Чип-тюнинг — мнение двигателиста БМВ (перевод с немецкого)

СпасибоAeRT, который дал ссылочку на данную статью. Текст честно стащила у пользователя HombreCalgarian! Это замечательная статья! Я от неё в восторге, о бмвшном двигателе 23Д конечно можно говорить вечно, но после этой статьи я стала любить его еще больше :) Не могла не поделиться со своими подписчиками, приятного чтения :)

В прежние, все более былинные, времена трава была травянее, женщины женственнее, инженеры инженернее, нации были самобытны, глобализм еще не шагал по планете, а прослыть ростовщиком или барыгой — было лишь немногим лучше, чем проституткой или лицом нетрадиционной ориентации.
Продукция встающей с колен Европы (ее западной части) была добротной и привлекательной. Ее разработкой занимались серьезные и дотошные, гордящиеся своим трудом, герры, месье и синьоры инженеры, которыми руководили другие герры и месье, с докторскими и профессорскими регалиями в различных технических науках. Они же имели решающее – или, как минимум, очень весомое — слово при вычерчивании направления и стратегии развития своих компаний. У конвеерных линий еще чертыхались на местном наречии, а не на привозном турецком или сербском.

Если же оставить шутливый тон, то было множество причин, почему техника проектировалась и делалась с таким серьезным ресурсом.

Инженерные разработки и доводка (пресловутый R&D, он же НИОКР) в докомпьютерную эпоху были дорогими, трудозатратными и занимали очень много времени. Расчеты проводились вручную, и было принято закладываться с запасом, на всякий случай. Переналадка производства и проработка логистических цепочек, когда связь имелась только по телефону-телетайпу или по обычной почте, была не менее тривиальна. Поэтому конвейерное изделие должно было быть максимально унифицированным для производства и выпускаться достаточно долго, чтобы отбить все вложения и успеть принести прибыль.

И самое главное – рынок не был перенасыщен, люди были небогаты и не было дешевых кредитов. Поэтому вещи, особенно такие дорогие как автомобили, покупались надолго, и от них ожидался длинный срок службы.

В таких условиях появление ресурсной техники было естественным ответом производителей на существующий спрос. Какую марку не копни, даже итальянцев (тут, правда, больше коммерческая техника), у нее всегда находилась хоть пара, но гарантированных двигателей-500-тысячников, а то и вовсе миллионников. И запасы по форсировке у многих тогдашних двигателей были просто неисчерпаемые.
Взять мерседесовские турбодизели ОМ617 из ранних 70ых, которые в стоке ленивые и категорически негоночные, но легко принимающие кратное увеличение наддува и, будучи дожатыми до 300-400 л.с, легко, как пушинку, уносящие немаленький S-Klasse в сияющие дали.

Вот, к примеру, довольно известный в американском МБ-клубе экземпляр, получивший такую прибавку после 1,7 миллиона километров без капремонта двигателя, после чего успешно накатавший еще 200,000 км.

Из более современных примеров на ум приходят саабовские В202-234х или ниссановские RB. И те, и другие легко «дуются» до 400-500 сил с минимальным усилением потрохов – или вовсе без оного, при этом проживая долгую и насыщенную жизнь.

Сегодня реалии НИОКР, производства и логистики изменились кардинально. Автоматизированные системы проектирования CAD позволяют в рекордные сроки проводить сложнейшие термодинамические и прочностные расчеты, создавать чертежи для производства – и при необходимости моментально вносить в них изменения. Сроки разработок сократились в разы. И тот же CAD позволил несколькими щелчками мыши укладывать разрабатываемые детали в очень узкие рамки по расчетной прочности и цене. Иными словами, инженерить стало кардинально дешевле и быстрее.

Компьютеризованные и предельно автоматизированные производственные линии получили сказочную гибкость и возможность переключения с одной конфигурации изделий на другое просто щелчком мыши.

Глобализация, легкость пересылки информации и надежная связь сделали поставку комплектующих проще, оперативнее и надежнее. Выпестованные японцами технологии и процессы just-in-time, контроля качества и суточного склада, автоматизации всего станочного парка – все это свело к минимуму складские запасы. Собирать в заводских условиях самые разнообразные комплектации и вариации по сути одной и той же модельной платформы и архитектуры стало просто.

