Главный Инженер Двигателей Bmw M Gmbh Об S63Tu

Г-н Поггель, с какими наиболее серьезными проблемами вы столкнулись во время разработки двигателя V8, нового BMW M5?
Г-н Поггель: двигатель V8 является высокопроизводительным спортивным мотором. Наша главная цель во время создания этой новой модели, было сделать его еще лучше чем V10 у предыдущего поколения M5, который уже приобрел легендарный статус.
В чем Вы видите преимущества?
Одним из ключевых преимуществ этого двигателя с турбонаддувом является высокий крутящий момент на низких скоростях. В то время как V10 нуждался в постоянном контроле за правильным сочетании передачи и соответствующей скорости, новый двигатель с технологией M TwinPower Turbo обеспечивает необузданной тягой в широком диапазоне скоростей.
Новый двигатель обеспечивает почти 700 Нм крутящего момента при 1500 оборотов в минуту. У V10, при этих обортах было около 300 Нм. Характеристики высокоскоростной турбины с ее реактивным откликом приблизили V8 в новом BMW M5 к стандартам автоспорта.

Графики мощности и крутящего момента новой BMW M5.

Что это значит?
Во многих двигателях, оснащенных турбонаддувом, мощность быстро падает по мере роста скорости. Кривая мощности этого мотора (на графике), неизменно  растет с 1000 оборотов в минуту. Нам пришлось применить большое количество технических ноу-хау, что бы обеспечить рост крутящего момента на уровне атмосферных двигателей.

Под капотом у новой BMW M5 – V образная восьмерка. Две белый «коробки» спереди – интеркулеры с водяным охлаждением. 

Как вам удалось достичь такого сочетания характеристик и при этом ничем не пожертвовать?
Ответом на ваш вопрос является магическое слово «дедросселирование» (dethrottling). Теперь обороты регулирует не дроссель, а сами впускные клапана. Это означает увеличение отклика мотора, мощности и эффективности. Нам пришлось изменить практически полностью системы впуска и выпуска.
Давайте начнем с впуска.
Разогнанный воздух на выходе из компрессора разогревается до 130 градусов и должен быть охлажден. В этом двигателе используется водяное охлаждение. Так что нет необходимости в транспортировке воздуха через длинные трубы и это приводит к гораздо меньшей потере давления. Впускной коллектор и короба для охлаждения воздуха установлены в непосредственной близости от двигателя. Все эти меры способствуют дедросселированию на уровне впуска.
Схема охлаждения воздуха и цифровой электроники мотора (DME):

• А) Радиатор.
• B) Дополнительный радиатор.
• C) Помпа
• D) Радиатор, охлаждающий воздух из турбины.
• E) Расширительный бак
• F) DME
• G) DME
• H) Радиатор, охлаждающий воздух из турбины.
• I) Помпа
• J) Дополнительный радиатор.

Двигатель V8 новой BMW M5 теперь также оснащен системой “VALVETRONIC”. Можете ли вы рассказать нам, что это значит?
С VALVETRONIC подъем впускного клапана может изменяться непрерывно от двух или трех десятых миллиметра до максимального предела. Преимущество от этого лучше всего видно при сравнении с обычным атмосферным двигателем, в котором мощность регулируется с помощью дроссельной заслонки. Двигатель всегда старается использовать максимальное количество воздуха, но клапан открыт полностью только при полностью выжатой педали газа. Когда я закрываю дроссель, двигатель производит частичный вакуум всей системы впуска. Когда впускной клапан закрывается, и поршень начинает двигаться вверх, частичный вакуум не может быть использован для работы двигателя.

• 1) VANOS на стороне выпуска
• 2) Выпускной распределительный вал
• 3) Кулачковые ролики
• 4) Гидравлический клапан
• 5) Пружины клапана на стороне выпуска
• 6) Выхлопной клапан
• 7) Впускной клапан
• 8 ) Гидравлический клапан
• 9) Пружины клапана на стороне впуска
• 10 )Кулачковые ролики
• 11) VALVETRONIC сервомотор
• 12 )Эксцентриковый вал
• 13) Пружина
• 14) Промежуточный рычаг
• 15) Впускной распределительный вал
• 16) VANOS на стороне впуска

 

