V6, W12 и рядная «четверка» — разбираемся в компоновках двигателей. Рядный двигатель обозначение


V6, W12 и рядная «четверка» — разбираемся в компоновках двигателей

Читая описания двигателей автомобилей, каждый из нас сталкивался с такими терминами, как «четырехцилиндровый», «V8» или «рядная шестерка». Но всегда ли мы четко представляем себе, что скрывается за этими понятиями? Предлагаем вам небольшой «путеводитель» по терминологии, связанный с компоновкой моторов наших «железных коней».

Для начала вспомним, как работает «сердце» автомобиля. В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндры, в которых происходит чрезвычайно важный процесс — сгорание смеси топлива и воздуха. Энергия сгорания топливно-воздушной смеси и является той силой, которая приводит в движение автомобиль — вытесненные из цилиндров поршни толкают коленчатый вал, который в свою очередь, приводит в движение колеса автомобиля.

Мощность двигателя зависит, в основном, от двух факторов — размера цилиндров, а также их количества. При прочих равных условиях более мощным будет тот двигатель, в котором цилиндров больше, а сами они крупнее.

Если вы встретите в описании двигателя обозначение V6, это значит, что у данного мотора 6 цилиндров. Но что же такое «V»? Тут мы подходим непосредственно к вопросу о расположении цилиндров в двигателе. Рассмотрим основные компоновки двигателей. 

Рядный двигатель(англ. inline engine, straight engine)

В английском языке также имеет обозначение I (сокр. от inline), например, I4 – это рядный двигатель с четырьмя цилиндрами или «рядная четверка». Также иногда рядный двигатель обозначают литерой R (R6 – рядный шестицилиндровый). Все цилиндры такого двигателя расположены в одну линию, «лицом» вверх, как правило, в поперечном направлении, и приводят один общий коленвал. Такая конфигурация считается «классической» — ведь самый первый в истории автомобильный двигатель, состоявший всего из двух цилиндров, был рядным. Рядными моторами оснащают большинство автомобилей. Случается, что цилиндры в рядном двигателе располагаются не в поперечном, а в продольном направлении. В английском языке продольное расположение рядного двигателя называется «straight» в отличие от поперечного — «inline». Продольная компоновка часто встречается у автомобилей класса «премиум», например, у BMW. 

Конструкция рядных двигателей проста и надежна, их удобно ремонтировать. Для чего же тогда понадобились другие компоновки? Все дело в том, что рядные моторы занимают под капотом слишком много места. Разместить при такой конфигурации большое количество цилиндров проблематично, да и коленчатый вал при большой длине рядного двигателя испытывает чрезмерные торсионные нагрузки. Именно поэтому рядные двигатели имеют не более шести цилиндров. 

V-образный двигатель (англ. V engine, Vee engine)

Цилиндры такого двигателя поделены на два блока, расположенных под углом 60-90 градусов по отношению друг к другу. Иными словами, цилиндры V-образного мотора образуют латинскую букву «V», в основании которой находится общий коленвал. 

V-образная конфигурация цилиндров двигателя позволяет разместить в том же объеме пространства большее количество цилиндров в сравнении с рядными двигателями. В основном, она присуща дорогим и спортивным автомобилям. 

Оппозитный или боксерский двигатель (англ. flat engine, boxer engine)

Как и в случае с V-образным двигателем, цилиндры оппозитного мотора разделены на два ряда, но угол их развала составляет 180 градусов. Получается, что каждый из рядов как бы лежит на боку и «смотрит» в противоположную от другого сторону. Движение поршней напоминает удары боксеров, стоящих спиной друг к другу (отсюда и второе название двигателя). Такая компоновка мотора обеспечивает низкий центр тяжести, что, как правило, улучшает управляемость автомобиля. Однако, «боксеры» имеют более сложное, чем у рядных агрегатов, устройство и занимают больше места в ширину. Сегодня оппозитные двигатели устанавливают на свои модели лишь два производителя — Porsche и Subaru. Боксерские моторы имеют обозначение B (от англ. boxer) – например, B6. 

