Оппозитные моторы. Мифы и реальность
Оппозитные моторы для почитателей марки Subaru — не просто ДВС. Одна из составляющих — причем столь же важная, как полный привод — предмета их обожания. Легенда, икона и в целом агрегаты, которые «не трожь». Ведь критиковать их нельзя, потому что они: «миллионники», «идеально уравновешены», «придают автомобилю низкий центр тяжести» и вообще «не овощные». Что же, у каждого свои идеалы. Тем не менее отметим — в истории оппозитных двигателей много всего интересного без связи с Subaru. И у них на самом деле есть то, за что их можно любить. Впрочем, как и ненавидеть или, скажем мягче, не переходить в стан их обожателей.
В полной оппозиции
Первым (либо как минимум одним из первых) оппозитным двигателем стала конструкция нашего соотечественника — Огнеслава Степановича Костовича, который в начале 80-х годов XIX века строил ее для так и не взлетевшего никогда дирижабля «Россия».
Если уж мы начали именно с такой конфигурации оппозитного двигателя, то ею и продолжим. Тем более что во временном отношении как раз «оппозитники» типа OPOC — Opposed-Piston Opposed-Cylinder — в которых пара поршней двигалась навстречу друг другу в одном цилиндре (у Костовича цилиндры были все-таки раздельными), первыми взошли на историческую сцену. Тут можно вспомнить, например, моторы забытой ныне французской марки Gobron-Brillie, существовавшей в 1898–1930 гг.
В начале XX века оппозитный «двухтактник», но с принципиальным отличием — двумя коленвалами — был сконструирован и запатентован еще одним нашим соотечественником, Раймондом Александровичем Корейво. До серийного выпуска в России дело не дошло. Зато в Европе и за океаном изобретение оценили.
После войны на «гражданке» от «оппозитников» с двумя коленвалами, похоже, отказались — слишком громоздкими по вертикали они были. Но идею Opposed-Piston Opposed-Cylinder не отвергли полностью. Ведь при соответствующем исполнении двигатель получался весьма компактным, по сути, плоским.
За некое ответвление оппозитных моторов можно считать дельтообразные ДВС. В них цилиндры располагались в виде треугольника, на каждой из вершин которого находился коленвал, однако поршни также двигались навстречу друг другу.
Что же касается более привычных (конечно, после дельтообразных) оппозитных моторов с двумя валами, то и им нашлось применение в армии. На сей раз в СССР, где в конце 60-х появился примечательный во многих отношениях основной танк Т-64.
Встречалась среди оппозитных еще одна, выбивающаяся из общего ряда конструкция, разработанная австралийцем Малькольмом Биром.
Почему же при очевидном, во всяком случае для компоновщиков, преимуществе подобные «оппозитники» (естественно, горизонтальные) не стали использовать повсеместно? «Двухтактники» имеют грязный выхлоп, притом, что катализаторы не в состоянии долго прожить, нейтрализуя продукты горения не только топлива, но и масла. Они более температурно нагружены со стороны выпускных окон. У них сложно, при отсутствии традиционной камеры сгорания с основанием в виде дна поршня, организовать смешивание топлива с воздухом, их воспламенение и горение. Наконец, в конструкциях с одним коленвалом отмечались высокие вибрации всех этих шатунов и коромысел.
Тем не менее идею не забросили. Совсем недавно в нее даже вложился Билл Гейтс. А именно проинвестировал компанию EcoMotors, которая трудится над двухцилиндровым дизельным (но в перспективе многотопливным) мотором. Вот как он работает:
Автора!
Кто же первым запустил в серию «традиционный» оппозитный двигатель — с расположенным, как у OPOC, центральным коленчатым валом, но поршнями, движущимися от него. В общем, как принято говорить, с V-«образником», развернутым на 180 градусов. Многие приписывают и серийный выпуск, и авторство Фердинанду Порше с его «Жуком», первая партия которого появилась в 1937 году. Но ведь еще в конце XIX века Карл Бенц представил модель Dos-a-Dos с агрегатом о двух оппозитных цилиндрах. Аналогичная конструкция применялась на моделях Ford A, C и F начала прошлого века. В 1920-м свой двухцилиндровый «оппозит» компании BMW предложил инженер Мартин Штроллер. В 1923-м аналогичное творение представил чех Ганс Ледвинка, уже работавший на Tatra. А в середине 30-х «боксеры» можно было наблюдать под капотами Steyr и Krupp.
