v образный двигатель

История автомобиля может служить своеобразной демонстрацией пытливости и настойчивости человеческого ума. Казалось бы, изобрели в 1883 году Даймлер с Майбахом двигатель внутреннего сгорания (одноцилиндровый), так пользуйтесь люди. Нет же, сразу обнаружились недостатки – маломощный он, нужен посильней. И процесс пошел – моторы стали больше и сильнее, число цилиндров начало увеличиваться, появились новые варианты их компоновки, одной из которых явился V образный двигатель.

Содержание

  1. О ДВС и его типах
  2. О конструкции V образного двигателя
  3. Появление v образного двигателя
  4. V образный мотор на мотоцикле
  5. V образный дизель

О ДВС и его типах

Двигатель внутреннего сгорания может быть с внешним образованием топливной смеси (бензиновый) и с внутренним смесеобразованием – дизельный. Все они являются четырехтактными, и это надо отметить как одно из свойств, которыми обладает такой двигатель. Первый двигатель был мощностью чуть больше одной лошадиной силы, что оказалось явно недостаточно для его практического использования. Он был одноцилиндровый, само собой напрашивалось решение увеличить число цилиндров для увеличения мощности.

А как только число цилиндров становится больше одного, возникает вопрос, об их расположении. Невзирая на то, бензиновый это или дизельный двигатель, возможны такие варианты:

  • рядный, все цилиндры располагаются друг за другом на одной линии;
  • V образный, в нем цилиндры находятся под острым углом (обычно шестьдесят или девяносто градусов) друг относительно друга;
  • оппозитный, его можно считать частным случаем V образного. В нем цилиндры находятся под углом 180°. Такой двигатель чаще всего используют в конструкции мотоцикла;
  • W образный, его можно рассматривать как комбинацию оппозитного и V образного, установленного поверх оппозитного, и работающих на один коленчатый вал;
  • звездообразный, это своеобразная комбинация из нескольких V образных двигателей, в которой цилиндры располагаются под углом между собой по всей окружности и работают на один коленвал. Используется в основном в самолетостроении.

Некоторые из этих вариантов построения двигателей можно увидеть на приведенном ниже рисунке:

1- рядный; 2 – V образный; 3 – оппозитный; 4 – совмещенный V образный и рядный двигатель; 5 – W образный; 6 – совмещенный в W образной компоновке.

Для каждого из перечисленных вариантов свойственны свои достоинства и недостатки, но в настоящий момент более подробно будут рассмотрены V образные двигатели.

О конструкции V образного двигателя

Что собой представляет современный V образный двигатель, можно понять, посмотрев приведенное фото

Даже беглого взгляда достаточно для понимания, какое это сложное изделие. Тем не менее, его можно считать закономерным этапом в развитии, которое прошел двигатель, в первую очередь, имея ввиду его практическое использование для автомобиля и мотоцикла.

После того, как резервы роста мощности, заложенные в увеличении диаметра цилиндра, были исчерпаны, стало расти их число. Тогда мотор начали делать с использованием нескольких цилиндров. Проще всего их оказалось разместить в ряд друг за другом. Так появился рядный двигатель, как бензиновый, так и дизельный.

Казалось бы, все хорошо, наращивай число цилиндров и увеличивай отдаваемую мотором мощность. Но при этом растут его габариты, а если учесть, что основное применение было рассчитано на конструкцию автомобиля и мотоцикла, то большой двигатель туда не помещался. В ходе проведения всех таких работ было установлено, что для автомобиля оптимальным является рядный четырех- или шестициндровый силовой агрегат. Такие двигатели используются также в настоящее время, как самые простые в производстве.

Появление v образного двигателя

Борьба за компактность привела к тому, что родился V образный двигатель, в нем цилиндры размещены под углом. Такое расположение позволило решить как минимум две задачи:

  1. уменьшить габариты мотора, правда, надо отметить, что уменьшение длины сопровождалось увеличением ширины;
  2. увеличить число цилиндров в одном моторе.