 

VR-образныеи W-образные двигатели(англ. VR engine, W engine)

Двигатель типа VR (V-образный рядный) был разработан концерном Volkswagen. Он работает по тому же принципу, что и V-образный двигатель, однако угол, образуемый между рядами цилиндров, настолько мал (10-15 градусов против 60-90 градусов у V-образных моторов), что все цилиндры помещаются в одном блоке. При этом цилиндры двух рядов, как правило, располагаются в шахматном порядке относительно друг друга. По сути VR – это нечто среднее между рядным и V-образным двигателем. Что же касается W-образного двигателя, то он попросту состоит из двух VR-моторов, соединенных под углом у оснований. Коленвал у такого двигателя также один. 

Двигатели VR сегодня используются редко, а W-конфигурациявстречается, например, у флагманского люксового седана Bentley Mulsanne.

Теперь, когда мы разобрались с основными компоновками двигателей, остановимся поподробнее на том, какое количество цилиндров может иметь мотор легкового автомобиля. 

На заре автомобилестроения двигатели автомобилей могли оснащать всего одним цилиндром, но сейчас такая компоновка больше не встречается. 

Двухцилиндровые агрегаты тоже встречаются крайне редко. В недавнем прошлом двухцилиндровым двигателем комплектовалась российская «Ока», а сегодня единственным легковым автомобилем, который оснащают двухцилиндровым двигателем, является ситикар Fiat 500. Кстати, благодаря технологии турбонаддува, «фиатовский» мотор с двумя цилиндрами развивает весьма приличные 85 л.с. 

Трехцилиндровыми двигателями комплектуют, в основном, компактные городские автомобили, например, Smart ForTwo или «тройняшек» Citroen C1, Peugeot 107 и Toyota Aygo. Турбированные моторы с тремя цилиндрами встречаются и у более крупных авто — таких как Mini Cooper, Ford Focus и Peugeot 308. 

Четырехцилиндровыми двигателями оснащают большинство автомобилей, ведь рядная «четверка» - это самый распространенный автомобильный двигатель в мире. Моторы с четырьмя цилиндрами почти всегда бывают рядными. Исключение — оппозитные «четверки», устанавливающиеся на модели Subaru и Porsche. Ранее применялись и двигатели V4 – их устанавливали на некоторые модели Ford, Saab, а также на наш «Запорожец».

Моторы с пятью цилиндрами появились сравнительно недавно — в середине 1970-х годов. Большой популярности они не приобрели — из-за нечетного количества цилиндров такие двигатели имеют проблемы с балансировкой и излишне вибрируют. 

Среди немногочисленных автомобилей, которые сегодня оснащают пятицилиндровыми агрегатами — Audi RS3, Audi RS Q3 и пара моделей Volvo. 

Шестицилиндровые двигатели часто используются в премиальных моделях — как в рядной, так и в V-конфигурации. Звук таких моторов отличается более высокой, «спортивной» тональностью. В некоторых суперкарах, таких как Ford GT, шестицилиндровый мотор оснащают большими турбинами, чтобы обеспечить мощность, которой раньше можно было ожидать только от двигателей с восемью или более цилиндрами. 

Двигатели с восемью и более цилиндрами не бывают рядными — ведь расположить такое количество цилиндров в одну линию весьма проблематично. Такими агрегатами, как V8, V10 и V12 комплектуют суперкары и седаны класса «люкс». Некоторые топовые модели концерна Volkswagen оснащаются двигателями W12, а гиперкар Bugatti Veyron наделили мотором W16. 

Конечно, число и расположение цилиндров — это далеко не единственные параметры двигателей внутреннего сгорания, однако знание этих базовых понятий необходимо для понимания принципов работы автомобиля и осознания собственных предпочтений при выборе машины. Надеемся, что данная статья поможет вам лучше ориентироваться в мире «железных коней».

autoportal.pro

Рядный двигатель внутреннего сгорания

История развития двигателя внутреннего сгорания спонтанна и хаотична. Первые двигатели имели значительные размеры и рабочий объем. При этом по своей конструкции эти двигатели были простейшими. Например, существовали 1 цилиндровые двигатели, имеющие рабочий объем порядка 8 л. Двигатели имели множество недостатков, и тому есть немало причин: неразвитые технологии, низкий КПД и наконец, недостаток опыта и знаний.

