Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Рядный 6-цилиндровый двигатель

Рядный 6-цилиндровый двигатель

Шестицили́ндровые дви́гатели — двигатели внутреннего сгорания, имеющие шесть цилиндров, размещённые чаще всего друг напротив друга под углом 60° или 90°.

Содержание

  • 1 Рядный шестицилиндровый двигатель
  • 2 V-образный шестицилиндровый двигатель
    • 2.1 Технические особенности
    • 2.2 Использование в автомобилях
  • 3 Шестицилиндровый двигатель VR
  • 4 Оппозитный шестицилиндровый двигатель
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Литература

Рядный шестицилиндровый двигатель [ | ]

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.

V-образный шестицилиндровый двигатель [ | ]

V-образный шестицилиндровый двигатель — двигатель внутреннего сгорания с V-образным расположением шести цилиндров двумя рядами по три, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается V6 (англ. «Vee-Six», «Ви-Сикс»).

Это второй по популярности в наши дни автомобильный двигатель после рядного четырёхцилиндрового двигателя.

Первый серийный V6 появился в 1950 году на итальянской модели Lancia Aurelia.

Технические особенности [ | ]

V6 — несбалансированный двигатель; он работает как два рядных трёхцилиндровых двигателя, и без дополнительных мер может иметь весьма большой уровень вибраций. В двигателях V6 используется дисбаланс коленвала, создаваемый противовесами (иногда дополнительно применяют маховик и шкив с дисбалансом), уравновешивающий момент от сил инерции 1-го порядка поршней и верхних частей шатунов. Кроме того, иногда (при некоторых углах развала цилиндров) для этого дополнительно используют балансировочный вал, вращающийся со скоростью коленвала, но в противоположную сторону. Это позволяет приблизить их по плавности работы и уровню вибраций к рядному шестицилиндровому двигателю. Момент инерции 2-го порядка, как правило оставляют свободным, так как он имеет небольшую величину и может быть поглощён опорами двигателя.

Как правило, угол развала цилиндров составляет 60, 90 или 120 градусов. Но встречаются и иные варианты, например 54°, 45°, 65°, 75° или 15° (VR6).

Угол развала 90° обычно встречается на двигателях, унифицированных с двигателями конфигурации V8, для которых такой угол развала является основным. В первых двигателях такой конфигурации, по причине того, что технологии тогда не позволяли сделать достаточно прочный коленвал со смещёнными шатунными шейками, а делать полноопорный коленвал с отдельными шейками для каждого шатуна невыгодно, так как по длине двигатель становится сравнимым с исходным V8 (кроме того, это усложняет двигатель), на каждой шатунной шейке располагались (так же, как и в исходном V8) по два шатуна от противоположных цилиндров (схема с 3 кривошипами, пример — Buick Special, а также советский двигатель ЯМЗ-236). Такая конструкция при угле развала 90° позволяет уравновесить момент инерции 1-го порядка без применения балансировочных валов, однако равномерных интервалов поджига смеси она не обеспечивает (рабочие ходы в цилиндрах следуют не равномерно, а через 90 и 150° по углу поворота коленчатого вала, порядок работы цилиндров при этом 1-4-2-5-3-6). Следствием этого является заметная вибрация работающего двигателя, особенно при работе на малых оборотах коленчатого вала, а также грубый и неприятный на слух звук выхлопа, а по плавности хода двигатель больше напоминает трёхцилиндровый. Чтобы уменьшить вибрации и улучшить плавность хода, применяют маховик увеличенной массы. В более современных [ когда? ] двигателях V6 с углом развала 90° используется усложнённый коленвал со смещёнными шатунными шейками (6 кривошипов), обеспечивающий равномерные интервалы поджига смеси, а момент инерции 1-го порядка уравновешивается при применении балансировочного вала (без него он уравновешивается не полностью, что потребует усовершенствованной подвески двигателя и часто неприемлемо для современного [ когда? ] легкового автомобиля из-за повышенной вибрации). Однако на болидах формулы-1 (регламент 2014) года используется именно простой коленвал с тремя кривошипами, не обеспечивающий равномерных интервалов поджига, но обладающий большей прочностью и не требующий уравновешивания момента 1-го порядка.

