Убей двигатель – спаси планету?
Кажется, в автомобильной промышленности началась эпоха охоты на ведьм, а главным источником проблем и неурожая на этот раз оказался двигатель внутреннего сгорания. Тот самый ДВС, который верой и правдой служил нам больше ста лет. Двигателям отрезают цилиндры, затыкают рот турбинами и уменьшают их до размеров пылесоса, а вскоре обещают расквитаться с ними окончательно. Но что с ними не так?
Почему ДВС до сих пор не нашли альтернативы?
Двигателю внутреннего сгорания за последнюю сотню лет было предложено множество альтернатив. Паровые моторы и электромобили на заре автомобилизма не смогли предложить такую же простоту и удобство использования. Другие идеи рождались на энтузиазме компаний производителей и инвесторов-мечтателей – вроде роторно-лопастного мотора, который собирались ставить на ё-мобиль, или оппозитного агрегата со встречными поршнями (в него десятки миллионов долларов вложил даже Билл Гейтс), но в итоге оказались слишком эксцентричными и нежизнеспособными.
В конечном итоге, задача любого силового агрегата – преобразование энергии (не важно, тепловой или электрической) в механическую работу, но ни один тип двигателя пока так и не смог сделать это лучше по совокупности качеств. Газотурбинные и роторные двигатели имели больше всего шансов подвинуть поршневой мотор с его пьедестала, но оказались лучше не по общему балансу качеств, а лишь в определенных областях.
Но почему постоянно уменьшается объем? Где 5-литровые моторы? Где романтика?
Как и в живописи, в конструировании двигателей есть свои законы совершенства. Правильный объем цилиндра должен быть не меньше 200 и не более 600 кубических сантиметров, а идеальных характеристик, в теории, можно добиться с объемом цилиндра в пол-литра. Вот почему все свежие моторы V6 делают объемом три литра, а новые V8 – 4.0.
Если делать объем цилиндра сильно больше, то эффективно сжечь топливо будет сложнее, как и добиться одинаковой работы каждого цилиндра.
Зато большой литраж позволяет буквально залить мотор бензином и получить ну очень много мощности – грубое и простое решение, которое во все времена любили американцы. Внутри маленькой камеры сгорания, напротив, много топлива не сожжешь – отдача невелика, а неидеальное соотношение объема и площади стенок цилиндра, через которые бестолково рассеивается тепло, приводит к низкой термической эффективности.
Ну ладно, с многолитровыми толстяками все понятно. Но куда деваются V8, V10, V12?
Работу стройного оркестра из 12 цилиндров куда проще сделать гладкой и сбалансированной, чем настроить квартет из четырех бубнящих по очереди поршней. Поэтому V12 так любят ставить в представительские машины – помните все эти истории с монетами, которые стоят ребром на работающем моторе, и часами, тикающими громче двигателя?
В спортивных моторах 12 маленьких поршней будут легче, чем 8 больших, поэтому такая компоновка, в теории, позволяет добиться более высоких оборотов.
Впрочем, главное достоинство спортивных двигателей V12 сегодня – это не столько отдача (ведь ее можно добиться и более простыми способами), сколько фантастический звук и механическое обаяние. Проблема в том, что многоцилиндровые моторы теряют слишком много энергии на трение. Ведь каждый дополнительный цилиндр – это дополнительные поршни, шатуны, клапаны, подшипники. И литры масла, которым все это нужно смазывать.
Пока престижный шильдик на моторе важнее расхода топлива, это работает, а когда государство требует от тебя уложиться в строгие нормы экологии… В общем, Volkswagen Passat с W8 мы больше не увидим. Никогда.
А что с атмосферниками? Ведь турбомоторы даже не звучат!
Представьте, себе кэшбек на карту после покупок в магазине – легкие деньги, которые вы не зарабатывали, на которые не тратили свои силы и энергию. Турбонаддув – примерно из той же оперы. С инженерной точки зрения это целый комплекс технических и экономических сложностей: турбина дорого стоит, ее – в идеале – надо расположить как можно ближе к камере сгорания, одна ее половина «холодная», а вторая раскалена и выделяет очень много тепла, нагревая все вокруг.