Сегодня даже современные двигатели имеют КПД порядка 20%, что является ничтожно малым. Иными словами, только около 2 литров топлива из 10 залитых в бак расходуется на создание рабочего крутящего момента на валу двигателя. Остальные 8 попросту вылетают в трубу, переходят в тепловую энергию, трансформируются в детонации, тратятся на силы инерции и трения и т.д. Несмотря на все это, уже сформировались общие концепции двигателя внутреннего сгорания, имеющего максимальную эффективность. При этом поршни и рабочие камеры обладают довольно ограниченными размерами, так как компактные механизмы отличаются меньшими силами инерции, гораздо в меньшей степени подвержены детонациям. Один цилиндр двигателя имеет рабочую камеру объемом 170-900 кубических см. Поршни слишком маленьких размеров по своим конструктивным характеристикам имеют ограничения, потому что даже при большой степени компрессии в пределах 14-16 атмосфер (в бензиновых двигателях), компактность ограничивает и передачу усилия на шатун от поршня.

Если же размеры поршней слишком значительны, тогда невозможно получить точную сбалансированность механизма и соответственно высокие обороты вращения двигателя, точнее сказать, это чрезвычайно сложно и высокотехнологично.

Рядный двигатель

Такое название двигатель получил из-за своего строения. Все поршни в таком двигателе расположены в один ряд. По своей конструкции, а также технологии изготовления деталей к ним, эти двигатели более просты. Такие двигатели ремонтопригодны в небольших мастерских и стали классикой.

Обозначение рядных двигателей начинается с литеры R. Например, R2 означает, что двигатель имеет 2 цилиндра, R3 три цилиндра и т.д. Если насчет расположения цилиндров все предельно ясно, то их базирование на валу двигателя может быть различным.

Устройство рядных двигателей

Независимо от количества цилиндров, рядные двигатели имеют практически одинаковое строение и принцип работы, как любые двигатели внутреннего сгорания. Цилиндры располагаются в один ряд, поршни цилиндров приводятся в движение за счет энергии сгорания топливной смеси и передают усилие на общий коленчатый вал. Для всех цилиндров имеется одна головка блока.

Рядные двигатели бывают сбалансированные и несбалансированные. Балансировка двигателя необходима из-за сложной формы коленвала и количества цилиндров, предусмотренных конструкцией. Несбалансированные конструкции порождают сильную вибрацию, которая в итоге способствует разрушению коленчатого вала. Двигатели с шестью цилиндрами сбалансированы лучше, чем четырьмя цилиндрами.

Поэтому коленвал четырехцилиндрового двигателя, с объемом свыше двух литров, может быть оборудован дополнительными балансировочными (успокоительными) валами.

8 цилиндров в двигателе вполне достаточно для получения даже чрезмерно большого рабочего объема. Частично поэтому двигатели с 10 и более количеством цилиндров не получили своего распространения.

Рядный четырехцилиндровый движок может располагаться под капотом в продольном и в поперечном положении, в то время как конструкцию с шестью цилиндрами, расположенными в ряд, разместить поперек практически невозможно.

Наибольшее распространение из рядных двигателей на сегодняшний день получили четырехцилиндровые двигатели с рабочим объемом в пределах 1-2,4 литра. Эффективность двигателей во многом зависит от подачи топливной смеси, однако это тема не для данной статьи. Двигатель имеет несимметричную конструкцию относительно коленчатого вала, которая вносит свои коррективы. Сам коленчатый вал имеет компенсирующие отливы. Фактически они гасят силы инерции от поступательных движений поршней во время вращения коленчатого вала.

Двигатели с шестью цилиндрами, расположенными в ряд, получили меньшую популярность. Проблема даже не в большом расходе бензина, а в размерах рядных двигателей. Такие двигатели отлично вписываются только в фюзеляж самолета, а под капотом машины уже далеко не каждой. Чтобы установить многоцилиндровый двигатель и КПП в одном моторном отсеке, приходится изощряться.

Например, у AustinMaxi 2200, который выпускался в Англии в 60-х годах, коробка передач размещалась под двигателем. Volvo S80 с шестицилиндровым рядным двигателем имеет очень компактную коробку передач.

Шестицилиндровые агрегаты сбалансированы лучше, однако из-за длины их блока возможности их использования сильно снижаются. Длинный коленвал требует исключительно высокого качества изготовления и имеет слишком высокую потенциальную уязвимость.