120-градусный развал позволяет получить широкий, но низкий силовой агрегат, что лучше подходит для низких, например, спортивных машин. В нём так же на каждой шатунной шейке располагаются по два шатуна (число шатунных шеек — 3), но за счёт угла развала цилиндров 120° обеспечиваются равномерные интервалы поджига смеси. Такая конфигурация имеет довольно большой момент 1-го порядка, который можно скомпенсировать только при применении балансировочного вала. При всех остальных углах развала (отличных от 120°), чтобы обеспечить равномерные интервалы поджига смеси (через каждые 120° по углу поворота коленвала) и тем самым уменьшить вибрацию двигателя, а также обеспечить плавный ход, каждый шатун располагают на отдельной шатунной шейке коленвала, либо применяют усложнённый коленвал со смещёнными шатунными шейками (это уменьшает длину двигателя, а также упрощает его, но требует усовершенствованния технологии изготовления коленвала).

60-градусный развал позволяет скомпенсировать момент 1-го порядка без применения балансировочных валов. По этой причине, а также благодаря компактности, этот угол развала считается «родным» для V-образных шестёрок. Иногда по каким-либо причинам применяют близкие углы развала, например 54° или 65° при незначительном увеличении вибраций, которые растут по мере отклонения от угла 60°.

Угол развала 15° позволяет сделать одну общую головку для всех цилиндров, а также позволяет использовать порядок зажигания такой же, как у рядного шестицилиндрового двигателя и обладает удовлетворительной сбалансированностью без применения балансировочных валов, что вместе с усовершенствованной подвеской двигателя решает проблему вибраций.

Именно трудности балансировки и являлись основной причиной, сдерживавшей распространение серийных двигателей этого типа. До 1950-х годов такие двигатели создавались, но либо для стационарных установок (например бензогенераторов), либо как опытные образцы.

В 1959 году в США фирма GM начала производство пятилитрового V6, которым оснащались пикапы и субурбаны (гибрид универсала и микроавтобуса на шасси пикапа).

В 1962 году в США пошёл в производство «компакт» Buick Special с 90-градусным V6, разработанным на основе небольшой V-образной «восьмёрки», но он отличался высоким уровнем вибраций и вскоре был снят с производства.

Одним из первых полностью перешёл на V-образные шестицилиндровые моторы (двух семейств — Cologne и Essex, в зависимости от места разработки — ФРГ или Великобритании) европейский филиал «Форда»: с 1965…66 годов они постепенно вытеснили ранее использовавшиеся на наиболее крупных европейских моделях этой марки рядные шестёрки (первоначально европейский «Форд» также повсеместно заменил на своих автомобилях рядные четвёрки на моторы конфигурации V4, принадлежавшие к тем же семействам, что и V6, но впоследствии отказался от них — в то время, как V6 упомянутых выше семейств дожили до 2000-х годов). При этом американский «Форд» оставался крайне консервативен в выборе типов силовых агрегатов, начав выпуск собственных V6 (на основе разработок британского филиала) лишь в начале 1980-х годов (на пике бензинового кризиса рубежа 1970-х — 1980-х годов).

Читать еще:  Быстрый запуск двигателя liqui moly

Первый серийный японский V6 появился только в 1983 году у фирмы Nissan — серия Nissan VG, затем более продвинутым японским V6 стал мотор серии 6G от Mitsubishi, появившийся в 1986 году, примечатлен он тем, что устанавливался он на самый дорогой спорткар этой компании Mitsubishi 3000GT и в турбоверсии выдавал аж 320 лошадиных сил, нося индекс 6G72TT.

Использование в автомобилях [ | ]

V6 — один из самых компактных двигателей, он обычно короче, чем I4, и в большинстве исполнений у́же и короче, чем V8.

В современных [ когда? ] переднеприводных автомобилях с поперечным расположением двигателя по компоновочным соображениям как правило невозможна установка рядных шестицилиндровых двигателей, что, при повышенных требованиях к мощности в наши дни, обуславливает популярность V-образных шестицилиндровых моторов на автомобилях более высоких классов, несмотря на малую сбалансированность и сложность в производстве в сравнении с I6. Унификация двигателей различных автомобилей приводит к тому, что V6 устанавливают и в машинах с продольным расположением двигателя, в которых, в принципе, нет строгой компоновочной необходимости его применения, — хотя оно и даёт ряд преимуществ. Вместе с тем, на автомобилях того же класса с задним приводом, вроде 5-й серии BMW, всё ещё довольно широко распространены и рядные «шестёрки».

