Что лучше v образный двигатель или рядной двигатель
Основные компоновочные схемы поршневых двигателей внутреннего сгорания
Одним из основных признаков, по которому классифицируют двигатели внутреннего сгорания (ДВС), является их компоновочная схема. Она определяет расположение мотора в подкапотном пространстве, его габаритные размеры и ориентацию осей ведущих элементов (цилиндров и поршней). Выбор общей компоновки агрегата зависит от характеристик, которые он должен обеспечить в процессе эксплуатации. На сегодняшний день используются пять базовых схем двигателей: рядные, V-образные, W-образные, оппозитные и VR-моторы. Каждая из схем имеет свои достоинства, недостатки и сферу применения.
- Особенности конструкции рядного двигателя
- Что представляет собой V-образный двигатель?
- В чем отличия оппозитного двигателя?
- Как работает W-образный двигатель?
- Устройство и достоинства VR-двигателя
Рядный шестицилиндровый двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением шести цилиндров, порядок работы цилиндров 1-5-3-6-2-4, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается R6 [1] [2] (от немецкого [3] «Reihe» — ряд), I6 или L6 («Straight-6», «In-Line-Six»). Плоскость, в которой находятся цилиндры, может быть строго вертикальной или находиться под определённым углом к вертикали. Во втором случае двигатель иногда называют Slant-6 (/6).
В теории I6 в четырёхтактном варианте является полностью сбалансированной конфигурацией относительно сил инерции разных порядков поршней и верхних частей шатунов (силы инерции 1-го порядка разных цилиндров взаимно компенсируют друг друга так же, как и у рядного четырёхцилиндрового двигателя, но, в отличие от последнего, силы инерции 2-го порядка также взаимно компенсируются), сочетая сравнительно невысокую сложность и стоимость изготовления с хорошей плавностью работы. Такую же сбалансированность демонстрирует и V12, работающий как два шестицилиндровых двигателя с общим коленчатым валом.
Однако на малых (холостых) оборотах коленчатого вала возможна некоторая вибрация, вызванная пульсацией крутящего момента. Рядный восьмицилиндровый двигатель, помимо полной сбалансированности, демонстрирует лучшую равномерность крутящего момента, чем рядный шестицилиндровый, но в наше время применяется очень редко из-за целого ряда иных недостатков.
Двигатели конфигурации I6 широко использовались и продолжают использоваться в настоящее время на автомобилях, автобусах, тракторах, речных судах. На легковых автомобилях в последние десятилетия, в связи с повсеместным распространением переднего привода с поперечным расположением силового агрегата, и вообще компоновочных схем с более «плотной» организацией подкапотного пространства, более популярны оказались V-образные шестицилиндровые двигатели как более компактные и короткие, хоть и более дорогие, менее технологичные и сбалансированные. Вместе с тем, отдельные производители не спешат отказываться от рядных шестицилиндровых моторов. Яркий пример — BMW. Более того, современные [ когда? ] технологии позволяют создать достаточно компактный рядный шестицилиндровый двигатель даже для поперечной установки, правда, на достаточно крупном автомобиле — примером такого силового агрегата служит Volvo S80 с передним приводом и поперечно установленной 2.9 литровой рядной «шестеркой». На соплатформенном Volvo XC90 такой двигатель сопрягается с муфтой, что обеспечивает кроссоверу с поперечным рядным шестицилиндровый двигателем возможность подключения полного привода.
Максимальный рабочий объём рядных шестицилиндровых двигателей практически не ограничен и на судовых дизелях может достигать 1820 дм³ на один цилиндр.
Звездообразный двигатель. Что это за «чудо»?
Звездообразный, или радиальный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, цилиндры которого расположены радиальными лучами вокруг одного коленчатого вала через равные углы. Звездообразный двигатель имеет небольшую длину и позволяет компактно размещать большое количество цилиндров. Нашёл широкое применение в авиации.
Главное отличие звездообразного двигателя от поршневых двигателей других типов заключается в конструкции кривошипно-шатунного механизма. Один шатун является главным (он похож на шатун обычного двигателя с рядным расположением цилиндров), остальные являются прицепными и крепятся к главному шатуну по его периферии (такой же принцип применяется в V-образных двигателях).