Однако следствием такого технического решения стало усложнение конструкции силового агрегата. Если для рядного требуется один блок цилиндров и один газораспределительный механизм, то для V образных силовых агрегатов их число увеличивается как минимум вдвое. Это приводит к значительному усложнению производства.

Кроме уже отмеченных, есть и другие недостатки, присущие V образной компоновке, но они тем или иным способом решаются, и на сегодняшний день такой силовой агрегат является чрезвычайно распространенным в мире моторов. В то же время, кроме использования на легковом автомобиле у таких моторов есть и другие варианты применения, для примера можно остановиться на следующих:

V образный мотор на мотоцикле

Особого внимания заслуживает оппозитный двигатель как разновидность V образного. Такая его конструкция оказалась подходящей для мотоцикла, хотя некоторые производители применяют его в автомобилях.

Первоначально, в течение длительного времени для мотоцикла хватало одноцилиндрового мотора. Однако проблема роста мощности силового агрегата коснулась и мотоцикла, вследствие чего на нем появился V образный мотор (2-цилиндровый). Сейчас можно только отметить – в конструкции мотоцикла характерно использование большого числа самых разнообразных типов моторов. Но стоит учесть, в настоящее время для всех видов мотоцикла характерно увеличение числа цилиндров, что позволяет поднять общую, «литровую» мощность мотора.

При этом наблюдается все большее использование четырехтактных моторов для мотоцикла, двухтактные из-за своей низкой надежности и ограниченном ресурсе остаются только в мотогонках. А для многоцилиндровых двигателей в условиях ограниченного места, характерного для мотоцикла, наиболее приемлемым будет применение V образного мотора.

Конечно, у мотоцикла есть свои, присущие только ему особенности, но это не имеет отношения к его типу. А V образные многоцилиндровые, в том числе и оппозитные моторы, используемые при создании мотоцикла, не собираются уступать свое место другим.

V образный дизель

На сегодняшний день наибольшей популярностью в Европе пользуются автомобили, в которых применяется дизельный силовой агрегат. Обусловлено это его высокой экономичностью, а также отличными эксплуатационными показателями. Как пример можно привести дизельный двигатель TD6.

По своим техническим характеристикам он соответствует самым высоким требованиям, этот дизельный мотор имеет шесть, расположенных по V образной схеме, цилиндров, общий объем может составлять до 2,7 литров, он способен развивать мощность до двухсот семи л.с., обеспечивая крутящий момент до четырехсот сорока Нм. При этом его вес не превышает двухсот двух кг.

Не касаясь других его характеристик, используемых в конструкции технических решений, стоит просто отметить, что по экспертным оценкам подобный дизельный силовой агрегат является несомненным лидером в классе шестицилиндровых V образных дизелей.

Однако это не единственный пример применения подобной концепции в построении двигателей. В тех случаях, когда требуется повышенная мощность при достаточно компактных размерах, чаще всего находит применение аналогичный дизельный силовой агрегат. Вот пример из прошлого столетия – 12 цилиндровый четырехтактный дизельный двигатель, устанавливаемый на легендарных танках Т-34. Это не единственный случай – высокая мощность и относительная компактность делает V образный двигатель незаменимым при создании самых разных устройств – от автомобилей до танков.

За не такую уж и длительную историю развития ДВС, были разработаны разные его модификации, отличающиеся различным исполнением и сложностью. Тем не менее, несмотря на все имеющиеся трудности в производстве и недостатки конструкции, V образный двигатель в настоящее время является одним из самых массовых вариантов ДВС.

1AZ, 2AZ, 2GR, достоинства, недостатки, ремонт

Двигатели

3L — дизельный двигатель Toyota

57.3к.

Дизельный двигатель Тойота 3L выпускался 27 лет, использовали их для разных микроавтобусов, грузовиков, пикапов и внедорожников. Этот мотор завоевал

Двигатели

1JZ — культовый двигатель Toyota

32.1к.

Первый образец прославленного шестицилиндрового двигателя 1JZ выпущен в 1990 году, установлен на «Марк» в 80-ом кузове. Конструкция двигателя построена

Двигатели

2JZ — легендарный двигатель Тойота

22.4к.