Из советских двигателей серийными V6 были только дизели большого рабочего объёма для грузовиков, и спецтехники: ЯМЗ-236 и СМД-60. Трёхлитровый V6 моделей ГАЗ-24-14 и ГАЗ-24-18 планировался в качестве базового двигателя легкового автомобиля «Волга» ГАЗ-24, но впоследствии в силу целого ряда причин был заменён на рядный четырёхцилиндровый. Однако, была выпущена опытно-промышленная партия этих двигателей, которые использовались на ряде спортивных автомобилей, в частности, на одном из серии «Эстония».

Шестицилиндровый двигатель VR [ | ]

Другим направлением развития является VR-технология, которая зародилась в 1920-е годы, когда компания Lancia выпустила семейство V-образных моторов с очень маленьким углом развала цилиндров (всего 10—20°). «VR» представляет собой аббревиатуру двух немецких слов, обозначающих V-образный и R-рядный, т. е. «v-образно-рядный». [3]

Двигатель представляет собой симбиоз V-образного двигателя с минимально малым углом развала 15° и рядного двигателя, в котором шесть цилиндров расположены V-образно под углом 15°, в отличие от традиционных V-образных двигателей, имеющих угол 60° или 90°. Поршни в блоке размещаются в шахматном порядке.

Двигатель никак не наследует сбалансированность R6 [4] , но имеет лучшую компактность в сравнении с V6 и R6. Совокупность достоинств обоих типов двигателей привела к тому, что двигатель VR6 стал настолько компактным, что позволил накрыть оба ряда цилиндров одной общей головкой, в отличие от обычного V6. В результате двигатель VR6 получился значительно меньшим по длине, чем R6, и по ширине, чем обычный V6 [3] .

Рабочий объём варьируется как правило от 2,0 до 5,0 л. Использование конфигурации в двигателях объёмом меньше 2,0 л мало оправдано из-за относительно высокой стоимости изготовления (по сравнению с четырёхцилиндровыми двигателями) и большой (в сравнении с ними же) длины. Однако, подобные случаи имели место, например, мотоцикл Benelli 750 Sei имел двигатель I6 с рабочим объёмом всего 0,75 л.

В настоящее время технология возрождена концерном Volkswagen, который выпустил шестицилиндровые двигатели компоновки VR6. Ставился с 1991 года (1992 модельный) на автомобили Volkswagen Passat, Golf, Corrado, Sharan. Имеет заводские индексы «AAA» объёмом 2,8 литра, мощностью 174 л/с и «ABV» объёмом 2,9 литра и мощностью 192 л/с.

Оппозитный шестицилиндровый двигатель [ | ]

Имеет два ряда по три цилиндра, которые расположены под углом 180°, причём противостоящие поршни двигаются зеркально (одновременно достигают верхней мёртвой точки). Такой двигатель хорошо уравновешен и имеет малую высоту и низкий центр тяжести, но при этом он довольно широкий. Используется на некоторых автомобилях («Порше», «Субару») и мотоциклах («Хонда Голд Винг»). [ источник не указан 1055 дней ]

Рядная «шестерка» от Mercedes. Новые технологии в возрождении простых и надежных двигателей

Рядные шестицилиндровые двигатели имеют ряд неоспоримых преимуществ. В первую очередь — они довольно просты и надёжны.

Одна из последних разработок бензиновых шестерок, в которой внесен ряд технических новшеств, абсолютно не свойственных подобным моторам в прошлом – это двигатель Mercedes-Benz M256 . Новый рядный шестицилиндровый двигатель предлагает те же характеристики, что и восьмицилиндровый агрегат, и при этом он гораздо более экономичен.

Интеллектуальный турбонаддув с электрическим вспомогательным компрессором (eZV), а также встроенным стартером-генератором переменного тока (ISG) гарантируя высокие показатели управляемости даже на преходных режимах работы без турбо-задержки. ISG отвечает за гибридные функции, такие как форсирование или рекуперация энергии, обеспечивая экономию топлива, которая ранее была зарезервирована для высоковольтной гибридной технологии.