Достоинства рядных двигателей

Основные положительные качества рядных двигателей можно назвать следующие:

    равномерный износ деталей;    простота конструкции;    относительно небольшая стоимость обслуживания узлов и агрегатов.    приемлемые условия для работы кривошипно-шатунного механизма;

Недостатки рядных двигателей

Недостатков у двигателей данной конструкции немного. Основной недостаток - это габариты двигателей, ведь из-за расположения цилиндров в ряд такая силовая установка требует под капотом гораздо больше места, чем, например, V-образная. Тем не менее, если по длине такой двигатель проигрывает моторам с иным расположением цилиндров и эта проблема неразрешима, то вопрос с высотой конструкторы решили с помощью простого наклона силовой установки.

Развитие рядных двигателей

В определенный момент порог увеличения количества цилиндров в рядном двигателе, с целью увеличения эффективности, был достигнут, так как с последующим увеличением их количества потребовалось бы чрезмерно удлинять коленвал, что существенно увеличивает вероятность его поломки.

Достигнув количества 8 цилиндров, конструкторы переключились на другие возможные варианты расположения цилиндров с единственным коленвалом, имеющим небольшую длину. В результате их усилий появились V-образные, оппозитные и иные типы двигателей.

Автор, Олег

autodoza.ucoz.ru

отличия и тонкости / блог сообщества Тест Драйв / smotra.ru

Добрый день СМОТРА!

Мы продолжаем наши рассказы о машинах, моторах и шинах.Сегодня мы расскажем про двигатели....и так начнемс )))

Сегодня двигатель мощностью 100 л. с. будет четырехцилиндровым, двухсотсильный будет иметь четыре, пять или шесть цилиндров, трехсотсильный — восемь...

Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

О чем болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании.

Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие двигатели индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объем.

Двух- и трехцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, и рядные в том числе. Зато рядная "четверка" попала в самый массовый диапазон рабочего объема легковых автомобилей — от 1,0 до 2,3 л.

Рядный трехцилиндровый горизонтальный мотор микроавтобусов Subaru серии Е (рабочий объем — 1,0 или 1,2 л) снабжен балансирным валом

Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными "пятерками" — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце 80-х годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.

Рядные "шестерки", до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную "восьмерку" и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в 30-х годах. Почему?

Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создает массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперек моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную "шестерку" удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины 60-х годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и новейший Volvo S80 с суперкомпактной КПП.

Как укоротить рядный мотор? Его можно "распилить" пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60 о и 90 о. А V-образный мотор с углом развала блока 180 о, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или "боксером" — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).

Двигатель R3. Угол между кривошипами — 120 градусов

Добиться равномерности вспышек в таком двухцилиндровом двигателе можно только при двухтактном цикле

А такой мотор, например, стоит на Оке. Поршни движутся синфазно

Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели еще и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей "боксеров" можно пересчитать по пальцам.

А как сделать V-образный двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — сделать угол развала блока менее 60 о. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia 70-х годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23 о. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит еще одна проблема — вибрации.

О силах и моментах

Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров.

Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями...

Отчего происходят вибрации? Во-первых, в некоторых схемах двигателей вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Таких схем конструкторы по возможности избегают или стараются делать массивней маховик — это помогает сгладить пульсации крутящего момента.

Во-вторых, при движении поршней вверх-вниз они то разгоняются, то замедляются, из-за чего возникают силы инерции — они сродни тем силам, что заставляют пассажиров автомобиля кланяться при торможении или вдавливают их в спинки сидений при разгоне.

В-третьих, шатун в двигателе движется вовсе не вверх-вниз, а совершает сложное движение. Да и возвратно-поступательное перемещение поршня от верхней мертвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверенной частотой вращения коленвала... Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться.

Плюс к этому, пары сил, приложенные на определенном расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны.

Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.

А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель.

Чтобы облегчить описание степени уравновешенности разных двигателей, мы подготовили сводную таблицу. Зеленым в ней выделены самоуравновешенные силы и моменты, а красным — свободные (те, что не уравновешены и вырываются на свободу — через опоры силового агрегата проходят на кузов автомобиля).

Что же получается? Из распространенных типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная "шестерки". Теперь понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие моторы? Ну, а о причинах, по которым от них отказываются остальные, мы уже упоминали.

Пример рядной "четверки" с балансирными валами — 2,3-литровый двигатель Saab. Валы располагаются по обе стороны от коленвала и с удвоенной скоростью вращаются в противоположные стороны

Это знакомая всем рядная "четверка"

Пятицилиндровый турбодизель Fiat TD 125 объемом 2387 куб. см образован путем добавления одного цилиндра к 1,9-литровой "четверке" TD 100. Балансирный вал — слева, в нижней части картера

Под каким углом расположить кривошипы коленвала рядной "пятерки"? 360 о делим на пять... Правильно — 72 о!