Рынок перенасытился. Все — и государства, и частные корпорации — делают возможное и невозможное, чтобы подстегнуть спрос и повысить темп сменяемости автопарка.

Одновременно идет постоянный прессинг по сокращению накладных расходов (пресловутый cost-cutting), ибо он подстегивается Ключевыми Показателями (KPI), на основе которых расчитывается успешность и эффективность работы корпораций (и размер бонусов наемных менеджеров).
Иными словами, сейчас стало выгодно штамповать предельно удешевленный, но разнообразный и привлекательно смотрящийся (для неспециалиста-пользователя) продукт с постоянно-высокой сменяемостью на рынке.

При всем при этом именно сейчас, по причине распространения двигателей с турбонаддувом, соблазн увеличить лошадиное поголовье под капотом еще выше. Ибо делов-то: купил прошивку и шнурок с ОБД-разъемом, залил – и наслаждайся. Но так ли все просто и беспоследственно, как заверяют нас чиповщики?

Аккурат в эту тему на глаза попался замечательный материал, который гуляет по немецким БМВ-форумам уже пару лет как минимум. Весь текст – сведенные воедино посты некоего неназванного автоконструктора из БМВ, который дотошно рассматривает этот вопрос. И даже если сделать скидку на лояльность и менталитет «оригинального производителя» и забыть на время проблемы с цепными ГРМ и прочими болячками последних дизельных движков БМВ, приводимая фактология представляется весьма интересной. Настолько, что я изменил своему обычному правилу не заниматься прямым переводом и перепостом чужих материалов.

Так как исходный материал был на незнакомом мне немецком наречии, был призван на помощь Гугль-транслейт и собственный 20+-летний переводческий опыт. Тем не менее, сей труд так и остался бы неосмысленным бормотанием, если бы не камрад molmekh. Именно его беглый, нативного уровня хох-дойч, глубокое понимание проблемы и бесконечное терпение позволили превратить нижеприведенный материал в логичный и ладный текст.

Я уже более 20 лет работаю в БМВ, и занимаюсь разработкой дизельных двигателей. Как поколения М47/М57, так и N47/N57 я во многом числю своими детищами, ибо только по последним зарегистрировано 3 патента на мое имя.

Раньше можно было разрабатывать двигатели индивидуально почти под каждую модельную линейку. Сейчас же всем рулит унификация и модульность (Прим. перев. — использование идентичных комплектующих и узлов для всей линейки двигателей различных рабочих объемов и конфигураций) – только таким способом можно производить двигатели за вменяемые деньги в современных реалиях. БМВ производит шестицилиндровые двигатели только объемом 3 литра, которые по своей конструкции унифицированы. Что, к сожалению, в ограниченной картине мире типичного тюнера делает их одинаковыми.

В 1993 году БМВ начала разработку современных дизельных двигателей с прямым впрыском. При этом на стадии НИОКР не строится полноценный двигатель. Вместо него изготавливается только один цилиндр-шаблон (Masterzylinder), используемый для всех двигателей «коммон-рейл» с диаметром цилиндра 84 мм и рабочим ходом 90 мм. В 4-цилиндровой конфигурации получается 2-литровый дизель, в 6-цилиндровой – 3-литровый, а из 8 мастер-цилиндров собирался V8 для 7-ой серии.

В настоящее время изначально цилиндры-шаблоны разрабатываются в трех категориях: «пониженная» UL, «повышенная» OL и «верхняя» TOP.
UL (Унтер-ляйстунг) подразумевает более низкие паспортные мощность и момент, поэтому, например, для «унтера» берут поршни из самого простого алюминиевого сплава и простой кованный коленвал. Двигатель, собранный по такому стандарту, выдает до 25 кВт или 75 Нм на цилиндр. Данный цилиндр-шаблон – в основе двигателей x16d, x18d и x25d (исключая платформу F10 с 2011 года) .

