VR6 і W дорогий проб, помилок, очікувань та перемог
Автор: Євген Дударєв
6-циліндрові двигуни відрізняються від 4-циліндрових не лише великою потужністю, а й своїми чималими габаритами. Однак більшості компактних автомобілів до Golf-класу включно не судилося обзавестися 6-циліндровими моторами: дуже важко вмістити такий агрегат в невеликому моторному відсіку. Як правило, невеликі машини мають поперечно встановлений двигун та привід на передні колеса. Більш того, для більшої економії салонного простору, безпосередньо під капотом також розміщуються коробка передач та диференціал. Таким чином, моторний відсік невеликого автомобіля тісний ряду причин, а ідея встановити туди двигун більшого розміру навряд чи можна здійснити. Звичайно, ніхто не забороняє встановити мотор поздовжньо, але тоді збільшиться довжина капота і за рахунок цього постраждає місткість салону, а габарити компактної машини від бампера до бампера також повинні бути компактними. Навіть спроба встановити двигун V6 не завжди може виявитися успішною: цей мотор хоч і коротший за рядний, але в залежності від кута розвалу циліндрів (як правило, 60 ° або 90 °) виявляється на порядок ширше за нього. Крім того, конструкція V-подібного мотора передбачає встановлення вихлопних колекторів по обидва боки, що також не йде на користь компактності. Тому довгий час невеликі машини, і VW Golf у тому числі, обходилися лише рядними 4-циліндровими агрегатами і не більше. Звичайно, зараз серед сучасних автомобілів існує ціла низка так званих гарячих хетчбеків з потужними 6-циліндровими моторами, встановленими під капотом. Щоправда, далеко не всім виробникам вдається вмістити потужний двигун у моторний відсік.Renault Clio Sport. Але це вже зовсім інша історія.
Перше покоління VR6
Найвдалішу спробу розробити 6-циліндровий двигун і вмістити його в габарити передка невеликого хетчбека вдалася конструкторам із концерну Volkswagen. У 1991 році команда інженерів, під керівництвом Фердинанда Піха (Ferdinand Piech) здійснила справжній прорив у моторобудуванні. Ними був розроблений V-подібний 6-циліндровий двигун з неймовірно малим кутом розвалу - всього 15°, і об'ємом у зовсім "некомпактні" 2,8 літри. Такий агрегат встановлювався на 3-тє покоління VW Golf і зараз відомий як VR6. Особливостями мотора було те, що за розмірами він скидався на рядну «четвірку»: вузький і короткий. Він легко б вмістився в крихітного Polo, правда через мотор ціна цього автомобіля сильно б підскочила. Більше того, компактні VR6 поставлялися для Mercedes-Benz – мінівена V-класу, оскільки всі V6 їхнього власного виробництва ніяк не поміщалися під капотами. Отже, що вдалося зробити команді Пиха.
Завдяки куту 15° між циліндрами, мотор VR6 вийшов досить коротким: його довжину можна охарактеризувати як «чотири з половиною циліндра». Проте в цей же час стандартний V6 по довжині дорівнює «трьом із половиною циліндрам», збудованим у ряд. Тим не менш, розміри VR6 якраз підходять для установки його в моторний відсік компактних хетчбеків, чого не скажеш про звичайний V6, який неймовірно ширший. Така його конструкція, тобто повністю симетрична щодо поздовжньої осі. По обидва боки широкого блоку циліндрів розташовуються вихлопні колектори, впускний по центру.
Конструкція двигуна VR6 передбачала асиметрію – як у рядних агрегатів. Тобто, впускний колектор з одного боку, а випускний, причому відразу для всіх його 6 циліндрів, зінший. Хоч як крути, але втілити в життя таке розташування кількох громіздких компонентів для V6 ще нікому не вдавалося.
Двигун, розроблений для концерну Volkswagen, дивовижний не лише цим. Геній Фердинанда Піха створив V-подібний двигун, циліндри якого завдяки малому куту розвалу знаходяться в одному блоці. Тому двигун набагато легший за традиційні V6. Від рядних агрегатів VR6 відрізняється тим, що його циліндри розташовуються у шаховому порядку, а не в одну лінію.
Друге покоління VR6
Перше покоління цих моторів мало по два клапани на циліндр і один розподільний вал — класичний SOHC. Але такий стан справ не влаштовував талановитого інженера, і він взявся за створення 24-клапанного двигуна тієї ж схеми. Це було не найпростішим завданням: його вдалося вирішити лише влітку 1999 року. У чому ж була складність?
Якщо говорити про звичайний рядний агрегат, то «подарувати» йому 4 клапани на циліндр нескладно: їх відкриттям-закриттям будуть управляти 2 розподільні вали. Тобто по одному валу на кожну групу однотипних клапанів (впускних чи випускних). З V-подібним двигуном також проблем немає, адже, по суті, це всього лише два рядні 3-циліндрові двигуни, що мають по 2 розподільні вали.