Блеск и забвение рядных шестерок

Когда-то рядная шестерка была доминирующей конструкцией двигателя. Эти двигатели ассоциируются с лучшими автомобилями всех времён: Jaguar поставил их в свои автомобили, Джип построил на них свою репутацию конца 20-го века, и почти у каждого легкого семейного автомобиля или пикапа в Америке был такой двигатель.

Рядные шестицилиндровые двигатели имеют ряд неоспоримых преимуществ. В первую очередь, как и любой рядный двигатель, они довольно просты и надёжны. Блок цилиндров изготавливать проще, да и в отличие от V-образных моторов во втором комплекте головки цилиндров и распредвалов нет необходимости. Вместо использования четырёх коротких распредвалов рядная шестёрка может довольствоваться двумя длинными валами.

Простота таких моторов также важна при ремонте, так как на рядном двигателе легко можно подобраться к любой свече зажигания, проводам и прочим элементам при плановом обслуживании, что делает рядную шестёрку хорошим товарищем механика.

Но самое большое преимущество — балансировка двигателя. При обычной схеме работы таких моторов поршни в цилиндрах двигаются парами со своим «отражением в зеркале» с другой стороны мотора. Сначала работают 1 и 6, затем — 2 и 5, а заканчивают 3 и 4. Когда поршни 1 и 6 находятся в верхней мёртвой точке, другие поршни равномерно расположены под углом в 120 и 240 градусов соответственно относительно рабочего цикла, благодаря чему возвратно-поступательные движения сами уравновешивают мотор. Они плавно развивают обороты, чем и прославились. Но наступили времена, когда их вытеснили с рынка V – образные двигатели.

Недостатки рядных шестёрок

Увы, но есть множество причин тому, что количество рядных шестёрок значительно сократилось. Размещение такого мотора всегда вызывало вопросы, так как из-за значительного количества цилиндров, выстроенных в ряд, установить его вдоль можно не под каждый капот. Если же расположить его поперечно, то не останется места для трансмиссии и приводов, которые нужны при использовании на переднеприводных моделях. А так как производители стараются делать максимально универсальные моторы для применения на множестве моделей, длинные двигатели им просто не нужны.

Кроме того, у длинного мотора и его компонентов страдает жёсткость по сравнению с более компактными моделями. Длинные распредвалы и коленвалы слегка прогибаются во время вращения, а блок цилиндров не такой жёсткий, как у тех же V6. Размеры рядной шестёрки также плохо влияют на центр тяжести автомобиля, так как он расположен несколько выше, чем более компактные V6.

Недостатки V6

V – образные моторы при таком же количестве цилиндров, как у рядного собрата совсем не так хорошо сбалансированы. Они по сути созданны из двух рядных 3-цилиндровых двигателей, следовательно, любой V6 требует специальных балансировочных механизмов, которые будут уравновешивать мотор во время его работы. Без балансировочных валов на коленчатый вал действовали бы огромные нагрузки, создаваемые при возвратно-поступательных движениях деталей.

Балансировка двигателя ухудшается с ростом его рабочего объёма и увеличением размера цилиндра (так как растёт масса поршня). Противовесы в таком случае также добавляют сложности в конструкцию двигателя и процесс производства, увеличивая его стоимость. Например, у DOHC V6 должно быть 4 распредвала и 24 клапана, а дополнительные балансировочные валы, расположенные в каждой головке, лишь добавят сложности при ее обслуживании.

В течение многих лет двигатели V6 убивали рядную шестерку, также известную как I6, и данному развитию компоновки двигателей предполагалось забвение. Но Mercedes-Benz совершил воскресение. Это вернуло рядную шестерку в модели M256, совершенно нового дизайна двигателя, чтобы заменить многие из его V6.

Таким образом, именно низкие затраты на разработку двигателя и хорошая его уравновешенность обеспечили этому старому дизайну двигателя возрождение с использованием новых технических решений.

Читать еще:  Что такое серво управление двигателем

Воплощение новых инновационных проектов

Вступая в 21-й век, производителей перестают интересовать рядные шестерки. Джип убил свой AMC 4.0L I6 после 2006 года в пользу V6s. General Motors, уникальная для своего времени, создала I6 в 2002 году как часть своего нового семейства двигателей Atlas, которое просуществовало до 2012 года. Только BMW продолжала строить большую часть своего модельного ряда на рядной шестерке.