Но преимущество турбонаддува перекрывает все недостатки – он поднимает мощность мотора, не отнимая у него лишних лошадиных сил. То есть, дополнительная энергия вам достается практически даром. Никакой романтики – только трезвый рациональный расчет. Могут ли от этого удержаться инженеры?
Ладно турбина, но все двигатели постепенно становятся похожи друг на друга, как близнецы-братья!
Перед каждым инженером стоит целый комплекс факторов, которые он вынужден учитывать при проектировании: от планируемой стоимости автомобиля до его прямого назначения. Но есть и чисто инженерные причины, которые постепенно убивают привычные в прошлом технические решения. Любой инженер знает, что оппозитник обойдется дороже в производстве и обслуживании, что 12-цилиндровый рядный мотор просто не влезет под капот небольшой машины, что компрессор забирает мощность у мотора, а турбина – нет, и что двигатели V4 фантастически компактны, но плохо сбалансированы: четыре попеременно работающих «горшка» раскачивают мотор в разные стороны, как молодожены кровать в гостиничном номере.
Поэтому не стоит удивляться, что современные моторы, находясь на пике своего исторического и механического развития, становятся все более похожими друг на друга и постепенно приходят к единому знаменателю – все чаще, к рядному четырехцилиндровому турбодвигателю. Он дешев, экономичен, относительно прост в обслуживании и при этом компактен и неплохо сбалансирован. Звучит, конечно, чаще всего ужасно, но об этом инженеры и маркетологи вспоминают в последнюю очередь.
А чем так провинился дизель, что на него спустили всех собак?
Перед выборами в Германии считалось, что главной темой дебатов станут беженцы и… дизельные двигатели. Представьте себе, какое значение придается этой проблеме! А ведь казалось бы – чем меньше сжигаешь топлива, тем меньше углекислого газа и прочих продуктов горения попадает в атмосферу? Но с дизелем все сложнее. Работая на обедненной смеси, дизель выбрасывает больше оксидов азота, а также крупные частицы химических соединений, которые вызывают у людей проблемы со здоровьем, аллергии и раковые заболевания.
Топливная смесь в бензиновых моторах лучше сбалансирована, а частицы в выхлопных газах таких двигателей настолько микроскопические, что не представляют особой опасности, поэтому очистить такой выхлоп до приемлемых значений гораздо проще. Вы же замечали, что большинство современных гибридов тоже работают на бензине – с двигателем на солярке такая связка получается слишком дорогой в производстве.
Впрочем, окончательно убьет дизель не бензиновый мотор, а аккумулятор – когда он сможет хранить достаточное количество энергии. А пока же с заправленным под пробку баком не поспорит никакая Tesla.
Семейство BMW V12
В этом материале поговорим о 12 цилиндровом семействе двигателей BMW, с теперешними тенденциями в автомобилестроении, совсем не много производителей поддерживают выпуск исполинских моторов для своих топовым версий. Турбо эра идет семимильными шагами уменьшая как объем двигателей, так и количество цилиндров. Вечно стонущие экологи и беспринципные маркетологи давно взяли верх над инженерией. Производители перестали погружаться в авантюрные проекты, создавать уникальные модели с индивидуальными характерами, повадками и даже поломками, на их смену пришли безликие тачки, которые начинают выходить из строя не успев сойти с автовоза на дилерскую стоянку. Китай научил мир ширпотребу с этим ничего не поделаешь. Поэтому какой год идет рост среди любителей автомобилей прежних лет, так как все что выпущено 10 лет назад и позже вряд ли будет объектами для коллекционирования.
Короткий экскурс о дорожных V12 BMW
В первый 12-цилиндровый двигатель BMW M70 компания продемонстрировала в 1987 году на Женевском автосалоне. За 33 года существования, моторы V12 устанавливались в основном на седаны представительского класса, а инженеры с каждой генерацией создавали их все более эффективными.
Первый V12 весил 240 кг и имел объем пять литров. Максимальная мощность составляла 296 л.с. при 5200 об/мин, крутящий момент достигал 450 Нм при 6100 об/мин. До дебютных “семерок” 750i и удлиненной версии 750iL в кузове Е32 дилеры уже собрали более трех тысяч заказов от своих клиентов. Высокий спрос был продиктован новаторством компании BMW, конкуренты из Mercedes-Benz и Audi
выпустили на рынок своих флагманов с V12 несколько позже.
