Устройство двигателей VR и W12 и их отличия от моторов V-образной компоновки
ДвигательНеобходимость вместить в тесное пространство уже существующих моделей двигатель с большим количеством цилиндров заставила инженеров компании Volkswagen еще раз пересмотреть опыт строения двигателей, накопленный европейским автопромом за двадцатый век. Результат превзошел все ожидания - двигатели рядно-смещенной компоновки получились невероятно компактными.
Еще в начале XX века компания Lancia задумалась об уменьшении размеров V-образных двигателей, устанавливавшихся на многие автомобили того времени. Более компактный силовой агрегат позволил бы уменьшить габариты автомобиля и его массу. Следовательно, уменьшилась бы его стоимость, и увеличилась бы его популярность на рынке. Инженерам Lancia удалось создать V-образный двигатель с рекордно малым углом развала цилиндров – не более 10-20 градусов.
В 1991 году немецкий концерн Volkswagen представил новую схему расположения цилиндров – рядно-смещенную
Большого распространения такой агрегат не получил, но именно он подтолкнул компанию Volkswagen к созданию принципиально нового мотора.
В 1991 году немецкий концерн представил новую схему расположения цилиндров – рядно-смещенную. Компании требовался компактный, но мощный шестицилиндровый мотор для установки на малогабаритные модели Audi, Volkswagen и Seat: традиционный V6 в них просто-напросто не влезал.
Новый двигатель получил обозначение VR – аббревиатуру, обозначающую «v-образно-рядный». Этот мотор представлял собой эдакую помесь V-образного агрегата с очень малым развалом цилиндров и обычного рядного двигателя. Его 6 цилиндров расположены V-образно под углом 15 градусов, поршни расположены в блоке в шахматном порядке. Компактность позволяла накрыть блок цилиндров всего одной общей головкой.
Через какое-то время инженерам Volkswagen пришла в голову идея: «А что если расположить два наших двигателя VR вместе под углом в 72 градуса и связать их общим коленвалом?». Результатом стал чудовищный 12-цилиндровый монстр. Самое удивительное, что всю его мощь удалось уместить в блоке цилиндров, который по габаритам сопоставим с обычным двигателем V6. Впервые он был представлен публике в 2001 году на концепт-каре, получившем простое и незатейливое имя – W12. Двигатель объемом 6 литров выдавал около 600 л.с.
Единственным до сих пор выпускающимся автомобилем с подобным двигателем остается Bugatti
Незадолго до этого его испытали на прочность в 24-часовом тестовом заезде. Volkswagen W12 Coupe прошел больше 7 000 км со средней скоростью почти в 300 км/ч. В дальнейшем такие двигатели устанавливались на люксовые серийные автомобили концерна Volkswagen. Оказалось, что количество цилиндров в рамках компоновки может меняться, причем, как в большую, так и в меньшую сторону. Появился двигатель W8, а вслед за ним и невероятный W16, которым оснастили гиперкар Bugatti Veyron.
При этом сама суть мотора остается неизменной - это все те же VR4/6/8. Разница в том, что двигатели эти как бы "спарены" внутри общего блока. Поршни установлены под углом и связаны одним коленвалом.
Несмотря на оригинальность идеи постепенно из-за сложности производства Volkswagen отказался от производства двигателей этого типа, и сегодня "на конвейере" остается лишь Bugatti. Возможно, время этого мотора еще не настало.
Главное преимущество двигателя W12 перед аналогичным по объему традиционным V-образником на 12 цилиндров – компактность. Самое забавное в том, что он компактнее даже двигателя V8. Существенная экономия подкапотного пространства автомобиля позволяет освободить место для установки различного дополнительного оборудования, будь то гидроусилители, компрессоры или турбины. Мощность и крутящий момент такого двигателя также превышают аналогичные показатели у двигателей классического V-образного типа. И это все не считая удешевления производства за счет экономии материалов, необходимых на создание маленького двигателя.
