно для среднестатистического человека. Людям нужны простые объяснения. Ничто не в силах снять с них розовые очки.

Если чип-тюнинг не вредит двигателям, почему тюнеры вообще предоставляют гарантию на свою работу? Почему такси, арендные и развозные авто, а также спортивные машины исключены из этой гарантии? Потому что все эти автомобили накручивают большие пробеги или работают с большой нагрузкой.

Ганс чипует свой Гольф, накатывает 15 000 километров за год, а через 3 года, к 45 тысячам, у Ганса и его Гольфа начинаются проблемы с инжекторами, турбиной, или вовсе плавит поршни. Ганс клянет производителя, который тут ни при чем, за непотребное качество продукции. Все форумы битком набиты такими жалобами. И это считается нормой. Кто из вас напишет, что у них вообще нет никаких проблем?

Все вышесказанное относится в равной степени ко всем производителям. Я не знаю ни одной компании, не следующей подобной стратегии унификации.

Оригинал публикации на немецком — hatzer.at/bmw-motoren-ein-offener-brief-eines-insiders/
Tags: автомобили
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 2 comments