Недостатком конструкции звездообразного двигателя является возможность протекания масла в нижние цилиндры во время стоянки, в связи с чем требуется перед запуском двигателя убедиться в отсутствии масла в нижних цилиндрах. Запуск двигателя при наличии масла в нижних цилиндрах приводит к гидроудару и поломке кривошипно-шатунного механизма.
В зависимости от размеров и мощности двигателя звездообразные двигатели могут за счёт удлинения коленчатого вала образовывать несколько звёзд — отсеков.
Четырёхтактные звездообразные моторы обычно имеют нечётное число цилиндров в отсеке — это позволяет давать искру в цилиндрах «через один». Возможна работа и с чётным количеством цилиндров (чаще всего — при расположении цилиндров в несколько рядов), но для обеспечения плавного хода их число не может быть степенью числа 2.
Двигатель Volkswagen W12
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.
Рядные четырехцилиндровые силовые агрегаты
Начнем с одного из самых распространенных двигателей – рядного четырехцилиндрового. Есть причина, по которой он так распространен. В основном потому, что это так просто: один блок цилиндров, одна головка цилиндров и один клапанный механизм. Вот все, что вам нужно о нем знать:
Преимущества:
Четырехцилиндровый рядный двигатель негабаритен и компактен, значит, его легко расположить под капотом практически любого автомобиля;
Он также немного весит сам по себе, а за счет того, что на этот тип мотора ставится всего лишь один выпускной коллектор, вес дополнительно уменьшается;
Поскольку у него только одна головка цилиндров, это означает наличие меньшего количества движимых частей по сравнению с моторами с развалом. Это означает меньшие энергопотери и уменьшает вероятность неисправностей;
Двигатель хорошо сбалансирован, поскольку два внешних поршня движутся в противоположном направлении от внутренних двух поршней (см. рисунок выше);
Четырехцилиндровые двигатели просты в обслуживании и починке. Головка блока – это высшая точка, которая делает доступ к свечам и приводу клапанов незатруднительным;
Четырехцилиндровые двигатели требуют менее высоких производственных затрат.
Минусы:
Несмотря на то что первичные силы сбалансированы идеально, этого нельзя сказать о так называемых вторичных силах, действующих на работу мотора, что в конечном счете ограничивает размеры двигателя;
Рядные четверки редко превышают объем 2,5 литра;
В больших по объему четырехцилиндровых двигателях возникает необходимость балансировки валов для снижения уровня вибрации из-за тех самых вторичных сил;
Высокий центр тяжести по сравнению с некоторыми компоновками оппозитных H4;
Не такие «неубиваемые», как некоторые версии V6 и V8.
Вот краткое видео, объясняющее принцип работы четырехцилиндрового двигателя:
Баланс
Он важен по причине сложной конструкции коленчатого вала. Необходимость в балансировке зависит от числа цилиндров. Чем больше их в конкретном ДВС, тем большим должен быть баланс.
Несбалансированным двигателем может быть лишь та конструкция, где цилиндров не больше четырех. В противном случае в процессе работы появятся вибрации, сила которых будет способна разрушить коленчатый вал. Даже дешевые двигатели с шестью цилиндрами с балансиром будут лучше, чем дорогие рядные четверки без балансирных валов. Так, чтобы улучшить баланс, рядный двигатель с четырьмя поршнями иногда тоже может требовать установки успокоительных валов.
Меньшие двигатели, больше мощности
Конструкторы Mercedes, вместо того, чтобы проектировать чистый V6 для замены своих устаревших V6, создали модульное семейство двигателей, основанное на поллитровых цилиндрах, которые могут быть встроены в шестерки 2.0L (M254) и 3.0L шестерки (M256). Двигатель M256 развивает 362 лошадиных силы и крутящий момент в 369 футов в CLS45, 429 лошадиных сил и крутящий момент в 384 фунта в CLS53 — это соизмеримо с V8.
Именно этот общеотраслевой двигатель предоставляет преимущества, которые могут дать новым шестеркам долгую жизнь. Jaguar и Land Rover, принадлежащие Indian Tata Motors Limited с 2008 года, совместно разрабатывают новый I6 для замены своих V6 по тем же причинам, что и Mercedes.
Возвращение Mercedes к своим корням, является более чем предварительным шагом. Автопроизводитель вложил значительные средства в совершенно новое семейство двигателей, чтобы в течение многих лет эксплуатировать большую часть своей линейки. Так что можно предположить, что рядная шестерка будет востребована на автомобильном рынке.