Так что профессор Порше был всего лишь «одним из», причем не из первых. Одно верно — массово и во всем мире с «оппозитом» познакомились благодаря его «Жуку». Что было дальше? Ну, с фирмой имени Самого все ясно — если и изменяли с разными «рядниками» да V-«образниками», то делали это редко. Причем всякие 924, 928, 944 след в истории марки, конечно, оставили, но потребителям особо не приглянулись — были как все. А про нынешние Cayenne и Panamera говорить нечего — дети маркетинга, конъюнктурщина. Как же другие производители? Если пока не трогать Subaru или не вспоминать наши «Уралы-Днепры» (чьи моторы имели «бээмвэшные» корни), то внимание на себя «боксеры» обратили еще в 30-40-х.
После войны «оппозиты» примерили к своим моделям сразу несколько производителей.
«Боксерами» заинтересовались даже за океаном. В 1959 году у Chevrolet появилась модель Corvair.
С 60-х и особенно в 70-х оппозитные установки пусть и ограниченно, однако получили распространение — в Италии.
Французы из Citroen, памятуя об успехе 2CV, продолжили эксплуатировать «оппозитную тему».
В спорте и на GT-машинах «оппозитники» тоже встречались.
Надо чем-то отличаться!
Впрочем, все эти производители, за исключением, естественно, Porsche, поигрались да и забыли об «оппозитниках». При всех своих достоинствах (сниженном центре тяжести автомобиля и хорошей уравновешенности, когда в «четверках» есть лишь момент от сил инерции второго порядка, а в «шестерке» все силы и моменты компенсированы) у них есть врожденные недостатки. Затрудненный доступ к головкам блока, сложность организации смазки всех деталей, наконец, проблемы с компоновкой. Да, будучи низкими, «боксеры» требуют достаточной ширины моторного отсека и плохо уживаются, например, с колесными арками или двухрычажной подвеской. Единственный вариант их размещения под капотом — это вынос за переднюю либо заднюю ось, что приемлемо не для всех производителей. Но что другим плохо, для небольшой японской компании — фирменная черта, способ обрести поклонников. Вспомним хотя бы Mazda с их роторами.
Впрочем, не стоит считать, что Subaru среди японских фирм была первой, кто использовал подобные двигатели. Или единственной. Так, Honda на мотоциклах «оппозиты» применяет до сих пор. А Toyota, судя по всему, раньше других коллег по рынку обратилась к такой схеме.
Так что Subaru, представившая свой первый «оппозит» только в 1966 году, всего лишь догоняла Toyota. Другое дело, что в автомобильном подразделении Fuji Heavy Industries идею не просто развили — сделали, как уже говорилось, основополагающей. Да и в самом начале японцы не мелочились подобно немцам, французам, итальянцам.
Серию EA с OHV и без впрыска выпускали еще долго — до 1984 года. За это время появились модификации моторов объемом 1,1; 1,3; 1,4; 1,6 и 1,8 л мощностью от 62 до 73 л.с. И, что примечательно, уже тогда в Subaru не боялись свои «оппозиты» наддувать — последняя по объему версия предлагалась, в том числе, с турбиной (EA81T; 95 л.с.). В 1984-м вал «умножили на два» и разместили в головках (EA82; 1,8 л; 84 л.с.), и опять же оснастили турбонаддувом (EA82T; 115 л.с.).
Эти двигатели продолжали выпускать до 1994 года — пока с производства не сняли модель Leone. Между тем, еще в 1989-м Subaru представила D-классовый седан и универсал Legacy. Специально для него создали линейку двигателей под обозначением EJ — «ежики».