Теперь рассмотрим поподробнее остальные схемы.

Уравновешенные и не очень

Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (например, такой стоит на отечественной Оке). Как видно, этот двигатель по степени уравновешенности похож на одноцилиндровый, поскольку оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для того, чтобы уравновесить свободные силы инерции первого порядка, в моторе Оки слева и справа от коленвала стоят два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка?Для того, чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить еще два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешевых автомобилей, было бы совершенно неуместным.

Впрочем, это еще ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата... Но мотор зато получался простым и дешевым!

Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180 о), можно встретить только на мотоциклах. Поскольку поршни в нем всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше.

Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели можно было встретить на довоенных DKW и их прямых наследниках, пластиковых гэдээровских Трабантах. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.

Автомобиль с двухцилиндровым V-образным мотором припоминается только один — отечественный НАМИ-1.

Subaru из компоновочных соображений предпочитает рядной "четверке" оппозитную. Что до вибраций, то силы инерции второго порядка у "боксера" уравновешены, но момент от них все же остается свободным

А до наших дней этот тип двигателя дожил только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их V-образными "двойками" во всей хромированной красе. Такой мотор можно уравновесить практически полностью с помощью противовесов на коленчатом валу, но достичь равномерного чередования вспышек невозможно.

Хорошо, что байкеры особого внимания на вибрации не обращают...

Автомобилей c оппозитным мотором, наиболее уравновешенным из всех двухцилиндровых, было немного — по экономическим и компоновочным соображениям. Можно упомянуть, например, французский Citroen 2CV.

По такой схеме обычно строят оппозитные "четверки"Оппозитная "двойка" (Citroen 2CV, мотоциклы) — неплохо уравновешенная, но не очень удобная для автомобилестроителейЗАЗ и Ford выбрали экзотику: мотор V4, в котором и угол развала блока, и угол между кривошипами составляют 90 градусовУгол развала цилиндров моторов V2 колеблется от 25 о до 90 о

Трехцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная "четверка", и поэтому производители трехцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. Однако опелевские двигателисты, недавно снабдившие Opel Corsa новым трехцилиндровым мотором семейства Ecotec, и конструкторы двигателя "городского купе" Smart в целях удешевления и уменьшения механических потерь отказались от балансирного вала. Правда, трехцилиндровая Corsa уже была раскритикована немецкими автожурналистами: "По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно".

В самой популярной среди двигателистов рядной "четверке" остается свободной сила инерции второго порядка. Ее можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью (вы не забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?).

А для компенсации момента от балансирного вала придется ставить еще один, вращающийся в противоположную сторону.

Дорого? Безусловно. Однако, моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat, VW. Самый свежий пример — 2,2-литровая "четверка" из семейства Opel Ecotec.

Кстати, оппозитная "четверка" уравновешена лучше, чем рядная — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и "оппозитник" воздушного охлаждения легендарного Жука, и знаменитые "боксеры" Subaru обходились и обходятся без балансирных валов.

У рядных "пятерок" с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил... Во время работы двигателя по блоку постоянно "пробегает" волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жестким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата. И только фиатовские мотористы применяют балансирный вал, который полностью уравновешивает все моменты.

Кстати, практически все "пятерки" образованы путем прибавления еще одного цилиндра к четырехцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от "четверки". Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72 о.

О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали.

А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные, ситуация с уравновешенностью такая же, как у "трешки", то есть не ахти. Поэтому балансирные валы можно увидеть на трехлитровом двигателе V6 Citroen/Peugeot или на новом 3,2-литровом моторе Mercedes-Benz М112. А на других моторах пытаются не усложнять конструкцию и стараются свести уровень вибраций к минимуму за счет усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещенного расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).

Добавим сюда еще одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90 о не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счет утяжеленного маховика, но лишь отчасти. Вот вам и еще один источник вибраций...

V-образные "восьмерки" с углом развала цилиндров в 90 о и коленвалом, кривошипы которого располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неплохо уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров.

Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть V-образных моторов?

Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят...

Напоследок можно поговорить о схемах необычных.