Более плотное расположение цилиндров требует серьезной модернизации системы охлаждения, в итоге приходится индивидуально охлаждать каждый цилиндр
Тут же кроется и его недостаток. Более плотное расположение цилиндров требует серьезной модернизации системы охлаждения. В итоге все сводится к тому, что в подобных двигателях приходится индивидуально охлаждать каждый цилиндр. Также имеются определенные проблемы с балансировкой конструкции, ибо вибрации в ней зашкаливают. Эту проблему решают установкой балансирных валов и использованием гидроопор.
blamper.ru
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 автомобилестроителей
ЗАЗ и Ford выбрали экзотику: мотор V4, в котором и угол развала блока, и угол между кривошипами составляют 90 градусов
Угол 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 сзади
В 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 кривошипе
Для 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 блока
Два 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
В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала вовсю, двигатель рабочим объёмом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной «восьмёркой». Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная «шестёрка» объёмом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана…
Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости всё расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далёком прошлом. Средний объём цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трёхсот до шестисот кубических сантиметров. Литровая мощность — от 35 л.с./л для безнаддувного дизеля до 100 л.с./л для форсированного бензинового «атмосферника». Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.
Очень маленькие цилиндры часто встречаются на японских микролитражках: например, объём рядной «четвёрки» у Subaru R1 — всего 658 см³. Из «европейцев» отличился трёхцилиндровый дизельный Smart — 799 «кубиков». Есть цилиндры-напёрстки и у «корейцев»: трехцилиндровый Matiz — это 796 «кубиков», а четырёхцилиндровый — 995. «Четвёркой» объёмом 1086 см³ оснащаются Hyundai i10 и Kia Picanto. На другом полюсе — конечно же «американцы». Объём V-образной «восьмёрки» купе Chevrolet Corvette Z06 составляет 7011 см³. Хотя японцы, например, оснащали внедорожник Nissan Patrolпредыдущего поколения рядной «шестёркой» TB48DE объёмом 4758 «кубиков».
Сегодня двигатель мощностью 100 л.с. в большинстве случаев окажется четырёхцилиндровым, у 200-сильного будет четыре, пять или шесть цилиндров, у 300-сильного — восемь… Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?
О чём 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 моторы индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объём.
Двух- и трёхцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, хотя мода на «двухгоршковые» моторчики набирает обороты. Тому способствуют продвинутые системы смесеобразования и применение турбонаддува (как, например, на 85-сильной двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная «четвёрка» попала в самый массовый диапазон рабочего объёма легковых автомобилей — от 1,0 до 2,4 л.
В современных четырёхтактных двухцилиндровых двигателях, вроде турбомотора Фиата 500, проблему вибраций отчасти решает балансирный вал.
Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными «пятёрками» — 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 «шестёрки», до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную «восьмёрку» и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в 30-х годах. Почему?
Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создаёт массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперёк моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную «шестёрку» удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины 60-х годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач.
Два мотора R3, составленные друг за другом, дают великолепный результат — абсолютно уравновешенную рядную «шестёрку».
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° и 90°. А V-образный мотор с углом развала блока 180°, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или «боксером» — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).
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 ещё 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 — установить угол развала блока менее 60°. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia 70-х годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23°. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит ещё 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 возникают 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 — 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 мёртвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.
Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверённой 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 определённом 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.
Яркий представитель вымершего племени автомобилей с рядной «восьмёркой» — модель 1930-х годов Alfa Romeo 8C.
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. Зелёным 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 распространённых типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная «шестёрки». 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. Теперь рассмотрим поподробнее остальные схемы.
Шестицилиндровый «оппозитник» водяного охлаждения Porsche. С левой и правой сторон блока в целях экономии стоят одинаковые головки, поэтому цепные приводы распредвалов пришлось устраивать и спереди, и сзади.
Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (такой, например, стоял 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 применялись два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка? Для того чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить ещё два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешёвых автомобилей, было бы совершенно неуместным.
Впрочем, это ещё 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 дешёвым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей соблазняет разработчиков и сегодня: не зря же эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля планеты, индийского хэтчбека Tata Nano.
Машин с оппозитной «двойкой» — по экономическим и компоновочным соображениям — было немного. Можно упомянуть, например, французский Citroen 2CV.
Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180°), можно встретить сегодня только на мотоциклах. Поскольку поршни в нём всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели устанавливались на довоенные DKW и их прямых наследников, пластиковые гэдээровские Трабанты. 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. 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…
НАМИ-1 — прототип 1927 года.
Трёхцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная «четвёрка», и поэтому производители трёхцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. В своё время опелевские двигателисты решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трёхцилиндровый мотор семейства Ecotec для Корсы второго поколения — в целях удешевления и уменьшения механических потерь. И трёхцилиндровая Corsa после дебюта в 1996-м была раскритикована немецкими автожурналистами: «По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно».
В самой популярной среди двигателистов рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка. Её 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 придётся ставить ещё один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и самых разных марок концерна Volkswagen.
Пример рядной «четвёрки» с балансирными валами — двухлитровый двигатель Audi. Валы располагаются по обе стороны от коленвала и с удвоенной скоростью вращаются в противоположные стороны. Здесь балансирные валы расположены снизу и соединены зубчатой передачей, а раньше (как, например, на приведённом на картинке внизу двигателе Saab 2.3) их располагали сверху и у каждого был свой шкив цепного привода.
Кстати, оппозитная «четвёрка» 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.
Subaru из компоновочных соображений предпочитает рядной «четвёрке» оппозитную. Что до вибраций, то силы инерции второго порядка у «боксера» уравновешены, но момент от них всё же остаётся свободным.
У рядных «пятёрок» 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 жёстким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата или применяя специальные противовесы (как у наддувной «пятёрки» 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только фиатовские мотористы применяли балансирный вал, который полностью уравновешивал все моменты.
Кстати, практически все «пятёрки» образованы путём прибавления ещё одного цилиндра к четырёхцилиндровому 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 «четвёрки». Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72°.
О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные «шестёрки», ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трёшки», то есть не ахти. Поэтому, например, балансирным валом в развале блока цилиндров был оснащён самый первый двигатель V6 фирмы Mercedes-Benz — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. У трёхлитровой «шестёрки» концерна PSA вал находился в одной из головок блока. На других моторах того времени инженеры пытались не усложнять конструкцию и старались свести уровень вибраций к минимуму за счёт усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещённого расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).
У новейших мерседесовских двигателей V6 угол развала блока сократился до 60°, в результате чего необходимость в балансирном вале отпала.
Добавим сюда ещё одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счёт утяжелённого маховика, но лишь отчасти. Вот вам и ещё один источник вибраций…
Двигатели V8 с углом развала цилиндров в 90° и коленвалом, кривошипы которых 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…
Двигатель V8: и развал блока, и угол между кривошипами — 90°.
Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала вспомнить о моторах 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 насчёт V-образных «десяток»? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы прежних моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думали далеко не в первую очередь.
Как жаль, что Viper и его коллосальный V10 — уже история.
Двигателями V10 отметилась целая череда знаковых машин: BMW M5, Audi S6 и S8, а также RS6с наддувной «десяткой». Не говоря уже об автомобилях Lamborghini. Наконец, Lexus LFA тоже оснащается двигателем V10.
Ну а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная «восьмёрка» (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две «четвёрки», работающие на один коленвал. А V-образный и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным «шестёркам».
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° или 90°, а выигрыш в компактности тогда ценили не так…
Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, повсеместно применяются гидроопоры силового агрегата, которые значительно ослабляют 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! Всё началось с Фольксвагена Golf VR6 третьего поколения.
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 ещё меньший угол, чем на Лянчах, — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор называют ещё «смещённо-рядным». Гениальное решение — «шестёрка» 2.8 компактнее, чем обычный мотор V6, да ещё и имеет одну головку блока! Потом появился двигатель VR5 — это VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого мотористы концерна Volkswagen вообще словно с цепи сорвались.
Двигатель VR5 2.3 конструкторы Фольксвагена получили, отняв один цилиндр от мотора VR6. Угол развала компактного блока — 15°, все пять цилиндров укрыты одной головкой блока.
Они придумали суперкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленные под углом 72° на одном коленвале. Но прежде в серию пошёл мотор W8, которым оснащалась топ-модель седана Passat. Там тоже два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге подумывали и о восемнадцатицилиндровом двигателе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, который разгоняет Bugatti Veyron до 431 км/ч.
