M103 vs. M104 vs. M104

В ожидании весны разминаю мозговые центры, отвечающие за автоприкладные функции. Нашел кривые внешних скоростных характеристик двигателей М103 3.0, М104 3.0 (или М104.98х) и М104 3.2 (или М104.99х). Данные по своему М104 2.8 (он же М104.94х), к великой досаде, обнаружить не удалось, поэтому жажду знаний пришлось удовлетворить посредством высокоточного, очень научного и ни разу не умозрительного метода экстраполяции, исходя из характеристик старшего брата.
Предполагаю, что это будет интересно в первую очередь тем, кто задумывается о замене одного двигателя другим.
Графики любезно предоставлены журналом Motortechnische Zeitschrift за 1998 г. и творчески переработаны вашим покорным слугой. Цифры на графиках получены на стенде и чуть отличаются от паспортных данных производителя.

Первое, что интересовало, это эластичность сравниваемых моторов.
Пусть показатель во многом больше теоретический, тем не менее дает неплохое представление как о качестве проектирования двигателя (в общем случае), так и о преимуществе (в нашем случае) изменяемых фаз ГРМ и многоклапанной схемы по сравнению с двуклапанной (известно, что М104.98х – это тот же М103, только с 4 клапанами на цилиндр и механизмом доворота распредвала).
Так вот, основные технические улучшения М104.98х по сравнению с 12-клапанным 103-им:
— регулировка фаз ГРМ,
— 4-клапанная схема.

Из графиков видно, что эластичность (т.е. диапазон между пиком макс. мощности и пиком макс. момента) растянулась с 1300 до 1700 оборотов (30%). Прирост же крутящего момента на снижении оборотов между точками на кривой момента, соответствующими пикам макс. мощности и макс. момента, снизился с 13,7% (от величины макс. момента) до 7,55%.

В М104 3.2 к указанным новшествам прибавился резонансный впускной коллектор с заслонкой (в основном это отразилось на характере кривой момента до пиковых Нм). Диапазон эластичности практически не изменился (1750 об.), зато прирост момента на этом участке составляет уже 9,7% против 7,55%.
Вроде как напрашивается вывод об улучшении приспособляемости к нагрузкам, но не стоит забывать, что рабочий объем М104.99х на 200 кубиков (6,7%) больше, чем 3-хлитрового М104.98х. Вдруг это заслуга разницы рабочих объемов?
Для справедливости возьмем мой 104-й мотор 2.8 л. Несмотря на то, что у 2.8 плечо на колене на 3,35 мм меньше, чем у 104.98х (36,75 мм против 40,1), крутящий момент у «малыша» почти такой же (270 и 272 Нм соответственно, если брать паспортные данные). При этом обороты на пиках мощности и момента у 2.8 и 3.2 практически идентичны. Поэтому с известной долей допущения можно считать, что общий вид кривых ВСХ у 2.8 повторяет таковой у 3.2.
Более того, если копать глубже, можно выяснить другие любопытные детали. Как известно, в рабочем диапазоне любого нетурбированного двигателя есть ярко выраженная точка максимального крутящего момента, который падает по мере дальнейшего увеличения частоты вращения КВ. Это связано с ухудшающимся наполнением цилиндров рабочей смесью. Понятно, что наиболее болезненно на уменьшение количества смеси в цилиндре при прочих равных (а в нашем случае прочие действительно равны) будет реагировать мотор с меньшим плечом на коленвале. Как раз мой случай. Плечо КВ у 2.8 на 5,25 мм (14%) меньше, чем у 3.2. При этом объем и форма камеры сгорания, степень сжатия (если не брать дефорсированные версии), размер клапанов, диаметр цилиндра, угол и момент доворота распредвалов (и почти наверняка профиль кулачков), характеристики впускного тракта, свечи и используемое топливо одинаковы.
Соответственно, вывод: у 2.8 после пика крутящего момента по мере роста оборотов моментная кривая должна падать более отвесно, чем у 3.2. А если это так, то абстрактная теоретическая приспособляемость к нагрузкам у 2.8 лучше, чем у 3.2, ибо в диапазоне оборотов между мощностным и моментным пиками при увеличении нагрузки (=падении оборотов) крутящий момент будет расти более круто.
Еще раз подчеркиваю, что этот вывод – чистейшей воды теоретизирование и манипуляция абстрактными величинами. Очевидно, что в ситуации практического выбора, что воткнуть на место 103-его – 2.8 или 3.2 – следует предпочесть последний, если стоит задача обеспечить машине наилучшие динамические и скоростные характеристики…
И потом: ВСХ характеризует поведение двигателя на ПОЛНЫХ нагрузках, т.е. при полностью открытом дросселе. Таких ситуаций в реальной жизни бывает раз-два — и обчелся. Поэтому при оценке мотора возводить в абсолют данные ВСХ было бы неправильно.

Далее. Размышления о факторах, влияющих на нагруженность и износ КШМ и ЦПГ, привели к сравнению средних скоростей поршня этих моторов. Общее правило — чем больше скорость перемещения деталей относительно друг друга, тем больше износ.
Формула расчета средней скорости поршня очень проста: (ход поршня*обороты)/30.
При оборотах, соответствующих пику мощности (а они разные для всех моторов), средние скорости поршней:
1) М103 – 15,2 м/с на 5700 об.;
2) М104.98х – 16,8 м/с на 6300 об.;
3) М104.99х – 15,4 м/с на 5500 об.;
4) М104.94х – 13,5 м/с на 5500 об.

Если смотреть по одинаковым оборотам, например, 5000:
1) М103 и М104.98х – 13,4 м/с (одинаковый коленвал);
2) М104.99х – 14 м/с;
3) М104.94х – 12,25 м/с.

Ну а выводы можете сделать сами.