К 1993 году во втором поколении V12 объем двигателя вырос до 5,4 литра, а мощность до 326 л.с., с крутящим момент 490 Нм. В 2001 году была представлена шестилитровая версия с 445 л.с. и 600 Нм. В 2008 12-ти цилиндровый мотор устанавливался в седьмую серию уже пятого поколения, его объем был также шесть литров и выдавал 542 силы и 750 момента, которые были доступны уже с 1500 оборотов. И финальным аккордом среди V12 становится двигатель N74, который
преодолев шести литровую отметку, развивает 602 л.с. и 800 Hm.
Концерн BMW тоже отказывается от V12
Нынешней весной 2020 года на мюнхенской конференции председатель правления Оливер Ципсе озвучил, что топовая версия седьмой серии станет полностью электрической, то есть машин с мотором V12 больше не будет. Флагманский вариант будет вооружен двумя электродвигателями.
Дорожные двигатели BMW V12
BMW 7er E32 750i, 750iL M70B50 296 л.с. 450 Нм (1987-1994)
BMW 8er E31 850i M70B50 296 л.с. 450 Нм (1990-1994)
BMW 7er E38 750i, 750iL, L7 M73B54 322 л.с. 490 Нм (1993-1998)
BMW 7er E38 750i, 750iL, L7 M73B54N 322 л.с. 490 Нм (1998-2001)
BMW 8er E31 850Ci M73B54 322 л.с. 490 Нм (1992-1999)
BMW 7er E65 E66 E67 760i, 760Li N73B60 445 л.с. 600 Нм (2002-2008)
BMW 7er F01 F02 F03 760i, 760Li N74B60 542 л.с. 750 Нм (2008-2015)
BMW 7er G12 M760LiX N74B66TU 609 л.с. 800 Нм (2016-2020)
Существует еще две модификации двигателя N74 – это N74B66 который устанавливался на Rolls Royce Ghost, Dawn и Wraith 563/593/624 лс и 575/620/590 Нм; N74B68 ставился на Rolls-Royce Phantom VIII и Cullinan 563 лс 900 Нм
Двигатели BMW V12 M Power
BMW 8er E31 850CSi S70B56 375 л.с. 550 Нм (1992-1996)
McLaren F1 S70-2 618 л.с. 650 Нм (1992-1998)
Гоночные двигатели BMW V12
BMW V12 Lmr P75 580 л.с.
BMW X5 V12 LeMans E53 P75 700 л.с. max speed 311 км/ч
BMW V12 шaг нaзaд
С 12ти цилиндровой силовой установкой в Мюнхене начали экспериментировать еще в начале 70-х годов. Снaчaлa тоже тщетно:
5.0 литровый aгрегaт с кодом M33 в 1974 году забраковали как слишком тяжелый (315 кг), работу над следующим проектом M66 в двух версиях, объемом 3,6 и 4,5 л, прекратили из-за топливного кризиса.
История появления V12
Первыми соединили две рядные «шестерки» в форме буквы V не немцы. Самое раннее упоминание относится аж к 1904 году, когда шотландский инженер Артур Крейг уже в те годы ставил на катера первые в мире 4х-тактные двигатели V12 собственной марки Ailsa Craig. Французские авиамоторы Renault V12 появились на бипланах Breguet в 1911 году, тенденцию подхватили американцы – Packard Double Six в 1912 году стал первым серийным автомобильным двигателем V12, а в 1917 году в США, под окончание войны с немцами, запустили в производство знаменитый мотор L-12 Liberty. Германия подключилась к 12-ти направлению уже после проигранной Первой мировой. Причем на машины V12 ставили только Карл Майбах и Horch, а Daimler-Benz и BMW строили такие агрегаты исключительно для авиации.
«Высотный» двигатель BMW VI образца 1926 года считался тогда одним из самых передовых агрегатов V12 – он развивал паспортные 650 л.с. не у земли, а на высоте 3000 метров. Поэтому, когда Советский Союз вступил в пору индустриализации, купили лицензию сначала на американский мотор Liberty, а потом решили сменить его именно на BMW VI.