Супермотор W12, показанный на концепте имени себя, приводит в движение представительские модели фирм Audi, Volkswagen и Bentley. На фото хорошо видно шахматное расположение цилиндров пары блоков, объединённых в одной отливке под углом 72°. Длина 420-сильного мотора — всего 51 см, ширина — 70 см.
Почему же таких моторов не было раньше? Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится! Создателям новых схем должен помогать компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без помощи вычислительных мощностей обойтись очень сложно.
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 всё чаще строятся по модульному принципу. Говоря упрощённо, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трёхцилиндровый, и W12. Вслед за Фольксвагеном на модульные конструкции переходит всё больше производителей. Новейшая линейка моторов Mercedes — тому отличное подтверждение.
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 «шестёрку». А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации узлов 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…
drive.autogear.ru
Как V-образные двигатели помогли сделать автомобили мощными и компактными?
ДвигательНа заре автомобильной эры, когда конструкторы были ограничены исключительно степенью своей гениальности (или безумства?) и доступными на тот момент технологиями, двигатели внутреннего сгорания имели поистине необычные формы. К примеру, 12-литровый двигатель мог состоять из одного цилиндра. Или из 8-ми, расположенных в ряд. Были даже звездообразные авиационные двигатели под капотом!
Другими словами, необычных решений, странных или просто смешных было просто море! Но борьба за снижение стоимости автомобиля и налаживание массового производства постепенно расставили все по своим местам.
С ростом мощностей и размеров двигателей постепенно вставал вопрос о том, как сделать их компактнее. Классические рядные двигатели с 4 или 6 цилиндрами еще как-то позволяли сдерживать увеличение размеров автомобиля, но что делать, если цилиндров уже 8? Ставить его поперек подкапотного пространства?
Когда встал вопрос о том, как укоротить рядный мотор, решение оказалось гениальным в своей простоте – «распилить» его пополам и поставить половинки рядом друг с другом
Единственный относительно удачный эксперимент с таким расположением двигателя – британский AustinMaxi 2200, выпускавшийся в середине 60-ых. Однако это был лишь 6-цилиндровый рядный двигатель, коробку передач же вообще пришлось прятать под двигатель, чтобы хоть как-то сохранить компактность автомобиля (в наше время появился наследник этой идеи – Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач).
Так что неудивительно, что встал вопрос о том, как укоротить рядный мотор. Решение оказалось гениальным в своей простоте – «распилить» его пополам, поставить половинки рядом друг с другом и заставить работать через один коленвал. Такие моторы за счет характерной формы, напоминающей латинскую букву V, называются V-образными, на сегодня они являются одними из самых распространенных в автоиндустрии. Угол развала блоков у них составляет 60 или 90 градусов.
Были и V-образники с меньшим развалом. К примеру, на автомобиль Lancia Fulvia, выпускавшийся в 70-е годы XX века, устанавливался двигатель V4 с углом развала всего в 23 градуса. Однако особенности конструкции таких двигателей и проблемы со слишком сильной вибрацией не позволили им получить достаточно широкое распространение.
Такие моторы, что естественно, на порядок сложнее рядных. У них две головки цилиндров, каждая со своей прокладкой и коллекторами, больше распредвалов. Соответственно, и схема их привода тоже сложнее.
Главная проблема всех V-образных двигателей – вибрации и сложности в балансировке механизма
Единственными исключениями являются нижневальные двигатели – у них распредвал один. Но устанавливались они в основном на старые модели автомобилей. Исключением являются некоторые современные представители американского автопрома.
В остальном, принцип действия и подвижные части те же, что и у любого другого двигателя внутреннего сгорания, будь то рядный или оппозитный двигатель.
Главная проблема всех V-образных двигателей – вибрации и сложности в балансировке механизма. Но эта проблема почти полностью отсутствует в двигателях V8 с восемью цилиндрами. Сама конструкция двигателей такого типа почти полностью уравновешивает систему и устраняет вибрации, в отличие от двигателей V6 (с 6 цилиндрами).