OL (Обер-ляйстунг) подразумевает повышенные требования по мощности и моменту. Поэтому стенки цилиндра хонингуются в несколько проходов, берутся кованые шатуны и используются коренные подшипники с напылением. Все вместе позволяет снимать с каждого цилиндра уже до 35 кВт или 100 Нм. Этот шаблон используется в двигателях линейки x20d и x30d.

ТОР (читается как «топ») — это максимальные показатели. Для чего шейки коленвала подвергаются дополнительной обработке, а стенки цилиндра подвергаются лазерному структурированию.
Это позволяет повысить как частоту рабочих циклов и скорости движения компонентов ЦПГ, так и давление впрыскиваемого топлива. Данный цилиндр-шаблон используется в двигателях моделей x23d, 525d с 2011 года, а также x35d и x40d.

Все перечисленные категории двигателей имеют одинаковые геометрические параметры, но кардинально иные материалы, используемые в изготовлении их компонентов.
А именно:
В UL (25d — 6 цилиндров), 18d, и т.д.) – поршни Mahle Серии 124, с содержанием меди в сплаве 0.6%, электромагнитные форсунки.
В OL (20d, 30d) — поршни Mahle Серии 148 с содержанием меди в сплаве 1.2%, пьезофорсунки, давление в топливной рейке 1800 Бар, шатуны и коленвалы из более прочных материалов.
У Top (23d, 35d, 50d) – поршни Mahle 174, и другие различия.

Рассмотрим подробнее поршни.

В сравнении с UL, у ОL повышенное содержание меди, что позволяет более эффективно производить теплоотвод от рабочей поверхности поршня к юбке. Повышение содержания хрома позволяет поршню выдерживать температуру и давление, свойственные типу OL в сравнении с UL.

Две основые примеси – медь (для улучшеной теплопроводности) и хром (для повышения прочности при высоких температуре и давлении). Засада в том, что хром, медь и алюминий имеют различные температуры плавления и плотность, поэтому их сложно свести в единый сплав без тщательного смешивания.

Тип 124 наиболее удобен и экономичен в производстве, так как благодаря низкому содержанию меди он единственный из перечисленных трех, который можно просто отлить.
Тип 148 изготавливается методом центробежного литья. Это отнимает больше времени как при самом литье, так и при последующей обработке заготовки.
Поршень Тип 174 содержит 2% меди и 6% хрома и для получения ковкого сплава вместо простого литья тут необходимо использовать гораздо более сложный процесс наподобие лепки. Из получившейся заготовки потом выковывается уже собственно поршень. Такая многоступенчатость очень сильно удорожает конечное изделие.
Цена поршней заметно отличается, поэтому использование более дешевых комплектующих конвейерной комплектации — в масштабах массового производства — позволяет выжимать заметную горку евроцентов из накладных расходов. И экономия происходит не только на поршнях, а много где еще.

Благодаря унификации по размерам, на вторичку можно поставлять только один тип поршней, перекрывающий все три группы — самый дорогой кованный поршень типа ТОР. А все потому, что на рынке запчастей цена имеет лишь относительное значение, а сокращение складских расходов и упрощение номенклатуры получают более высокий приоритет.

Все верно, предельные параметры в 25d задаются только «мозгами» ECU, но надо помнить, что детали КШМ не расчитаны на более высокую производительность и особенно задранный крутящий момент. Практически все наддувные дизельные двигатели могут выдать большие показатели термодинамичеки, чем они могут выдержать механически. На чем, собственно, и основывается их чип-тюнинг.

И все эти рукосуи-чиповщики лезут в двигатели, думая, что эти двигатели все одинаковые – просто потому, что у запчастей одинаковые номера по каталогу.
И таки да, поршень от 535d можно использовать и в 316d – он прекрасно подойдет, просто будет чуть массивнее и с большим запасом по прочности. На его работу это никак не влияет.
Но делается это лишь для того, чтобы посредством унификации иметь одну и ту же запасную деталь для всей линейки двигателей.

Правило это, впрочем, неприменимо к конвейрной комплектации, потому что покупатель 116ой модели ожидает более низкий ценник, чем у 123d (а производитель заинтересован в сохранении уровня прибыльности). Поэтому поршни в двигателе 116d будут произведены по более простым технологиям из более дешевых материалов и с меньшей термостойкостью.