С VALVETRONIC количество воздуха регулируется на клапане. Когда в цилиндре имеется достаточно воздуха для соответствующей точечной нагрузки, клапан закрывается. Следовательно, частичный вакуум образуется именно когда поршень движется вниз. В качестве аналогии представьте, что вы закрыли пальцем шланг велосипедного насоса и попытаетесь его разжать, а затем отпустите ручку и она вернется в исходное положение. Другими словами, энергия, которую я тратил для создания частичного вакуума, я могу получить обратно.
VALVETRONIC позволяет значительно быстрее работать турбо-нагнетателю. Таким образом, можно использовать управление нагрузкой, которая позволяет удержать скорость во время переключения передач или ускорения.
 

Двигатель со снятыми каталитическими нейтрализаторами и впускными коллекторами.

А что на счет выпуска? Мы постоянно слышим о перекрестном выхлопном коллекторе и  технологии «Twin Scroll Twin Turbo» без реального понимания преимуществ.
(Смеется.) Выхлопной коллектор – направляет выхлопной газ от каждого цилиндра к турбине.  Мотор V8 работает с запинанием, из-за которого мы слышим типичные «булькающие» звуки. А в двенадцати цилиндровом моторе сгорание топливной смеси происходит попеременно, в одном левом и одном правом цилиндре. Из соображений комфорта V8 оснащается коленчатым валом, который зажигает топливную смесь два раза подряд в одном цилиндре, а затем переходит к другому.
Вы можете услышать этот «булькающий» звук нерегулярной последовательности зажигания на большинстве V8, но не у новой BMW M5.

Строение перекрестного выпускного коллектора.

Перекрестный выпускной коллектор состоит из труб, которые соединены с обоих сторон в жесткую структуру. Отработавшие газы, следовательно, попадают оптимальным маршрутом в  турбонагнетатели. Каждый цилиндр может “выдыхать” при оптимальных условиях.
Когда я открываю выпускной клапан, струя очень горячих выхлопных газов вырывается под высоким давлением и попадает в турбину практически с неослабевающей силой. Поэтому используется энергия не только потока выхлопных газов, но и ее импульс. В качестве аналогии представьте, что вы дуете на вертушку на одном дыхании: вы увидите, что скорость ее вращения зависит не только от объема выдыхаемого воздуха, но и от его силы.

Перекрестный выпускной коллектор c турбинами M  TwinPower Twin Scroll.

Это работает только потому, что турбина Twin Scroll разделяет выхлопные газовые потоки в двух турбонагнетателях.
Для того, чтобы проиллюстрировать преимущество такой системы, давайте попробуем провести следующий мысленный эксперимент. Представим, что восемь цилиндров «поставляют» на турбину выхлопные газы. Это давление не только крутит турбину, но и распространяется по другим трубам выхлопной системы. Поэтому машина теряет энергию. Этот метод называется постоянное давление турбонаддува. Как будто насос загоняет весь газ в один сосуд, а из него он идет на турбину.
В нашем случае есть двойная турбина с технологией Twin Scroll, предусматривающая разделение протоков, прежде чем они попадут в турбину, так что каждый импульс выхлопных газов попадает непосредственно на лопатки турбины, не блуждая в пути. Вот как мы можем использовать скорость газа, а также не только объем выхлопной струи газа, но и её динамику. Её импульс преобразуется эффективно.

Электрический водяной насос системы охлаждения.

Дедросселирование двигателя дает преимущество не только в виде прибавки мощности, но и в виде экономии?
Да, двигатель нового BMW M5 работает почти во всех диапазонах без обогащения топлива, и, следовательно, с уменьшенным расходом топлива. В целом, меры, о которых я уже рассказывал, наряду с другими шагами, приводят к огромным сокращениям потребления во всех режимах эксплуатации, что непременно заметят покупатели. Прежде всего это скажется на увеличении запаса хода на одном баке бензина – этого нашим клиентам решительно не хватало в прошлом поколении M5. Сегодня наши инженеры могут доехать из Гархинга до Нюрбургринга на одном баке топлива. Ранее об этом можно было только мечтать.

Турбокомпрессор (выпускная сторона).

