Новый двигатель V8 для BMW M3

Его название является символом бескомпромиссного удовольствия за рулем: BMW M3 / БМВ М3. Новая версия наиболее успешного высокоэффективного автомобиля подразделения BMW M GmbH снова подтверждает этот тезис. И одновременно дает впечатляющий ответ на вопрос любителей спортивных автомобилей о возможности дальнейшего совершенствования. Новый BMW M3 / БМВ М3 стал совершеннее во всех отношениях. Это касается в первую очередь двигателя, хотя и не только. После 15 лет выпуска эпохальный шестицилиндровый двигатель, переживший два поколения моделей, наконец, уступает место преемнику. Новый BMW M3 / БМВ М3 выходит на старт с восьмицилиндровым силовым агрегатом: больше цилиндров, больше рабочий объем, больше мощности, больше частота вращения. Уже сейчас нет сомнений, что он вызовет еще больше восторга.

Уровень, который должен был превзойти новый силовой агрегат, едва ли мог быть выше. 3,2-литровый рядный шестицилиндровый двигатель снискал мировую славу и собрал многочисленные награды. Многократно удостоенный звания "Двигатель года" и в последней версии имевший мощность 252 кВт/343 л.с. он сделал BMW M3 / БМВ М3 не только верхом совершенства в классе высокоэффективных спортивных автомобилей, но и бестселлером. И все же: всему свое время. Рядный шестицилиндровый двигатель покидает сцену. Для нового BMW M3 / БМВ М3 пришла очередь двигателя V8. Технические характеристики нового высокоэффективного силового агрегата подтверждает колоссальный прогресс, связанный со сменой модели. Его рабочий объем составляет 3999 см3, мощность – 309 кВт/420 л.с. Максимальный крутящий момент 400 ньютон-метров впечатляет так же, как максимальная частота вращения 8300 об/мин. Эти впечатляющие характеристики с самого начала обеспечивают новому BMW M3 / БМВ М3 место лидера в классе.

Уже объем каждого цилиндра 500 см3 нового силового агрегата V8 соответствует идеальному представлению о геометрии блока цилиндров взыскательных конструкторов двигателей. Остальные конструктивные критерии – от размеров и заправочных емкостей, количества элементов конструкции до массы – также представляют собой оптимальный вариант.

Кроме того, восьмицилиндровый двигатель имеет технические особенности серийных автомобилей, например систему двойной VANOS, отдельные дроссельные заслонки и быстродействующий электронный блок двигателя, которые, однако, адаптированы к характеристикам автомобилей М. В то же время число цилиндров, концепция высоких оборотов М и низкая масса бесспорно свидетельствуют о том, что его создателей вдохновлял восьмицилиндровый двигатель болида команды BMW Sauber F1. Новый двигатель для BMW M3 / БМВ М3 имеет много общего с современным силовым агрегатом марки в "Формуле-1". В нем использованы различные технологические принципы, методы изготовления и материалы двигателя "Формулы-1".

По своей удельной мощности новый двигатель V8 заметно превосходит значение 100 л.с. на литр рабочего объема, которое считается критерием особой спортивности с точки зрения набора мощности. Но мощность – это еще не все. На динамичность решающим образом влияют разгонные характеристики, которые, в свою очередь, зависят от массы автомобиля и тягового усилия. Тяговое усилие на ведущих колесах создают крутящий момент двигателя и общее передаточное отношение. Концепция высоких оборотов M обеспечивает оптимальное передаточное отношение коробки передач и главной передачи и тем самым позволяет реализовать впечатляющую силу тяги. В двигателе нового BMW M3 / БМВ М3 инженеры подняли принцип высоких оборотов на новый уровень. Максимальная частота вращения восьмицилиндрового двигателя составляет 8300 об/мин. Вторая составляющая тягового усилия нового V8, крутящий момент, составляет 400 ньютон-метров при 3900 об/мин. Примерно 85 процентов максимального крутящего момента обеспечивается в исключительно широком диапазоне частоты вращения 6500 об/мин. Уже при 2000 об/мин крутящий момент составляет 340 ньютон-метров.

Масса препятствует ускорению. Поэтому двигатель V8 массой всего 202 килограмма является абсолютным легкоатлетом. Даже по сравнению с шестицилиндровым двигателем предшествующей модели он легче почти на 15 килограмм. Таким образом, масса двух дополнительных цилиндров компенсируется с заметным запасом. Кроме того, концепция высоких оборотов позволяет снизить массу трансмиссии и обеспечивает очень "короткие" передаточные отношения.

Тем не менее при нарастании частоты вращения неизбежно приближаются границы физических возможностей. Например при 8300 оборотах коленчатого вала в минуту каждый из восьми поршней в секунду проделывает путь в 20 метров. При этом материал подвергается колоссальным нагрузкам. В том числе и по этой причине конструкторы нового восьмицилиндрового двигателя придали исключительно большое значение максимально возможному снижению массы подвижных элементов.

Блок нового восьмицилиндрового двигателя выпускается в цехе литья легких металлов BMW / БМВ в Ландсхуте. Там же производятся блоки двигателей для болидов "Формулы-1". Блок цилиндров состоит из специального кремний-алюминиевого сплава. Вместо традиционных гильз зеркало цилиндра образуют твердые кристаллы кремния. Поршни с железным покрытием движутся непосредственно в этих не имеющих специального покрытия, хонингованных отверстиях.

