Устройство автомобиля –
"Схемы автомобильных двигателей"
ДВИГАТЕЛИ, у которых цилиндры расположены друг за другом в одной плоскости, обозначаются литерой “R”.
Рядные моторы – самые простые и недорогие, поскольку по сравнению с другими схемами состоят из минимального количества деталей. Неудивительно, что на заре автомобилизма подавляющее большинство машин оснащалось именно такими двигателями. Причем некоторые фирмы (например, “Voisin”) строили опытные образцы 12-цилиндровых монстров!
Но сегодня делать большой моторный отсек – непозволительная роскошь, ведь при этом останется мало места на пассажирский салон. Тем более что большинство современных моделей – переднеприводные. Мотор у них обычно расположен поперечно, то есть громоздкие рядные “восьмерки” и иные многоцилиндровые агрегаты разместить под капотом практически невозможно. Кроме того, длинный коленвал очень непросто сделать прочным. Он может не выдержать огромных нагрузок, свойственных нынешним высокофорсированным двигателям. Конечно, дорогостоящие материалы и технологии позволяют решить проблему, но это неизбежно увеличит стоимость производства.
Однако рядные моторы с четным количеством цилиндров достаточно неплохо уравновешены. Конечно, в любом двигателе движущиеся детали создают множество паразитных сил и моментов, порождающих вибрации и шум. Но в данном случае дополнительных мер для их снижения конструкторам применять не надо.
В частности, рядная “шестерка” изначально полностью сбалансирована, поэтому ее до сих пор применяют на некоторых дорогих и престижных машина х вроде моделей BMW. Но баварские автомобили заднеприводные, и инженеры могли поставить мотор продольно, избежав проблем с его размещением.
А вот компания “Volvo” на модели “S80” умудрилась установить такой двигатель поперек (!) моторного отсека (ранее это удалось лишь в 70-х годах прошлого века англичанам из фирмы “Austin”). Но заодно шведам пришлось потратиться и на разработку сверхкомпактной коробки передач…
Четырехцилиндровые рядные моторы уступают “шестеркам” по сбалансированности, зато они намного компактнее. Поэтому “четверки” сегодня являются самыми популярными двигателями из разряда “до 2,5 л рабочего объема”. (Правда, у некоторых четырехцилиндровых дизелей объем превышает 3 л.) Они повсеместно применяются на моделях компактного и “семейного” классов, а также на недорогих спортивных автомобилях и внедорожниках.
Уравновешенность моторов с нечетным количеством цилиндров оставляет желать лучшего, поэтому они встречаются достаточно редко. Например, на некоторых малолитражка х вроде “Chevrolet Spark” используются трехцилиндровые двигатели. Рядные “пятерки” популярнее. Они присутствуют в гамме таких производителей, как “General Motors”, “Volvo”, “Ford”…
V-образные..
ЭТО ОБОЗНАЧЕНИЕ родилось благодаря расположению цилиндров в двух плоскостях, как бы образующих собой латинскую букву “V” (по сути, это два рядных двигателя с общим коленвалом). Угол между ними называется “углом развала”. Обычно он составляет 60° или 90°. Первая величина оптимальна для V6. А прямой угол – идеальный вариант для V8.
По сравнению с рядными V-образные моторы почти в два раза короче (при одинаковом количестве цилиндров), чуть ниже, но несколько шире. В целом последние компактнее, поэтому большинство современных многоцилиндровых двигателей построено по такой компоновке.
Но “V-образники” сложнее и дороже – ведь два ряда цилиндров означают удвоение количества головок блока, распредвалов, ремней или цепей, коллекторов и прочих деталей. Кроме того, такие двигатели страдают повышенной вибронагруженностью. Особенно этим грешит популярный V6, ведь каждая его “половинка” – трясучая “трешка”. А известная в 60-70-х года х прошлого века по отечественному “Запорожцу” и некоторым моделям “Ford” и “Saab” конфигурация V4 вообще исчезла из-под капотов автомобилей именно по причине своей неуравновешенности…
Чтобы уменьшить влияние врожденных недостатков, конструкторам приходится применять различные технические ухищрения вроде балансирных валов или специальных подушек крепления двигателя, что еще больше усложняет автомобиль и делает его дороже.
