Ещё недавно десятицилиндровый двигатель не казался чем-то исключительно коллекционным. V10 ставили на вполне серийные спортивные автомобили: Lamborghini Gallardo и Huracan, Audi R8, BMW M5 и M6 поколений E60 и E63, Porsche Carrera GT, Lexus LFA и другие модели. Причём эту архитектуру выбирали производители с совершенно разным инженерным подходом.
Сегодня найти новый серийный автомобиль с V10 гораздо сложнее. Даже в сегменте суперкаров десять цилиндров постепенно уступили место компактным турбированным V8, гибридным установкам и электромоторам. Сам по себе V10 не стал плохим двигателем — просто его преимущества теперь всё труднее оправдать на фоне требований к расходу топлива, выбросам, компоновке и стоимости разработки.
Зачем автомобилю вообще нужны десять цилиндров
По своей архитектуре V10 занимает промежуточное положение между V8 и V12. Дополнительные цилиндры позволяют при сопоставимом рабочем объёме уменьшить объём каждого отдельного цилиндра и получить двигатель, хорошо приспособленный к высоким оборотам. При этом такой мотор остаётся компактнее и, как правило, легче сопоставимого по характеристикам V12.
Особенно хорошо эта комбинация подходила атмосферным спортивным двигателям. Производитель мог получить большую мощность без использования турбокомпрессоров, сохранить непосредственную реакцию на педаль акселератора и одновременно придать автомобилю собственный характер.
Показательным примером остаётся Lamborghini Huracan Tecnica. Его атмосферный 5,2-литровый V10 развивал 640 л.с. при 8000 об/мин. У Porsche Carrera GT двигатель был ещё более необычным: атмосферный V10 объёмом 5,7 литра выдавал 612 л.с. при тех же 8000 об/мин, а сама конструкция имела связь с гоночным проектом Porsche.
Однако дополнительные цилиндры имеют свою цену. Чем сложнее двигатель, тем больше в нём деталей, выше масса и крупнее размеры, а производство и разработка обходятся дороже. Пока V10 давал характеристики, которые сложно было получить другими способами, этот компромисс имел смысл.
Как турбина изменила расклад
Одним из главных факторов, изменивших положение V10, стало развитие турбонаддува. Атмосферному двигателю для увеличения мощности приходится пропускать через цилиндры больше воздуха, а добиться этого можно увеличением рабочего объёма, повышением оборотов и совершенствованием газораспределения.
У каждого из этих решений есть пределы. Турбокомпрессор позволяет решить задачу иначе: он принудительно увеличивает массу воздуха, поступающего в цилиндры, благодаря чему сравнительно небольшой двигатель способен развивать очень высокую мощность и большой крутящий момент.
Современный V8 с двумя турбокомпрессорами поэтому способен не просто приблизиться к атмосферному V10 по максимальной мощности, но и значительно превзойти его по крутящему моменту в широком диапазоне оборотов. При этом такой ДВС можно объединить с гибридной системой.
Очень показательно изменение, произошедшее с Lamborghini. Huracan использовал атмосферный 5,2-литровый V10, тогда как его преемник Temerario получил 4,0-литровый V8 с двумя турбокомпрессорами и тремя электромоторами. Суммарная мощность силовой установки достигает 920 л.с.
Получается парадоксальная на первый взгляд ситуация: уменьшение количества цилиндров больше не означает обязательного снижения производительности. Современные технологии позволяют получить от меньшего по объёму двигателя значительно больше мощности и тяги.
Расход топлива стал частью конструкции
Для атмосферного V10 высокая производительность неизбежно связана с большим расходом топлива. А чем больше топлива сгорает, тем больше образуется углекислого газа.
Для производителя это давно перестало быть только вопросом характеристик отдельной модели. На крупных автомобильных рынках действуют требования к эффективности автомобилей и выбросам, а в Евросоюзе установлены целевые показатели CO₂ для парка новых машин производителя.
Поэтому мощный автомобиль с большим атмосферным двигателем оказывается частью общей экологической и экономической системы компании. Даже если конкретный суперкар продаётся небольшим тиражом, его двигатель всё равно приходится разрабатывать и сертифицировать с учётом действующих требований.
Показательны данные последних Audi R8. В зависимости от версии официальные выбросы находились примерно около 300 г CO₂ на километр, а у R8 V10 GT RWD превышали 330 г/км по циклу WLTP.
Таким образом, большой атмосферный двигатель оказывается не самым удобным инструментом для производителя, который одновременно должен повышать эффективность всей модельной линейки и снижать средние показатели расхода топлива и CO₂.
Причём здесь токсичность выхлопа
Исчезновение V10 нельзя объяснить только ограничениями по углекислому газу. CO₂ и токсичные компоненты выхлопа относятся к разным экологическим задачам.
Отдельные нормы регулируют оксиды азота, угарный газ, углеводороды и твёрдые частицы. Для их снижения применяются каталитические нейтрализаторы, системы управления составом смеси и другие элементы очистки выхлопа.
Технически большой бензиновый двигатель можно адаптировать к строгим экологическим требованиям. Само наличие десяти цилиндров не делает прохождение сертификации невозможным.