Дочерняя компания Тойоты Tahara Plant производила двигатель 2JZ на протяжении шестнадцати лет (1991—2007 г). Этот трёхлитровый шестицилиндровый

Двигатели

4S-FE — бензиновый 1.8 Toyota

04.5к.

16-ти клапанный двигатель Тойота 4S-FE объемом 1,8 л с распределенным впрыском выпущен в производство в 1987 году и устанавливался в автомобилях

Двигатели

4GR — шестицилиндровый V-образный 4. 0 Тойота

13.6к.

Двигатель 4GR-FSE – силовой агрегат автомобилей марки Toyota, существующий на рынке с 2003 года. Использовался для престижных заднеприводных авто

Двигатели

Шестицилиндровый рядный бензиновый двигатель Toyota — 1G

22.1к.

Мотор 1G-FE – 24-клапанный силовой агрегат, собранный на чугунном блоке с 6-ю цилиндрами с инжекторной системой питания. Мощность мотора достигала 160 лошадиных сил.

Двигатели

Дизельный двигатель Toyota 3.0 — 5L-E

17.4к.

Двигатели 5L Тойота производили в течение чуть более десяти лет с 1994 по 2005 года. Преимущественно использовались для 

Двигатели

Двигатель 1NR-FE — бензиновый четырехцилиндровый 1. 33 Toyota

57.8к.

С 2008 года в Японии выпускается двигатель Тойота 1.3 1NR-FE. В зависимости от страны, для которой предназначен, мотор имеет разные экологические

Двигатели

5S-FE — четырехцилиндровый бензиновый 2.2 Toyota

03.1к.

С 1998 года по 2001 двигатель Тойота 5S-FE выпускался в Японии и на территории США. Устанавливался в легковые Toyota от спортивного MR2 до Камри.

Двигатели

1HZ — рядный шестицилиндровый дизель Toyota

23.6к.

Двигатель Тойота 1HZ начал выпускаться в 1990 году. За это время появилось несколько модификаций. Рассмотрим технические характеристики, плюсы и минусы

Двигатели

7A-FE — четырехцилиндровый бензиновый двигатель 1. 8 Toyota

211.2к.

На протяжении многих лет с 1990 по 2002 годы двигатель Тойота 7A-FE устанавливался на модели Corolla, Avensis, Carina и Caldina и некоторые другие.

Двигатели

4E-FE — бензиновый 1.3 Toyota

36.1к.

1.3-литровый 4E-FE на бензине производился Тойота в период 1989 – 2001 год и устанавливался на множество машин. Но известен в основном по модели Королла.

Двигатели

2ZZ-GE — бензиновый двигатель 1.8 Toyota

02.7к.

Двигатель Тойота 1.8 2ZZ-GE принадлежит к серии силовых установок ZZ, которая использовалась для оснащения автомобилей класса C и D, для паркетника

Двигатели

1HD-FTE — дизельный рядный шестицилиндровый 4. 2 от Toyota

05.1к.

Производство дизельных рядных шестицилиндровых двигателей 4.2 серии 1HD стартовало в 1990-м. Впервые ими оснащали ватобусы Coaster и внедорожники Крузер 80.

Двигатели

4ZZ-FE — четырехцилиндровый бензиновый 1.4 от Toyota

84.1к.

В 1999-м году компания Тойота выпустила новый мотор 4ZZ-FE. Сходивший с конвейера десять лет, он устанавливался на хорошо продаваемые модели с передним

Двигатели

2UZ-FE — бензиновый V8 4.7 от Toyota

15.3к.

Бензиновый двигатель Toyota 2UZ-FE устанавливался на автомобили марки Тойота и Лексус с 1998 года. Агрегат с чугунным блоком и большим объемом

Двигатели

1UR-FE — бензиновый V8 4. 6 Toyota

24к.

Двигатель 1UR-FE объемом 4.6 л был впервые представлен в 2006 году. Мотор разрабатывался под внедорожники и пикапы, также его планировалось устанавливать

Двигатели

3UR-FE — бензиновый 5.7 V8 от Тойота

04.7к.

