Двигатель BMW S55
Высокий технический уровень агрегата получил официальное признание мирового экспертного сообщества. В 2015 году мотору S55 была присуждена премия «Международный двигатель года» в категории рабочих объемов от 2.5 до 3.0 литров. Данную награду учреждает британское профильное издание Engine Technology International по итогам голосования независимых автомобильных журналистов. Основанием для высших оценок стала успешная работа инженеров BMW по интеграции систем принудительного нагнетания воздуха. Разработчикам удалось совместить характер классического атмосферного двигателя с плотной тягой двойного наддува. И как следствие такого технического решения, эксперты отметили ровный отклик педали акселератора и стабильную отдачу мощности вплоть до 7600 об/мин.
В основу спортивного двигателя легла архитектура гражданского мотора N55, которая прошла глубокую адаптацию под высокие нагрузки. Главным конструктивным изменением стал переход на блок цилиндров с закрытой рубашкой охлаждения типа Closed Deck. Подобная геометрия многократно повысила жесткость блока цилиндров и позволила выдерживать возросшее давление в камерах сгорания. Кроме того, для снижения общей массы и улучшения теплоотвода инженеры исключили применение запрессованных чугунных гильз. Их место заняла технология электродугового напыления LDS. Данный метод формирует ультратонкое высокопрочное железное покрытие непосредственно на алюминиевых стенках цилиндров.
За принудительное нагнетание воздуха во впускной тракт отвечают два компактных турбокомпрессора формата Mono-Scroll, работающие по схеме Twin-Turbo. Применение пары небольших турбин вместо одной крупной позволило снизить момент инерции роторов, что в свою очередь обеспечило мгновенный отклик на изменение положения педали акселератора. Поскольку интенсивное сжатие потока неизбежно ведет к его нагреву, для эффективного охлаждения горячего заряда поверх двигателя был смонтирован жидкостный интеркулер. Такое расположение максимально сократило длину впускного тракта перед подачей плотной воздушной массы в цилиндры.
Дальнейшее точное управление этим объемом кислорода поручено интегрированной связке системы бездроссельного управления Valvetronic и фазовращателей Double-VANOS. Синхронно с газораспределительным механизмом функционирует система питания, построенная на технологии непосредственного впрыска бензина. Для формирования топливовоздушной смеси электромагнитные форсунки распыляют горючее в камеры сгорания под стабильным рабочим давлением до 200 бар. Раскрытие полного потенциала описанных систем в условиях трековой эксплуатации сопровождается экстремальными боковыми и продольными перегрузками, что потребовало радикального пересмотра масляного контура. Во избежание отлива масла и последующего масляного голодания инженеры оснастили двигатель облегченным магниевым поддоном картера и дополнительным откачивающим насосом.
Высокие эксплуатационные характеристики силовой установки обусловлены применением специально спроектированных механических модулей:
• Несущий каркас: блок цилиндров закрытого типа Closed Deck, изготовленный из алюминиевого сплава с применением износостойкого напыления LDS на стенках цилиндров.
• Детали вращения: кованый коленчатый вал со сниженной массой, скомпонованный с усиленными поршнями и высокопрочными шатунами.
• Система нагнетания: два турбокомпрессора конфигурации Mono-Scroll, оборудованные электронным управлением сброса давления и контуром жидкостного охлаждения воздуха.
• Механизм газораспределения: головка блока с четырьмя клапанами на каждый цилиндр, функционирующая совместно с регуляторами фаз Double-VANOS и системой изменения высоты подъема клапанов Valvetronic.
• Топливная аппаратура: контур непосредственного впрыска горючего, где электромагнитные инжекторы работают под стабильным давлением до 200 бар.
• Контур охлаждения: сложная многоуровневая магистраль с основным и вспомогательными радиаторами, где главная механическая водяная помпа дополнена независимым электрическим насосом для поддержания теплового баланса турбокомпрессоров.