В целом же, двигатели этого типа создавались исключительно для увеличения компактности, так что вопрос уравновешенности системы их создателей не особенно волновал. Сегодня его пытаются решать путем утяжеления различных частей двигателя.
blamper.ru
Авиационный двигатель BMW VI V12 с водяным охлаждением, 1926 год Двенадцатицилиндровый двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания с 12 цилиндрами. Имеет несколько вариантов компоновок.
Рядный двенадцатицилиндровый двигатель (L12 или I12) — двигатель внутреннего сгорания с рядным расположением двенадцати цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Является полностью сбалансированной конфигурацией как двухтактного так и четырёхтактного двигателя. Подобные двигатели имеют очень большую длину при сравнительно малой ширине, в связи с чем применяются только на судах.
V-образный двенадцатицилиндровый двигатель (V12) — двигатель внутреннего сгорания с V-образной конфигурацией и 12 цилиндрами, размещёнными друг напротив друга, как правило, под углом в 60°[1]. Включает два ряда по шесть цилиндров, и поршни, вращающие один общий коленчатый вал.
W-образный двенадцатицилиндровый двигатель (W12) — двигатель внутреннего сгорания с W-образной конфигурацией и 12 цилиндрами. Имеет более компактную компоновку, чем V12, однако лишён такой же плавной работы.
X-образный двенадцатицилиндровый двигатель (X12) — двигатель внутреннего сгорания с X-образным расположением двенадцати цилиндров (три ряда по четыре) и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал.
Оппозитный двенадцатицилиндровый двигатель (F12) — двигатель внутреннего сгорания с оппозитной конфигурацией и 12 цилиндрами, угол между рядами которых составляет 180 градусов. Шире и меньше в высоту, чем V12, а также отличаются более низким центром тяжести. Используются исключительно в спортивных автомобилях среднемоторной компоновки и крайне редко на серийных автомобилях.
Первый V-образный двигатель с двумя цилиндрами был построен в 1889 году Даймлер, Готтлиб по проекту Вильгельма Майбаха. К 1903 году V8 двигатели производились для моторных лодок компанией Société Antoinette по проекту Леона Левавассора, который опирался на опыт, накопленный при разработке двигателей с четырьмя цилиндрами. В 1904 году компания Putney Motor Works сконструировала новый морской двигатель V12, известный также как Craig-Dörwald — первый двигатель V12, произведённый с широким спектром применения[2].
В 1909 году французская компания Renault впервые представила авиационный двигатель V12 с углом расположения цилиндров в 60° и воздушным охлаждением. Рабочий объём силового агрегата составлял 12,2 литра, диаметр цилиндров и ход поршня равнялись 96 x 140 мм соответственно.
Ещё два двигателя с конфигурацией V12 появились в гоночном сезоне 1909—1910 годов для моторных лодок. Производителем 25,5-литрового силового агрегата выступала компания Lamb Boat & Engine Company. Второй, 56,76-литровый двигатель, был разработан компанией Orleans Motor Company.
В 1912 году компания ABC Motors выпустила 17,4-литровый двигатель V12 с водяным охлаждением. Мощность силового агрегата составляла 130 кВт при 1400 об/мин.
В октябре 1913 года Луис Коатлен, главный конструктор Sunbeam Motor Car Company, представил двигатель в конфигурации V12 для автомобиля. Рабочий объём силового агрегата составлял 9 литров, диаметр цилиндров и ход поршня равнялись 80 х 150 мм соответственно. Алюминиевый картер включал два блока с железными цилиндрами, расположенными под углом в 60°. Двигатель мощностью 150 кВт устанавливался на автомобиль Toodles V, который установил несколько рекордов на протяжении 1913 и 1914 годов[2].
Дальнейшее развитие двенадцатицилиндровых двигателей пришлось на Первую и Вторую мировые войны.
Судовой двигатель конфигурации I12 компании Wolseley Motors 1905 года Двенадцатицилиндровые двигатели имеют большую длину, в связи с чем они крайне редко устанавливаются на автомобилях. Первый зарегистрированный подобный автомобиль называется Corona и датируется 1920 годом[3]. Рабочий объём силового агрегата составлял 7238 см3. Компания Packard также экспериментировала с автомобилями, оснащёнными рядными 12-цилиндровыми двигателями в 1929 году.