Короткие капоты по-прежнему остаются проблемой для размещения рядного двигателя, но у Mercedes есть несколько хитростей, чтобы укоротить M256 настолько, чтобы втиснуть его в современные «курносые» автомобили.

На классическом двигателе мощность для привода гидроусилителя рулевого управления, генератора переменного тока, компрессора и кондиционера передается через систему резиновых ремней на шкивах, которые расположены на передней части двигателя. Все это занимает много ценного подкапотного пространства между блоком двигателя и передней решеткой. Рядный шестицилиндровый двигатель M256 избавляется от ремней и шкивов.

Он оснащен устройствами систематической электрификации. Так, в передней части двигателя отсутствует ременный привод для вспомогательных компонентов, что уменьшает его общую длину. Узкая конструкция вместе с физическим разделением впуска / выпуска создает пространство для последующей обработки выхлопных газов вблизи двигателя. При 500 см3 новый двигатель имеет такой же рабочий объем на цилиндр, что и семейство дизельных двигателей премиум-класса, используемых ранее, а также семейство четырехцилиндровых бензиновых двигателей. Дополнительным бонусом является оригинальная доработка рядного двигателя.

Мощность и крутящий момент нового шестицилиндрового рядного двигателя аналогичны текущей восьмицилиндровой машине, то есть более 300 кВт (408 л.с.) и более 500 Нм. По сравнению с предыдущим V6 выбросы CO 2 в двигателе были снижены примерно на 15 процентов.

Его производительность столь же динамична, как и у V8, поскольку новый рядный шестицилиндровый двигатель оснащен интеллектуальной конструкцией турбонаддува: с поддержкой ISG при запуске электрического вспомогательного компрессора (eZV) гарантируется быстрое нарастание высокого крутящего момента при движении и ускорении, когда необходимо преодолеть режим, по истечении которого включается большой турбонагнетатель.

Электрический нагнетатель разгоняется до 70000 об / мин в течение 300 миллисекунд, обеспечивая чрезвычайно высокую приемистость двигателя. Результатом является динамическая реакция двигателя без турбо-задержки — задержки, возникающей у турбированных двигателей вследствие наличия «турбоямы», которую вы ощущаете между нажатием педали газа и получением прироста мощности.

M 256 является первым представителем нового семейства бензиновых двигателей премиум-класса, которые с самого начала были систематически разработаны с использованием элементов электрификации. Электрическая система 48 В обслуживает не только потребителей высокой мощности, таких как водяной насос и компрессор кондиционирования воздуха, но также имеет и интегрированный стартер-генератор переменного тока (ISG), который также подает энергию на аккумулятор с помощью высокоэффективной рекуперации энергии. ISG обходится без необходимости ременной передачи для этих компонентов. Это не только уменьшает общую длину двигателя и его сложность, но и открывает новые эффективные возможности управления. Все еще существующая система 12 В обеспечивает энергоснабжение потребителей, таких как освещение, кабина, информационно-развлекательные и контрольные устройства.

ISG является ключевым компонентом системы 48 В и не только служит генератором переменного тока, но также отвечает за гибридные функции. Это позволяет экономить топливо, которое ранее было зарезервировано для гибридной технологии высокого напряжения. Впервые ISG также отвечает за контроль скорости холостого хода. Гибридные функции включают в себя: повышение мощности на 15 кВт и крутящего момента на 220 Н, восстановление энергии, а также смещение точки нагрузки — двигатель может работать в более благоприятной области характеристики при соответственном увеличении / уменьшении нагрузки в зависимости от уровня заряда батареи.

Еще одной особенностью нового семейства бензиновых двигателей премиум-класса является предпусковая обработка выхлопных газов. Стандартный сажевый фильтр является единственной частью системы выпуска отработавших газов, которая находится под полом.

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.

Устройство автомобилей

Особенности работы многоцилиндровых двигателей

Работа четырехцилиндрового однорядного двигателя

Многоцилиндровые двигатели, как уже отмечалось в предыдущей статье, представляют собой конструкцию, объединяющую в единое целое несколько одноцилиндровых двигателей с одним общим коленчатым валом. При этом количество рабочих ходов за два полных оборота коленчатого вала (720˚) в таком двигателе, при работе по четырехтактному циклу, будет равно количеству цилиндров.
В каждом цилиндре протекают одинаковые рабочие процессы, но не одновременно.
Для того, чтобы представить работу многоцилиндрового двигателя, необходимо знать порядок чередования одноименных тактов по цилиндрам и интервалы одноименных тактов в различных цилиндрах. Эти интервалы определяют в углах поворота коленчатого вала, принимая за начало отсчета нахождение поршня в верхней мертвой точке (ВМТ).

