Воздух нам не нужен: почему воздушное охлаждение проиграло «водянкам»

Для человека, эксплуатирующего автомобиль изо дня в день, мотор-«воздушник» – дополнительный шаг к независимости от технических вопросов. В особенности это касается владельцев не новых, а подержанных автомобилей, силовой агрегат которых уже слегка изношен и имеет признаки старения от времени.

Вот только несколько положительных особенностей мотора, не имеющего «водяной рубашки»:

• машину с «воздушником» не нужно прогревать перед поездкой;
• не нужно следить за уровнем антифриза;
• не нужно регулярно тратить деньги на ремонт системы охлаждения и уход за ней;
• нет угрозы потери антифриза и остановки в пути, а то и поломки двигателя.

Однако у каждого своя правда: этот список существенных для потребителя достоинств в глазах автопроизводителей оказался перевешен другим перечнем – перечнем трудностей, которые конструкторы и технологи должны преодолеть на пути к успешному двигателю. Трудности в самом деле есть, но нам кажется, что команде толковых инженеров и ученых преодолеть их проще, чем, скажем, рядовому водителю (или даже автомеханику!) решить проблему попадания антифриза в маслопровод или, к примеру, разобраться с лопнувшим шлангом или треснувшим расширительным бачком. Впрочем, предоставим право судить вам. Итак, приводим наш рейтинг причин, по которым автопроизводители перестали использовать двигатели воздушного охлаждения.

Работая над созданием мотора с воздушным охлаждением, конструктор должен решать ряд специфических проблем. Так, все цилиндры подобного агрегата расположены отдельно, поэтому нужно учесть неизбежные при сборке деформации их стенок – иначе не избежать неравномерного износа деталей.

Но самая сложная часть цилиндра и головки – их оребренная часть. Ребра должны с одной стороны иметь максимальную теплоотдачу – то есть быть очень массивными и толстыми, а с другой стороны – обладать минимальным аэродинамическим сопротивлением, то есть быть как можно более тонкими. Путем точных расчетов и экспериментов нужно найти баланс между количеством ребер, поверхностью их теплоотдачи и скоростью воздушного потока. Разница температур между отдельными точками цилиндра должна быть минимальной, при этом стенки цилиндра нужно сделать на 15-20 °C горячее, чем головку.

Кроме того, размеры и форму ребер нужно увязать с соседним цилиндром, расположением клапанов, свечного отверстия, колодцев крепежных шпилек, впускных и выпускных патрубков – и все это на фоне соображений аэродинамики. Ведь привод вентилятора отбирает часть полезной мощности двигателя, и за счет правильной организации потока охлаждающего воздуха под направляющим кожухом эти потери можно снизить.

Комплекса подобных трудностей можно избежать, если… обратиться к жидкостному охлаждению. Вода, как теплоноситель с высокой теплопроводностью и хорошей теплоемкостью, легко сглаживает температурные неравномерности блока цилиндров и их общей головки – поэтому нет потребности в столь сложных конструкторских изысканиях, расчетах и испытаниях.

В отличие от 1950-60-х годов, времен расцвета «воздушников», нынешние конструкторы (а точнее – маркетологи) любят создавать несколько версий одного двигателя – с разным рабочим объемом и степенью форсировки. В случае с воздушным охлаждением это означает не только перерасчет параметров системы обдува, но и каждый раз полную переделку самих цилиндров и головок, которым при изменении объема и степени форсировки требуется новое оребрение – соответственно, с полным циклом новых расчетов и испытаний.

Между тем при изменении мощности мотора с жидкостным охлаждением бывает достаточно вдобавок к расточному блоку просто доработать систему питания, помпу и радиатор.

Излишков тепла, которые можно направить на отопление салона, у моторов с воздушным охлаждением в принципе достаточно. Но рационально использовать их оказалось сложнее, чем в случае с «тосольным» радиатором. Приходилось делать оребренными выхлопные патрубки, «обнимать» их кожухами-рубашками для теплообмена с потоком воздуха, направляемым в салон – да еще принимать меры, чтобы в этот воздух не попали выхлопные газы. Но для серьезных зим подобный вариант был недостаточно эффективен. Поэтому, чтобы наладить в машине с мотором-«воздушником» действительно комфортный микроклимат, в иных случаях оказалось проще использовать автономный бензиновый отопитель – как у наших «Запорожцев». Такая печка получалась сложной и трудно контролируемой. Сегодня, в эпоху компьютеризированного климат-контроля, этот нюанс «воздушников» оказался весьма весомым аргументом «против».

По своей сути двигатель с оребренными цилиндрами и большим вентилятором более шумный, чем тот, который закрыт «экраном» водяной рубашки системы охлаждения. В особенности – в диапазоне высоких частот, которые наиболее заметны для уха человека. Но еще в прошлом веке инженеры нашли несколько путей решения: малошумные центробежные вентиляторы, слой виброгасящего материала на направляющем кожухе, уменьшенные (за счет тщательно подобранных материалов) зазоры в клапанном механизме и паре поршень-цилиндр. А если совсем по-честному, то при теперешних материалах автохимии и технологиях электронного шумоподавления «заглушить» любой двигатель не было бы проблемой. Но зачем городить огород, если можно просто занести излишнюю шумность «воздушника» в его пассив и засчитать еще одно очко в пользу «водянок»?

Один из самых существенных факторов, повлиявших на отставку моторов с воздушным охлаждением – их низкая технологичность, то есть неважная по сравнению с «водянками» приспособленность к массовому конвейерному производству. Причина в том, что каждый цилиндр охлаждаемого воздухом мотора обычно выполнен отдельно, а не в привычном нам едином блоке. (Исключения конечно были – например, четырехцилиндровые моторы Honda 1300.) Во-первых, очень непросто поштучно отливать цилиндры и головки с их длинными тонкими ребрами, у каждого из которых – строго определенное сечение и зачастую замысловатая форма. В некоторых случаях цилиндры делали из двух металлов – чугунная гильза и алюминиевая ребристая рубашка, заливаемая на чугун после соответствующей подготовки.

Были и другие способы соединения чугунного цилиндра и его алюминиевого оребрения. Отдельными, как правило, были и головки. Соответственно, осложнен и процесс сборки двигателя – каждый цилиндр с головкой и прокладкой крепятся четырьмя персональными шпильками, и не дай бог хоть на полньютона нарушить момент затяжки самой шпильки и гайки на ней!

Точнее, производители изменили потребителя – они изменили нас. Незаметно, исподволь, покупателя сумели убедить, что чем сложнее товар (в нашем случае – мотор), тем он лучше. Мы стали настолько доверчивы, что нас смогли убедить в совершенно нелогичных вещах. Даже если в системе три контура циркуляции, два термостата, два вентилятора с электромоторами, помпа с электроприводом, клееный металлопластиковый радиатор, масса патрубков, шлангов и датчиков – все равно считается, что это лучше системы, состоящей из одного вентилятора и набора жестяных дефлекторов с термостатом.

И что же?

«Воздушники» еще вернутся. Не возьму на себя смелость утверждать, когда именно – но вернутся. Возможно, после того, как появится и приживется новый класс массовых автомобилей, таких себе бескомпромиссных практичных «бюджетников», апологеты которого откажутся платить за конструкторские излишества в виде суперсложных моторов, трансмиссий и электронных примочек. Ну в самом деле, не будет же автомобильный мир вечно жить по законам маркетинга и технической антилогики…