Новый 8-клапанник ВАЗ-11182: как он устроен, за счёт чего подняли мощность и момент

Тюнинг моторов ВАЗов – направление, которое существует по меньшей мере лет 30. Полно рецептов, как снять с мотора номинальной мощностью 80 л.с. все две сотни «лошадок», не говоря уж о повышении отдачи на 25-30 %! Но заводская модификация тем и отличается от тюнинга, хоть «гаражного», хоть «фирменного», что перед инженерами не стоит задача поднять мощность любой ценой. Они должны обеспечить правильный баланс массы показателей, многие из которых находятся в прямом противоречии друг с другом. И создание нового двигателя ВАЗ-11182 как раз и является примером такой работы. Ну а чтобы разобраться в этом непростом вопросе, мы воспользовались тем, что на тесте нового Lada Largus, который и будет оснащаться новым двигателем, присутствовал начальник бюро расчетов и валидации силовых агрегатов АвтоВАЗа Андрей Михайлович Аввакумов. Упустить такую возможность было бы просто грешно, и мы хотим поделиться с вами тем, что удалось выяснить в ходе весьма продолжительной беседы.

Пожалуй, историю 1,6-литровых восьмиклапанников можно отсчитывать с 1985 года, когда в гамме двигателей ВАЗ появился 1,5-литровый карбюраторный мотор с индексом 21083. Изначально он развивал 51,5 кВт, то есть 70 л.с. при 5600 оборотах, на бензине АИ-93, и был получен из более раннего 1,3-литрового мотора ВАЗ-2108 путем увеличения диаметра цилиндров. Естественно, это потребовало внесения в конструкцию массы радикальных изменений. Этот двигатель в начале своего жизненного цикла стоял под капотом Lada Samara и автомобилей десятого семейства.

В 1988 году появилась модификация двигателя ВАЗ-21083, оснащенная измененной шатунно-поршневой группой с плавающим поршневым пальцем и оригинальным распределительным валом. Мощность мотора ВАЗ-2110 составляла 52 кВт (70,7 л.с.), но уже на бензине АИ-91 – СССР к тому времени пытался унифицироваться по маркам бензина с Европой. Вместо АИ-93 появились АИ-91 и АИ-95. По ряду причин АИ-91 не прижился, уступив АИ-92.

Следующим важным этапом стало появление в 1996 двигателя ВАЗ-2111, впервые в истории АвтоВАЗа оснащенного системой впрыска. Это позволило, при сохранении мощности на уровне 70 л.с., получить соответствие нормам выбросов Евро-2.

В дальнейшем появилось несколько модификаций двигателя ВАЗ-2111 с мощностью от 51,5 кВт (70 л.с). до 56,4 кВт (76,7 л.с.), соответствующих нормам токсичности от R83 до Евро-3. Начиная с норм Евро-2, появился фазированный впрыск топлива. Двигателями ВАЗ-2111 (наравне с карбюраторными двигателями 21083 и 2110) комплектовались как Lada Samara, так и 2110.

В 2004 году на выставочной площадке в Тольятти был показан новый мотор с индексом 21114/ 21183 объемом 1,6 л. Интересный факт: один двигатель имел два обозначения, так как он выпускался в двух разных цехах. Моторы были полностью идентичными.

Новинкой планировалось оснащать ВАЗовские новинки – семейства Kalina и Priora. Главной целью модернизации было увеличить крутящий момент на низких оборотах. 

На этот раз конструкторы нарастили объем цилиндров за счет увеличения хода поршней и отказались от попарно-параллельного впрыска топлива, остановившись на фазированном. Замена подпольного нейтрализатора катколлектором (нейтрализатором, устанавливаемым непосредственно возле головки цилиндров) значительно увеличила сопротивление системы выпуска, однако увеличение рабочего объема позволило достичь мощности в 59,5 кВт (80,9 л.с.)

Мотор при этом соответствовал нормам выбросов ЕВРО-3 и 4.

Дальнейшая эволюция была связана с внедрением в 2011-м году облегченной шатунно-поршневой группы, овального катколлектора с уменьшенным сопротивлением, электронного дроссельного патрубка, полуавтомата натяжения зубчатого ремня привода ГРМ, эластичного ремня привода вспомогательных агрегатов на двигателях с индексами 21116/ 11186 и 11189, которые развивали мощность до 64 кВт (87 л.с.) и соответствовали нормам ЕВРО-5 и 5+. К сожалению, на этой модификации двигателя поршень стал «втычным» (то есть при обрыве ремня ГРМ гнуло клапаны), что значительно сократило долю симпатий потребителей.

