V-образные двигатели

Как V-образные двигатели помогли сделать автомобили мощными и компактными?

Двигатель

Эволюция расположения цилиндров

На заре автомобильной эры, когда конструкторы были ограничены исключительно степенью своей гениальности (или безумства?) и доступными на тот момент технологиями, двигатели внутреннего сгорания имели поистине необычные формы. К примеру, 12-литровый двигатель мог состоять из одного цилиндра. Или из 8-ми, расположенных в ряд. Были даже звездообразные авиационные двигатели под капотом!

Другими словами, необычных решений, странных или просто смешных было просто море! Но борьба за снижение стоимости автомобиля и налаживание массового производства постепенно расставили все по своим местам.

С ростом мощностей и размеров двигателей постепенно вставал вопрос о том, как сделать их компактнее. Классические рядные двигатели с 4 или 6 цилиндрами еще как-то позволяли сдерживать увеличение размеров автомобиля, но что делать, если цилиндров уже 8? Ставить его поперек подкапотного пространства?

Когда встал вопрос о том, как укоротить рядный мотор, решение оказалось гениальным в своей простоте – «распилить» его пополам и поставить половинки рядом друг с другом

Единственный относительно удачный эксперимент с таким расположением двигателя – британский AustinMaxi 2200, выпускавшийся в середине 60-ых. Однако это был лишь 6-цилиндровый рядный двигатель, коробку передач же вообще пришлось прятать под двигатель, чтобы хоть как-то сохранить компактность автомобиля (в наше время появился наследник этой идеи – Volvo S80  с суперкомпактной коробкой передач).

Появление и развитие V-образного двигателя

Так что неудивительно, что встал вопрос о том, как укоротить рядный мотор. Решение оказалось гениальным в своей простоте – «распилить» его пополам, поставить половинки рядом друг с другом и заставить работать через один коленвал. Такие моторы за счет характерной формы, напоминающей латинскую букву V, называются V-образными, на сегодня они являются одними из самых распространенных  в автоиндустрии. Угол развала блоков у них составляет 60 или 90 градусов.

Были и V-образники с меньшим развалом. К примеру, на автомобиль Lancia Fulvia, выпускавшийся в 70-е годы XX века, устанавливался двигатель V4 с углом развала всего в 23 градуса. Однако особенности конструкции таких двигателей и проблемы со слишком сильной вибрацией не позволили им получить достаточно широкое распространение.

Устройство V-образного двигателя

Такие моторы, что естественно, на порядок сложнее рядных. У них две головки цилиндров, каждая со своей прокладкой и коллекторами, больше распредвалов. Соответственно, и схема их привода тоже сложнее.

Главная проблема всех V-образных двигателей – вибрации и сложности в балансировке механизма

Единственными исключениями являются нижневальные двигатели – у них распредвал один. Но устанавливались они в основном на старые модели автомобилей. Исключением являются некоторые современные представители американского автопрома.

В остальном, принцип действия и подвижные части те же, что и у любого другого двигателя внутреннего сгорания, будь то рядный или оппозитный двигатель.

Главная проблема всех V-образных двигателей – вибрации и сложности в балансировке механизма. Но эта проблема почти полностью отсутствует в двигателях V8 с восемью цилиндрами. Сама конструкция двигателей такого типа почти полностью уравновешивает систему и устраняет вибрации, в отличие от двигателей V6 (с 6 цилиндрами).  

В целом же, двигатели этого типа создавались исключительно для увеличения компактности, так что вопрос уравновешенности системы их создателей не особенно волновал. Сегодня его пытаются решать путем утяжеления различных частей двигателя.

Рядный, V-образный и Оппозитный двигатель (минусы и плюсы)

Сегодня встретить в описании автомобильных двигателей можно не только величины мощности и крутящего момента, но и приставки: рядные, V-образные и оппозитные, характеризующие расположение цилиндров. Несмотря на то что каждая из этих схем – эволюционный шаг в двигателестроении, ни от одной из них до сих пор еще не отказались. А все потому, что все они имеют свои плюсы и минусы, на которые также необходимо обращать внимание при выборе транспортного средства.

