Технологии и особенности конструкции

Все двигатели серии, начиная с первого ЕР6, сконструированы по одной схеме: классический рядный с верхним расположением распредвалов (DONS), 16-ти клапанной системой на четыре цилиндра и однотипным ГРМ с изменяющимися фазами газораспределения. Каждая новая версия модифицировалась в сторону повышения мощности при увеличении диаметра цилиндра и хода поршня. Большинство деталей на моторах этой серии взаимозаменяемы, новые интегрированные технологии были также стандартизированы. Долговечность узлов агрегата достигалась за счёт запатентованных разработок компании PSA:

• Коленчатые валы и шатуны изготовлены по технологии АVT (Anti-Vibration Torsion) методом катанной ковки. Это придаёт повышенную вибростойкость на предельных нагрузках и уменьшает вес механизмов.
• Блоки цилиндров имеют двойную конструкцию – внутри основного корпуса из высокопрочного сплава марки АS7G, расположена цельная «рубашка» из более лёгкого жаропрочного, в которой заплавлены цилиндры. Благодаря такой разработке вес всего блока уменьшен на 20%, а естественная вибрация гасится внутри самого блока.
• Головка блока цилиндров также выполнена из специального сплава в отличие от своих конкурентов (основной материал ГБЦ двигателей – чугун).
• Дополнительная система охлаждения в цилиндропоршневой системе реализована в конструкциях масляных канавок головки блока и жиклёров в поршнях, по которым подаётся масло прямо к внутренней чашке цилиндра.

Система фазораспределения впрыска топлива Valvetronic

VTi (Vаriаble Vаlvе аnd Timing injеctiоn) – технология с изменяющимися фазами работы впускных клапанов, разработанная специально для серии агрегатов ЕР компанией BMW. В обычных двигателях более поздних серий PSA система впрыска топлива работает одинаковыми циклами, не зависящими от значения крутящего момента и мощности агрегата. Контроль фаз газораспределения статичен под управлением ЭСУД, а скорость работы клапанов напрямую зависит от скорости вращения коленчатого вала. Во время открытия или закрытия дроссельной заслонки в коллекторе возникает разница давлений, подача топлива изменяется в режиме постоянных фаз, из-за чего происходит эффект «завихрения» в газораспределительной системе. Такое явление вызывает падение КПД двигателя, уменьшая его ресурс и способствует повышенному выбросу вредных веществ с выхлопными газами (остатки несгоревшего топлива).

Система Valvetronic позволяет менять фазы газораспределения в зависимости от изменения мощности в процессе подачи топливной смеси. Принцип работы VТi заключается в дополнительном механическом узле на впрыске, который регулирует давление и время открытия/закрытия клапанов под управлением электроники в общей цепи. Дроссельная заслонка подключается в некоторых режимах, оставаясь открытой. Во время работы двигателя на низких оборотах происходит более позднее открытие и закрытие клапанов с узкой фазой газораспределения (время срабатывания клапана). На высоких оборотах цикл увеличивается, обеспечивая более ранний подъём клапана. В результате соотношение крутящего момента и мощности на каждом цикле становится оптимальным для полного сгорания рабочей смеси в цилиндрах, исключая эффект «завихрения» и колебаний потока.

1. Распределительный вал.
2. Дополнительный эксцентриковый вал.
3. Рычаг передачи момента.
4. Коромысло клапана.
5. Гидравлическая опора клапана.
6. Впускной клапан.
7. Изменяющийся зазор.

Высота подъёма клапанов меняется в зависимости от нагрузки на двигатель. Эксцентриковый вал встроен в систему ЭСУД с помощью электропривода, который управляет скоростью вращения независимо от вращения коленчатого вала. Динамика работы двигателя увеличивается за счёт скорости срабатывания всей системы.

Так, например, максимальное КПД на агрегате ЕР6DT при показателе 2000 об/мин даёт значение 88% при мощности в 150 л.с. Экономия топлива в моторах, оборудованных Valvetronic составляет на холостых оборотах до 15%, на максимальных – до 8%. Единственный недостаток такой системы – повышенная требовательность к качеству топлива: образование нагара на клапанах быстро приводит к нарушению регулировки величины зазора.

Турбированная система питания по технологии BоrgWаrnеr “Twin-Scrоll

В атмосферном двигателе показатель мощности напрямую зависит от количества сгораемой рабочей смеси в цилиндрах за один цикл. Чем больше объём смеси, тем выше крутящий момент и мощность. Бензин поступает, смешиваясь с кислородом – это необходимое условие для полного сгорания: соотношение топлива и воздушной смеси должно быть в пропорциях один к пяти в зависимости от режима работы. В агрегатах ранних конструкций рабочая смесь получалась за счёт разницы давлений между атмосферой и камерой цилиндра. Турбокомпрессор нагнетает отработавшие горячие газы принудительно, обеспечивая почти мгновенное включение максимального режима.