С появлением в 1992 году Impreza линейка моторов приросла версиями объемом 1,5 и 1,6 л. Интересно, что изо всех этих агрегатов головки блоков с DOHC (у Subaru это называется 4CAM) получал только 2,0-литровый — и в атмосферной версии, и в турбовой (правда, был еще турбированный EJ22 с DOHC для Impreza STi, но погоды он не делал). Впрочем, еще долго этот основной для Subaru двигатель выпускался с SOHC. При этом фактически на основе одного и того же блока получался мотор с разной мощностью, а автомобиль — с очень различными потребительскими и ходовыми качествами. Например, Legacy третьего поколения (известный в народе как B4) мог иметь EJ20 с SOHC, который при 137 «лошадках» придавал машине «овощной» характер. С двумя валами на том же двигателе и 155 силами седан и универсал уже ехали. Появившаяся в 1998 году AVCS (Active Valve Control System, система изменения фаз с фазовращателем на впускном валу), отмерившая «Наследию» 190 сил, уже давала чувствовать себя гонщиком. А ведь был еще EJ20 с twin turbo (260 и 280 л.с.), благодаря которому автомобиль без взрывов и турбоям мощно тянул с самых «низов».
Вообще если отследить всю историю «ежиков», начиная именно с 2,0-литровых и выше, то она предстанет в виде непрерывной эволюции. Другие японские производители, разрабатывая новые двигатели, полностью меняли линейки силовых агрегатов. Скажем, переходили с рядных «шестерок» на V-образные. В Subaru, не имея средств на глобальное обновление моторов, и тем более не желая отходить от оппозитного расположения цилиндров, доводили до совершенства то, что есть. Скажем, тот же EJ20 на Legacy четвертого поколения получил уже не twin turbo — турбины с twin-scroll плюс Dual AVCS. Мощности это не меняло, однако оптимизировало характеристики по тяге на различных оборотах и расходу топлива.
При компактном блоке, чьи габариты обязаны были вписываться в компоновочную схему (и при отсутствии финансовых возможностей получения иной отливки), ограничения накладывала небольшая ширина шеек коленвала (прежде всего шатунных), которые были рассчитаны на определенную нагрузку. Недаром с 2,5-литровых моторов, появившихся в 1994 году, долгое время получали не более 170 сил. И только в 2002 году их стали переводить с «атмосферного давления» на созданное искусственно.
В 1999 году Subaru представила 6-цилиндровый «оппозитник» объемом 3,0 литра — EZ30. А через 9 лет появился EZ36 — уже 3,6-литровый мотор.
В 2006 году в Subaru модернизировали 1,5-литровый EJ15 — добавили по валу в каждую головку и AVCS на впуске. Полученный мотор стал называться EL15, его год устанавливали на Impreza второго поколения и на модель третьей генерации.
Установки серии F, в частности FB, объемом 1,6; 2,0 и 2,5 л начали внедрять с 2010 года. В 2012 году получили FA20. У моторов есть общие элементы, однако FA — так называемый «квадратный» двигатель, диаметр его цилиндра равен ходу поршня. В то время как у FB последний больше (за исключением FB25, там он меньше). Принципиально то, что и FB, и FA — уже цепные, вала четыре, фазы меняются на впуске и выпуске.
Еще раньше — в 2008-м — Subaru представила 2,0-литровый дизель EE20.
Дизель, в котором, это очевидно, шейки еще уже, а стаканы цилиндров еще тоньше, не оставил сколько-нибудь значимых эксплуатационных следов. Более того, в России сейчас официально не предлагается. Но «ежики» изучены хорошо. При этом среди обывателей до сих пор ходят противоречивые байки о причинах пресловутого стука двигателя, о «масложоре» и якобы выдающемся ресурсе, доходящим до миллиона км. Расставим точки над «и».
— У EJ20 и EJ25 много версий, которые могут отличаться не только блоком (закрытым, открытым и т. д.), но и, к примеру, головками. Речь не о количестве валов в них — о разных каналах, клапанах и профиле кулачков. Плюс различные варианты прошивки ЭБУ, разное давление турбонаддува и эволюционные изменения.
Что объединяет все EJ, так это неравномерность смазки на зеркале цилиндров и стук при перекладках поршней. Первое вытекает из горизонтального расположения цилиндров, второе — из коротких «юбок» поршней, что обусловлено ограничениями по ширине двигателя. Впрочем, практически все современные двигатели имеют подобные поршни. Но у Subaru — это врожденное. Стук характерен для 2-го и 4-го поршней (левый ряд цилиндров по ходу движения), появляется, естественно, не на новом двигателе и обычно начинается при работе мотора на холодную, исчезая по мере прогрева. Когда же начинает стучать и на горячую… Тут есть варианты. Например, на знакомом Forester с контрактным двигателем, который наблюдаю с момента его замены, поршни стучали с самого начала и именно что всегда. Теперь мотор отходил уже 40 тыс. км — продолжает стучать, но других признаков «близкого конца» нет. Даже масло на угар расходуется в пределах обычного, то есть задир «юбки» поршня не сказался на гильзе.