Наиболее равномерная работа многоцилиндрового двигателя имеет место при чередовании тактов расширения в цилиндрах через равные промежутки времени, т. е. через равные углы поворота коленчатого вала. У четырехтактного однорядного двигателя рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала (720˚), поэтому при однорядном расположении цилиндров угол поворота коленчатого вала между одноименными тактами в разных цилиндрах должен составлять 720˚/i , где i – число цилиндров двигателя.

Для уменьшения локальной нагрузки на коленчатый вал выбирают такой порядок работы цилиндров, чтобы такты расширения (рабочего хода) не протекали одновременно в смежных цилиндрах. Кроме того, при чередовании тактов рабочего хода в удаленных друг от друга цилиндрах способствует более эффективному и равномерному охлаждению двигателя.

Очевидно, что у четырехтактного четырехцилиндрового однорядного двигателя одноименные такты должны следовать через 180˚ угла поворота коленчатого вала. Следовательно, и шатунные шейки коленчатого вала должны быть расположены под углом 180˚, т. е. лежать в одной плоскости. При этом шатунные шейки первого и четвертого цилиндров направлены в одну сторону относительно оси коленчатого вала, а шатунные шейки второго и третьего цилиндров – в противоположную сторону. Это обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов в цилиндрах двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах двигателя в течение его рабочего цикла называется порядком работы цилиндров двигателя.

Для четырехцилиндрового рядного двигателя возможны два варианта чередования тактов в цилиндрах: 1-2-4-3 и 1-3-4-2 (нумерация цилиндров ведется от передней части двигателя по ходу автомобиля или, в случае с поперечным расположением двигателя, со стороны, противоположной маховику).
С точки зрения описанных выше требований оба порядка работы цилиндров равноценны, поэтому применяются в разных двигателях, устанавливаемых на автомобилях.
Так, например, на автомобильных двигателях, используемых Горьковским автомобильным заводом (ГАЗ-3102, ГАЗ-2410 т. п.) обычно используют последовательность работы цилиндров 1-2-4-3, а на двигателях автомобилей ВАЗ и Москвич – 1-3-4-2.

Работа четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 подробно описана в Таблице 1.

Таблица 1. Работа однорядного четырехцилиндрового двигателя

Азбука двигателей

Среди различных характеристик автомобильных двигателей числу и расположению цилиндров отведена роль статистов. И действительно, ими сложно удивить. Между тем, эта пара символов может многое о моторе рассказать.

Текст: Карелов Олег.

При всем кажущемся многообразии конструкций современные двигатели очень похожи друг на друга. Ушли в прошлое времена, когда успешность разработки зависела от таланта и смелости воображения отдельного человека. Тогда история знала громкие победы и поражения, а неординарность мышления и нестандартный взгляд на вещи могли произвести революцию, после которой другие подававшие надежды решения вмиг становились архаизмом.

Сегодня острая конкуренция заставляет производителей действовать осмотрительнее, подвергая каждую конструкцию строгому цензу высокоточных методов компьютерного моделирования. Поэтому во многих областях инженеры уже так близко подобрались к оптимуму, что места для фантазии почти не осталось. И если с современных моторов содрать все яркие этикетки со звучными аббревиатурами, то окажется, что в основном они очень похожи. Системы изменения фаз газораспределения, переменная длина впускного коллектора, регулируемая высота подъема клапанов – всем этим уже давно никого не поразишь. И тем удивительнее, что одно из главных и заметных конструктивных решений – число и расположение цилиндров – пока не выродилось в инженерный штамп: кто-то предпочитает V-образные моторы, кто-то держится за рядные, а кому-то и вовсе оппозитные подавай.

Читать еще:  Что такое график всх двигателя
ОДИН В ПОЛЕ НЕ ВОИН

Собственно, к чему все это деление? Почему не обойтись вообще одним цилиндром? Например, вместо 3-литрового 6-цилиндрового мотора сделать одноцилиндровый такого же объема. Ведь встречались же в ранней истории двигателей внутреннего сгорания подобные агрегаты с рабочим объемом в десять и более литров.

