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

Потребительские качества моторов-«воздушников» во многом выше, чем у привычных нам «водянок» – это доказывается, как дважды два. Так почему же сегодня мы ездим на машинах с  тосолом, радиатором, расширительным бачком и массой шлангов под капотом?
 

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.

original-2.jpg20160211-8270-1dashq6.jpg




Причина №1

«Воздушники» трудно проектировать


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.


original-3.jpg20160211-8270-1ew7uiw.jpg



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.


Причина №2

Сложнее создавать модификации и проводить апгрейд


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.


Причина №3

Сложнее решать вопрос отопления


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».


Причина №4

Сложнее решить вопрос шумоизоляции


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»?


Причина №5

Трудоемкость сборки двигателя


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.


original-4.jpg20160211-8270-1dvbjlb.jpg



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!


Причина №6

Изменился потребитель


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.


320-1.png



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…



Читайте также:



 

Добавить комментарий

Для комментирования вам необходимо авторизоваться

Добавить комментарий

Комментарий отправлен
6 комментариев
13.02.2016 08:46
Николай Глебов

Помимо приведённых минусов существует проблема неравномерности охлаждения цилиндров. Если вы расположите цилиндры в ряд вдоль автомобиля первый будет охлаждаться лучше всех последний хуже всех, даже если сделать индивидуальный одинаковый. Подвод воздуха к каждому цилиндру то сам цилиндр будет всё равно нагрет неравномерно.

Кроме того существует проблема терморегуляции в тропиках и субтропиках воздушное охлаждение менеее эффективно чем жидкостное, легко перегреть двигатель. То же самое с арктикой сложно разогреть. Но для арктики есть один большой плюс его невозможно разморозить в принципе.

На самом деле основная причина малого количества ввоздушных двс в стоимости проектирования разработать линейку двигателей можно но очень дорого итоговая цена автомобиля (а туда будет включена стоимость разработки) будет выше чем у автомобиля с жидкостным охлаждением.


14.02.2016 17:12
Василий Кулик

У воздушника невозможно поставить предпусковой подогреватель-это огромный минус для северных условий.Невозможно точно контролировать температуру двигателя,салона.И "простота"конструкции "воздушника"по сравнению с жидкостным очень спорна.Потому даже мотоциклы теперь с водяным охлаждением двигателя зачастую.


17.02.2016 01:24
Константин Якушев

Раскрытие сути моей статьи. Потом в конкурсе авторов ее выложу:

Заключение.

Игорь мечтает о новом классе автомобилей, построенных инженерами а не маркетологами. Так ведь есть такой класс. Лада Гранта, Рено Логан, Ниссан Альмера и т. д. Простые и не дорогие автомобили. Если же строить бескомпромиссный в отношении цены вариант — должно получиться что то вроде Оки. Да, таких городских машинок не хватает. Но как ни крути, с жидкостным охлаждением получится дешевле и комфортабельней.

Я сам люблю техническую старину. Люблю музыку слушать на виниле, собирать и ремонтировать ламповые приемники и усилители, поколдовать со старыми компьютерами. Но это хобби, где то — ностальгия. И где то — маркетинг. Современная промышленность выпускает винил, радиолампы и ламповые усилители. Это дорого. Для увлеченных. Но никто не будет массово выпускать дешевую ламповую радиолу типа «Рекорд». Не будут покупать. Увлеченных не так много. И если «воздушник» вернется в легковое авто, то точно не в бюджетный. Бескомпромиссный спорткар — вот его стихия!


06.01.2017 07:03
tba_new@mail.ru

>> 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.

Одному мне инженеру кажется что термин "технологичный" и "высокотехнологичный" означает иное, чем определение данное выше автором статьи? ИМХО "высокотехнологичный мотор" это мотор в котором внедрены различные технологические изыски, вроде системы изменения фаз газораспределения, многоклапанные головки, да и просто система впрыска топлива (на фоне карбюраторных двигателей). Т.е. например мотор ВАЗ-2111 технологичнее своего "родителя" ВАЗ-21083 (от которого отличается по сути только системой питания и у части моторов ещё и распредвалом, т.к. у ранних версий 2111 и распредвал стоял простой 2108). Иначе у вас получается то, что одноцилиндровый мотор какой-нибудь малой электростанции технологичнее, нежели например что-нибудь вроде M273 )) Попрошу без обид, но автор статьи вообще инженер по образованию? Или журфак окончил?

И я видимо пропустил такой пункт в статье как "размеры" )) – учитывая то, что в современных условиях конструирования а/м пытаются по возможности уменьшить размер моторного отсека и по максимуму использовать доступное там пространство. В частности и из-за этого например Mercedes-Benz перешли от рядных моторов I6, к V6 – мотор короче, хоть и шире, при этом головок две, меньше риск деформации при лёгком перегреве ДВС, менее сложное изготовление этих самых ГБЦ.


11.08.2017 13:24
Владимир Хозеев

Хороший инженер не будет выдумывать свои собственные значения для общепринятых терминов. Технологичный - это не обязательно технически навороченный, это эффективный и при этом простой и дешевый в производстве.

2

13.08.2017 10:45
Борис Игнашин

все немного проще, во-первых габариты системы охлаждения не дают сделать эффективное охлаждение ГБЦ, придется городить огород с масляным охлаждением, если мы хотим 4 клапана на цилиндр при диаметре цилиндра менее 100мм, а масляное охлаждение это сложно во-вторых в принципе невозможно обеспечить равномерное охлаждение цилиндров, а значит и зазоры, да и термостык с ГБЦ очень нагружен из-за быстрого разогрева. Даже передовые системы с кипящей термосифонной рубашкой охлаждения проигрывают по этому показателю обычным моторам с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Прогревать, кстати, мотор нужно, воздушник точно так же греется, как и обычный мотор. Просто процесс идет медленнее и хуже контролируется. Воздушные термостаты и регулировка оборотов вентилятора работают не так хорошо, как обычный жидкостный термостат. Так что греют минуту и едут, зазоры все равно огромные...


Новые статьи

Популярные тест-драйвы

Change privacy settings