Кстати, о расходе масла. Он есть, однако не выходит за разумные пределы. На своем турбированном EJ20 от замены до замены через 5–6 тыс. км я заливал около двух литров. Автомобиль вижу до сих пор — пробег 370 тыс. км, расход на прежнем уровне. Другое дело, что с 2006–08 годов кольца стали тоньше, но не критично, не так, как у других производителей. Было 1,8 мм, стало 1,5 мм. Хотя риск увеличения расхода масла все-таки присутствует.
EJ25, в отличие от 2,0-литрового мотора, более склонен к перегреву в связи с уменьшением рубашки охлаждения и увеличением диаметра гильзы в том же блоке. Причем на любом агрегате после кипячения и замены прокладки нужно проверять геометрию головки и блока — деформируется то и другое, блок — даже больше. В начале 2000-х Subaru подкорректировала прошивку ЭБУ. До этого система управления двигателем никак не реагировала на «внешние раздражители». К примеру, при некачественном бензине или высокой температуре за бортом турбомоторы продолжали ехать, развивая всю положенную мощность. И скоро разваливались! Дело доходило до разрушения перегородок между канавками для колец в поршнях. Теперь в таких условиях «мозги» душат двигатель, снижая давление наддува и сберегая его от критических режимов работы.
И все же EJ25 в турбоварианте на 100 тысячах нужно менять вкладыши — следствие узких шеек и большой на них нагрузки, а также нехватки смазки. Что приятно, на субаровские «оппозитники» есть все запчасти с ремонтными размерами вплоть до +0,50. Блоки гильзуются, а стоимость капитального ремонта не намного выше восстановления какой-нибудь японской рядной «четверки». Порядка 140–170 тыс. руб. Правда, до «капиталки» на 150 тысячах у Subaru с внутреннего рынка Японии и почему-то на 100 тысячах у леворульных автомобилей придется заменить различные «резинки», которые дают течь. Между тем новые «боксеры» серии F теряют герметичность по уплотнениям еще раньше. Слышал и о провороте вкладышей на совсем новом автомобиле. Правда, пока с этими агрегатами лично сталкиваться не приходилось.
— Стучат вплоть до задиров, жрут масло, «миллионники» — по противоречивости мнений «оппозитники» Subaru среди двигателей, похоже, на первом месте. И все это обосновано лишь отчасти. А безусловно только то, что в сравнении с «рядниками» или даже V-«образниками» «боксеры» сложнее и требуют более грамотного обслуживания и ремонта. Например, замена ремня ГРМ на двигателях с DOHC должна выполняться мастерами, знающими тонкости этой операции. Ну и, конечно, сам владелец должен кое-что знать и понимать.
Например, при трудном доступе к свечам логично использовать иридиевые или платиновые свечи. Поставил — и забыл. Моторы на самом деле стучат, однако неприятные звуки даже после прогрева не всегда синоним задиров в цилиндрах. Есть примеры, когда двигатели под такой аккомпанемент ходили несколько десятков тысяч км. Расходуют масло? Я бы сказал, что в пределах, характерных для рядных агрегатов или других турбоустановок. «Миллионники»? Свои 100–300 тысяч км, в зависимости от того, есть лишь наддув и каково его давление, они отхаживают. Нередко моторы «убиваются» тюнингом. В работе EJ20: 320 сил, кованые шатуны, кованые поршни. Один из последних прогорел. Естественно, нельзя говорить о каких-то недостатках железа — налицо неправильное смесеобразование.
EJ25, на мой взгляд, нельзя записывать в неудачные. Тем не менее одну особенность, которую надо знать, отмечу. Из-за тонких гильз и небольшого пятна контакта их торцов с прокладкой ГБЦ после 150 тыс. км в этом месте наружу начинает уходить антифриз. Прокладку надо менять.
А вообще мы любим Subaru за сочетание отличного мотора, полного привода и крепкую подвеску.