Силовая установка с заводским индексом S55B30T0 целенаправленно проектировалась для линейки BMW M. Инженеры меняли степень форсировки в зависимости от конкретного автомобиля в модельном ряду марки:
Дефорсированная версия (3.0 л, 410 л.с., 550 Нм). Данный силовой агрегат устанавливался на компактное купе M2 Competition (F87). Ограничение мощности достигалось преимущественно программным путем за счет калибровки ЭБУ. Переход на S55 в M2 Competition был обусловлен в том числе новыми экологическими нормами, потребовавшими установки фильтра твердых частиц (OPF), а также адаптацией контура охлаждения под компактный кузов M2.
Базовая и форсированные версии (3.0 л, 431-500 л.с.). В зависимости от программной настройки мотор устанавливался на следующие спортивные модели:
• Модели M3 (F80) и M4 (F82, F83) со стандартной мощностью 431 л.с. (550 Нм).
• Модели M3 Competition (F80) и M4 Competition (F82, F83) с отдачей 450 л.с. (550 Нм).
• Лимитированная модель M2 CS (F87), получившая агрегат с 450 л.с. и крутящим моментом 550 Нм.
• Эксклюзивные модели M3 CS (F80) и M4 CS (F82) с улучшенной отдачей 460 л.с. (600 Нм).
• Экстремальное трековое купе M4 GTS (F82) и лимитированная версия M4 DTM Champion Edition с топовой конфигурацией на 500 л.с. (600 Нм). Для реализации такого потенциала разработчики применили уникальную систему впрыска деминерализованной воды во впускной тракт, что снизило температуру заряда и уменьшило риск детонации.
Запас прочности и конструктивные уязвимости
Прочностные характеристики агрегата S55 создавались с запасом для высоких нагрузок, характерных для автомобилей BMW M. Блок цилиндров с закрытой рубашкой охлаждения, кованый коленчатый вал и кованые шатуны наделяют механическую часть хорошим ресурсом, при этом заводские поршни выполнены из литого алюминия компанией MAHLE и имеют специальное покрытие Grafal. При грамотном обслуживании основные узлы способны преодолеть рубеж в 250 тыс. км без серьезных вмешательств. Однако реальная долговечность мотора ограничена инженерным решением в узле привода газораспределительного механизма. Речь идет о фиксации ступицы коленчатого вала. Звезда привода цепи ГРМ и шестерня масляного насоса удерживаются на носке коленвала силой трения при помощи спеченных фрикционных шайб без использования жесткого шпоночного соединения. Резкое повышение крутящего момента или агрессивное переключение передач способны преодолеть момент трения и спровоцировать проворот ступицы. Подобный сдвиг моментально нарушает фазы газораспределения. В худшем случае это заканчивается повреждением клапанов и разрушением силовой установки.
Тепловая нагруженность и высокое давление наддува формируют свой список типовых проблем, которые проявляют себя по мере увеличения пробега.
Проблемы, которые встречаются независимо от пройденного расстояния:
• Проворот ступицы коленвала. Эта проблема возникает при экстремальных нагрузках или после установки программного обеспечения для увеличения мощности. Единственным способом надежной защиты выступает превентивная установка тюнинговой ступицы с цельным механическим фиксатором.
• Разрушение пластиковых патрубков наддува (charge pipes). Штатный пластик часто не выдерживает давления турбин и температурных перепадов, лопаясь по заводскому шву. Проблема носит массовый характер и приводит к мгновенной потере давления наддува. Превентивная замена на алюминиевые аналоги в сообществе владельцев BMW M считается обязательной.
• Потеря герметичности жидкостного интеркулера. Расположенный над впускным коллектором охладитель со временем начинает пропускать антифриз во впускной тракт. При этом охлаждающая жидкость попадает в камеры сгорания. Главными симптомами выступают внезапное падение уровня антифриза в расширительном бачке малого контура охлаждения и регулярные пропуски зажигания.
• Износ шатунных вкладышей. Традиционная уязвимость высокофорсированных двигателей серии M. При интенсивной эксплуатации подшипники скольжения испытывают колоссальные перегрузки, что ведет к их критическому износу. Во избежание серьезных последствий (задиры шеек коленвала или обрыв шатуна) профильные специалисты рекомендуют превентивную замену вкладышей.
