«Безвтыковые» поршни: идея, которая завела моторы в тупик

На протяжении примерно двух последних десятилетий крупнейший российский автопроизводитель — Волжский автозавод — широко применял на своих двигателях так называемые «безвтыковые» поршни. Сначала это неформальное название закрепилось за самими поршнями, а затем и за моторами в целом. Причиной стала характерная конструкция днища: на нём выполнялись специальные углубления. Из-за этих выемок детали выглядели весьма внушительно и производили впечатление сложной высокотехнологичной конструкции.

Однако теперь, судя по всему, от подобного решения на предприятии постепенно отказываются. По крайней мере, на новом двигателе ВАЗ-11184, который устанавливают на Niva Travel, применяются уже другие поршни — без привычных выемок. Автолюбители обычно называют такие поршни «втыковыми»: их днище полностью гладкое.

Сам двигатель 11184, судя по всему, рассматривается на заводе как перспективная разработка. Его рабочий объём составляет 1,8 литра — параметр, хорошо подходящий для легковых автомобилей. Поэтому предполагается, что в дальнейшем этот мотор будут модернизировать и использовать на будущих моделях LADA.

Как появилась идея «безвтыкового» поршня

Само решение с проточками на днище поршня изначально трудно назвать удачным. Более двадцати лет назад подобная конструкция впервые появилась на двигателях Lada Priora. Тогда её рассматривали скорее как временную меру, поскольку сама Priora в тот период сопровождалась множеством технических проблем.

Качество сборки двигателей оставляло желать лучшего. Помимо этого, нередко происходили обрывы или растяжение ремня привода газораспределительного механизма. В таких случаях поршни в верхней точке хода сталкивались с клапанами, что приводило к деформации направляющих и серьёзным повреждениям самих деталей.

Именно тогда, вероятно, и возникло жаргонное выражение «втыкнуть», описывающее подобное столкновение. Поршни прежней конструкции стали называть «втыковыми». Решение проблемы оказалось довольно очевидным: увеличить толщину днища поршня и выполнить на его поверхности специальные углубления — цековки — точно по диаметру клапанов.

Позднее, когда конструкцию признали пригодной для серийного применения, выемки начали формировать непосредственно в процессе изготовления детали. Их выполняли методом горячей штамповки вместе с канавками под поршневые кольца. Благодаря этому при обрыве ремня клапаны уже не сталкивались с поршнем: тарелка клапана просто попадала в соответствующую цековку.

Недостатки «безвтыкового» решения

С тех пор «безвтыковые» поршни устанавливались на большинстве двигателей АвтоВАЗа. Однако вместо того чтобы решить проблему с качеством ремней привода ГРМ, инженеры фактически выбрали обходной путь. Сама конструкция поршня оказалась компромиссной и в итоге серьёзно ограничила развитие новых двигателей.

Теоретически проблему можно было устранить иначе — например, модернизировав производство ремней. Замена оборудования и использование более качественных материалов позволили бы увеличить ресурс ремня, который тогда составлял всего около 25–35 тысяч километров, причём момент его обрыва предсказать было невозможно. Альтернативой могла стать покупка современного оборудования для их производства.

У «безвтыковых» поршней возникло несколько серьёзных недостатков. Во-первых, они значительно дороже в изготовлении. Точно сформировать цековки методом обычного литья невозможно, поэтому поршни производили горячей штамповкой из дорогих порошковых сплавов на основе никеля, алюминия и кремния. В результате средняя стоимость такого поршня, например для Lada Priora, была примерно втрое выше цены детали, полученной обычным литьём в стальную форму.

Во-вторых, геометрия камеры сгорания оказывалась далека от оптимальной. Любое уменьшение высоты поршня автоматически снижало степень сжатия топливно-воздушной смеси. Из-за этого новый двигатель терял примерно до 7% мощности, а после пробега свыше 30 тысяч километров потери могли достигать 12–15%. Причиной снова становились те самые цековки.

На внутренней поверхности углублений постепенно накапливался кокс, который продолжал тлеть даже после подачи свежей смеси. Это приводило к возникновению калильного зажигания и детонации. Кроме того, сами выемки, хоть и имели глубину всего несколько миллиметров, заметно ухудшали движение потоков воздуха и отработавших газов.

Такая геометрия усложняла управление фазами впуска и выпуска, что напрямую отражалось на расходе топлива и общем коэффициенте полезного действия двигателя.

Почему от этой схемы начали отказываться

Интересно, что аналогичный период увлечения «безвтыковыми» решениями существовал и у европейских и японских производителей. Это происходило до массового перехода на высокооктановый бензин и до широкого внедрения каталитических нейтрализаторов. Однако со временем выяснилось, что подобная конструкция экономически и технически невыгодна.

Позже, с распространением турбонаддува, некоторые компании вновь попытались вернуться к идее поршней с выемками. Но и тогда оказалось, что более эффективными являются другие методы: использование длинных шатунов, увеличение хода поршня и применение коленчатых валов со сложной геометрией.

Именно такой подход реализован, например, в конструкции двигателя ВАЗ-11184, где от прежней «безвтыковой» схемы уже отказались.

Читайте ещё материалы:

• Современные одноразовые моторы: миф или реальность?
• 4WS: японская классика и европейский ренессанс
• Новый кроссовер Omoda прошёл кошачью проверку