В 2007 году с приходом на рынок Ленд Крузер 200 дебютировал бензиновый двигатель V8 Тойота 5.7 3UR-FE. Внушительные размеры и мощность дали возможность

Двигатели

Мотор 1VD-FTV — дизельный V8 Toyota

14.3к.

С 2007 года японский автоконцерн Toyota Motor Corporation выпускает мотор 1VD-FTV объёмом 4,5 литра. Мощный дизель с двумя турбинами разрабатывался

Двигатели

1GD — дизельный двигатель 2.8 Toyota

53.7к.

Представитель экологичных силовых установок, дизель Тойота 2.8 1GD-FTV стал выпускаться с 2015 года. Мотором на 2,8 л оснащаются внедорожники, пикапы и микроавтобусы.

Двигатели

1KD — дизельный двигатель 3.0 Toyota

03.1к.

Двигатель Тойота дизель 3.0 1KD-FTV производится в Японии, начиная с 2000 года. Мотор устанавливается на внедорожники, пикапы и микроавтобусы.

Двигатели

1GR — бензиновый двигатель 4.0 Toyota

42.4к.

Двигатель Тойота объемом 4 литра и маркировкой 1GR-FE производится с 2002 года. Сфера применения – полноприводные и заднеприводные

Двигатели

5VZ — бензиновый двигатель 3.4 Toyota

04.6к.

Двигатель Тойота 3.4 5VZ-FE создавался для внедорожников, пикапов и микроавтобусов. Производство мотора осуществлялось концерном Toyota

Двигатели

1FZ — бензиновый двигатель 4.5 Toyota

01.9к.

Японский двигатель Тойота 4.5 1FZ-FE устанавливали на продаваемые в нашей стране Lexus LX и Land Cruiser. Японский концерн выпускал этот мотор 

Что означает буква V в V6?

Сообщение от Гили
23 марта 2014 г.
Комментарии к записи Что означает буква V в V6 отключены?

Многие производители автомобилей и механики говорят о двигателях V6 и их плюсах и минусах. Двигатели установлены на миллионы автомобилей и, как известно, слабее обычного двигателя V8. Тем не менее, двигатели V6 не являются самыми слабыми двигателями, доступными в автомобилях, и действительно могут обеспечить автомобили впечатляющей мощностью.

Буква V в слове V6 — это не буква, обозначающая целое слово, а буква, обозначающая форму двигателя. Обычно буква V в V6 означает V-образную или V-образную форму, поскольку цилиндры в двигателе фактически создают визуальную V-образную форму. Кроме того, V в V6 означает двигатель V или Vee. V-образный двигатель представляет собой конструкцию, в которой цилиндры и поршни выровнены в двух плоскостях, образуя знакомую V-образную форму. V-образные двигатели используются в большинстве автомобилей из-за их меньшего размера по сравнению с рядными двигателями

Двигатель V уникален тем, что его можно настраивать множеством способов. Наиболее частая настройка двигателей связана с корректировкой количества цилиндров. Угол двигателей V-образной формы также можно отрегулировать, чтобы он был шире или уже в зависимости от ограничений транспортного средства. У каждой конфигурации есть свои преимущества и недостатки, но в целом V-образный двигатель известен увеличением и уменьшением мощности в различных вариациях.

Двигатель V6 чаще всего используется в седанах и недорогих спортивных автомобилях. Мощность и эффективность V6 могут обеспечить автомобилю удовлетворительное ускорение и достаточный расход бензина. Двигатели V6 имеют три цилиндра в двух разных плоскостях, что дает шестицилиндровую V-образную форму. Кстати, двигатели V6 разбалансированы из-за неравномерного количества цилиндров в каждой плоскости. Тем не менее, эту проблему с балансом можно исправить с помощью изменения угла и веса двигателя и транспортного средства. Как правило, для двигателей V6 можно использовать три различных варианта угла: 60 ​​градусов, 9 градусов.0 градусов и 120 градусов.

