Новый двигатель ВАЗ-21116: с легкой душой

В управлении проектирования двигателей Волжского автозавода мы выяснили, чем новый агрегат лучше предшественника и какие переделки для этого потребовались.

Модернизацию восьмиклапанного двигателя ВАЗ-21114 приблизили два крупных события: выпуск на рынок «Гранты» и переход всего модельного ряда на следующую экологическую ступеньку – Евро-4. И хотя прежний 1,6-литровый, несмотря на солидный возраст (его корни тянутся к середине 80-х годов прошлого века), не выглядел немощным стариком, новые стандарты и веяния требовали обширных изменений. В то же время возможности маневра мотористам, как это часто бывает, сужали финансовые рамки.

Поэтому пошли по уже проторенной дорожке. Ведь несколькими годами ранее обновление пережил 16-клапанный двигатель того же объема (ВАЗ-21126), на котором обкатали некоторые технические решения. Причем унифицировать смогли не только подход, но и многие детали, например шатун с вкладышами, поршневой палец и кольца. Блок цилиндров хоть и с собственным индексом, но в точности как у двигателя ВАЗ-21126: с дополнительными форсунками для охлаждения поршней маслом и платохонингованием стенок цилиндров, снижающим продолжительность обкатки.

Однако скопировать в точности все изменения не получилось: организовать рабочий процесс в моторе с двумя клапанами на цилиндр сложнее. Тем более что требования к модернизированному восьмиклапаннику оказались жестче. Взять хотя бы ресурс – 160 тыс. км для ВАЗ-21126 и 200 тыс. км для ВАЗ-21116. Что меняли и почему, расскажут фотографии с подписями.

H

Новый H-модуль впуска опробовали еще на промежуточном варианте – двигателе ВАЗ-11183-50 (с катколлектором под Евро-4, но с тяжелой шатунно-поршневой группой). Даже без облегчений, только за счет оптимизации впуска и выпуска удалось улучшить основные характеристики.

Модернизированный узел получил более длинные каналы, что позволило поднять крутящий момент, приблизившись к показателям шестнадцатиклапанника. При этом у ВАЗ-21116 его пик достигнут на 700–800 об/мин ниже. Другая важная особенность: на входе в ресивер теперь установлен электромеханический модуль дроссельной заслонки (обиходное название «е-газ»), а от педали акселератора к двигателю протянут не тросик, а провода. Тем самым блок управления получил возможность полностью контролировать подачу не только бензина, но и воздуха в цилиндры. Это во благо не только экологии, но и безопасности, ведь многие электронные ассистенты (их список на вазовских моделях в скором времени пополнится) удерживают автомобиль на траектории в том числе путем дозирования тяги.

Массы шатунно-поршневых групп для двигателей ВАЗ-21114 (тяжелая ШПГ, данные в скобках) и ВАЗ-21116 (облегченная ШПГ).

В прежнем катколлекторе с цилиндрическим блоком четыре канала, идущих от двигателя, сходились почти в одну точку, – потоки выхлопных газов сталкивались, создавая дополнительное противодавление.

H

В модернизированном увеличили длину труб, а приплюснутая форма блока позволила изменить схему их входа в «бочонок»: потоки развели, соответственно, снизив сопротивление и потери.

Сделать каналы еще длиннее не позволила компоновка и нормы по шуму: чем каналы протяженнее, тем громче звук. Кроме того, чем дальше катколлектор отодвинут от двигателя, тем медленнее он прогревается и дольше выходит на рабочий режим. Результат: больше вредных веществ вылетает из выхлопной трубы после пуска.

Одним из самых трудоемких процессов оказался подбор поршня. Поначалу хотели оставить мотор «безвтычным» (при обрыве ремня ГРМ клапаны не загибаются), поэтому первые поршни были с лунками на днище. Но от этой идеи отказались: из-за повышенной термонагруженности в утонённых местах появлялись микротрещины, что сказывалось на ресурсе. Так как у восьмиклапанного мотора часть камеры сгорания расположена в поршне (только так можно обеспечить нормальный процесс горения), подбирали размер так называемой мульды (нем. Mulde – ложбина, корыто) – углубления в днище.