История двигателя

Первым запатентованным двигателем внутреннего сгорания стал мотор, разработанный в 1883 году Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом. Это был одноцилиндровый двигатель, развивающий всего 1,1 л. с. Разумеется, мощностью таких моторов довольствоваться не приходилось. Ведь автомобили должны были заменить конные экипажи, перенимая на себя все их задачи: перевозка людей, грузов и так далее.

Поэтому для увеличения силы двигателей, стали увеличивать рабочий объем цилиндра. Но, как оказалось, всему есть предел. Вместе с цилиндром необходимо было увеличивать поршень и шатун, на эти детали возрастали нагрузки, и их также необходимо было учитывать при проектировании. Кроме того, воспламенение топливовоздушной смеси больших объемов в таком двигателе происходит с определенной паузой, из-за чего он работает неравномерно. В таком случае необходимо устанавливать тяжелый балансир, и тогда конструкция становится еще более тяжелой и, чтобы приводить ее в движение, необходима дополнительная энергия. В результате одноцилиндровые двигатели становились слишком массивными, а масса увеличивалась не пропорционально мощности. Это приводило к тому, что заставить двигатель работать на высоких оборотах становилось невозможным, а, как известно, чем ниже скорость вращения коленчатого вала, тем меньше его мощность.

Рядный двигатель

Рядная схема. Такая схема используется при небольшом количестве цилиндров (от двух до шести). Главным преимуществом является то, что моторы такого типа легче всего поддаются уравновешиванию. Недостаток – внушительная длина.

В скором времени решили, что коленчатый вал может перемещать не только один поршень, и к одному цилиндру прибавились еще несколько. Цилиндры разместили в ряд (так проще всего). Сначала появились 2-цилиндровые двигатели, а в 1890 году появился первый 4-цилиндровый двигатель. Мощность этого мотора уже достигала 5 л. с. при 620 об/мин, но как по нынешним меркам, так и по меркам того времени этого было не достаточно, чтобы перемещать тяжелую технику. Поэтому создавались новые двигатели, число цилиндров которых достигало шести, восьми и даже двенадцати. И вот тут производители столкнулись со следующей проблемой. Таким двигателям требовалось большое количество свободного места под капотом. Кроме того, эти моторы за счет свого веса утяжеляли автомобиль, тем самым ухудшая его устойчивость и управляемость. Мысли инженеров направились на создание более компактного двигателя… К слову, сегодня рядные моторы можно встретить максимум с шестью цилиндрами. В основном по такой схеме сегодня строятся 4-цилилндровые двигатели, так как наиболее просты при производстве.

V-образный двигатель

V-образная схема. Такая компоновка позволяет значительно сократить длину мотора, но при этом увеличивает его ширину. Наиболее распространенные V6 и V8.

На самом деле идея компактного двигателя была запатентована еще до того, как появились многоцилиндровые монстры. Такой двигатель был создан в 1889 году. Он имел два цилиндра с углом развала 17 градусов и развивал 1,6 л. с. при 900 об/мин. V-образная компоновка, по сути, представляла из себя два двигателя, расположенных рядом друг с другом и приводящих в движение один общий коленчатый вал. Такая компоновка позволила сократить размеры мотора в длину почти вдвое.

В автомобилестроении первый V-образный мотор появился в 1905 году. Это был авиационный двигатель, построенный французским изобретателем Леоном Левавассером. Вначале моторы, построенные по такой схеме, устанавливали на грузовики и автобусы, а со временем они стали встречаться и под капотами легковых автомобилей. И все же, несмотря на многие положительные качества такой схемы, она не вытеснила рядную. Ведь там где есть плюсы, всегда есть и минусы. Главным образом это более сложная конструкция (два газораспределительных механизма вместо одного), и, следовательно, трудоемкость производства и дальнейшего ремонта. Кроме того, габаритные размеры хоть и уменьшились в длину, но моторы при этом «разрослись» в ширину.