Начиная с 1930 года на бывшем заводе «Русский Рено» в Рыбинске до 1941 года было сделано почти 28 тысяч моторов BMW, переименованных в М-17 – втрое больше, чем оригинальных немецких! Причем ими комплектовали не только самолеты Туполева и Поликарпова, но и танки. Именно М-17 в «сухопутном» исполнении стал основным двигателем для танковой армады БТ-7, Т-28 и Т-35, которую готовили в начале 30-х для броска на Запад. Впрочем, поздние модификации М-17 были уже «самостийными», серьезно доработанными советскими конструкторами во главе с Александром Микулиным. Но даже знаменитые микулинские авиамоторы АМ-35 на МИГах и штурмовиках Ил-2 сохраняли размерность двигателя BMW VI – диаметр цилиндра и ход поршня. А в послевоенные годы именно инженеры BMW, вывезенные в Куйбышев, помогали строить по трофейным образцам и чертежам авиамоторов BMW-003 первый советский турбореактивный двигатель РД-20 для МИГов.
V6, W12 и рядная «четверка» — разбираемся в компоновках двигателей
Вторник, 15 августа 2017
Читая описания двигателей автомобилей, каждый из нас сталкивался с такими терминами, как «четырехцилиндровый», «V8» или «рядная шестерка». Но всегда ли мы четко представляем себе, что скрывается за этими понятиями? Предлагаем вам небольшой «путеводитель» по терминологии, связанный с компоновкой моторов наших «железных коней».
Д ля начала вспомним, как работает «сердце» автомобиля. В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндры, в которых происходит чрезвычайно важный процесс — сгорание смеси топлива и воздуха. Энергия сгорания топливно-воздушной смеси и является той силой, которая приводит в движение автомобиль — вытесненные из цилиндров поршни толкают коленчатый вал, который в свою очередь, приводит в движение колеса автомобиля.
Мощность двигателя зависит, в основном, от двух факторов — размера цилиндров, а также их количества. При прочих равных условиях более мощным будет тот двигатель, в котором цилиндров больше, а сами они крупнее.
Если вы встретите в описании двигателя обозначение V6, это значит, что у данного мотора 6 цилиндров. Но что же такое «V»? Тут мы подходим непосредственно к вопросу о расположении цилиндров в двигателе. Рассмотрим основные компоновки двигателей.
Рядный двигатель(англ. inline engine, straight engine)
В английском языке также имеет обозначение I (сокр. от inline), например, I4 – это рядный двигатель с четырьмя цилиндрами или «рядная четверка». Также иногда рядный двигатель обозначают литерой R (R6 – рядный шестицилиндровый). Все цилиндры такого двигателя расположены в одну линию, «лицом» вверх, как правило, в поперечном направлении, и приводят один общий коленвал. Такая конфигурация считается «классической» — ведь самый первый в истории автомобильный двигатель, состоявший всего из двух цилиндров, был рядным. Рядными моторами оснащают большинство автомобилей. Случается, что цилиндры в рядном двигателе располагаются не в поперечном, а в продольном направлении. В английском языке продольное расположение рядного двигателя называется «straight» в отличие от поперечного — «inline». Продольная компоновка часто встречается у автомобилей класса «премиум», например, у BMW.
Конструкция рядных двигателей проста и надежна, их удобно ремонтировать. Для чего же тогда понадобились другие компоновки? Все дело в том, что рядные моторы занимают под капотом слишком много места. Разместить при такой конфигурации большое количество цилиндров проблематично, да и коленчатый вал при большой длине рядного двигателя испытывает чрезмерные торсионные нагрузки. Именно поэтому рядные двигатели имеют не более шести цилиндров.
V-образный двигатель (англ. V engine, Vee engine)
Цилиндры такого двигателя поделены на два блока, расположенных под углом 60-90 градусов по отношению друг к другу. Иными словами, цилиндры V-образного мотора образуют латинскую букву «V», в основании которой находится общий коленвал.
V-образная конфигурация цилиндров двигателя позволяет разместить в том же объеме пространства большее количество цилиндров в сравнении с рядными двигателями. В основном, она присуща дорогим и спортивным автомобилям.