Помимо автомобилей, основное своё применение двигатели с конфигурацией I2 нашли в крупных военных грузовиках и судах. Некоторые русские компании производили подобные силовые агрегаты в 1960-х и 1970-х годах. В 2000-х годах машиностроительная фирма Wärtsilä выпустила рядный дизельный двигатель Wärtsilä-Sulzer RTA96-C с 12-ю цилиндрами.
V12 двигатель на купе Cadillac Series 370 A 1931 года В автомобильной промышленности двигатели V12 не получили массового распространения из-за их сложности и стоимости. В основном они применяются в дорогих спортивных и роскошных автомобилях благодаря своей мощности, более плавной работе и характерному звуку.
Одним из первых серийных автомобильных двигателей в конфигурации V12 является Packard «Twin Six»[4][5], который выпускался в период с 1915 по 1923 год.
До начала Второй мировой войны 12-цилиндровые двигатели устанавливались на автомобили класса люкс таких производителей, как Packard (с 1916 по 1923 год, затем снова с 1932 по 1939 год), Daimler-Benz (с 1926 по 1937 год), Hispano-Suiza (1931 год), Cadillac, Auburn (1932 год), Lincoln (с 1932 по 1942 год, затем снова с 1948 года), Rolls-Royce и другие.
Улучшения в конструкции камеры сгорания и формы поршня позволило более лёгким двигателям V8 превзойти V12 в мощности начиная с 1930-х годов: только малые силовые агрегаты Lincoln V12 H-серии остались после войны, но уже в 1949 году были также вытеснены двигателями V8. Двенадцатицилиндровые двигатели не имели спроса на послевоенном рынке в Европе, в связи с чем производство V12 двигателей для автомобилей было весьма ограниченным до 1960-х годов.
С 1949 итальянская компания Ferrari применяет двенадцатицилиндровые двигатели для собственных флагманских спортивных купе. Её ближайший конкурент, Lamborghini, также использует конфигурацию V12 для многих дорожных автомобилей с момента создания компании в 1963 году.
Packard Twin-Six V12 1916 года В 1972 году компания Jaguar представила двигатель XJ12 в конфигурации V12 с рабочим объёмом в 5,3-литра, выпуск которого продолжался до 1996 модельного года, после чего компания прекратила его производство.
Немецкая компания BMW вернулась к силовым агрегатом V12 в рамках собственных седанов 7-й серии в 1986 модельном году, вынудив конкурента, Mercedes-Benz, последовать их примеру в 1991 году. Основными рынками сбыта для транспортных средств с подобным двигателем стали страны США, Китай[6] и Россия[7]. BMW разработала V12 двигатели для автомобилей торговой марки Rolls-Royce, в то время как штутгартский концерн Daimler-Benz применял их на автомобилях марки Maybach.
Британская автомобилестроительная компания TVR разработала собственный 7,7-литровый V12 двигатель, названный «Speed Twelve», однако проект не получил дальнейшего развития.
В 1997 году Toyota оснастила роскошный седан Toyota Century 5,0-литровым DOHC V12 двигателем (модель #1GZ-FE).
В 2008 году немецкая компания Audi запустила свою модель Q7 с 5,9-литровым V12 твин-турбо дизельным двигателем, который также был установлен на концепт-кар Audi R8 V12 TDI. В 2009 году китайская компания First Automotive Works выпустила представительский автомобиль Hongqi HQE с 6,0-литровым двенадцатицилиндровым двигателем (модель #CA12VG).
В настоящее время основным автомобильными производителями, использующими двигатели в конфигурации V12, являются такие компании, как Ferrari, Bugatti, Jaguar, Lamborghini, Lincoln, Mercedes-Benz, Pagani Automobili и Rolls-Royce. В Великобритании единственным производителем, широко применяющим двигатели V12, является компания Aston Martin.