В двигателях ЕР6 второго поколение применена технология двойной турбины Twin-scroll (символы в маркировке «Т»). Конструкция турбонагнетателя выполнена в форме улитки с раздельными впускными коллекторами. Один воздуховод нагнетателя забирает отработанный газы из одной половины блока цилиндров, другой (меньшая размером) – от второй. Поток объединяется в общей подаче максимально раскручивая турбину на высоких и низких оборотах. Такая технология позволяет избежать падения мощности во время разгона, когда в простых турбокомпрессорах возникает эффект «турбоямы».

Лопатка турбины собственной разработки компании PSA выполнена из керамики, имеет высокий уровень термостойкости и повышенный ресурс работы. Охлаждение турбокомпрессора автономное, а весь цикл работы и циркуляции охлаждающей жидкости управляется отдельным блок-контроллером в системе ЭСУД, учитывая остальные параметры режимов работы агрегата. В сочетании с прямым впрыском топливной смеси и системой впрыска типа Valvetronic эффективное срабатывание турбокомпрессора происходит уже на малых мощностях при 1300 об/мин.

Cоmmоn Dirесt Injеctiоn – прямой впрыск топлива

Двигатели ЕР с аббревиатурой СDI оснащены системой непосредственного (прямого) инжекторного впрыска топлива. В отличие от классической конструкции, применявшейся в поздних версиях серии TU, форсунки агрегатов ЕР6 СDI подают рабочую смесь напрямую в камеру сгорания цилиндров (обычные двигатели снабжены впускным коллектором с выходом на клапан). Образование и воспламенение топливной смеси происходит прямо в цилиндре, избегая потери мощности и позволяя значительно экономить топливо. На оптимальных режимах работы агрегата соотношение атмосферного воздуха и бензина может достигать пропорции 30/1 – это в два раза ниже, чем в системах с многоточечным впрыском и коллектором.

а – Свeча накаливания

b – Выпускнoй клапан

g – Впускнoй клaпaн

h – Фoрсункa прямoго впрыскa

Такая конструкция позволяет работать мотору на высоких оборотах при большом показателе степени сжатия, что даёт возможность увеличивать мощность за счёт изменения диаметра цилиндра и хода поршня. Классический двигатель ограничен определённой степенью сжатия, которая составляет не более 120 бар – более высокое давление в коллекторе вызывает эффект детонации, когда топливо воспламеняется раньше впрыска. При использовании системы Cоmmоn Dirесt Injеctiоn детонация исключается – воздушная смесь смешивается с топливом непосредственно в цилиндре. Воспламенение рабочей смеси задаётся в строго заданном цикле под электронным управлением смежных систем газораспределения. Преимущества прямого впрыска:

• Возможность повышения мощности двигателя, не меняя его конструктивных узлов (в том числе чип-тюнинг).
• Выхлопные газы содержат меньшее количество токсичных веществ – топливо сгорает полностью независимо от режима работы. Все двигатели серии ЕР с символом CDi соответствуют требованиям экологических норм Евро-5, Евро-6.
• Ресурс работы агрегата увеличивается – сбоев в работе фаз газораспределения и проблем с детонацией в процессе эксплуатации не возникает.

Применение интеркулера

На двигателях ЕР6 DT в системе впрыска применяют интеркулер. 6DT – это турбированный мотор с конструкцией впускного коллектора и высоким крутящим моментом, где перед подачей воздуха для его смешивания с топливом требуется охлаждение. В процессе нагнетания турбиной воздух становится горячим, содержание кислорода в смеси падает, в результате чего происходит падение мощности на оборотах. Кроме того, при работе на повышенных нагрузках и большом крутящем моменте возникает большая вероятность эффекта детонации (преждевременного воспламенения). Применение интеркулера для охлаждения воздушной смеси предотвращает детонацию, повышая эффективность работы двигателя на 15-20 %.

Принцип работы интеркулера – механическое охлаждение в результате дополнительной циркуляции воздуха в решётках, внешне напоминающие радиатор-теплообменник без охлаждающей жидкости. Система интеркулера разбивает плотность потока, снижая его температуру перед подачей на коллектор. Такой узел работает автономно, надёжен и не требует подключения к ЭСУ (электронной системе управления).

Конструкция масляного насоса с контролем давления

Ещё одна инновационная разработка концерна BMW, которая была реализована в агрегатах серии ЕР – масляной насос с регулировкой подачи объёма масла и его давления в масляных магистралях. Принудительная подача масла в системе происходит в зависимости от значения крутящего момента двигателя и его температуры под контролем ЭСУД. По такому же принципу работает система охлаждения, активизируя подачу охлаждающей жидкости при нагревании узлов. Насос соединён с приводом шкива коленвала специальной конструкцией (фрикционная передача), которая регулирует скорость вращения, обеспечивая необходимое давление и объём. Экономия расхода масла при этом снижается на 4-5%, потребление топлива в среднем на 1%.

Эксплуатация и обслуживание

Для всего семейства агрегатов ЕР рекомендуют определённый тип масла с индексом вязкости не более 30. ГРМ таких моторов особенно чувствительна к качеству смазки, поэтому при выборе марки масла важно применять только проверенные бренды. В противном случае начинается разрегулировка систем фаз газораспределительного механизма, быстрый износ элементов цилиндропоршневой группы и потеря мощности.