H

Из-за критической температуры в зоне первого поршневого кольца пришлось ввести дополнительное анодирование канавки. Кстати, 16-клапанные моторы испытывают меньшую термическую нагрузку в этой зоне и потому обходятся без дополнительной обработки.

У нового поршня еще одно любопытное и очень важное для наших условий отличие. На юбку наносят графитовое покрытие, снижающее вероятность задиров при холодном пуске. Не исключено, что ВАЗ-21116 поделится графитированием с 16-клапанными агрегатами.

Показатели мощности и крутящего момента восьмиклапанных двигателей ВАЗ: 21114 – с относительно тяжелой ШПГ; 11183-50 – с тяжелой ШПГ, но с новыми впуском и выпуском; 21116 – полностью модернизированный.

Еще обширнее изменения в головке блока. Из-за измененной камеры сгорания она подросла в высоту на 1,2 мм – такую корректировку можно вносить без серьезной переналадки работающего в заводских цехах оборудования.

H

Используя компьютерное моделирование, подобрали оптимальное проходное сечение газовых каналов, улучшив их пропускную способность и снизив потери на впуске. Так как мощность повысили, двигатель стал более термонагруженным, поэтому пришлось включить в технологический процесс дополнительную операцию – термообработку. Кстати, ее проходят все 16-клапанные головки. Кроме того, ради более эффективного отвода тепла увеличили сечение охлаждающих каналов, но только тех, которым это действительно необходимо.

Повысили надежность газового стыка, внедрив двухслойную металлическую прокладку: она обеспечивает более высокие удельные давления и герметичность при меньшем усилии затяжки. Это позволило уменьшить диаметр болтов, стягивающих головку и блок цилиндров (с М12 на М10). Преимущества не только в снижении массы и экономии металла: чем ниже усилие затяжки, тем меньше деформируются цилиндры. Конечно, счет идет на микроны, но именно такие мелочи влияют на надежность и ресурс.

H

Так как при обрыве ремня ГРМ на двигателе ВАЗ-21116 поршни встречаются с клапанами, одной из важных задач было разработать более надежный и долговечный привод.

Подобрать ремень помог проверенный партнер – фирма «Гейтс». Серийный образец полностью удовлетворял основным техническим условиям: работать при температуре от –40 до +45 ºС и не требовать замены за весь ресурс двигателя. Да-да, его не придется менять раньше 200 тыс. км! И подтягивать тоже – об этом позаботится автоматический натяжитель.

H

Он не только освобождает от лишней операции, но и обеспечивает правильное натяжение, что влияет на ресурс в не меньшей степени, чем качество самого ремня. Если перетянуть, страдают подшипники роликов и водяного насоса. Последний, кстати, тоже модернизирован: установили более надежные подшипник и сальник, а также подняли производительность (узел от шестнадцатиклапанника, только со шкивом под узкий ремень).

От механических повреждений привод теперь защищает закрытый пластиковый кожух с герметичными уплотнениями.

Николай ГАНЮШКИН, начальник бюро проектирования двигателей:

Модернизация восьмиклапанного двигателя для переднеприводных моделей шла два года. Основными целями поставили сокращение расхода топлива и повышение динамических показателей за счет снижения механических потерь двигателя, а попутно – уменьшение вредных вибраций и шумов. И конечно, увеличение надежности. Нормы Евро-4 требуют, чтобы двигатель сохранял первоначальные параметры по выбросам вдвое дольше – до 160 тыс. км. И почти вдвое мы подняли ресурс: со 120 тыс. до 200 тыс. км. Шатунно-поршневая группа у ВАЗ-21116, как и у шестнадцатиклапанника, покупная. В перспективе некоторые детали планируем выпускать сами, а часть будем по-прежнему закупать у иностранных партнеров из группы «Федерал Могул», которые намерены локализовать производство комплектующих в России. Мы учитываем также интересы альянса Renault-Nissan. Если объемы выпуска моторов вырастут, то разумно будет закупать дополнительное оборудование и организовывать производство деталей шатунно-поршневой группы в Тольятти.