Оппозитные..
ЭТО V-ОБРАЗНЫЕ двигатели с углом развала 180°. Цилиндры в таких мотора х лежат в одной плоскости параллельно земле, но расположены напротив друг друга. Такую компоновку принято обозначать литерой “B” (“Boxer”).
Плоский двигатель обладает всеми преимуществами V-образного собрата, но при этом неплохо уравновешен и помогает значительно понизить центр тяжести машины, улучшая тем самым ее управляемость и устойчивость.
Однако “Вoxer” трудоемок и дорог как в изготовлении, так и в обслуживании. Кроме того, он занимает много места по ширине, ограничивает размер колесных арок и соответственно уменьшает угол поворота управляемых колес. Причем на некоторых моделях моторный отсек настолько плотно “упакован”, что для замены свечей зажигания необходимо частично разбирать двигатель или снимать его с подушек крепления.
Поэтому, несмотря на то, что первые “оппозиты” появились практически одновременно с рождением самого автомобиля, сегодня их применяют только две фирмы: “Porsche” и “Subaru”.
Причем в наше время “боксеры” обычно не делают с количеством цилиндров больше шести. Раньше встречались и 12-цилиндровые “оппозиты”, а фирма “Porsche” экспериментировала с мотором “B16”, но так и не решилась применить его даже на гоночных моделях.
ПИОНЕРОМ этой компоновки стала компания “Lancia”, в 20-60-х годах прошлого столетия выпускавшая семейство V-образных четырех- и шестицилиндровых двигателей с очень маленьким углом развала: 10°-20°.
Такие моторы компактнее обычных рядных, но проще и дешевле V-образных, так как имеют только одну головку блока. Однако из-за чрезмерной вибронагруженности подобная схема не получила широкого распространения.
Лишь шестнадцать лет назад концерн “Volkswagen” возродил эту компоновку. Семейство двигателей с углом развала 10,6°-15° фольксвагеновцы назвали “VR” (то есть V-образно-рядные), и с тех пор это обозначение в автомобилестроении стало официальным.
“Volkswagen” был необходим компактный шестицилиндровый мотор для установки на переднеприводные модели VW, “Audi” и “Seat” (традиционный “V6” оказался для них очень широким). Поэтому инженерам пришлось серьезно поработать над уравновешиванием строптивого двигателя (сказалось асимметричное расположение его цилиндров). Зато этот опыт пригодился в 1997 году, когда понадобилось сбалансировать еще более вибронагруженный “VR5”.
W-образные…
В ОТЛИЧИЕ от предыдущей компоновки эта схема полностью обязана своим появлением концерну “Volkswagen” (прежде она встречалась лишь в авиации). Инженеры из Вольфсбурга получили ее, соединив одним коленвалом два двигателя типа “VR”.
Получившийся инженерный шедевр позволил намного уменьшить габариты 8- и 12-цилиндровых моторов. Фольксвагеновские “W-образники” значительно компактнее конкурентов с тем же числом цилиндров. Сегодня двигатели подобной компоновки можно встретить под капотом наиболее престижных моделей концерна: к примеру, на “Volkswagen Phaeton” и “Bentley Continental GT”.
Но немецкие инженеры на этом не остановились и создали, пожалуй, наиболее сложные двигатели в мире – “W16” и “W18”. Они разрабатывались специально для перспективных автомобилей “Bugatti”. Причем “W16” все-таки пошел в мелкосерийное производство и ныне устанавливается на суперкар “Bugatti Veyron 16.4”.