Проблема дизельных двигателей в том, что их термодинамические резервы по повышению КПД значительно превосходят заложенные механические резервы. Условно говоря, термодинамика не учитывает материал, из которого изготовлен поршень. А уровень развития современных систем управления двигателями позволяет легко увеличить давление турбонаддува или количество подаваемого топлива.
А если потом все происходящее дополнить драмой под названием "настройка отдельных компонентов", то можно вынуть из клиента серьезную сумму денег.

Ни один производитель не ограничивает параметры двигателей только лишь электроникой. Это миф, который широко раздувается масс-медией, и, в особенности, той ее частью, что работает на тюнеров, чтобы уверить покупателей в надежности их доработок. Сегодня основная разница не в рабочем объеме или геометрических параметрах, а в материалах и в производственных методах.
Унификация комплектующих НЕ означает, что заводские комплектующие одинаковы. Они идентичны по своим размерам и массе, но отличаются по свойствам материлов и термостойкости.
Производство управляется системой САМ (computer-aided manufacturing), что позволяет различные двигатели выпускать один за другим на одном конвейере. Вот собирается 25d, а следом идет 30d. К тому и к другому подаются партии из 6 совершенно одинаковых поршней, одни из которых 124-го типа, а вторые — 148-го соответственно. Но для непосвященного эта разница заметна не будет.

Я знаю, что таким заявлением не обрету много друзей. Для многих такое знание – это разрушение целостной картины мира, оказавшейся иллюзией. Иллюзией, что они, купив 25d, всего лишь перепрошив чип, могут получают полноценный 30d. И на этой иллюзии выстроена и процветает целая индустрия.

Меж тем, если посмотреть на суммарную экономию только на поршнях между этими двумя моделями, мы видим вот что: В Европе поршни M148 стоят примерно 12€ за штуку, а M124 8 €. Что на 6-цилиндровом двигателе дает экономию в 24 €. Немного, да. Но на 200,000 выпущенных 525d общая экономия составит уже 4.8 миллионов Евро. А ведь поршни – это лишь один из многих элементов, меняющихся от модели к модели. И это мы еще не учитываем расхождения в 118d, 318d и старых 325d.

Современная унификация подразумевает следующее:
— Все компоненты следуют идентичному сборочному процессу. Более высокое качество реализуется через материалы и обработку деталей. Как, например, наиболее мощная комплектация ТОР, для которой стенки цилиндров подвергаются лазерному структурированию – процессу, который за ненадобностью пропускается для более дешевых UL и OL.
— Все комплектации могут обслуживаться и ремонтироваться одним набором сервисного инструмента.
— При замене деталей на дилерском сервисе исключается вероятность ошибки подбора, так как существует только один ремонтный тип поршня.

Подобный диверсифицированный подход типичен не только для автопроизводителей. Взять тот же инструмент «Бош». Для любителей они предлагают «Зеленую» серию, а для профессионалов – «Синюю». И точно так же – никаких отличий во внешнем виде, кроме цветовых. Хотя на самом деле, если рассмотреть ту же болгарку:
— Иной материал, из которого отлит корпус,
— Различная прочность редуктора,
— различная стойкость и соответственно ресурс у изоляционного покрытия обмоток электродвигателя,
— Выключатель расчитан на большее количство циклов срабатывания,
— Иной материал шнура, сам шнур более толстый и долговечный,
— Различная конструкция защиты от перегрузки.

Возвращаясь к автомобилям — компьютеризированное производство (САМ – Computer-aided manufacturing) позволяет таким образом использовать одну принципиальную конструкцию в различных моделях двигателей.
Электроника защищает двигатели, изготовленные из удешевленных компонентов, от перегрузки. Наддув позволяет выжать из двигателя практически любую мощность – но совершенно не факт, что двигателю не настанет капут в процессе этого. Если же вы из тех, кто считает даже 118i потянет 170 л.с. и даже больше, и лишь только жадные тупицы из БМВ ограничивают его показатели, вот вам признание от представителя этих тупиц: 118i может развить 300+ л.с., и это с укладыванием во все нормы по вредным выбросам в выхлопе. Вот только песня эта будет очень недолга.
В принципе в автомобильной промышленности (и не только в ней):
*Все на самом деле не то, чем кажется.
*Если есть возможность сэкономить на чем-то Евро-другой, его сэкономят не раздумывая.
*Околоавтомобильная масс-медия, и даже значительное число технических публикаций традиционно представляет многие факты неверно – и никто не торопится их поправлять, потому что из этого тоже можно извлечь профит.