При модернизации двигателя 21116/11186 для Lada Vesta мотор получил измененные системы впуска, выпуска и подвеску, а заодно и индекс 11189. Тем не менее, не встав под капот Весты по маркетинговым соображениям, с 2015 года двигатель 11189 стал применяться на Ларгусе. С июля 2018 года его поршню была возвращена «безвтычность» с одновременной оптимизацией бокового профиля поршня и заменой антифрикционного покрытия юбки на более износостойкое, что практически исключило задиры поршня при холодном пуске и движении в непрогретом состоянии. 

Ну а вершиной этой восьмиклапанной эволюции и стал представленный в 2021 году двигатель ВАЗ-11182.

Возникает закономерный вопрос: а зачем вообще держаться за схему с двумя клапанами на цилиндр, если еще в 1992 году ВАЗ показал опытный образец «десятки» с 16-клапанным двигателем ВАЗ-2112, развивавшим 94 л.с., то есть на 16 л.с. больше, чем восьмиклапанный аналог (об истории создания этого мотора мы рассказали весьма подробно). Да и Lada Largus оснащается 106-сильным 16-клапанным ВАЗ-21129… 

Планируя модернизацию восьмиклапанного двигателя, заводские конструкторы поставили себе планку – не делать максимальную мощность выше 67,5 кВт или 90 л.с. (с точки зрения физики данное равенство необъяснимо, и оно полностью остается на совести налоговиков).

Дело в том, что производители, которые выпускают автомобили с двигателями мощностью более этого значения, платят дополнительный акциз (увеличивающийся к тому же год от года), что неизбежно приводит к удорожанию автомобиля.

Тогда, может быть, проще было бы дефорсировать 16-клапанный двигатель? Нет, не проще. У 16-клапанников другая головка, два распредвала, больше клапанов, то есть стоимость самого агрегата оказывается существенно выше. Ну а поскольку одной из задач было сохранение конкурентоспособной цены на новый автомобиль, то 8-клапанный мотор посчитали оптимальным вариантом для бюджетных версий, более доступных для массового потребителя.

При этом 8-клапанник оказался даже лучше приспособлен к эксплуатации в городских условиях – за счет более благоприятной для субъективного восприятия кривой крутящего момента езда в городе становится более комфортной. Да, на трассе 16-клапанник, конечно же, будет выигрывать – у него и мощность больше, и максимальная скорость получается выше. Но для легкого коммерческого автомобиля с уклоном в универсальность скорость – это все-таки не главное. Largus – автомобиль достаточно тяжелый, снаряженная масса – от 1300 кг в зависимости от комплектации. Поэтому для такого автомобиля крутящий момент на низких оборотах оказывается более важен, нежели пиковая мощность. И вот в погоне за моментом на низах вазовские конструкторы добились весьма серьезного прогресса. Да, мощностные показатели не поражают воображения, но этого и не требуется от двигателя бюджетного сегмента. Важно, что улучшение есть, оно субъективно заметно при тестировании автомобилей, и это улучшение достигнуто при минимальной стоимости изменения конструкции.

Как известно, главную информацию о моторе дает диаграмма ВСХ, внешней скоростной характеристики, показывающей зависимость крутящего момента и мощности от частоты вращения коленвала. Так вот, если при частоте вращения 1000 об/мин прежний двигатель ВАЗ-11189 выдавал лишь 102,5 Н·м, то новый 11182 – уже 111,4 Н·м. Этот мотор вплотную подбирается к отметке 140 Н·м уже при 2500 оборотах, тогда как предшественника для этого нужно было раскрутить до 3800 об/мин. В реальной жизни эта разница ощущается сразу – и при трогании с места, и при ускорении с относительно небольших скоростей, и при движении с полной загрузкой. 

Ну а теперь давайте рассмотрим, за счет чего удалось достичь нужных показателей и какие детали затронула серьезная модернизация, потому что измененные детали непосредственно влияют на характеристики двигателя. И почти все они являются технологически и конструктивно весьма сложными.