V12 двигатель производства Jaguar В список автомобилей, оснащённых двигателем V12 и выпущенных после Второй мировой войны, входят следующие модели (в алфавитном порядке и в порядке выпуска):
Двигатель Matra MS11 1968 года 
F12 двигатель на автомобиле Ferrari Testarossa В число автомобилей, оснащённых двенадцатицилиндровыми оппозитными двигателями, входят:
Двигатель W12 объемом 6.3 литра В качетсве примера автомобилей с двигателем W12 можно привести следующие модели:
Двигатель 3512 компании Lamborghini для Формулы-1 Двигатели V12 широко применялись в Формуле-1 и гонках на выносливость. С 1965 по 1980 год такие компании как Ferrari, Weslake, Honda, BRM, Maserati, Matra, Delahaye, Peugeot, Delage, Alfa Romeo, Lamborghini и Tecno оснащали собственные автомобили 12-цилиндровыми силовыми агрегатами в V-образной или оппозитной (F12) конфигурации. Последний двигатель V12, применённый на гоночном автомобиле в рамках Формулы-1, называется Ferrari 044. Он был установлен на Ferrari 412 T2, которым управлял Жан Алези и Герхард Бергер в 1995 году.
В конце 1960-х годов компания Nissan использовала двигатели V12 для участия в гонках Гран-при Японии. Впоследствии она снова вернулась к ним в рамках группы C в начале 1990-х годов.
На Парижском автосалоне 2006 года компания Peugeot представила новый гоночный автомобиль, а также роскошный концепт-кар седана, названные 908 HDi FAP и 908 RC соответственно. Оба транспортных средства оснащены дизельным двигателем в конфигурации V12, мощность которого составляет 700 л.с. (515 кВт). Гоночная версия приняла участие в 24-часовой гонке 2007 года в Ле-Мане, заняв второе место. Первое досталось автомобилю Audi R10 TDI, также оснащённому дизельным двигателем V12, специально разработанным для сезона 2006 года.
Американский авиационный двигатель Liberty L-12 V12 К концу Первой мировой войны, двигатели V12 хорошо зарекомендовали себя в авиации, будучи установленными на некоторых новейших и крупнейших истребителях и бомбардировщиках. Выпуском подобных силовых агрегатов занимались такие компании, как Renault и Sunbeam. Большинство дирижаблей марки Цеппелин оснащались двенадцатицилиндровыми двигателями производства фирм Maybach и Daimler. Множество американских компаний наладили производство двигателя Liberty L-12.
В 1923 году советский конструктор Аркадий Швецов спроектировал двенадцатицилиндровый двигатель жидкостного охлаждения РАМ (русский авиационный мотор) мощностью 750 лошадиных сил, который был собран в 1926 году[9]. В 1930 году В. Я. Климов создал двенадцатицилиндровый двигатель жидкостного охлаждения М-13 мощностью 880 лошадиных сил[10].
Наиболее серьёзное развитие V-образные двенадцатицилиндровые двигатели получили во время Второй мировой войны. Истребители и бомбардировщики, такие как британской Rolls-Royce Merlin и Griffon, советский Климов ВК-107 и Микулин АМ-38, американский Allison V-1710 или немецкие Daimler-Benz DB 600 и Junkers Jumo использовали двигатели V12.
После Второй мировой войны двигатели V12 стали устаревать в связи с введением турбореактивных и турбовинтовых двигателей, которые имели больше мощности для своего веса при меньшей сложности конструкции.
Двигатель Chrysler V12 для танков Двигатели в конфигурации V12 применяются на танках и других боевых бронированных машинах (ББМ). Среди наиболее известных можно выделить:
11,5-литровый двигатель GMC V12 702, 1961 год Производитель пожарных автомобилей компания Seagrave Fire Apparatus LLC выпускала две версии двигателя V12 Pierce Arrow начиная с 1935 года. После окончания производства в 1938 году, компания закупила необходимое оборудование и продолжила производить и предлагать данные силовые агрегаты до 1970 года. Автопроизводитель American LaFrance начиная с 1931 года также предлагал специальные транспортные средства с серией V-образных двигателей с 12 цилиндрами, построенных компанией ALF, но разработанных на основе двигателей Lycoming ВВ. Оба производители перестали предлагать V12 двигатели после того, как отделы пожарной охраны начали запрашивать дизельные двигатели при заказе пожарных автомобилей.