Вопрос «сколько километров протянет мой чипованный двигатель» бессмысленнен, так как двигателю неведома концепция дистанции. Если поршень М124 используется в двигателе, наддутом до уровня 30d, но двигатель никогда не нагружается в полную силу, прогнозирумый ресурс для этого поршня вряд ли изменится. Но если двигатель регулярно грузить, то структурные изменения в материале поршня наступят обязательно. В зависимости от внешних условий и характера нагрузки поршень может расплавиться и через несколько минут работы, а может и через 1000 моточасов.

Максимальная нагрузка на поршень складывается из значений максимального крутящего момента и давления в цилиндре во время рабочего цикла. Также весьма важно помнить о теплопереносе. В отличие от бензинового двигателя, у дизеля значительная часть теплопереноса происходит через поршень, который охлаждается распыляемым на его юбку маслом.

Среднее давление у двигателей нижней линейки UL – около 15 атмосфер, у средней OL – 18 и у верхих «топов» — все 21. Теплоперенос же отличается куда сильнее. Между ОL и UL разница около 40%, и сверх того дополнительные 57% между UL и ТОР. Иными словами, поршень М124 в 25d, чипованном до уровня 30d, должен каким-то образом скомпенсировать дополнительные 40% теплопереноса. По закону теплопроводности Фурье он сможет — при температуре, повышенной на 6%.
Это приводит к понижению прочности поршня примерно на 18%. Все это усугубляется тем, что в сплаве поршня также отсутствует хром, что еще ослабляет структуру материала поршня.

И вот, в один прекрасный день после валилова по автобану владелец чипованного чуда сбарсывает газ, потому что кто-то вывалился в его ряд, но когда он пытается навалить снова – происходит «бум!». Термическая емкость поршня истощилась, он ослаб, постоянно работая с перегрузкой, и он уходит, громко хлопнув напоследок дверью – и утащив за собой весь двигатель.

Не будем забывать, что температура сгорания в двигателе может достигать 2000°C, а алюминий плавится при 600°C. По идее, поршню от такого жара полагается расплавиться, но этого не происходит, так как на горение приходится лишь 45-90° вращения коленвала, а остальные 630-675° вращения коленвала он остужается.
Серьезные прочностные потери у алюминиевого поршня начинаются примерно от 400°C, соответственно, ему надо оставаться ниже этой границы. На момент начала цикла сгорания топлива температура в цилиндре доходит до 300°C. При этом нижняя часть поршня нагревается до 380°C, и за оставшиеся 630° вращения коленвала ему надо успеть остыть до 300°C. Это тепло должно быть сброшено через нижнюю часть цилиндра, на которую распыляется масло из форсунок.

Степень нагрева поршня определяется интенсивностью горения – она растет с нагрузкой и крутящим моментом.
В двигателях линейки OL поршень за такт горения нагревается не на 80°C, а на все 120°. Таким образом, поршень успевает разогреться до 420°C. Это приводит к 2 проблемам. Во-первых, он выходит за рамки безопасного для прочности алюминия температурного диапазона. Во-вторых, времени оставшихся тактов (630° вращения коленвала) недостаточно для сброса этих 120°C нагрева по причине небесконечной способности алюминия к теплопередаче.
Чтобы обойти эту специфичную для линейки двигателей OL проблему, в состав сплава поршня добавляется медь. Что позволяет сбивать масляным распылом не 80°С, а все 120°С.

Далее, добавление хрома в сплав поднимает температуру, при которой поршень не теряет своих прочностных свойств, до 420°С – больше чем у поршней для двигателей UL. Это необходимо и по причине более высоких нагрузок на поршень.