Оппозитный или боксерский двигатель (англ. flat engine, boxer engine)
Как и в случае с V-образным двигателем, цилиндры оппозитного мотора разделены на два ряда, но угол их развала составляет 180 градусов. Получается, что каждый из рядов как бы лежит на боку и «смотрит» в противоположную от другого сторону. Движение поршней напоминает удары боксеров, стоящих спиной друг к другу (отсюда и второе название двигателя). Такая компоновка мотора обеспечивает низкий центр тяжести, что, как правило, улучшает управляемость автомобиля. Однако, «боксеры» имеют более сложное, чем у рядных агрегатов, устройство и занимают больше места в ширину. Сегодня оппозитные двигатели устанавливают на свои модели лишь два производителя — Porsche и Subaru. Боксерские моторы имеют обозначение B (от англ. boxer) – например, B6.
VR-образныеи W-образные двигатели(англ. VR engine, W engine)
Двигатель типа VR (V-образный рядный) был разработан концерном Volkswagen. Он работает по тому же принципу, что и V-образный двигатель, однако угол, образуемый между рядами цилиндров, настолько мал (10-15 градусов против 60-90 градусов у V-образных моторов), что все цилиндры помещаются в одном блоке. При этом цилиндры двух рядов, как правило, располагаются в шахматном порядке относительно друг друга. По сути VR – это нечто среднее между рядным и V-образным двигателем. Что же касается W-образного двигателя, то он попросту состоит из двух VR-моторов, соединенных под углом у оснований. Коленвал у такого двигателя также один.
Двигатели VR сегодня используются редко, а W-конфигурациявстречается, например, у флагманского люксового седана Bentley Mulsanne.
Теперь, когда мы разобрались с основными компоновками двигателей, остановимся поподробнее на том, какое количество цилиндров может иметь мотор легкового автомобиля.
На заре автомобилестроения двигатели автомобилей могли оснащать всего одним цилиндром, но сейчас такая компоновка больше не встречается.
Двухцилиндровые агрегаты тоже встречаются крайне редко. В недавнем прошлом двухцилиндровым двигателем комплектовалась российская «Ока», а сегодня единственным легковым автомобилем, который оснащают двухцилиндровым двигателем, является ситикар Fiat 500. Кстати, благодаря технологии турбонаддува, «фиатовский» мотор с двумя цилиндрами развивает весьма приличные 85 л.с.
Трехцилиндровыми двигателями комплектуют, в основном, компактные городские автомобили, например, Smart ForTwo или «тройняшек» Citroen C1, Peugeot 107 и Toyota Aygo. Турбированные моторы с тремя цилиндрами встречаются и у более крупных авто — таких как Mini Cooper, Ford Focus и Peugeot 308.
Четырехцилиндровыми двигателями оснащают большинство автомобилей, ведь рядная «четверка» — это самый распространенный автомобильный двигатель в мире. Моторы с четырьмя цилиндрами почти всегда бывают рядными. Исключение — оппозитные «четверки», устанавливающиеся на модели Subaru и Porsche. Ранее применялись и двигатели V4 – их устанавливали на некоторые модели Ford, Saab, а также на наш «Запорожец».
Моторы с пятью цилиндрами появились сравнительно недавно — в середине 1970-х годов. Большой популярности они не приобрели — из-за нечетного количества цилиндров такие двигатели имеют проблемы с балансировкой и излишне вибрируют.
Среди немногочисленных автомобилей, которые сегодня оснащают пятицилиндровыми агрегатами — Audi RS3, Audi RS Q3 и пара моделей Volvo.
Шестицилиндровые двигатели часто используются в премиальных моделях — как в рядной, так и в V-конфигурации. Звук таких моторов отличается более высокой, «спортивной» тональностью. В некоторых суперкарах, таких как Ford GT, шестицилиндровый мотор оснащают большими турбинами, чтобы обеспечить мощность, которой раньше можно было ожидать только от двигателей с восемью или более цилиндрами.
Двигатели с восемью и более цилиндрами не бывают рядными — ведь расположить такое количество цилиндров в одну линию весьма проблематично. Такими агрегатами, как V8, V10 и V12 комплектуют суперкары и седаны класса «люкс». Некоторые топовые модели концерна Volkswagen оснащаются двигателями W12, а гиперкар Bugatti Veyron наделили мотором W16.
Конечно, число и расположение цилиндров — это далеко не единственные параметры двигателей внутреннего сгорания, однако знание этих базовых понятий необходимо для понимания принципов работы автомобиля и осознания собственных предпочтений при выборе машины. Надеемся, что данная статья поможет вам лучше ориентироваться в мире «железных коней».