Каждый вариант двигателя V отличается расходом бензина и мощностью. В настоящее время самый маленький V-образный двигатель — это V-образный твин, а самый большой — V24. Большинство транспортных средств, используемых людьми, оснащены двигателями от V4 до V8, но многие спортивные автомобили высокого класса оснащены двигателями V12 и выше. Многие автомобили рассчитаны на V-образный двигатель определенного размера, поэтому людям следует избегать замены небольших V-образных двигателей на более крупные в транспортных средствах, чтобы предотвратить будущие эстетические и механические проблемы.

Избранное изображение:

  от  Мартина Петтитта

О Гили

Мне очень повезло заниматься любимым делом и испытывать мгновенное удовлетворение от ремонта каждой машины. Моя цель состоит в том, чтобы каждый клиент Gili почувствовал, что его автомобиль чувствует себя лучше и работает лучше после их посещения, а все ремонтные работы выполняются правильно с первого раза. Пусть наше обещание предоставить дружелюбное и честное обслуживание, которое защищает надежность, производительность и безопасность вашего автомобиля, вдохновит вас посетить Gili’s и остаться с нами на долгие годы.

Просмотреть все сообщения Гили →

верхний

Конфигурация двигателя: прямой, V-образный, плоский

В начале 20 века, когда полным ходом шли конструкторские разработки, двигатель мощностью 10 л мог быть как одноцилиндровым, так и, например , прямая восьмерка. В то время никого особо не удивляли ни 23-литровая рядная шестерка, ни семицилиндровый звездообразный мотор от самолета, установленный на автомобиле…

Однако рост производственных мощностей, товарооборота и ожесточенная борьба за удешевление продукции расставили все по своим местам. Простейший одноцилиндровый двигатель ушел в далекое прошлое для автопроизводителей. Средний объем цилиндров обычного автомобильного двигателя сейчас составляет от трехсот до шестисот кубических сантиметров. Производительность на литр – от 35 л.с./л у атмосферного дизеля до 100 л.с./л у форсированного бензинового атмосферного двигателя. Это оптимум для серийных двигателей и выходить за его пределы просто невыгодно.

Сегодня 100-сильный двигатель имеет в большинстве случаев четыре цилиндра, 200-сильный один – четыре, пять или шесть цилиндров, 300-сильный – восемь… Но как эти цилиндры расположить? Другими словами, по какой схеме производители могут построить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

Что больше всего волнует дизайнера? Во-первых, вопрос, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и проще в обслуживании. Прямоточный двигатель самый простой. Чтобы получить требуемую мощность, конструкторам необходимо расположить необходимое количество цилиндров в ряд.

Двух- и трехцилиндровые двигатели не часто встречаются в автомобилях, хотя тенденция на двухцилиндровые моторы набирает обороты. Этому способствуют продвинутые смесительные системы и использование турбонаддува (как, например, в 85-сильной двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная четверка попала в самый массовый диапазон мощностей легковых автомобилей — от 1 до 2,4 литра.

Пятицилиндровые рядные двигатели появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz с его дизельными пятицилиндровыми моторами — они появились в 1974 (на модели 300D с шасси W123). Через два года был выпущен пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце 80-х такие двигатели делали Volvo и FIAT.

Рядные шестицилиндровые двигатели, которые до недавнего времени были так популярны в Европе, в мгновение ока стали вымирающим видом. А уж о рядной «восьмерке» и речи быть не может — с ним производители практически распрощались еще в 30-е годы. Почему?

Ответ прост. Двигатель удлиняется по мере увеличения числа цилиндров, и это создает массу неудобств в компоновке. Например, втиснуть рядную шестерку через подкапотное пространство переднеприводной машины удавалось в единичных случаях — только английскому Austin Maxi 2200 середины 60-х (тогда конструкторам пришлось прятать коробку передач под двигатель) и на ум приходит Volvo S80 со сверхкомпактной коробкой передач.