Оппозитный двигатель

Оппозитный двигатель – V-образный мотор с углом развала 180 градусов. Главным преимуществом является наименьшая высота и, как следствие, снижение центра тяжести автомобиля. Недостаток – неравномерный износ. В основном встречаются 4- и 6-цилиндровые двигатели.

Одним из типов V-образных моторов, который удостоен отдельного внимания, является оппозитный двигатель. По сути, этот двигатель является V-образным с углом развала цилиндров 180 градусов. В основном такие моторы нашли широкое применение на мотоциклах. Поперечное (направлению движения) размещение двигателя улучшало охлаждение цилиндров набегающим потоком воздуха. Однако и в автомобильной промышленности ему также нашлось место. С 1938 по 2003 года оппозитники устанавливали на Volkswagen Beetle, все по той же причине лучшего охлаждения (мотор имел воздушную систему охлаждения).

В 60-е годы производители усердно занялись разработкой переднеприводных автомобилей. Машины с такой схемой по сравнению с приводом на заднюю ось имели преимущества на скользком покрытии, а также были проще и дешевле в изготовлении. Но как оказалось не все так просто. По причине тяжести двигателей переднеприводные автомобили того времени не могли похвастаться хорошей управляемостью и равновесием в поворотах. Конструкторы стали снижать центр тяжести двигателей, в основном этого добивались, «укладывая моторы на бок». И пока одни автомобильные компании экспериментировали с расположением мотора, японские инженеры из Subaru в 1966 году представили свой первый переднеприводный автомобиль Subaru-1000, на котором был установлен оппозитный двигатель, размещенный вдоль оси автомобиля. За счет горизонтального расположения цилиндров мотора, значительно понизился центр тяжести автомобиля, улучшив тем самым устойчивость и управляемость машины.

Тем не менее такие моторы не нашли массового применения. Обусловлено это рядом минусов: неравномерный износ цилиндров (из-за точечного распределения нагрузок сечение цилиндра со временем становится эллипсным), большой расход масла и плохая вентиляция картера. Оппозитные двигатели сегодня можно встретить на автомобилях марки Subaru и Porsche, для которых на первом месте находится управляемость.

VR — рядно-смещённый двигатель

VR-образная схема. Моторы с небольшим углом развала (около 15 градусов). Такой угол позволил установить оба ряда цилиндров в одном блоке цилиндров, что позволило уменьшить не только длину, но и ширину двигателя. Главный недостаток – дополнительные валы и необычная конструкция ГРМ, и-за чего он очень дорог в производстве.

Еще к одному из типов расположения цилиндров можно отнести рядно-смещенный двигатель, обозначаемый индексом VR. Этот мотор является комбинацией V-образного и рядного двигателей. Поршни перемещаются под углом 15 градусов, что позволяет расположить их в одном блоке цилиндров. Создавая этот двигатель, конструкторы пытались максимально использовать плюсы V-образного и рядного двигателя: небольшие габаритные данные (как в длину, так и в ширину), простота изготовления. Но создать идеальный мотор задача оказалась не из простых. Эти двигатели обладают высокой тепловой напряженностью. Тонкие стенки между рядами цилиндров не позволяют сделать достаточное количество каналов для охлаждающей жидкости, вследствие чего эти моторы хуже противостоят перегрузкам.

W-образный двигатель

W-образная схема. Существует два варианта компоновки – три ряда цилиндров с большим углом развала (д) и совмещение двух VR-образных схем (е). В настоящее время выпускаются W8 и W12.

Погоня за мощностью привела к тому, что на свет появились моторы, построенные по схеме W. Это, по сути, два VR двигателя, угол между которыми составляет 72 градуса или три рядных. Главный недостаток таких моторов заключается в том, что на коленчатом валу находится в два раза больше шатунов, чем на V-образном, и в четыре раза! больше, чем на рядном. Шатуны изготавливаются тонкими, а так как эти детали являются одними из наиболее нагруженных в двигателе, то в результате на больших оборотах они начинают изгибаться. Такие моторы, созданы не для массового использования. Их можно встретить лишь на спортивных автомобилях.