Нормативные показатели серии ЕР

*Расход топлива: город/трасса/смешанный цикл.

При всей прогрессивности серии ЕР, низком расходе топлива и достаточно высокой мощности для объёма в 1.6 литра, отзывы владельцев автомобилей Пежо и Ситроен, на которые в основном устанавливали эти моторы, выдают много проблемных мест. Отмечают малый ресурс расходников, из-за которого регламентное обслуживание приходится делать раньше заявленного производителем.

Периодичность замены и заявленный ресурс узлов и механизмов двигателей серии ЕР:

• Замена масла в системе – каждые 20 000 км
• Цепной привод ГРМ типа «dual VTi» (второе поколение) – заявленный ресурс производителем не ограничен. Статистика замены – в среднем каждые 100 тысяч км
• Регулировка зазоров клапанов с механизмом гидрокомпенсаторов – после 150 тысяч км пробега
• Воздушные фильтры – 25 000 км
• Топливный фильтр – 65 000 км
• Фильтр грубой очистки – 80 000 км
• Свечи зажигания – 45 000 км
• Охлаждающая жидкость – 120 000 км

Новые агрегаты ЕР в России выходят из строя на 20-30% чаще, чем в Европе по причине некачественного топлива.

Самые распространённые агрегаты, которые устанавливались для продажи в официальных российских дилерских центрах – ЕР6 СDT и его модернизированная версия ЕР6 CDTM. Стоимость нового такого агрегата составляет около 140 000 рублей, контрактный восстановленный мотор можно приобрести за 60 000 рублей.

Типичные проблемы и неисправности

При своевременном техническом обслуживании серьёзные поломки у агрегатов серии ЕР начинают появляться после 100 тысяч км пробега даже с бережной эксплуатацией и диагностикой расходников. Исключение может быть с комплектацией ЕР6 CDTM – двигатель прошёл адаптацию специально для российского рынка, поэтому он считается более надёжным. Самые частые поломки:

• Преждевременное растяжение привода цепи ГРМ в первом поколении двигателей – часто выходила их строя уже через 40-45 тысяч км пробега. На холостых оборотах был слышен шум в подкапотном пространстве, при дальнейшей эксплуатации быстро происходил её износ вплоть до обрыва и заклинивания клапанной системы. Причиной служила неудачная конструкция натяжителя цепи, которую устранили на моторах второго поколения.
• Нарушение регулировки подъёма и контроля зазора клапанной системы, некорректная работа Valvetronic. Происходила из-за образования нагара на клапанах. Высокую требовательность этих двигателей к качеству топлива наблюдают на всех модификациях.
• Утечка масла в масляных магистралях, износ сальников и прокладок. При падении уровня масла отказывал масляный насос в системе. Специалисты объясняют такого рода проблемы эксплуатацией двигателя в зимнее время при экстремально низких температурах ниже минус 20 С. Штатные заводские расходники не предназначены для российской погоды, их обычно меняли на более устойчивые к перепадам температур на силиконовые.
• Отказ или сбои в работе термостата также наблюдались по причине частого запуска агрегата при низкой температуре.
• Нарушение герметичности турбокомпрессора, которое вызывало потерю мощности, перегрев и в моторах ранних версий с конструкцией впускного коллектора детонацию.
• Промерзание системы вентиляции картера, износ уплотнительных прокладок. Проблему решили после 2007-го года, установив дополнительный обогрев.

Возможности тюнинга

Классическая рядная конструкция со стандартизированными узлами на агрегатах серии ЕР позволяет увеличивать мощность мотора до 300-400 л.с. с применением различного дополнительного оборудования, изменения на прямоточный выхлоп и установкой системы Аquamist-Devils-Оwn (водометанола). Профессиональные чип-студии монтируют комплекты оборудования, меняя турбину с турбокомпрессором на более мощный тип Bi-turbo, выхлопную трубу с катализатором прямого тока, интеркулер на жидкостном охлаждении, а также делают перепрошивку режима впускных клапанов. Результатом такого тюнинга становится прокачанный автомобиль с динамикой разгона в 6,5 секунд до 100 км и максимальной скоростью до 280 км/ч.

Небольшой тюнинг своими руками, не вмешиваясь в конструкцию впрыска топлива, делают перепрошивая ЭСУД с отключением катализатора и лямбда-датчика. После таких изменений мощность двигателя можно повысить на 25%, снизив при этом экологическую норму до Евро-2 и применяя бензин с высоким октановым числом 98.

Перезагрузка новых данных в систему электронной системы управления полностью перенастраивает мотор на экстремальную эксплуатацию. Кроме отключения датчиков контроля, изменения вносятся в фазораспределительный цикл впрыска, при этом выпускные клапана работают на износ.

Следует помнить, что после чип-тюнинга двигателя и любого вмешательства в конструкцию ГРМ, ресурс пробега снижается кратно в разы. Узлы и механизмы несут повышенную нагрузку, не предназначенную для высокой вибрации и температур, и быстро выходят из строя.