Как можно укоротить прямой двигатель? Мы можем «распилить» его пополам, поставить две половинки рядом и заставить их работать на один коленвал. Такие двигатели, у которых цилиндры расположены в форме буквы V, в два раза короче прямых — наиболее распространены двигатели с углом включения 60° и 90°. А V-образный двигатель с углом раскрытия 180°, в котором цилиндры расположены друг напротив друга, называется оппозитным двигателем (или оппозитным — от этого слова происходят обозначения В2, В4, В6 и т. д.).

Такие двигатели сложнее прямоходных — например, у них две головки блока цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов и более сложная конфигурация привода. Да и плоские двигатели тоже занимают много места по ширине. Поэтому используются они довольно редко по соображениям компоновки — производителей оппозитных двигателей можно пересчитать по пальцам.

А как сделать V-образный двигатель еще компактнее? Одним из простых, на первый взгляд, решений является установка угла прилегания блока менее 60°. Действительно, такие двигатели встречались, но редко — можно вспомнить, например, Lancia Fulvia 70-х годов с двигателями V4, угол включения ее блока составлял 23°. Почему не все производители использовали его? Дело в том, что конструктор двигателей всегда сталкивается с другой проблемой — вибрацией.

Сила и крутящий момент

Вообще поршневой двигатель внутреннего сгорания не может работать без вибраций — такова его конструкция. Но бороться с ними необходимо, и не только для повышения комфорта пассажиров. Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушение деталей двигателя — со всеми вытекающими из него вылетающими и выпадающими…

Почему возникают вибрации? Во-первых, в некоторых конфигурациях двигателей вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Конструкторы по возможности избегают таких схем или стараются сделать маховик более массивным — это помогает сгладить пульсации крутящего момента. Во-вторых, при движении поршней вверх-вниз они ускоряются, а затем замедляются, что вызывает возникновение сил инерции — подобных тем, которые заставляют пассажиров автомобиля кланяться при торможении или вдавливать их в спинки сидений при разгоне. В-третьих, шатун в двигателе не двигается вверх-вниз, а совершает сложное движение. И возвратно-поступательное движение поршня от верхней мертвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной или учетверенной скоростью вращения коленчатого вала… Этими так называемыми силами инерции высшего порядка обычно пренебрегают — они очень малы по сравнению с основной силой инерции (которому был присвоен первый заказ). Исключением являются силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться. Плюс пары сил, приложенных на определенном расстоянии, образуют моменты — это происходит, когда силы инерции в соседних цилиндрах имеют разные направления.

Что можно сделать, чтобы сбалансировать силы и крутящие моменты? Во-первых, можно выбрать такую ​​конфигурацию двигателя, в которой цилиндры и кривошипы расположены таким образом, что силы и моменты будут взаимно уравновешивать друг друга — они всегда будут равны и имеют противоположные направления.

Но что делать, если ни одна из сбалансированных схем не подходит — например, по компоновочным соображениям? Затем конструктор может попытаться по-другому расположить шейки коленчатого вала и применить всевозможные противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению уравновешиваемым основным силам. Иногда это можно сделать, поместив противовесы на коленчатый вал двигателя. А иногда – на дополнительных валах, которые называются уравновешивающими валами противовращения. Они называются так потому, что вращаются в другом направлении, чем коленчатый вал. Но это усложняет двигатель и увеличивает его стоимость.

Среди распространенных абсолютно сбалансированных двигателей только два типа – рядная шестерка и оппозитная шестерка. Теперь вы понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие двигатели. И мы уже упоминали причины, по которым другие от них отказываются. Теперь давайте подробнее рассмотрим другие конфигурации.

Сбалансированные и не очень сбалансированные двигатели

Среди двухцилиндровых двигателей на автомобилях сегодня применяется только один — двухцилиндровый рядный двигатель с коленчатым валом, у которого кривошипы имеют одно направление (такой, например , устанавливалась на российскую Оку). Как видите, этот двигатель похож на одноцилиндровый с точки зрения баланса, так как оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для уравновешивания свободных сил инерции первого порядка в двигателе «Ока» применялись два вала с противовесами слева и справа от коленчатого вала. А как же силы второго порядка? Чтобы справиться с ними, производителям пришлось бы добавить еще два балансирных вала, что было бы совершенно неуместно на двухцилиндровом двигателе, изначально предназначенном для небольших и дешевых автомобилей.