Типы двигателей: V-образный, оппозитный, рядный: отличия и тонкости
рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости все расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далеком прошлом. Средний объем цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трехсот до шестисот кубических сантиметров (плюс-минус сто "кубиков" в исключительных случаях вроде трехцилиндровой мотоколяски Smart или рядной 4,5-литровой "шестерки" внедорожника Nissan Patrol). Литровая мощность — от 35 л. с./л для безнаддувного дизеля до 100 л. с./л для форсированного бензинового мотора. Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.
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.
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).
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.
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.
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.
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".
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.
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.
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…
Как нумеруются цилиндры, виды их расположения в двигателе
С момента изобретения первого ДВС перед инженерами стояла очень ответственная цель –снять максимум мощности с конкретного объема силового агрегата. Стараясь решить эту задачу, конструкторы проводили эксперименты с числом и компоновкой камер сгорания.
В разное время в серийных моделях авто использовались, как маленькие одноцилиндровые ДВС, так и огромные агрегаты с 16-ю цилиндрами. На разных моделях камеры сгорания расположены и нумеруются по-разному и начинающему автолюбителю эта информация будет очень полезна.
Как располагаются цилиндры в двигателях
Существуют разные модели двигателей – это и старинные одно- и двухцилиндровые ДВС, традиционные рядные четырех- и шестицилиндровые модели.
Более крупные агрегаты имели V-образные блоки – такие агрегаты могли иметь восемь и более камер сгорания.
Рядное расположение
При рядном расположении в блоке цилиндры располагаются в один ряд. В такой конфигурации существуют двух, трех, четырех, пяти и даже шестицилиндровые моторы.
Двух- и трехцилиндровые ДВС сейчас устанавливаются на современных авто не так часто, хотя популярность их медленно набирает обороты.
Этому способствовали умные системы приготовления топливной смеси и турбины – например, турбированная версия двухцилиндрового ДВС хетчбека Fiat 500. Трехцилиндровый рядный двигатель можно встретить на «Деу Матиз» и многих других.
Что касается рядной «четверки», то такие блоки устанавливаются в большинстве двигателей для легковых авто – объемы таких движков начинаются от 1 л., а самый объемный рядный ДВС – 2,4 л. и более.
Пятицилиндровые двигатели с рядным расположением на автомобилях, производимых серийно, стали появляться в 70-х годах. В числе первых можно выделить дизельные модели Mercedes – они устанавливались в 1974 году на модели в кузове W123.
А уже в 1976 году построили пятицилиндровый мотор от Audi. Начиная с конца 80-х годов рядная пятерка уже никого не удивляла и успешно устанавливалась на самые разные автомобили Fiat, Volvo и других автобрендов.
Рядная «шестерка», которая в 80-х и 90-х была очень популярна в Европе, нынче превратилась в вымирающий вид.
Про восьмицилиндровые модели и говорить не стоит – с такой компоновкой давно попрощались еще в 30-е годы.
Почему? С увеличением объемов блоки также увеличивались. Это создавало конструкторам и инженерам массу проблем при компоновке.
К примеру, втиснуть рядную восьмерку в переднеприводный автомобиль получилось только в двух случаях – это Austin Maxi 2200, который производился в 60-х, и Volvo S80.
В два ряда
Как сделать большой рядный ДВС короче и компактнее?
Двигатель можно “разрезать” пополам, установить две части рядом и заставить поршни вращать один коленчатый вал. Такие моторы имеют форму буквы “V».
Здесь камеры сгорания располагаются в два ряда под углом друг к другу. Такая конфигурация очень популярна у производителей и уступает только рядной «четверке».
Самые популярные модели – это те, где угол развала блока составляет 60 и 90 градусов. В такой конфигурации можно встретить шести- , восьми- , двенадцатицилиндровые моторы.
В первые такой силовой агрегат появился на Lancia Aurelia, это был 1950 год. За счет своих компактных размеров автомобиль быстро стал популярным среди автомобилистов.