• Выработка топливных насосов высокого давления. Постоянная работа под нагрузкой приводит к внутреннему износу плунжерных пар ТНВД. Подобная проблема вызывает обеднение смеси и регистрацию ошибок по давлению топлива в рампе.
• Деградация мембраны клапана вентиляции картерных газов. Данный элемент интегрирован в пластиковую клапанную крышку и со временем пересыхает. Разрыв мембраны сопровождается характерным свистом, повышенным расходом моторного масла на угар и риском нарушения герметичности сальников коленвала.
К рубежу в 150 000 км:
• Износ механизмов управления турбокомпрессорами. Элементы привода заслонок вестгейтов разбалтываются и начинают издавать отчетливый металлический звон при сбросе газа. Критичные температурные режимы также способствуют износу подшипниковых узлов картриджей турбин. После этого компрессоры начинают гнать моторное масло во впускную систему.
Стабильная работа высокофорсированного S55 напрямую связана с качеством применяемого моторного масла. В списке рекомендованных к использованию масел – BMW M TwinPower Turbo SAE 0W-40, а также допускаются другие масла с вязкостью от 0W-30 до 5W-40, одобренные по спецификации BMW. Именно такие технические жидкости позволяют защитить детали поршневой группы от раннего износа и повреждения. Учитывая теплоемкость агрегата, особенности эксплуатации и количество моточасов, интервал замены масла может варьироваться в пределах 5000-7000 км пробега.
Двухконтурная система охлаждения спортивного мотора требует повышенного контроля. Для защиты от перегрева обязательна регулярная профессиональная мойка радиаторов со снятием кассеты и разведением контуров. Учитывая компоновку автомобилей BMW M, следует периодически осматривать выносные теплообменники. В боковых воздухозаборниках расположены дополнительные радиаторы охлаждающей жидкости и теплообменник трансмиссионного масла. Вся эта развитая сеть охлаждения максимально открыта для попадания дорожного мусора и камней. Также рекомендуется превентивно менять штатные пластиковые патрубки наддувочного воздуха на алюминиевые, поскольку заводской пластик со временем может треснуть под давлением наддува, особенно на участках креплений и формовочных швах.
Поскольку бензин подается прямо в цилиндры и не омывает впускные клапаны, на них неизбежно скапливается плотный углеродистый нагар. Для сохранения заводской динамики и предотвращения пропусков зажигания мотору требуется периодическая чистка впускных каналов с применением гранул скорлупы грецкого ореха. Помимо этого, в условиях работы при высоких температурных режимах электроды свечей зажигания выгорают достаточно быстро, и их замена производится чаще, чем на гражданских моделях BMW. Относительно применения топлива, компромиссы здесь также недопустимы. Высокая степень форсировки обязывает владельцев заливать высокооктановый бензин АИ-98 либо АИ-100 во избежание детонации при пиковых нагрузках на поршневую группу.
Сложная архитектура спортивного двигателя исключает возможность любого неквалифицированного вмешательства. Успешная работа с агрегатами подразделения M требует наличия профильного дилерского оборудования и колоссального практического опыта мотористов. В BMW-STO осуществляется профессиональный ремонт двигателя BMW S55 любой степени сложности. Наши специалисты выполняют различные виды работ: от локальной замены навесных узлов до капитального восстановления агрегата. В список частых процедур входят замена жидкостного интеркулера, превентивная установка усиленного фиксатора ступицы коленчатого вала, замена ТНВД и монтаж новой клапанной крышки при разрыве мембраны вентиляции. Также мы осуществляем очистку впускных каналов от нагара и замену пластиковых патрубков наддува на надежные аналоги. Гарантия автотехцентра предоставляется на все выполненные работы и установленные комплектующие.
Записаться в технический Центр
Записаться или проконсультироваться по стоимости работ и запчастей Вы всегда можете по телефону или через мессенджер Max, WhatsApp, Telegram. Время работы технического центра BMW-STO: с 10.00 до 20.00 часов ежедневно, без выходных. Стоимость работ указана на день публикации блога.
+7 (495) 255-33-77
- Москва, ул. Мельникова, 5
- Москва, ул. Твардовского д.8 к.5
- Москва, Варшавское шоссе 122А