Сначала можно вспомнить про моторы V4. Таких было немного — европейский Ford образца 60-х годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного Запорожца. Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность.

А что насчет V-образных "десяток"? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5.

Впрочем, конструкторы некоторых моторов Формулы-1 или монстров Chrysler Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думают далеко не в первую очередь.

Ну, а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная "восьмерка" (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две "четверки", работающие на один коленвал. А V-образный и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным "шестеркам".

Подноготная" нового шестицилиндрового "оппозитника" водяного охлаждения Porsche 996. С левой и правой сторон блока в целях экономии стоят одинаковые головки, поэтому цепные приводы распредвалов пришлось устраивать и спереди, и сзадиВ моторе V6 с углом развала блока 90 о сдвоенные кривошипы расположены под углом 120 о. А в моторах с развалом 60 о каждый шатун приходится устанавливать на своем кривошипеДля уравновешивания свободного момента от сил второго порядка мотору V6 90 о необходим один балансирный вал(показан стрелкой). В двигателе Citroen 3.0 V6 он установлен в одной из головок блока

VR6, VR5, W12...

Помните, мы упоминали о V-образных моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах?

Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60 о или 90 о, а выигрыш в компактности тогда ценили не так...

Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, созданы и применяются гидроопоры силового агрегата, которые могут значительно ослабить вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с 2,8-литровым мотором? А теперь — пожалуйста: VW Golf VR6 предыдущего, третьего, поколения!

Этот знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, "V-образно-рядный" мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием V-образных двигателей с малым углом развала блока.

Цилиндры этого мотора разведены на еще меньший угол, чем на Лянчах — всего на 15 о. Гениальное решение — 2,8-литровая "шестерка" компактнее, чем обычный мотор V6, да еще и имеет одну головку блока! А в прошлом году на автомобилях Volkswagen Golf IV появился двигатель VR5 — это VR6, от которого "отрезали" один цилиндр.

После этого мотористы концерна VW вообще словно с цепи сорвались.

2,3-литровый двигатель VR5 конструкторы VW получили, отняв один цилиндр от мотора VR6. Угол развала компактного блока — 15 о, все пять цилиндров укрыты одной головкой блокаДва мотора R3, составленные друг за другом, дают великолепный результат — абсолютно уравновешенную рядную "шестерку"Двигатель V8: и развал блока, и угол между кривошипами — 90 о

Они придумали суперкомпактный W-образный двигатель. W12, которым снабжен концепт-кар W12 Roadster, — это два двигателя VR6, установленные под углом 72 о на одном коленвале. А мотор W8, которым будут оснащать VW Passat Plus, — это два мотора VR6, от которых "отрезано" по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале.

А еще в Вольфсбурге подумывают о восемнадцатицилиндровом двигателе — страшно подумать, на какую он будет похож букву...

Почему же таких моторов не было раньше? О новых гидроопорах мы уже упоминали. Есть причины чисто технологического свойства. Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится!

А еще создателям новых схем помогает... компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без компьютера обойтись очень сложно.

Теория и практика

Как видно, при выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности.

Потом, двигатели сейчас все чаще строятся по модульному принципу, и кульминацией этого стали фольксвагеновские изыски. Говоря упрощенно, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трехцилиндровый, и W12.

W-образный супермотор, который пока стоит на концепт-родстере и купе VW W12, — это два блока цилиндров VR6 (на фото хорошо видно шахматное расположение цилиндров), объединенных в одной отливке под углом 72 о. Длина 5,6-литрового 420-сильного мотора — всего 51 см, ширина — 70 см

А вибрации... Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную "шестерку".

А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации деталей под нагрузкой.

Так что вибрации "прорываются" из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле, конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора...