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Различия между двигателями И-4, И-6, В-6 и В-8 | Путеводители по магазинам

Джефф Янгс | 10 августа 2012 г.

Двигатели с 4, 5, 6 или 8 цилиндрами используются в большинстве современных автомобилей. Конечно, есть исключения, и, пожалуй, в первую очередь это 10-цилиндровый двигатель Dodge Viper или 12-цилиндровые двигатели, устанавливаемые на несколько роскошных седанов высокого класса. Но в большинстве современных автомобилей используется более распространенное количество цилиндров.

В цилиндре двигателя происходит процесс сгорания. Внутри каждого цилиндра находится поршень, который перемещается внутри цилиндра вверх и вниз (или из стороны в сторону, как мы узнаем далее). Каждый цилиндр соединен с коленчатым валом. Коленчатый вал передает энергию, созданную в процессе сгорания, к трансмиссии и, в конечном счете, к колесам, которые приводят транспортное средство в движение. Вообще говоря, чем больше цилиндров в двигателе, тем больше мощность и крутящий момент он развивает.

Цилиндры двигателя обычно располагаются вертикально, в линию друг за другом от передней части двигателя к задней, или V-образно с одинаковым количеством цилиндров с каждой стороны. Когда цилиндры двигателя ориентированы вертикально, двигатель имеет «рядную» конфигурацию, которая используется в сочетании с 4, 5 или 6 цилиндрами. Когда цилиндры двигателя имеют V-образную ориентацию, двигатель имеет V-образную конфигурацию, которая используется в сочетании с 6 или более цилиндрами. Если двигатель установлен поперечно, что характерно для переднеприводных автомобилей, цилиндры и коленчатый вал ориентированы из стороны в сторону, а не спереди назад.

В автомобилях Porsche и Subaru не используются ни рядные, ни V-образные двигатели. Вместо этого эти модели имеют «горизонтально противоположные» цилиндры. Эти силовые установки, также известные как «плоские» или «боксерские» двигатели, имеют цилиндры, которые плоско лежат по обе стороны от коленчатого вала, а поршни вращаются наружу по бокам автомобиля, как кулаки боксера. Новый Scion FR-S 2013 года с двигателем Subaru также имеет эту конструкцию двигателя.

Теперь, когда мы разобрались с различными конфигурациями двигателей, поговорим о различиях между ними. Рядные двигатели (I) выше и уже, а их поперечное расположение позволяет конструкторам создать автомобиль с меньшей передней частью. Двигатели V-образного типа (V) расположены ниже с улучшенным центром тяжести, и эта конструкция более компактна с большим количеством цилиндров. Горизонтально расположенные оппозитные двигатели (H) расположены очень низко и широко, что обеспечивает низкий центр тяжести и улучшенную управляемость.

При объединении конфигурации двигателя с количеством цилиндров в результате получаются следующие обозначения: I-4, I-5, I-6, V-6, V-8, V-10, V-12, H -4, Н-6.

Обзор новых автомобилей

Ford F-Series Super Duty 2023 года выпуска

Грузовики F-Series Super Duty получили то, что им было нужно для модели 2023 года. Ford анонсировал более мощную линейку тяжелых грузовиков с множеством доступных новых технологий, отличными стандартными функциями безопасности и уникальными улучшениями, чтобы сделать грузовики более подходящими для конкретных отраслей.

Читать полный обзор

Honda Pilot 2023 года выпуска

Honda Pilot четвертого поколения 2023 года вот-вот поступит в продажу, и Honda существенно модернизирует его по сравнению с популярной моделью третьего поколения, которую он заменяет. Honda предложит обновленный Pilot 2023 года в комплектациях Sport, EX-L, TrailSport, Touring и Elite в декабре 2022 года.
Ram использовал Ярмарку штата Техас 2022 года, чтобы продемонстрировать свой новый 2500 Heavy Duty Rebel, мощный внедорожный грузовик, который сохранил свои возможности рабочего грузовика. Он предлагает хардкорные обновления для бездорожья, такие как задний дифференциал с электронной блокировкой и задний дифференциал повышенного трения.