А як бути з конструкцією агрегату VR6? Нагадаємо, він не має двох блоків циліндрів як таких: вони тісно об'єднані разом, а під загальною кришкою клапанів розташовуються 2 розподільні вали. Значить, при 24-клапанному механізмі в головці блоку циліндрів повинні знаходитися одразу 4 вали, що вже само по собі звучить якось складно. Вихід був один: удосконалити систему типу SOHC, ґрунтуючись на канонах DOHC.
Для цього, по-перше, необхідно розташувати 4 клапани у вельми невеликому просторі над поршнем, що достатньоскладно. По-друге, слід мати механізм приводу клапанів строго вертикально над ними. Інакше процес відкриття-закриття клапанів може запізнюватися, викликати зайве тертя, що виллється в підвищену витрату палива та обмеження максимальної кількості обертів. По-третє, якщо економити простір у головці блоку циліндрів і тому використовувати 4-клапанний механізм SOHC, то доведеться пожертвувати застосуванням у моторі системи фаз газорозподілу, що змінюються. Просто у випадку з одним розподільчим валом зміна ходу роботи впускних клапанів відразу ж позначиться на роботі випускних: і ті й інші будуть, наприклад, відкриватися раніше, що не допустимо. Автомобілі, оснащені двигунами серії VR
У 1992 році можна було придбати 172-сильний VW Golf третього покоління з мотором VR6. Це був перший у Європі хетчбек сегмента C із 6-циліндровим агрегатом. Через два роки спеціально для автомобілів VW Corrado і повнопривідного VW Passat Syncro цей мотор був «по-спортивному» розточений до 2,9 літра і видавав вже 187 к.с. 1997 року з базового блоку силового агрегату буквально вилучили 1 циліндр: так світ автомобілебудування познайомився з двигуном VR5. З того часу цей мотор, об'ємом 2,3 літра і потужністю 150 к.с., можна виявити під капотом моделі Passat, а з 1999 року і в моделях Golf і Bora.
24-клапанні модифікації двигунів серії VR пішли у масове виробництво у 1999 році. Конструкція з двома розподільними валами і системою змінних фаз газорозподілу надали їм нових сил. З цього моменту топ-версії моделей Golf, Bora та Passat мали під своїми капотами 201 к.с. Крім того, напарником цим моторам було обрано повний привід 4Motion. Треба згадати, що шильдик VR6 поступився своїм місцем іншому, що свідчить про наявність в автомобілі повнопривідної трансмісії. Мотор жеVR5 DOHC з'явився лише в 2001 році з збільшенням потужності до 170 к.с.
У 2003 році розвиток лінійки агрегатів VR йшов шляхом збільшення їхнього робочого об'єму. Так основою «зарядженого» VW Golf R32 був, як можна здогадатися, 3,2-літровий двигун. Додатковий обсяг збільшив потужність до 238 л. Цей двигун відкриває лінійку силових агрегатів для автомобілів. VW Touareg та Porsche Cayenne. А його форсована до 250 л. версія встановлювалася Audi TT.
3,2-літровий VR6 двигун VW Passat п'ятого покоління отримав систему безпосереднього упорскування FSI. Також у 2005 році спеціально для північноамериканського ринку був розроблений трохи інший силовий агрегат: кут розвалу циліндрів складає всього 10,6 градуса, а робочий об'єм збільшений до 3,6 літрів. Його потужність складає вже 276 л.
Двічі два буде два
Команда Фердинанда Пиха таки досягла свого і в 1999 році представила на суд публіки 24-клапанний мотор VR6 з двома розподільними валами. Один з них відкриває всі впускні клапани, інший усі випускні. Але при цьому обидва справляються відразу з двома блоками циліндрів, кут між якими, як згадувалося вище, 15 градусів. Тобто, два вали виконують роботу, посильну чотирьом: ось уже справді «2 x 2 = 2». Покласти такі функції на обидва вали вдалося завдяки тому, що двигун VR6 майже такий вузький, як і будь-який рядний. І при цьому конструкція німецького двигуна також дозволяє встановити в головці блоку механізм газорозподілу. Унікальний вийшов винахід!
Фердинанд Піх не зупинився на досягнутому: його бажання втиснути в хетчбек 6-циліндровий агрегат, що переросло в ідею оснастити Passat мотором з 8-ма, а то й 12-ма циліндрами при збереженні вихідних розмірів автомобіля. Так на світ з'явилися двигуни W-подібної конструкції.(Треба сказати, що в успіх німецьких інженерів мало хто вірив. Над першими, поки що не робітниками, прототипами таких силових агрегатів посміювалися, а один із конструкторів Ferrari пообіцяв він з'їсти свою краватку, якщо W-подібний мотор хоча б заведеться. Наскільки ми знаємо. зараз, Фердинанд Піх досяг успіху, але про долю тієї краватки нічого не відомо ...).