Но разработчику приходится решать гораздо больше задач. Нужно учитывать холодный запуск, скорость прогрева каталитических нейтрализаторов, состав выхлопа в разных режимах, переходные процессы и работу электронных систем управления.
Для массового двигателя такие инвестиции распределяются на большое количество автомобилей. Специализированный V10 выпускается значительно меньшим тиражом, поэтому стоимость разработки и модернизации каждой такой силовой установки становится гораздо ощутимее.
Почему V10 обходится дорого
У десятицилиндрового двигателя больше деталей, чем у сопоставимого V8: цилиндров, поршней, шатунов, клапанов и элементов клапанного механизма. Увеличиваются размеры блока и головок, усложняются системы впуска, выпуска и охлаждения.
Однако особенно важна не только стоимость самих компонентов. Большую роль играет цена разработки.
Современный мотор должен пройти масштабные испытания на ресурс, температурные режимы, выбросы, работу электронных систем и соответствие требованиям разных рынков. Когда двигатель производится сотнями тысяч экземпляров, затраты можно распределить на огромный тираж.
С V10 ситуация иная. Такой мотор исторически использовался преимущественно в дорогих и специализированных моделях. Поэтому его производство никогда не давало той экономии масштаба, которая доступна массовым V6 или V8.
Именно поэтому даже в период популярности V10 он не стал универсальным двигателем для легковых автомобилей. V8 оставался более гибкой архитектурой, а десять цилиндров появлялись там, где производителю требовался особый силовой агрегат для спортивной или флагманской модели.
Длинный двигатель занимает слишком много места
Есть у V10 и чисто физический недостаток. Такой двигатель занимает значительный объём пространства, особенно при продольной установке.
В моторном отсеке нужно разместить не только сам блок цилиндров. Рядом находятся впускная система, выпускные коллекторы, каталитические нейтрализаторы, радиаторы и другое вспомогательное оборудование.
Современная гибридная силовая установка дополнительно усложняет задачу. Теперь инженерам необходимо найти место для электромоторов, высоковольтной батареи, силовой электроники и дополнительных контуров охлаждения.
Каждый элемент конкурирует за пространство, массу и систему охлаждения. Поэтому компактность двигателя становится всё более ценным свойством.
Более короткий V8 может освободить место для компонентов гибридной системы, улучшить распределение массы или позволить конструкторам проще выполнить другие требования автомобиля. Вопрос теперь заключается не только в том, можно ли разместить V10, а в том, оправдывает ли получаемый результат занятую им конструктивную нишу.
Электромотор забрал часть работы у V10
Раньше для получения высокой мощности, быстрого отклика и впечатляющей динамики производителю приходилось в значительной степени решать все эти задачи силами самого ДВС. Большой атмосферный двигатель был одним из способов добиться нужного результата.
Электромотор изменил ситуацию. Он способен практически мгновенно создавать тягу и дополнять двигатель внутреннего сгорания именно там, где ему самому требуется время для набора оборотов или изменения нагрузки.
Поэтому современный суперкар может распределить задачи между несколькими источниками мощности. ДВС обеспечивает работу в оптимальном диапазоне, турбонаддув повышает отдачу, а электромоторы добавляют тягу там, где это необходимо.
При этом гибридная система сама по себе увеличивает массу и сложность автомобиля. Один из способов компенсировать эти дополнительные компоненты — уменьшить размеры и массу двигателя внутреннего сгорания.
В результате атмосферный V10 всё чаще проигрывает не одному конкретному конкуренту, а целой комбинации современных технологий.
Почему V10 всё равно любят
Если сравнивать исключительно мощность, динамику и эффективность, десять цилиндров уже не являются обязательным условием для создания быстрого автомобиля. Но двигатель оценивают не только по цифрам.
V10 обладает характерным звуком, который формируется сочетанием порядка рабочих импульсов, высокой частоты вращения, конструкции выпускной системы и особенностей самого двигателя. Особенно выразительно это проявляется у высокооборотных атмосферных моторов.
При этом даже два двигателя одинаковой архитектуры могут звучать совершенно по-разному. На итоговый результат влияют выпускные коллекторы, длина и конфигурация каналов, соединение выпускных трактов, резонаторы, глушители и клапаны.
Получается, что количество цилиндров задаёт лишь основу характера. Окончательный «голос» двигателя формируется всей системой — от процессов внутри цилиндров до момента выхода отработавших газов из выхлопных насадок.
Именно поэтому старые атмосферные V10 сегодня представляют особый интерес для автомобильных энтузиастов. Их конструкция возникла в эпоху, когда большую мощность, быстрый отклик и характерный звук старались получить преимущественно за счёт самого двигателя.
Современная техника научилась решать те же задачи иначе. Турбонаддув, электронное управление, гибридные системы и электромоторы позволяют получить высокую отдачу от меньшего ДВС. И в этой новой инженерной реальности десять цилиндров оказались не бесполезными, а просто слишком дорогим и сложным способом получить то, что теперь можно сделать несколькими другими технологиями.