Начнем с ГБЦ. Она претерпела очень серьезные изменения. Инженеры ВАЗа полностью поменяли рубашку охлаждения, изменили каналы впуска и выпуска и оптимизировали камеру сгорания. Как известно, камера формируется за счет головки блока и самого поршня. У 189-го мотора поршень был плоским, а камера сгорания формировалась в основном за счет головки. Такая конфигурация была выбрана для использования шатунов длиной 133,32 мм, унифицированных с 16-клапанными моторами. Впрочем, плоский поршень не позволял реализовать потенциал двигателя по крутящему моменту из-за необходимости снижения угла опережения зажигания. Такая форма камеры сгорания имеет не самые оптимальные антидетонационные свойства, и единственный способ борьбы с этим явлением – уменьшение угла опережения зажигания.

В новом двигателе использованы более короткие, длиной 128 мм, шатуны от 1,8-литрового двигателя, а объем камеры сгорания в значительной степени формируется за счет выборки в днище поршня. Это позволило улучшить закручивание потока топливо-воздушной смеси и достичь существенно лучшего смешивания воздуха с топливом, а значит, улучшило антидетонационные свойства камеры сгорания, дало возможность использовать более оптимальные углы опережения зажигания и повысить степень сжатия с 10.3 до 10.5.

Повышение степени сжатия порождает законный вопрос: а не вызовет ли оно повышения требований к октановому числу используемого горючего, ведь чем больше степень сжатия, тем выше должны быть антидетонационные свойства топлива? Для всех производимых на АвтоВАЗе двигателей сегодня рекомендуется использовать 95-й бензин, но когда на заводе проводятся валидационные испытания, то обязательно проверяется и возможность использования 92-го бензина – можно ли его заправлять, не приведет ли это к возникновению каких-то проблем. Соответственно, в «Руководстве по эксплуатации автомобиля с двигателем 11182» есть запись о том, что в случае отсутствия 95-го бензина допускается использование 92-го. Тем не менее все официальные показатели из таблиц технических характеристик получены при использовании бензина с октановым числом 95, и чтобы полностью прочувствовать все возможности двигателя, нужно заливать именно его.

Помимо модификации камер сгорания, на двигателе ВАЗ-11182 впервые применены трехкомпонентные маслосъемные кольца вместо двухкомпонентных. Время идет, технологии меняются, поставщики предлагают новые решения... На заводе провели испытания этих колец, и вместе с новой конструкцией маслоотделителя они показали хорошие результаты: угар масла по сравнению с предыдущим мотором упал в два раза! Угар, конечно же, зависит от нагрузок и оборотов. В ходе испытаний, например, сравнивали угар масла на 182-м и 189-м моторах при работе на 2000 оборотов. На старом моторе угар составил 9-10 г/ч, а на новом – всего 5 г/ч. И такую же картину можно видеть во всем диапазоне оборотов – угар снижен практически вдвое. Изменился и жаровой пояс: он стал шире при сохранении неизменной массы поршня. Тем самым улучшили рассеивание тепла, поступающего от камеры сгорания, при одновременном снижении температуры поршневых колец.

Итак, двигатель получил новый шатун и новый поршень. При этом поршень остался «невтыковым», то есть при обрыве ремня ГРМ не происходит утыкания поршня в клапан и загиба клапанов, поскольку на поршне есть специальные выемки под клапаны. Такие поршни теперь имеют и 16-, и 8-клапанные моторы, и ставить их начали с 2018 года. До того обрывы ремня ГРМ были реальной проблемой, а теперь, если ремень всё-таки оборвется, владельцу не придется тратить серьезные деньги на восстановление двигателя. Опять же, у многих может возникнуть вопрос: а почему применен ременный привод, а не цепной, который в теории может иметь больший ресурс?. Причина проста: он дороже в производстве. Ну а заявленный ресурс ремня ВАЗовских моторов составляет 180 000 км.

Вообще, газораспределительный механизм обновился весьма радикально. Распредвал теперь полностью новый. Его облегчили, уменьшили ширину рабочей поверхности кулачков с 15,3 до 11 мм, затылков кулачков – с 17,7 до 6 мм, поменяли профиль. На выпуске поменялась высота кулачка. Поменяли развал и фазы, и в целом массу распредвала по сравнению с предыдущей версией мотора удалось снизить примерно на 500 г, с 2650 до 2069 г. Улучшились условия подъема и посадки клапана в седло, а это снизило уровень шума – по сравнению с предыдущей версией он уменьшился на 2,4 дБ. 