Читать полный обзор

Читать все статьи

Двигатели

V, рядные двигатели и двигатели H (плоские)

Здравствуйте, я предполагаю, что раз вы здесь, то либо А) попали в этот пост по ошибке, либо Б) хотите немного узнать о различиях между тремя компоновками движка. Намеренно вы здесь или нет, вот небольшая предыстория. V двигатели сидят где угодно от 60 градусов до 90 градусов, их поршни имеют, как вы уже догадались, V-образную форму. Поршни в рядном двигателе сидят… в линию, что означает, что они следуют друг за другом в одной плоскости. Двигатели H (или плоские) расположены на 180 градусов друг к другу. Итак, с этим покончено, давайте приступим к делу

Двигатели V

Здесь вы можете увидеть 8 цилиндров, по 4 с каждой стороны, в конфигурации «V»

Одна из наиболее распространенных компоновок двигателя, формат V используется практически для всего, что выше 5 цилиндров (за исключением V4 Lancia Fulvia, но это для другого день). Сидя где-нибудь от 60-90 градусов, эти двигатели могут быть более плавными, чем их рядные аналоги (хотя и не всегда, например, V6), и могут быть более практичными в использовании, чем плоский двигатель (поскольку V-образные двигатели легче устанавливать поперечно). Обычно встречается в 6, 8, 10, 12 и супер редко, только когда звезды сойдутся, в ночь голубой луны, 16 цилиндров. Мало того, V-образный двигатель может развивать больший крутящий момент при более низких оборотах благодаря тому, что у него два поршня, работающие с каждой стороны (источник).

Преимущества: Может устанавливаться поперечно или продольно с относительной легкостью по сравнению с рядными и плоскими двигателями, может создавать больший крутящий момент, короче, чем рядный двигатель

Недостатки: стоимость может возрасти, потому что для этого требуется вдвое больше деталей, чем для рядного двигателя, и он выше, чем плоский двигатель

Вердикт: Возможно, лучшая установка

Рядные двигатели

Доступный в 3-х, 4-х, 5-ти и 6-ти цилиндровых формах, рядный двигатель начинает набирать популярность (особенно в 4-х цилиндровой форме). Меньшие 3- и 4-цилиндровые двигатели можно устанавливать поперечно, что делает их идеальными для компактных автомобилей, а 5- и 6-цилиндровые двигатели естественно сбалансированы и плавны. Несмотря на то, что установка более крупных 6-цилиндровых двигателей сбоку может вызвать затруднения, это можно сделать, как Volvo сделала с S60 до фейслифтинга и V60 Polestar (который теперь оснащен 4-цилиндровым двигателем с двойным наддувом). Одна компания, которая печально известна своими рядными двигателями, особенно 6-цилиндровыми, — это BMW. Фактически, за последние 20 лет было выпущено 10 различных рядных шестерок, начиная от 2,0-литрового M50 и заканчивая 3,2-литровым S52 (используется в BMW 5 серии E34 и M3 E46 соответственно). Теперь 3,0-литровый двигатель I6 с двойным турбонаддувом (получивший название S55) используется в каждом кабриолете M2, M3, M4, M4, пакете M3 для соревнований, пакете для соревнований M4, пакете для соревнований с откидным верхом M4, M3 CS, M4 CS и M4 GTS. Он развивает от 365 до почти 500 л.с. (конечно, в зависимости от модели и настройки). Теперь давайте перейдем к 5 горшку. Ах да, разрубленный пополам V10. Не так уж много автомобилей используют такую ​​компоновку двигателя (как объяснил CT). Несмотря на это, основным производителем 5-цилиндрового двигателя, вероятно, будет Audi, за которой очень близко следует Volvo (если это окажется перевернутым, дайте мне знать, чтобы я мог это исправить). Как и рядная шестерка, пятицилиндровый работает плавно (дополнительную информацию смотрите в видео CT). Не только это, но и то, что он почти не используется, придает автомобилю уникальность, что-то, что может сказать большинство людей (если они раньше водили машину с 5 горшками). Переходим к 4-цилиндровому: то есть Макдональдсу в мире двигателей. 4 цилиндра вещь неплохая, не заблуждайтесь, однако он используется ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо. Чтобы доказать, что 4-ки используются слишком часто (в основном потому, что экономию топлива и выбросы, а также мощность можно сбалансировать проще), вот список всех хот-хэтчей/седанов/купе (обратите внимание, что это те, которые можно купить за около 50 000 долларов США) в настоящее время используется 4-цилиндровый 9-цилиндровый0003