(с) "Авторевю"А. ВОСКРЕСЕНСКИЙЛ. ГОЛОВАНОВ

smotra.ru

Рядный двигатель внутреннего сгорания - Как отремонтировать ВАЗ

Сегоднядаже современные двигатели имеют КПД порядка 20%, что является ничтожно малым.Иными словами, только около 2 литров топлива из 10 залитых в бак расходуется насоздание рабочего крутящего момента на валу двигателя. Остальные 8 попростувылетают в трубу, переходят в тепловую энергию, трансформируются в детонации,тратятся на силы инерции и трения и т.д. Несмотря на все это, ужесформировались общие концепции двигателя внутреннего сгорания, имеющегомаксимальную эффективность. При этом поршнии рабочие камеры обладают довольно ограниченными размерами,так как компактные механизмы отличаются меньшими силами инерции, гораздо вменьшей степени подвержены детонациям. Один цилиндр двигателя имеет рабочуюкамеру объемом 170-900 кубических см.Поршни слишком маленьких размеров по своим конструктивным характеристикам имеютограничения, потому что даже при большой степени компрессии в пределах 14-16атмосфер (в бензиновых двигателях), компактность ограничивает и передачу усилияна шатун от поршня. Если же размеры поршней слишком значительны, тогда невозможнополучить точную сбалансированностьмеханизма и соответственно высокие обороты вращения двигателя, точнеесказать, это чрезвычайно сложно и высокотехнологично.

Рядный двигатель

Такоеназвание двигатель получил из-за своего строения. Все поршни в таком двигателерасположены в один ряд. По своей конструкции, а также технологии изготовлениядеталей к ним, эти двигатели более просты. Такие двигатели ремонтопригодны внебольших мастерских и стали классикой.

Обозначениерядных двигателей начинается с литеры R. Например, R2 означает, что двигательимеет 2 цилиндра, R3 три цилиндра и т.д. Если насчет расположения цилиндров всепредельно ясно, то их базирование на валу двигателя может быть различным.

Устройство двигателя

Независимоот количества цилиндров, рядные двигатели имеют практически одинаковоестроение и принцип работы, как любые двигатели внутреннего сгорания.Цилиндры располагаются в один ряд, поршни цилиндров приводятся в движение засчет энергии сгорания топливной смеси и передают усилие на общий коленчатыйвал. Для всех цилиндров имеется одна головка блока.

Рядныедвигатели бывают сбалансированные и несбалансированные. Балансировка двигателянеобходима из-за сложной формы коленвала и количества цилиндров,предусмотренных конструкцией. Несбалансированные конструкции порождают сильнуювибрацию, которая в итоге способствует разрушению коленчатого вала. Двигатели сшестью цилиндрами сбалансированы лучше, чем четырьмя цилиндрами. Поэтомуколенвал четырехцилиндрового двигателя, с объемом свыше двух литров, может бытьоборудован дополнительными балансировочными (успокоительными) валами.

8 цилиндров в двигателе вполне достаточно дляполучения даже чрезмерно большого рабочего объема. Частично поэтому двигатели с10 и более количеством цилиндров не получили своего распространения.

Рядныйчетырехцилиндровый движок может располагаться под капотом в продольном и впоперечном положении, в то время как конструкцию с шестью цилиндрами,расположенными в ряд, разместить поперек практически невозможно.

Наибольшеераспространение из рядных двигателей на сегодняшний день получиличетырехцилиндровые двигатели с рабочим объемом в пределах 1-2,4 литра.Эффективность двигателей во многом зависит от подачи топливной смеси, однако это тема не для данной статьи. Двигатель имеет несимметричную конструкциюотносительно коленчатого вала, которая вносит свои коррективы. Сам коленчатыйвал имеет компенсирующие отливы. Фактически они гасят силы инерции отпоступательных движений поршней во время вращения коленчатого вала.

Двигателис шестью цилиндрами, расположенными в ряд, получили меньшую популярность.Проблема даже не в большом расходе бензина, а в размерах рядных двигателей.Такие двигатели отлично вписываются только в фюзеляж самолета, а под капотоммашины уже далеко не каждой. Чтобы установить многоцилиндровый двигатель и КППв одном моторном отсеке, приходится изощряться. Например, у AustinMaxi 2200,который выпускался в Англии в 60-х годах, коробка передач размещалась поддвигателем. Volvo S80 с шестицилиндровым рядным двигателем имеет оченькомпактную коробку передач.

Шестицилиндровыеагрегаты сбалансированы лучше, однако из-за длины их блока возможности ихиспользования сильно снижаются. Длинный коленвал требует исключительно высокогокачества изготовления и имеет слишком высокую потенциальную уязвимость.