Над розробкою подібних агрегатів не один рік корпіли інженери концерну Audi. Ця марка навіть представила концептуальний автомобіль Avus, проте його W-подібний мотор був лише муляжем і не більше. Тобто створити хоча б один робочий зразок так і не вдалось. Загвоздка була в тому, як організувати вихлопний колектор для центрального блоку такого двигуна. Ця проблема викликала сильне нагрівання агрегату і робила його надзвичайно громіздким. В результаті всі дослідження в цій галузі були згорнуті.
Інженери Volkswagen пішли іншим шляхом, підказаним конструкцією мотора VR6, що відмінно зарекомендував. Отже, що це за диво – цей «W»-мотор? Літера W («дабл ю») в англійській мові буквально означає «подвійне V» і з вражаючою точністю описує схему двигуна. По суті – це два агрегати VR6, «нанизані» на один колінвал. Але між обома 6-циліндровими блоками є кут, що дорівнює 72°. А сумарний кут розвалу обчислюється так: 15 ° / 2 + 72 ° + 15 ° / 2 = 87 °. Робочий об'єм першого зразка такого двигуна складав 5,6 літра, тобто як два двигуни VR6. Він також мав по чотири клапани на циліндр з роликовими штовхачами та регульовані фази газорозподілу на впуску та випуску. Проблему з вихлопним колектором удалося вирішити завдяки згаданій асиметрії цих агрегатів. Розжарені труби проходили по обидва боки, як у звичайних V-подібних агрегатів. Але такий двигун так ніколи і не пішов у серію: йогозамінив аналогічний за конструкцією, але з об'ємом 6 літрів рівно.
Вперше 6-літровий мотор формули W12 потужністю 600 л. був розроблений для однойменного концептуального купе. Настільки потужний агрегат виявився неймовірно компактним: його довжина складає всього 513 мм, а ширина – 710 мм, вага – всього 239 кг завдяки використанню алюмінію. Сам автомобіль був представлений в 2001 році на Токійському Моторшоу. Незадовго до виставки він проходив випробування на міцність, швидкість та витривалість у 24-годинному заїзді. За добу Volkswagen W12 Coupe пройшов 7085,7 кілометра із середньою швидкістю 295,24 км/год. Проте ідеї про масове виробництво даного купе були втілені у життя. Єдиним недоліком конструкції W-подібних двигунів є тонкі шатуни - всього 13 мм. Це пов'язано з тим, що колінвал таких двигунів набагато коротший, ніж у V-подібних двигунів при тій же кількості циліндрів. Ця особливість не дозволяє W-агрегатам стати серцем гоночних машин та болідів. Ще одним «лоскітливим» питанням є збалансованість їхньої конструкції: під час роботи один одному наполегливо протистоять два модулі VR, що створює сильні вібрації. Але ця проблема вирішується встановленням у двигун балансирних валів та використанням просунутих гідроопор.
Головний коник моторів такої конструкції – компактність. То чому ж не «обдарувати» їх, наприклад, 16 циліндрами? Тим більше, що донорський блок циліндрів від VR6 це дозволяє зробити. Тільки до базової поршневої групи потрібно додати ще 2 циліндри, а потім з'єднати всі разом. Команда інженерів Фердинанда Піха так і вчинила: ними було створено могутній W16. Як стає ясно, він зібраний з двох блоків типу VR8 (до речі, агрегати такої конструкції ніколи не випускалися), а по довжині дорівнює рядній п'ятірці. Силовий агрегат такийконструкції лежить за сидіннями знаменитого Bugatti EV 16.4 Veyron. Правда, до нього додані 4 турбокомпресори. Такий допінг дозволив досягти величезної потужності 1001 к.с. і зробив Bugatti однією з найшвидших машин на планеті. Треба сказати, що цей двигун дуже складний: над одним тільки колінвалом працювали кілька років.
Надалі інженери німецького концерну продовжували розвивати ідею силових агрегатів W-подібної конструкції, основною родзинкою якої є горезвісна компактність. Силовий агрегат, який сповідує цю філософію, встановлювався під капотом Volkswagen Passat W8 (B5). Він був два блоки VR4, також об'єднаних в одну V-подібну конфігурацію. Однак у ньому не 500 к.с., тобто "не половина від Bugatti" як того хочеться, а тільки 275. Але цей мотор важить 190 кг при довжині всього 420 мм - менш рядної "четвірки". З такими характеристиками він легко вміщується у «народному» Passat. Але настільки близький до народу автомобіль ніяк не асоціювався з великим і потужним мотором, а тому продажі Passat W8 не виправдали очікування, і цей автомобіль був назавжди знятий з виробництва.