Honda Civic Type R
Ford Focus RS
Honda Civic Si
Ford Focus ST
VW GTI
VW Golf R
Hyundai i30N
Ford Mustang
Chevy Camaro
BMW M2
Audi S3
Fiat 124
Fiat 500 Abarth
Mini Cooper JCW
Ford Fiesta ST

Вы можете видеть, к чему я клоню. 4 горшка до глупости распространены, и хотя не все они плохие, но и не все хорошие. Что касается 3-х горшков, я не буду слишком углубляться, потому что они настолько необычны, что это было бы пустой тратой времени (думаю, их продает только Форд).

Плюсы: Более плавный, чем V-образный двигатель, менее сложный, с меньшим количеством движущихся частей.

Минусы: Длиннее и выше, чем V-образный двигатель, труднее устанавливать большие двигатели поперечно или продольно без серьезных модификаций. Некоторые из них слишком типичны, на мой вкус

Вердикт: Это как футбольный матч в дошкольном возрасте, выигрывают все!

Плоские двигатели (H)

Subaru Flat Six *Porsche сработал*

Наконец, у нас есть плоский (или, как я собираюсь назвать его для этого блога: двигатели H) двигатель. В этой компоновке поршни лежат на боку, под углом 180 градусов друг к другу, а не по прямой линии или под углом 45-9°.угол 0 градусов. Это позволяет двигателю H быть более сбалансированным, чем двигатель V, потому что он расположен так низко, что недостаточно высоко, чтобы вызвать достаточно вибрацию, чтобы вызвать серьезные тряски или дисбаланс во всем двигателе. На данный момент единственными двумя компаниями, которые производят и продают двигатели H, являются Subaru и Porsche. Subaru с их 2,5-литровым h5 и 3,6-литровым H6, а также Porsche с их двойным турбонаддувом и N/A H6. В то время как рядный и V-образный двигатели занимают больше места, тем самым увеличивая центр тяжести, что может повлиять на управляемость, двигатель H шире, чем низок, что означает, что он ниже к земле, понижая центр тяжести (что вы можете видеть). ниже)

Я бы продолжил, но особо нечего сказать, но есть кто-то, кто нашел что сказать, и вы можете проверить это здесь.

Плюсы: Согласно статье, написанной инженерами, в ней говорится: «Первичные и вторичные силы хорошо сбалансированы. Это позволяет уменьшить нагрузку на коленчатый вал, что приводит к меньшим потерям мощности из-за инерции вращения». Не только это, но и то, что двигатели H такие низкие, управляемость автомобиля может полностью измениться.

Минусы: Шире, чем сопоставимый рядный или V-образный двигатель, его ремонт может быть проблемой из-за того, что головки в основном находятся по бокам автомобиля

Вердикт: Хорошая идея и достойное исполнение

В заключение

Все три макета великолепны, каждый имеет свой набор хороших и плохих качеств. Двигатель V, вероятно, проживет немного дольше (в основном в форме V6), но даже тогда его, вероятно, заменит рядный двигатель. Рядный двигатель здесь, вероятно, лучший, учитывая, что существует так много разновидностей и способов их установки, что дает производителям больше возможностей для маневра, чем V-образный или H-образный двигатель. Наконец, есть двигатель H. Случайно не популярный, но производители все еще придерживаются его, и, надеюсь, они будут придерживаться его немного дольше.