Высокая частота вращения, большие значения давления сгорания и высокие температуры создают экстремальную нагрузку на блок цилиндров. Поэтому инженеры разработали его в виде очень компактной и необычайно жесткой на кручение конструкции, известной под названием Bedplate (постель двигателя), которая обеспечивает очень точную опору коленчатого вала. Относительно короткий кованый коленчатый вал также обладает очень высокой жесткостью на изгиб и кручение. Тем не менее, его масса составляет всего около 20 килограмм.

Благодаря кратчайшему времени регулирования система бесступенчатой регулировки фаз газораспределения двойной VANOS обеспечивает оптимальный газообмен. Она сокращает потери на газообмен и тем самым повышает мощность, характеристики крутящего момента, оптимизирует характеристики срабатывания, снижает расход топлива и уровень токсичности ОГ. Для работы системы двойной VANOS низкого давления М, разработанной специально для восьмицилиндрового двигателя, для достижения кратчайшего времени регулирования достаточно нормального давления масла.

В зависимости от нагрузки и частоты вращения постоянно обеспечивается оптимальное угловое положение распредвала, соответствующее моменту зажигания и количеству впрыскиваемого топлива.

Смазку восьмицилиндрового двигателя обеспечивают два маятниковых пластинчатых насоса с регулированием по объемному расходу. Они подают ровно столько масла, сколько нужно двигателю в данный момент.

Оптимизированная по динамике система смазки с мокрым картером обеспечивает смазку даже в условиях экстремального замедления. Система оснащена двумя картерами: один небольшой перед подрамником передней подвески и один большой позади этого подрамника. Отдельный отсасывающий маслонасос перекачивает масло из переднего картера в задний.

Распространенные в гоночном спорте отдельные дроссельные заслонки на каждый цилиндр незаменимы, так как обеспечивают максимально возможную приемистость двигателя. Новый силовой агрегат для BMW M3 / БМВ М3 оснащен восемью отдельными дроссельными заслонками, при этом четырьмя заслонками каждого ряда цилиндров управляет свой сервомотор. Электроника управляет дроссельными заслонками мгновенно. В результате достигаются чуткие отклики двигателя в нижнем диапазоне частоты вращения, а при "запросе" большой мощности обеспечивается немедленная реакция автомобиля.

Для повышения приемистости двигателя дроссельные заслонки во впускных коллекторах располагаются вплотную к впускным клапанам. Длина и диаметр всасывающих диффузоров также оптимизируют эффект наддува резонансных труб. Для снижения массы воздухосборники и диффузоры состоят из легкого композиционного материала с 30-процентной долей стекловолокна.

Конструкция выпускной системы для нового двигателя V8 в свою очередь оптимизирует газообмен с целью достижения наилучших характеристик мощности и крутящего момента. При ее разработке использовали принцип последовательной реализации облегченной конструкции.

Трубы выпускной системы изготавливаются методом обработки с помощью высокого давления. Формование труб из высококачественной стали осуществляется в процессе обработки с подачей давления до 800 бар изнутри. В результате трубы коллекторов имеют толщину стенки всего от 0,65 до 1,0 миллиметра. Это оптимизирует сопротивление потоку, массу, а также обеспечивает быстрое достижение рабочей температуры каталитических нейтрализаторов. Выпускная система оснащена четырьмя каталитическими нейтрализаторами. Двигатель соответствует требованиям стандарта Евро 4 и нормам США LEV 2.

Система управления двигателем для двигателя V8 также представляет собой усовершенствованную разработку. Она оптимально координирует все функции двигателя. Например на основе более 50 входящих сигналов она индивидуально для каждого цилиндра и рабочего такта определяет оптимальный момент зажигания, идеальное наполнение, количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска. Одновременно рассчитывается и устанавливается оптимальное угловое положение распределительных валов и соответствующее положение восьми отдельных дроссельных заслонок. Кроме того, блок управления поддерживает специфические для моделей М функции сцепления, коробки передач, рулевого управления и тормозов.

Наконец, система управления двигателем выполняет многочисленные задачи бортовой диагностики с помощью различных стандартных диагностических программ для автосервиса, а также другие функции и управление периферийными агрегатами.

Характерной особенностью системы управления двигателем является использование ионной технологии для распознавания детонации двигателя, а также пропусков зажигания и сгорания. В отличие от традиционных методов это происходит непосредственно в камере сгорания. Для этого с помощью свечи зажигания в каждом цилиндре определяется возможное возникновение детонации и осуществляется соответствующая регулировка. Одновременно свеча контролирует правильность зажигания и распознает возможные пропуски зажигания. Свеча зажигания, таким образом, действует одновременно как актуатор для зажигания и как датчик для контроля над процессом сгорания. Тем самым она отличает пропуски зажигания и пропуски сгорания. Одновременно двойная функция свечи зажигания облегчает диагностику и обслуживание в автосервисе.

В целях дополнительного повышения эффективности нового двигателя V8 благодаря регенерации энергии торможения обеспечивается рациональное управление потоками энергии, которое позволяет переместить выработку электроэнергии в режимы принудительного холостого хода и торможения. В результате аккумуляторная батарея заряжается без использования мощности двигателя и, следовательно, без дополнительного расхода топлива. Зато в режиме тяги двигателя генератор, как правило, выключен. Наряду с особенно эффективным способом выработки электроэнергии это обеспечивает больше мощности для преобразования в динамику движения при ускорении.