Восемь камер сгорания в этой конфигурации располагаются по четыре в два ряда. Это самая компактная компоновка для крупнообъемных ДВС. Самый большой объем за всю историю автомобилестроения в такой V-компоновке составлял 13 литров. В случае с двенадцатью цилиндрами разница только в их количестве.
Со смещением
Конструкторы и инженеры искали компромиссное решение, чтобы создать мощный и в тоже время компактный силовой агрегат для легковых авто в среднем классе. Двигатель со смещением – это шестицилиндровый V-образный блок.
Цилиндры расположены друг напротив друга в шахматном порядке. Шесть цилиндров под углом в 15 градусов образуют достаточно узкий и короткий агрегат. Среди примеров можно привести VR6, которые устанавливались на «Golf» от Фольксваген.
Оппозитный тип
Как известно, на V-образном блоке угол развала двух частей составляет – 90 или 60 градусов. Если угол развала между двумя частями будет 180 градусов, то это оппозитный двигатель.
Здесь цилиндры располагаются друг напротив друга, горизонтально. Коленчатый вал в таких моделях общий, установлен в центре, а поршни двигаются от него.
Одним из первых таких конструкций стала отечественная разработка, которая использовалась при строительстве дирижабля «Россия». Кстати, несмотря на передовую конструкцию ДВС, дирижабль в небо не взлетел. Также можно вспомнить французские агрегаты от Gorbon-Brille.
А тот, кто разработал и запустил традиционный привычный каждому оппозитный мотор, это Фердинанд Порше. Первая партия автомобилей «Жук» комплектовалась именно этими ДВС в 1937 году.
Аналогичную конструкцию применили и на «Ford» А, С, F. В 1920 году баварский автомобильный концерт предложил свою конструкцию оппозитного мотора.
Моторы W
В данных силовых агрегатах соединены для ряда камер сгорания с VR-расположением. В каждом ряду цилиндры размещаются под углом 15 градусов.
Оба ряда находятся под углом в 72 градуса. В случае с восьмицилиндровым мотором, блок представляет собой два V-образных блока, которые находятся под углом в 72 градуса.
Нумерация цилиндров в разных типах ДВС
Что касается стандартов нумерации камер сгорания, то их нет. На то, как они пронумерованы в ДВС, влияют такие факторы:
- Тип привода;
- Тип ДВС, компоновка блока;
- Поперечное либо продольное расположение агрегата под капотом;
- Сторона вращения.
На стандартных переднеприводных авто с поперечно установленным двигателем нумерация начинается со стороны ГРМ. Так, возле ремня ГРМ находится первый цилиндр и дальше все остальные. Последний находится около КПП.
Примеры
В многоцилиндровых V-образных двигателях первый цилиндр расположен в ряду с водительской стороны.
В двигателях американского производства камеры сгорания и их нумерация может отличаться и не поддаваться логике.
Так, для рядных четверок и шестерок первым может быть цилиндр около радиатора, в то время, как на всех прочих моделях нумерация начинается в сторону салона. Если нумерация обратная, то первым считается цилиндр ближайший к салону.
Французы очень оригинальны и применяют два способа нумерации камер сгорания ДВС.
- На рядных четверках нумерация начинается от маховика.
- Если это V-образная шестерка, тогда ближний к радиатору ряд – это первые три цилиндра, а ряд ближе к салону – последние три.
Как определить порядок работы цилиндров
Разные версии однотипных ДВС могут работать по разным схемам. К примеру, ЗМЗ-402 мотор работает следующим образом – 1-2-4-3. А вот ЗМЗ-406 имеет другой порядок – 1-3-4-2.
Шестицилиндровые моторы с рядным расположением работают по такой схеме – 1-5-3-6-2-4.
Порядок работы восьмицилиндрового двигателя будет следующим – 1-5-4-8-6-3-7-2.
Тема обширная, поэтому обязательно поделись своим опытом или мнением в комментария ниже.