Достоинства

Основныеположительные качества рядных двигателей можно назвать следующие:

  • равномерный износ деталей;
  • простота конструкции;
  • относительно небольшая стоимость обслуживания узлов и агрегатов.
  • приемлемые условия для работы кривошипно-шатунного механизма;

Недостатки

Недостаткову двигателей данной конструкции немного. Основной недостаток — это габаритыдвигателей, ведь из-за расположения цилиндров в ряд такая силовая установкатребует под капотом гораздо больше места, чем, например, V-образная. Тем неменее, если по длине такой двигатель проигрывает моторам с иным расположениемцилиндров и эта проблема неразрешима, то вопрос с высотой конструкторы решилис помощью простого наклона силовой установки.

Развитие рядных двигателей

Вопределенный момент порог увеличения количества цилиндров в рядном двигателе, сцелью увеличения эффективности, был достигнут, так как с последующимувеличением их количества потребовалось бы чрезмерно удлинять коленвал, что существенно увеличиваетвероятность его поломки. Достигнув количества 8 цилиндров, конструкторыпереключились на другие возможные варианты расположения цилиндров сединственным коленвалом, имеющим небольшую длину. В результатеих усилий появились V-образные, оппозитные и иные типы двигателей.

portalvaz.ru

Расположение цилиндров автомобиля

В современных автомобилях применяются многоцилиндровые двигатели с разным количеством цилиндров. В двигателях зачастую их бывает от 2 до 12. Встречаются даже более необычные двигатели, число цилиндров в которых до 18. В зависимости от расположения цилиндров делятся на рядные двигатели, оппозитные, V-образные. Устанавливаются на машины и другие конфигурации расположения. Например, W-образные, а также роторные.

Рядные двигатели

Рядный двигательСамая распространенная компоновка - расположение поршней и цилиндров в один ряд. При такой установке цилиндров все поршни двигателя вращают один коленчатый вал. Для обозначения рядного двигателя используется сочетание "LX", где X - число цилиндров. Несомненным преимуществом рядных двигателей является их несложный механизм, производительность, равномерность износа деталей, а также простота обслуживания. Рядные двигатели можно размещать и вдоль и поперёк. К недостаткам такого типа мотора относятся их большие габариты.

Оппозитные двигатели

В отличии от остальных конфигураций, особенностью оппозитного двигателя является горизонтальное движение цилиндров. В таком типе мотора всегда используется чётное количество цилиндров. Два соседних поршня всегда находятся в одном положении. Это обеспечивает плавную работу, не создавая вибрации. Поскольку движения поршней напоминают движения рук боксера, такой тип двигателя часто называют Boxer. Он имеет смещенный вниз центр тяжести, помогающий добиться устойчивости при движении, а расположение на одной линии с трансмиссией делает передачу мощности более эффективной. Основное преимущество этого типа - высокий уровень безопасности при лобовом столкновении. При нём мотор уходит под салон и сохраняет жизнь водителя и пассажиров. Оппозитный двигатель устанавливается только продольно. Среди недостатков можно выделить значительные трудности при проведении ремонтных работ - даже для незначительных процедур необходимо снимать двигатель. Кроме этого некоторые отмечают неравномерный износ гильзы цилиндра, связанный с горизонтальным движением поршня. Это, в свою очередь, приводит к большим расходам масла. Данный тип двигателя используется на автомобилях Subaru и Porsche.

W-образные двигатели

w-образный двигательW-образный тип двигателя представляет собой два V-образных двигателя заключенных в одну систему. W-образный мотор часто называют четырехрядным. Принято считать, что этот тип был разработан автомобильным концерном Volkswagen. В таком типе мотора используются 12 цилиндров - три ряда по четыре в каждом. Благодаря такой конструкции значительно экономится подкапотное место, которое можно использовать для установки дополнительного оборудования. Но в то же время, такое компактное расположение цилиндров относительно друг друга приводит к их быстрому нагреванию, поэтому в таком типе двигателя применяется система охлаждения для каждого цилиндра.

Роторные двигатели

роторный двигательВ этом моторе роль поршня играет ротор. Необычная форма ротора позволяет за один его оборот произвести все такты как у других двигателей внутреннего сгорания: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Для такого двигателя характерно отсутствие системы газораспределения - её роль выполняет сам ротор. Несмотря на возложенные надежды на разработанный в 50-хх годах прошлого века двигатель, в нем имеется ряд недостатков. Основной из них – очень низкая экологичность. В нынешние дни данный тип двигателя используется серийно только на спортивном автомобиле Mazda RX-7. Были попытки установить двигатель на автомобили ВАЗ, но они не увенчались успехом, и моторы пришлось заменить на поршневые.

vitj.ru