Выбирая режим Sport или Sport plus, мы действительно можем почувствовать дополнительное ускорение. Как это работает?
В режимах Sport или Sport plus подходящий контроллер VALVETRONIC и перепускной клапан держат турбокомпрессор на более высоком диапазоне скоростей. Как правило, перепускной клапан используется для регулирования давления так, чтобы потоки выхлопных газов проходили с минимально возможной потерей. Давление создается снова только тогда, когда я нажимаю на педаль акселератора.
Для более эффективной реакции я оставляю перепускной клапан закрытым до тех пор, пока он мне нужен для начала ускорения. Выхлопные газы всегда проходят через турбину, которая затем работает на значительно более высокой скорости. Когда потребуется больше мощности, она всегда под рукой. Но за это придется расплачиваться повышением расхода топлива. Эту функцию можно включать и выключать. Кстати, в купе BMW 1-Series M такая же функция активируется нажатием на кнопку M.

Двигатель без декоративной крышки. Сверху в центре расположены два каталитических дожигателя выхлопных газов, а рядом с ними находятся контроллеры двигателя с водяным охлаждением.

Мы иногда слышим, что автопроизводители начинают использовать двигатели с турбонаддувом, поскольку они легче в производстве. Это правда?
Нет, это не так, по крайней мере не в случае с нашими двигателями. Высокоскоростные наддувные двигатели подвергаются высокой механической нагрузке не только на самых высоких скоростях, но и в нормальном режиме вождения.
Кроме того, двигатель с турбонаддувом должен выдерживать высокую термическую обработку. Двигатель V8 BMW M5 рассчитан на работу с выхлопными газами температурой до 1050 градусов. Чем выше максимальная температура, тем лучше: нет необходимости обогащать смесь, что приведет к повышению расхода топлива для охлаждения двигателя, кроме того, высокие температуры хороши для увеличения мощности.
Эти температуры, однако, должны быть освоены и находиться под контролем.

Каталитический нейтрализатор.

Нужно контролировать температуру не только во время работы мотора, но и после того, как двигатель будет выключен. В идеале, двигатель может обеспечить большую мощность на низких скоростях (как я уже говорил раньше, примерно в два раза большую, чем у старых V10), поэтому значительно большее количество тепла вырабатывается и в таких режимах.
Для большинства автомобилей это не имеет какого-либо значения, поскольку во время повседневной эксплуатации мотор работает на полную мощность очень редко. Но все же BMW M5 является спортивным автомобилем, и вся  мощность тут будет использоваться, особенно на гоночной трассе.

Водяное охлаждение турбины.

Как вы добиваетесь оптимального охлаждения?
Самыми разнообразными способами. Двигатель был опущен на два сантиметра для улучшения циркуляции воздуха, это также понизило центр тяжести и придало больший динамический эффект. Кроме того, циркуляция масла рассчитана на условия, приближенные к гоночным, и поэтому система способна выдержать боковые ускорения, которые могут достигать 1,3 g.

Масляный радиатор находится под двигателем.

Один из трех радиаторов системы охлаждения мотора.

Новый BMW M5 имеет несколько контуров охлаждения: классические системы водяного и масляного охлаждения соединены цепью «второстепенных» систем охлаждения турбины, механической коробки передач и т.д.

Контроллер водяного охлаждения двигателя.

После выхода BMW 1 серии M Купе был поднят вопрос о максимальной температуре масла, которую может «осилить» мотор.
Ответ проще, чем это может показаться на первый взгляд: вам не о чем беспокоиться! Наши, так называемые, тепловые датчики способны отследить все критические ситуации во время штатной работы. Если фиксируется превышение допустимой температуры топлива, масла и воды или другой элемент мотора становится слишком горячим, контрмеры принимаются автоматически.
Вплоть до понижения мощности для защиты двигателя. Мы даже учитываем крайности:  движение на первой передаче с выжатой педалью газа под палящим солнцем, хотя такое поведение является довольно глупым в любом случае.

Приборная панель новой BMW M5.

В заключении расскажите, чем вы особенно гордитесь в новой BMW M5?
Новый BMW M5 обеспечивает непревзойденную мощность с самых низких оборотов. Вы будете наслаждаться невероятным диапазоном спортивных характеристик. Ездить по гоночной трассе или дороге домой на новой BMW M5 очень весело. Для меня это настоящее удовольствие  - каждый раз садиться в новый M5.

Обсудить статью можно на форуме.