Впрочем, это еще ничего — очень много двухцилиндровых двигателей выпускалось вообще без балансирных валов. Например, такие устанавливались на маленьком Fiat 500 1957 года выпуска. Да, вибрации были, производитель пытался их гасить подвеской силового агрегата… Но двигатель оказался простым и дешевым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей искушает сегодня разработчиков: не зря эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля на планете – индийского хэтчбека Tata Nano.

В настоящее время двухцилиндровый двигатель, кривошипы которого имеют разные направления (под углом 180°), можно встретить только на мотоциклах. Он лучше сбалансирован, так как поршни в нем всегда двигаются в противофазе. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только в двухтактных двигателях — такие моторы устанавливались на довоенные DKW и их прямые наследники, пластиковые ГДРовские Трабанты. В силу простоты и дешевизны балансирных валов на них тоже не было, и водители просто мирились с возникающими вибрациями.

Вспоминается единственный автомобиль с двухцилиндровым V-образным двигателем – российский НАМИ-1. И до наших дней этот тип двигателя сохранился только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их двигателями V-two во всей их хромированной красе. Такой мотор можно почти полностью отбалансировать с помощью противовесов на коленчатом валу, но добиться равномерного чередования вспышек невозможно. Хорошо, что байкеры не обращают особого внимания на вибрации…

Трехцилиндровый двигатель хуже сбалансирован, чем рядный четырехцилиндровый, поэтому производители трехцилиндровых двигателей, например Subaru и Daihatsu, стараются оснащать их балансирными валами. В свое время конструкторы двигателей Opel решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трехцилиндровый двигатель семейства Ecotec для Corsa второго поколения — с целью снижения стоимости и механических потерь. А трехцилиндровая Corsa подверглась критике со стороны немецких автомобильных журналистов после своего дебюта в 1996: «Абсолютно невозможно ездить по городу на переменных режимах».

Сила инерции второго порядка остается свободной в самом популярном среди разработчиков двигателей рядном четырехцилиндровом двигателе. Его можно сбалансировать только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью. (Вы забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?) А чтобы компенсировать крутящий момент от балансирного вала, придется поставить еще один, вращающийся в обратную сторону. Дорогой? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и множестве марок Volkswagen.

Кстати, плоская четверка уравновешена лучше, чем прямоходная — есть только момент от сил инерции второго порядка, стремящийся провернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и оппозитный двигатель с воздушным охлаждением легендарного «Жука», и знаменитые оппозитные двигатели Subaru обходились и обходятся без балансирных валов.

Прямые пятерки не очень хорошо справляются с балансом. Силы инерции компенсируются, но момент от этих сил… При работе двигателя по блоку постоянно «пробегает» волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть очень жестким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, модифицируя подвеску силового агрегата или используя специальные противовесы (вроде наддувной пятерки 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только конструкторы двигателей Fiat использовали балансирный вал, который полностью уравновешивал все крутящие моменты.

Кстати, почти все пятицилиндровые двигатели образуются путем добавления еще одного цилиндра к четырехцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Это сделано для того, чтобы получить более мощные двигатели с минимальными затратами на производство и проектирование. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапана и т. д., можно взять от четырехцилиндрового двигателя. Вам понадобится другой блок и ГБЦ и, конечно же, коленчатый вал, кривошипы которого должны располагаться под углом 72°.

Мы уже упоминали шестицилиндровые двигатели, идеальную балансировку. А вот у двигателей V6, которые вытесняют рядные шестерки, ситуация с балансировкой такая же, как и у трехцилиндровых, то есть не так хорошо. Поэтому, например, самый первый двигатель Mercedes-Benz V6 был оснащен балансирным валом в V-образной форме — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. Трехлитровый шестицилиндровый двигатель концерна PSA имел вал в одной из головок блока. На других двигателях того времени инженеры постарались не усложнять конструкцию и постарались свести уровень вибраций к минимуму за счет усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещенного расположения шатунных шеек (как, например, на Audi V6 ).