Клапаны тоже стали легче, поскольку диаметр штока клапана был уменьшен до 5 мм, за счет чего произошло облегчение самого клапана. Изменились и седла клапанов: если раньше толщина седла составляла 9 мм, то теперь она уменьшилась до 6 мм. Поменялся и диаметр втулок клапанов. Изменились и маслосъемные колпачки – их позаимствовали с 16-клапанного двигателя альянса Renault-Nissan.

Полностью изменилась конструкция толкателей клапанов ГРМ. Раньше там использовались две пружины и регулировочная шайба. Сейчас там одна пружина и толкатель без регулировочной шайбы, так что при регулировке клапанов меняются сами толкатели. Такое решение используется как в моторах альянса Renault-Nissan, так и у многих других конкурентов, например, в двигателях Hyundai и Kia. В результате клапаны начинают требовать регулировки только при пробеге в 90 000 км. Это хорошая цифра, но главное, что такая конструкция позволила отказаться от нулевого ТО и первой регулировки на 2000 км пробега. Правда, теперь процедура регулировки заключается в замене толкателей, что более трудоемко. 

Радикально поменялась технология сборки. Раньше на заводе собирали головку цилиндров отдельно от двигателя, и на ней же происходила регулировка клапанов. Собранная головка ставилась на двигатель, и затягивались винты крепления головки. В процессе затяжки винтов происходила небольшая деформация головки, нарушающая регулировку зазоров клапанов, и в итоге при пробеге в 2 тысячи км клапаны приходилось обязательно регулировать. Сейчас сборка осуществляется на двигателе: сначала головку ставят на двигатель, потом собирают, затем регулируют, и этим обеспечивается точность зазоров между толкателями и кулачками. 

Поменяли и верхнюю крышку двигателя: теперь она выполнена из алюминия, имеет 6 точек крепления вместо двух и снабжена новой прокладкой для надежного уплотнения крышки головки цилиндров. Изменили конструкцию маслоотделителя, и это позволило лучше отделять масло от картерных газов, поступающих после отделения масла обратно в двигатель. Качество отделения масла повысилось в 2 раза: если на предыдущем двигателе уходило порядка 2 г/ч, то сейчас – меньше 1 г/ч. Собственно, у восьмиклапанника и не было особых проблем с расходом масла, но новые технологии позволили сделать эту ситуацию еще лучше.

Конструкторы уменьшили диаметр дроссельного патрубка, получив за счет этого возможность точнее дозировать поступление воздуха при низких оборотах. Это позволило снизить обороты холостого хода с 850 до 750 об/мин, и это очень важно для потребителя, поскольку этот показатель непосредственно влияет на расход топлива. Заодно можно ожидать, что владельцы автомобилей с новым мотором забудут о такой характерной для восьмиклапанных двигателей болячке, как проблема плавающих оборотов.

Блок цилиндров остался без изменений – конфигурации масляных каналов и каналов охлаждения менялись только в головке, а вот конструкция коленчатого вала была модифицирована более чем существенно. Ширина шатунных шеек была уменьшена с 27,2 до 19 мм, а их диаметр – с 47,8 до 43 мм. Уменьшено количество противовесов: на старом восьмиклапаннике их было 8, а стало 4 (такое решение также используется на моторах Renault).

Изменилась схема подачи масла на подшипники скольжения. Технологи существенно оптимизировали производственный процесс: раньше сверление масляных каналов проходило в три этапа: сверлили шатунные шейки в одном сечении, сверлили коренные шейки, а потом сверлили диагональный канал сквозь коренную и шатунную шейку и ставили заглушки. Теперь сверлится один диагональный канал с поверхности коренной в шатунную шейку с выходом на её поверхность, что позволило отказаться от заглушек и получать канал одним сверлением. Это никак не отразилось на качестве смазывания, зато не только уменьшило себестоимость изготовления детали, но и улучшило эпюру несущей способности масляного клина в подшипниках скольжения. 

Кроме того, оптимизированы прокладка головки цилиндров, свечи зажигания, катколлектор, корпус рампы форсунок и многое другое...

Ну а что же в итоге? В итоге в линейке двигателей ВАЗ появился достаточно современный по конструкции, тяговитый и, что важно, относительно недорогой двигатель. На сегодняшний день он сертифицирован по нормам Евро-5+, но экологические нормы неминуемо будут ужесточаться, и у двигателя есть потенциал повышения до Евро-6, да и в целом потенциал его модернизации еще не исчерпан. В любом случае, в течение ближайших 5-6 лет он точно будет пользоваться спросом.