Почему эти похожие двигатели так сильно отличаются по мощности?

Я не инженер-автомобилестроитель, но в первую очередь различия заключаются в следующем:

• более высокие обороты


• более высокая степень сжатия


• вероятно, улучшенная конструкция головки блока цилиндров (клапаны, каналы и т. д.)

Все эти вещи создают дополнительную мощность по одной и той же причине: они приводят к тому, что за определённый промежуток времени вытесняется больше воздуха.

Остальные детали — конструкция впускного коллектора, гидрокомпенсаторы, система изменения фаз газораспределения, форсунки, карты ЭБУ и т. д. — существуют только для того, чтобы поддерживать эти функции.

Есть несколько факторов, ограничивающих число оборотов в минуту, но, на мой взгляд, самыми важными являются фазы газораспределения и резонанс на впуске.

Как вы упомянули, регулировка фаз газораспределения осуществляется с помощью системы VANOS, но в M3 она работает по-другому. В базовых моделях используется одинарная система VANOS (только на впускном распределительном валу), а в автомобилях M — двойная система VANOS (на обоих распределительных валах). (Я полагаю, что система VANOS в автомобилях M работает при более высоком давлении, чтобы быстрее реагировать, хотя на самом деле это скорее особенность, обеспечивающая отзывчивость, а не пиковую мощность.)

Впускной коллектор всегда будет резонировать на одной определённой частоте (что соответствует одной определённой частоте вращения двигателя, то есть оборотам в минуту), и это влияет на объёмный КПД двигателя. Представьте, что это волны, которые интерферируют друг с другом. Когда они совпадают по фазе, то усиливают друг друга (и в двигатель поступает больше воздуха). Когда волны не совпадают по фазе, они ослабляют друг друга, и в двигатель поступает меньше воздуха. Большинство автомобилей имеют довольно длинные впускные каналы, оптимизированные для крутящего момента на низких и средних оборотах, поскольку профили кулачков в большинстве автомобилей оптимизированы для этого диапазона оборотов. Некоторые автомобили имеют изменяемую геометрию впуска в дополнение к регулируемому фазовому сдвигу клапанов. У M3 вообще нет впускных каналов — вместо этого каждый цилиндр имеет собственный корпус дроссельной заслонки, поэтому он оптимизирован для очень высоких оборотов.

Аналогичным образом, для достижения высоких оборотов используются старые негидравлические толкатели — гидравлические толкатели слишком тяжёлые и обладают слишком большой инерцией.

Наконец, пропускная способность клапанов обычно является узким местом в работе двигателя, поскольку весь воздух должен проходить через довольно маленькое отверстие. Обычные автомобили не оснащаются идеально оптимизированными головками блока цилиндров, потому что это было бы слишком дорого и, скорее всего, узким местом стал бы впускной коллектор или распределительный вал. Но в высокопроизводительных автомобилях головки блока цилиндров, как правило, тщательно оптимизированы, потому что это того стоит, если у вас есть всё необходимое для обеспечения высокой скорости воздушного потока.

Как только у вас будет заданная мощность, вы узнаете, сколько воздуха вам нужно переместить. Затем вы можете решить, следует ли достичь этой цели с помощью вытеснения, более высоких оборотов, принудительной индукции или какой-либо комбинации этих методов. Как только вы определитесь с этим, остальные детали - материал блока, масса деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, газораспределение, конструкция впуска и т.д. все это вытекает из этого.

Самое большое отличие заключается в том, что в двигателе M3 используется чугунный блок цилиндров, в отличие от алюминиевого блока 330-й модели. При интенсивной (очень интенсивной) эксплуатации блоки из сплавов могут физически скручиваться и деформироваться, в то время как чугунный блок «прочнее» и эффективнее сопротивляется внутренним нагрузкам. Именно поэтому двигатели Alfa Romeo с двумя свечами зажигания могут работать на масле при интенсивной эксплуатации.

Степень сжатия в M3 составляет 11,5:1 по сравнению с 10,2:1 в 330-й модели. Это означает, что поршни эффективно «сжимают» топливно-воздушную смесь.

В распределительном валу M3 установлены жёсткие толкатели, что позволяет ему развивать более высокие обороты (8000 об/мин против 7500 об/мин у 330-го с его гидравлическими толкателями).

Профили распределительных валов в M3 более агрессивные, поэтому клапаны остаются открытыми дольше и с большим перекрытием.

В M3 используются независимые дроссельные заслонки, то есть каждый цилиндр питается через собственную дроссельную заслонку и трубку, в отличие от системы с впускной камерой, которая использовалась в модели 330. Это немного напоминает старую модификацию карбюратора Twin DCOE Weber.

В ЭБУ системы управления подачей топлива M3 используется карта, ориентированная на более высокую производительность. Это означает, что он не настроен для использования на обычных дорогах, как 330-я модель, а жертвует некоторой экономией топлива ради более высокой мощности.

Выхлопная система, установленная на M3, имеет значительно более свободный поток, чем у 330-й модели, то есть она может выводить больший объём выхлопных газов, но при этом работает менее шумно.

Как правило, у большинства моделей с высокими эксплуатационными характеристиками есть существенная разница между «обычными» и спортивными версиями. Это справедливо как для Mini VS Mini Cooper S и Golf VS Golf GTI, так и для Aston Martin DB9 VS DBS и Lotus Elise VS Lotus Exige.

Объём двигателя — это лишь малая часть того, что влияет на его производительность и настройку.

Поэтому я думаю, что большинство причин вы указали в своём вопросе.

Но я перечислю ещё несколько вариантов, которые, как я считаю, возможны:

• Более высокая степень сжатия


• Различные впускные коллекторы


• Вероятно, клапаны большего размера


• Более лёгкие поршни, клапаны, шатуны и т. д., возможно, даже маховик и кривошипно-шатунный механизм (красная линия выше)


• Более жёсткие клапанные пружины и другие толкатели (красная линия выше)

Все детали, кроме более легких, будут обеспечивать более высокую мощность, а также немного увеличат красную зону. В сочетании с более легкими деталями красная зона увеличивается довольно сильно. На самом деле максимальная мощность двигателя M54 достигается при 5900 об/мин, а двигателя S54 — при 7900 об/мин.
Если посмотреть на кривую крутящего момента/мощности для S54, то можно увидеть, что мощность при 5900 об/мин составляет около 275 л. с. Так что эти дополнительные обороты дают немало!