Последствия чип-тюнинга я наблюдаю постоянно. Потому что в нашу службу приходят убитые турбины, прогоревшие клапаны ГБЦ и рециркуляции выхлопных газов (EGR), расплавившиеся поршни, неисправные инжекторы и прочие агрегаты. Мы разбираем полученные от покупателей жалобы и выслушиваем разносы от беспокоящегося за репутационные потери руководства. И снова и снова находим в них следы внесенных изменений в электронику. Но зато все с готовностью жалуются на низкое качество БМВ.

Большая часть поломок происходит лишь через некоторое время после чип-тюнинга. Чаще всего – примерно через 50,000 – 80,000 км. Во многих случаях, к тому времени уже успевает смениться владелец автомобиля, при этом новый хозяин о своей «удаче» может даже не подозревать. Когда какой-то агрегат выходит их строя, его просто меняют. То, что причина неисправности может быть в перешитых «мозгах», многие не понимают. Ведь продавец чип-тюнинга их заверил, что чип ни на что не влияет.

Еще одна байка, усиленно продвигаемая чип-тюнерами (и не только ими, впрочем) – это что некоторые компоненты по сути расходники – например, турбина. Но это не так! Турбины выходят из строя только по вине чип-тюнинга или при неумелом обращении. В прежние времена, когда турбонаддув был диковинкой, все знали, что после холодного запуска турбине нужно прогреться, и первые 500 метров надо красться на холостом ходу, чтобы не повредить еще холодную турбину потоком горячих выхлопных газов.
Это также причина, почему те, у кого есть проблема с турбонаддувом, всегда найдутся и другие проблемы с двигателем.

Я могу понять покупателей. Вот кто-то нарисовывается и предлагает одним движением руки, не внося никаких принципиальных изменений, выдуть из двигателя дополнительную мощность. Что там внутри происходит – он не видит, но зато чувствует результат. Одновременно с этим клиент наслышан и начитан, что все двигатели по сути одинаковые и ничего от такого тюнинга не будет. А тюнер лишь укрепляет его в этом заблуждении. Ибо тюнер никогда не скажет о возможных повреждениях двигателя – «никто никогда не жаловался», — скажет он, даже если у него на шее будут висеть три иска от пострадавших — потому что поломки случаются уже после его вмешательства.

Чип-тюнинг – это как курение. Производители сигарет по своей воле никогда не скажут, что их продукт вызывает рак легких. Сами курильщики скажут, что они знают кого-то, кто курил всю жизнь и дожил до 80 лет. Это ли не доказательство, что курение безвредно? Меж тем лечение от последствий курения – это очень большая индустрия.

Чтобы защитить двигатели линейки UL от перегрузки, электроника ограничивает отдачу на уровне 25кВт на цилиндр. Именно эти барьеры снимают тюнеры за ваши же деньги и – чтобы оправдать свой бизнес – распространяют слухи о скрягах-производителях.
Сложность в донесении правды до потребителей и то, почему БМВ и остальные производители это не делают, в том, что все это сложно для среднего потребителя. Людям нужны простые объяснения, и ничто не в силах снять с них розовые очки.

Если чип-тюнинг не вредит двигателям, почему тюнеры вообще предоставляют гарантию на свою работу? Почему такси, арендные и развозные авто, а также спортивные машины исключены из этой гарантии? Потому что все эти автомобили накручивают большие пробеги или работают с большой нагрузкой.

Ганс чипует свой Гольф, накатывает 15,000 км за год, а через 3 года, к 45 тысячам, у Ганса и его Гольфа начинаются проблемы с инжекторами, турбиной, или вовсе плавит поршни, и Ганс клянет производителя, который тут ни при чём, за непотребное качество продукции. Все форумы битком набиты такими жалобами. Что нормально, потому что кто там напишет про то, что у них нет вообще никаких проблем?

Все вышесказанное относится в равной степени ко всем производителям, я не знаю ни одного, не следующего подобной стратегии унификации.

Желающие ознакомиться с оригиналом, могут воспоследовать по ссылке: www.hatzer.at/bmw-motoren…ner-brief-eines-insiders/