Чешская компания Tatra использует дизельные двигатели V12 при производстве большинства собственных грузовиков. Так, например, модель Tatra 813 оснащается 19-литровым атмосферным дизельным V-образным двигателем с 12 цилиндрами и воздушным охлаждением. На грузовик Tatra T815 устанавливается турбированный V12 дизельный двигатель. Некоторые большие грузовики оснащаются двумя раздельными V12 двигателями, которыми управляет общий вал, и зачастую они рекламируется как силовые агрегаты V24.
Компания GMC с 1960 по 1965 год выпускала большой бензиновый двигатель в конфигурации V12 для собственных грузовиков, известный под названием «Twin-Six». Он представлял собой пару обычных силовых агрегатов GMC 351 V6 с четырьмя клапанными крышками и четырьмя выпускными коллекторами[11].
Американская компания Detroit Diesel, подразделение Daimler AG, выпускала двигатели серий 53, 71, 92 и 149 в различных конфигурациях, в том числе и V12.
ru-wiki.org
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
W-образный двигатель 
W-образный двигатель — тип двигателя с W-образным расположением цилиндров. Обычно W-образный двигатель представляет собой двигатель с 3 или 4 рядами цилиндров, расположенными сверху под углом меньше 90 градусов по отношению друг к другу, над единым коленчатым валом. Таким образом в поперечном разрезе двигатель напоминает букву W. Отличительной особенностью данного типа двигателя является компактность по сравнению с другими типами двигателей, используемыми в серийных автомобилях и имеющими схожие мощностные характеристики.
Существуют также W-образные двигатели с рядным расположением цилиндров в шахматном порядке в каждой из двух секций одного блока цилиндров. При этом каждая из двух секций такого W-образного двигателя имеет свою и угол между цилиндрами (в одной секции) в 10-15 градусов, как в обычном VR-образном двигателе. Расстояние между секциями в таком двигателе меньше 90 градусов.
W-образные двигатели за всю историю своего существования применялись как в автомобилях, так и в авиации и в мотоциклах.
При сравнении 12-цилиндрового V-образного двигателя и 12-цилиндрового W-образного двигателя с одинаковым рабочим объемом становится очевидно что последний значительно компактнее. Более того, 12-цилиндровый W-образный двигатель обычно компактнее 8-цилиндрового V-образного двигателя.
Преимущества W-образной компоновки заключаются в относительной компактности при одинаковых, а порой и больших мощностных характеристиках, чем у других типов двигателей. При этом освободившееся место в подкапотном пространстве можно использовать для установки дополнительного навесного оборудования: гидроусилителя рулевого управления, Компрессора кондиционера, турбонагнетателя и др.)
Более плотное расположение цилиндров относительно друг друга позволяет сэкономить материалы при производстве автомобиля.
Из-за более плотного расположения цилиндров относительно друг друга W-образный двигатель подвержен более быстрому набору температуры и соответственно быстрому перегреву в случае работы в экстремальных режимах или выхода из строя одного из узлов системы охлаждения. Из-за данной особенности современные двигатели имеющие W-образную компоновку имеют более развитую и технически сложную систему охлаждения, чем двигатели других типов.
[1]
encyclopaedia.bid
W-образный двигатель W-образный двигатель — тип двигателя с W-образным расположением цилиндров. Обычно W-образный двигатель представляет собой двигатель с 3 или 4 рядами цилиндров, расположенными сверху под углом меньше 90 градусов по отношению друг к другу, над единым коленчатым валом. Таким образом в поперечном разрезе двигатель напоминает букву W. Отличительной особенностью данного типа двигателя является компактность по сравнению с другими типами двигателей, используемыми в серийных автомобилях и имеющими схожие мощностные характеристики.
Существуют также W-образные двигатели с рядным расположением цилиндров в шахматном порядке в каждой из двух секций одного блока цилиндров. При этом каждая из двух секций такого W-образного двигателя имеет свою ГБЦ и угол между цилиндрами (в одной секции) в 10-15 градусов, как в обычном VR-образном двигателе. Расстояние между секциями в таком двигателе меньше 90 градусов. W-образные двигатели за всю историю своего существования применялись как в автомобилях, так и в авиации и в мотоциклах.
Двигатель Audi W12 объемом 6.3 литра [1]
wikiredia.ru