Сделать, конечно, можно, но главной проблемой такого мотора станет огромная масса подвижных деталей. Для крупного цилиндра понадобится поршень большого диаметра, длинный прочный шатун, не менее крепкий коленчатый вал. Причем все это будет вынуждено крутиться и двигаться с огромной скоростью, ведь даже 1000 об/мин – это 32 перемещения поршня в секунду! Понятно, что подобный мотор будет чрезвычайно трудно сделать столь же оборотистым, как и 3-литровую «шестерку», у которой цилиндры в пять раз меньше. А чем ниже обороты, тем меньше и мощность.

Впрочем, отдачу мотора можно повысить и за счет крутящего момента, т.е. наращивая рабочий объем. Например, если увеличить его вдвое, т.е. теоретически, прежнюю мощность можно развить при оборотах, вдвое меньших. Однако пострадает экономичность: при малой нагрузке бензиновый двигатель большого объема будет работать неэффективно.

Сбережению топлива не поспособствует и тяжелый кривошипношатунный механизм одноцилиндрового мотора. Кроме того, проблем добавит неравномерность хода: вспышки в единственном цилиндре будут происходить довольно редко, из-за чего потребуется установка тяжелого маховика, сглаживающего пульсации крутящего момента. Все это опять же приведет к общему утяжелению механизма и, соответственно, увеличению затрат энергии.

В общем, одного цилиндра явно недостаточно – при том же объеме многоцилиндровый мотор будет и мощнее, и экономичнее, и долговечнее. Впрочем, в противоположную крайность тоже впадать не стоит. Копия 1,5-литрового 16-цилиндрового мотора, который устанавливался в 60-е годы прошлого века на болиды «Формулы-1» команды BRM, вне жестких рамок гоночного регламента едва ли оправданна. Ведь как показывает практика, оптимальный объем одного цилиндра должен находиться в пределах 0,3–0,6 л. Но остается вопрос: как их расположить?

НАЗАД В БУДУЩЕЕ

Самый простой способ – это разместить цилиндры в ряд. Именно такие моторы и пришли на смену одноцилиндровым агрегатам в начале ХХ века, когда автомобиль постепенно стал превращаться в реальное средство передвижения. Двигатели поначалу были 2- и 4-цилиндровыми, но вскоре автопроизводители освоили более объемные рядные 6-, а позже и 8-цилиндровые модели (тому благоприятствовали и низкие цены на топливо). Рядные «восьмерки» продержались на конвейерах недолго – уж слишком громоздкими, даже по меркам тех лет, получались агрегаты. Однако именно они натолкнули инженеров на идею V-образной конструкции, т.е. мотора, образованного двумя рядными двигателями, работающими на общий коленвал.

Уже в 1910 году французская фирма De Dion начала серийное производство первой V-образной «восьмерки», а в 1915-м к ней присоединился и Cadillac, утвердивший эту схему в качестве стандарта для американских автомобилей на многие десятилетия вперед.

Годом позже, в 1916-м, Packard представил V-образный 12-цилиндровый мотор, а в 1930 году Cadillac выпустил даже двигатель V16! Но этот монстр оказался лебединой песней эпохи гигантских моторов, ибо автопроизводители потихоньку начали разворачиваться в сторону компактных и экономичных силовых установок.

Популярность стали набирать моторы V6. Появились первые оппозитные двигатели, т.е. V-образные с углом развала 180 градусов. При этом рядные моторы ограничились шестью цилиндрами, а их гамма пополнилась 3- и 5-цилиндровыми моделями.

Лишь спустя десятилетия – в 90-е – Volkswagen удивил всех рядно-смещенным двигателем VR6 – V-образным мотором с настолько малым углом развала (всего 15 градусов), что все шесть цилиндров удалось накрыть одной широкой головкой блока! Идея оказалась удачной – вскоре появилась 5-цилиндровая модификация, а затем и впечатляющий W12, который представлял собой V-образный агрегат, составленный из двух VR6. Кстати, схожим образом сконструирован и W16 от Bugatti Veyron – только он образован уже парой VR8.

НА ЛЮБОЙ ВКУС

Сегодня схемы построения моторов делятся на два типа: рядные и V-образные. Последние в зависимости от угла развала могут иметь вариации в виде оппозитных (угол 180 градусов) и рядно-смещенных (с общей головкой блока) моделей. В чем же заключаются основные достоинства и недостатки приведенных схем двигателей?