Добавим сюда еще одно замечание — в двигателях V6 с углом включения 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может быть компенсирована утяжеленным маховиком, но лишь частично. Вот вам еще один источник вибраций…

Двигатели V8 с углом включения 90° и коленчатым валом, кривошипы которого расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, очень хорошо сбалансированы. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Два момента остаются неуравновешенными, которые можно полностью успокоить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках концевых цилиндров. Вы понимаете, почему американцы ощутили преимущество двигателей V раньше других? Им очень не нравятся вибрации и тряска в их машинах…

Наконец-то можно поговорить о необычных схемах. Во-первых, давайте вспомним двигатели V4. Их было немного — европейская модель Ford 60-х годов (которая устанавливалась на Ford Taunus, Capri и Saab 96) и «чудо-движок» Запорожца. Здесь был задействован уравновешивающий вал для крутящего момента от сил инерции первого порядка. Однако конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбрали эту схему исходя из компактности и отчасти экономии средств, а не из-за хорошей сбалансированности.

А как насчет двигателей V-ten? Степень сбалансированности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Однако конструкторы бывших моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где установлены моторы V10, о вибрациях в первую очередь не думали.

Ну а остальные схемы легко сводятся к предыдущим. Например, плоская восьмерка (пример применения — гоночные автомобили Porsche 917) — это два четырехцилиндровых двигателя, работающих на один коленчатый вал. А V-образные и оппозитные двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным шестицилиндровым двигателям.

VR6, VR5, W12

Вы знаете, мы упоминали V-образные моторы с малым углом включения блока — как на Lancias. Раньше таких схем избегали — их сложнее отбалансировать, чем моторы с углом включения 60° или 90°, да и выигрыш в компактности тогда не так ценился…

Но сейчас ситуация изменилась. Во-первых, широко используются гидроопоры силового агрегата, которые значительно гасят вибрации. Во-вторых, пространство под капотом теперь на вес золота. Ведь кто мог раньше представить себе скромный хэтчбек с 2,8-литровым мотором? А теперь – вот оно! Все началось с Volkswagen Golf VR6 третьего поколения.

Знаменитый двигатель Volkswagen VR6, «V-образно-прямой» (об этом говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием V-образных двигателей с малым углом включения блока. Цилиндры этого двигателя разнесены на еще меньший угол, чем на Lancia — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор еще называют «соосно-прямым». Гениальное решение — шестерка 2,8 компактнее обычного двигателя V6, да еще и с одной головкой блока!

Потом появился двигатель VR5 — это тот самый VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого конструкторы двигателей концерна Volkswagen словно одичали.

Они придумали сверхкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленных под углом 72° на один коленчатый вал. Но до этого в производство поступил двигатель W8, который устанавливался на топовую модель седана Passat. Также есть два двигателя VR6, от которых «отрезаны» два цилиндра и которые также объединены в один блок на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге тоже думали о восемнадцатицилиндровом моторе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, разгоняющем Bugatti Veyron до 431 км/ч.

Почему раньше таких двигателей не было? Взгляните, например, на коленчатый вал двигателя W12 — такое технологу даже в страшном сне не приснится! Компьютер должен помогать создателям новых схем. Очень сложно обойтись без помощи вычислительных мощностей, чтобы рассчитать все варианты угла включения блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать наиболее сбалансированный.

Теория и практика

Как видите, при выборе схемы силового агрегата конструкторы вообще не ставят во главу угла степень сбалансированности. Главное, удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет иметь наилучшее соотношение веса, размера и мощности. Затем двигатели сейчас все чаще строятся по модульному принципу. Проще говоря, на одной поршневой группе можно построить любой двигатель — и трехцилиндровый, и W12. После Volkswagen все больше производителей переходят на модульные конструкции. Последняя линейка двигателей Mercedes — отличный тому пример.

Posted inДвигатель