Основные различия, конечно, кроются в габаритах: моторные отсеки нынешних автомобилей настолько тесны, что борьба идет за каждый сантиметр пространст­ва. Поэтому длинные рядные 6-цилиндровые модели пора уже заносить в Красную книгу – их масштабным производством занимаются лишь BMW, Volvo да Chevrolet. Вдвое сократить длину мотора позволяет V-образное расположение цилиндров. Однако и в этом случае производители вынуждены «играть» с углом развала, чтобы вписать двигатель в подкапотное пространство. При этом рекорд компактности, разумеется, принадлежит рядно-смещенным моторам VR и их производным – W-образным агрегатам. Например, возможность применения на седане Audi A8 полноприводной трансмиссии в паре с 12-цилиндровым двигателем обусловлена именно компактностью W-образной схемы.

Оппозитные же моторы, в выпуске которых преуспели Porsche и Subaru, скромностью габаритов не отличаются: широкому размаху их блока цилиндров мешают даже лонжероны кузова. Но зато эти плоские двигатели обладают максимально низким центром тяжести, что очень важно с точки зрения управляемости автомобиля.

ДЕРЖИТЕ МЕНЯ!

Так что же, будущее за моторами VR? Не все так просто. Есть еще один немаловажный фактор, способный внести заметные коррективы в выстроенную табель о рангах. Речь идет об уравновешенности – основной характеристике двигателя, определяющей его вибронагруженность. Недооценивать данный аспект не стоит, поскольку от него зависит не только утомляемость человека за рулем, но и ресурс автомобиля в целом – постоянная тряска не идет на пользу ни силовому агрегату, ни кузову.

Источников вибрации в двигателе предостаточно. Это и периодические вспышки в цилиндрах, и силы инерции движущихся поршней и шатунов, и центробежные силы, воздействующие на вращающийся коленвал, и моменты от этих сил, приложенных на расстоянии. Причем составляющие сил инерции действуют на детали двигателя не только с частотой вращения коленвала, но и с удвоенной, утроенной частотой.

Чтобы все это как-то утихомирить, разработчики вынуждены искать такой вариант расположения цилиндров, при котором обеспечивается равномерное чередование вспышек, а силы инерции и их моменты уравновешивают друг друга. Как оказалось, среди множества применяемых ныне схем этим требованиям удовлетворяют лишь рядная и оппозитная «шестерки», а также V12. Вот почему баварцам так полюбились рядные 6-цилиндровые моторы.

УКРОЩЕНИЕ СТРОПТИВЫХ

Но как же быть с остальными двигателями? Чтобы их уравновесить, приходится использовать разнообразные противовесы на коленчатом валу или даже отдельные балансирные валы. Впрочем, иногда удается обойтись чем-то одним. Так, свободные моменты в моторе V8 легко уравновесить противовесами на коленвале, а популярная рядная «четверка» избавляется от тряски установкой балансирных валов. Особых проблем не доставляет и оппозитный 4-цилиндровый мотор. А вот с рядными «тройками», «пятерками» и двигателями V6 и V10 дела обстоят похуже. Для борьбы с вибрациями здесь приходится задействовать весь арсенал. При этом у V-образной «шестерки» с углом развала в 90 градусов (самым распространенным) еще и вспышки в цилиндрах чередуются неравномерно! Приходится либо уменьшать угол до 60 градусов (но при этом возрастает высота мотора), либо использовать более тяжелый маховик, что снижает экономичность.

Однако все это лишь цветочки по сравнению с тем букетом проблем, которым обладают рядно-смещенные моторы VR5, VR6 и родственный им W12. Их уравновешивание – это процесс поиска компромисса, требующий сложных расчетов. Помимо прочего в ход идут специальные гидроопоры двигателя, которые ослабляют вибрации и смещают резонанс в область частот, менее заметных для человека.

Словом, любопытная получается картина. По ней можно не только оценить сложность тех дилемм, с которыми сталкиваются инженеры, но и вообще понять идеологию автопроизводителей: одни изобретают сверхсложные механизмы, стараясь не отстать от моды, другие хранят верность четкой логике и классическим стройным решениям. Что лучше? Каждый решает для себя сам.?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector