Содержание
Конфигурация цилиндров двигателя | Автошкола Нижний Новгород | Автошкола Центр — профессиональное обучение вождению
В автомобилестроении применяются многоцилиндровые двигатели с количеством цилиндров от 2-х до 12-ти. Есть, правда, редкие экзотические двигатели с 16 и даже 18 цилиндрами. По расположению цилиндров автомобильные двигатели делятся на рядные, V-образные и оппозитные. Устанавливаются на автомобили и другие, редко встречающиеся конфигурации расположения цилиндров, например, W-образные. Необходимо отметить, что именно эти фигурации двигателей внутреннего сгорания нашли широкое применение в автомобильных двигателях, что качается других областей применения двигателей (судостроение, авиация) конфигураций цилиндров двигателя было намного больше. В авиации вообще применялись двигатели, в которых коленчатый вал не вращался, а был закреплён неподвижно, и наоборот цилиндры двигатель вращался вокруг неподвижного коленчатого вала. Были конфигурации двигателей с двумя коленчатыми валами и много другой очень интересной экзотики, но в этой статье мы будем рассматривать только те конфигурации, которые нашли широкое применение в автомобильных двигателях. 1 – Рядные двигатели Рядными называются двигатели оси цилиндров, которых расположены вряд вдоль оси коленчатого вала. В настоящее время выпускаются рядные двигатели с количеством цилиндров от 2 до 6. Такие двигатели обычно имеют обозначение R2, R3, R4… R12. Наибольшее распространение имеют двигатели R4. 2 – V-образные двигатели V-образными называются двигатели, цилиндры которых расположены в два ряда (двумя отдельными блоками, но с общим картером) в виде латинской буквы «V». Поршни обоих рядов соединены шатунами с одним, общим для обоих блоков, коленчатым валом. Цилиндры противоположных рядов имеют смещение вдоль оси коленчатого вала. Обычно угол развала двух блоков цилиндра равен 60186; или 90186;. Наибольше распространение получили двигатели V6, V8 и V12. Двигатель V8 вообще национальная черта американских автомобилей. 3 – Оппозитные двигатели Оппозитными называются двигатели, у которых цилиндры расположены в одной плоскости, друг напротив друга с обеих сторон, расположенного по середине коленчатого вала. 4 – VR-двигатели Название это довольно условное, так назвала этот двигатель фирма Фольксваген, первая разработавшая двигатель такой конфигурации, но поскольку другого более привычного названия нет, обозначим этот тип двигателей так. Двигатель конфигурации цилиндров «VR» это что-то среднее между рядным и V-образным двигателем. При его разработке конструкторы старались совместить преимущества рядного и V-образного двигателей. У этого двигателя цилиндры также расположены в два ряда под некоторым углом, но в одном едином блоке цилиндров с общей для обоих рядов головкой блока цилиндров. Угол развала цилиндров очень небольшой от 10186; до 15186;. Поэтому, имеющие смещение вдоль оси коленчатого вала цилиндры, расположены не в двух отдельных блоках, а в одном. Первый двигатель такой конфигурации VR6 разрабатывался с целью облегчения установки мощного многоцилиндрового двигателя под капотом небольшого автомобиля. 5 – W-образный двигатель Структура W-образного двигателя Составной впускной коллектор Клапанная крышка правой ГБЦ Правая ГБЦ Блок цилиндров Линия соединения верхней и нижней частей картера блока цилиндров, проходящая через центр коленчатого вала Нижняя часть картера блока цилиндров (блок общих крышек коренных подшипников) Масляный поддон Левая ГБЦ Клапанная крышка левой ГБЦ Отработав технологию производства блока VR6, Фольксваген сделал следующий шаг. Приступил к производству W-образных двигателей. Конфигурация этого двигателя получилась установкой двух блоков типа VR, как это было сделано при соединении двух рядных двигателей под некоторым углом в виде буквы V, при конструировании V-образного двигателя. Фольксваген разработал ряд двигателей такой конфигурации: W-8, W12 и W16. а для самого мощного автомобиля в мире был разработан двигатель W18, правда, этот двигатель имеет не два, а три блока цилиндров. Необходимо отметить, что ранее W-образными двигателями назывались двигатели, имеющие три раздельных блока цилиндров с общим картером. В каждом блоке цилиндры были расположены в ряд, вдоль одной оси. Шатуны поршней всех трёх рядов цилиндров были соединены с единственным коленчатым валом, как V-образном двигателе. о своей конфигурации этот двигатель значительно отличается от двигателей, называемых сейчас W-образными. Этот 12-ти цилиндровый двигатель имеет не два, а три блока цилиндров, в каждом из которых расположены в ряд по четыре цилиндра. В современных W-образных двигателях W12 два блока цилиндров, в каждый из которых напоминает двигатель VR6. При этом два совмещенных в одном блоке ряда цилиндров имеют одну общую головку блока цилиндров (ГБЦ), то есть данный двигатель имеет три отдельные головки блока цилиндров. На этом рисунке изображён дизельный двигатель Т955 W18 с воздушным охлаждением, выпущенный ещё 1943 году одной из старейших в мире автомобильных фирм Татра. Для создания мощных двигателей необходимо увеличивать общий объём цилиндров, но размеры цилиндров тоже накладываются технические ограничения, поэтому приходится увеличивать число цилиндров. Двигатели V-образные конфигурации цилиндров сложнее и, следовательно, дороже в производстве, но имеют значительную меньшую длину при небольшом увеличении ширины, по сравнению с рядными двигателями с таким же количеством цилиндров. Такие двигатели имеют лучшие компоновочные характеристики. Представьте длину капота двигателя, под которым установлен рядный 12-ти цилиндровый двигатель. Правда, в истории мирового автомобилестроения встречались автомобиля с рядным 16-ти цилиндровым двигателем. Но тогда в городах места было много, а машин было мало, да и королевских особ, для которых выпускались подобные автомобили уже и тогда было немного. V-образные двигатели тяжело балансируются, особенно широко распространённые V6. Поскольку двигатель имеет два блока цилиндров, приходится удваивать количество многих деталей – головок блока цилиндров, распределительных валов, деталей привода распределительных валов и деталей привода клапанных механизмов, при этом повышаются затраты энергии на трение в механизмах двигателя. Оппозитный двигатель можно рассматривать как частный случай V-образного двигателя с развалом цилиндров 180186;. Преимущество оппозитного двигателя в исключительно хорошей балансировке, но этот двигатель сложен в производстве и имеет очень плохие компоновочные характеристики, поэтому широкого распространения не получил. В настоящее время такие 4-х и 6-ти цилиндровые двигатели применяют только Porsche и Subaru. Двигатели типа «VR» и, особенно W-образные очень сложны в производстве, многие производители автомобилей не только не смогут выпустить такие сложные в изготовлении двигатели при допустимой себестоимости, но и вообще их выпустить не могут по причине отсутствия необходимых технологий. На подобный эксперимент могут пойти только немцы, с их высочайшей технологией и вечным стремлением к техническому совершенству. Да и у немцев такие двигатели выпускает только Фольксваген. При конструировании двигателя VR-6 у специалистов стояла задача – засунуть под капот стандартных автомобилей мощный многоцилиндровый двигатель, и они великолепно справились с этой задачей. Соединив технологию создания V-образных двигателей и двигателей VR, специалисты фирмы Фольксваген создали целое семейство W-образных двигателей. Может возникнуть вопрос, какое количество цилиндров двигателя оптимально? В многоцилиндровых двигателях рабочий такт не происходит во всех цилиндрах одновременно. Происходящий поочередно рабочий ход позволяет многоцилиндровым двигателям работать плавнее двигателей с меньшим количеством цилиндров. Чем больше цилиндров, тем плавнее работает двигатель. Двигатели, имеющие от 1-го до 3-х цилиндров должны иметь массивный маховик, сглаживающий пульсацию крутящего момента двигателя. Ясно, что количество цилиндров двигателя нельзя увеличивать бесконечно. Поэтому возникает вопрос – а, сколько цилиндров должен иметь двигатель. Для получения большей мощность от двигателя необходимо в нём сжигать как можно больше топливовоздушной смеси. Одним из основных способов достижения этого является увеличение объёма цилиндров. Но если сделать одноцилиндровый двигатель с очень большим объёмом, сила инерции массивных деталей этого двигателя, совершающих возвратно-поступательное движение, может разрушить двигатель. А если сделать двигатель с очень большим количеством цилиндров, резко возросшие силы трения в механизмах двигателя, увеличат внутренние потери двигателя и сделают его работу неэффективной. В настоящее время полный объём одного цилиндра многоцилиндрового автомобильного двигателя редко превышает 0,5 ÷ 0,6 литра, соответственно разумное максимальное количество цилиндров серийного двигателя лежит в диапазоне 10 ÷ 12 цилиндров. Правда существуют современные конфигурации двигателей (в названиях этих двигателей присутствует буква W) в которых количество цилиндров доходит до 16 и даже до 18. В этом разделе было упомянуто о балансировке двигателя. Создать двигатель, работающей вообще без вибраций невозможно. Но есть двигатели с великолепной балансировкой, а есть двигатели, вибрации которых принимают как допустимые по причине низкой себестоимости производства этого двигателя. Вопрос балансировки двигателя достаточно сложный. Наша задача сейчас разобраться в принципах работы двигателя, по этому отложим вопрос о балансировке двигателя до последующего обсуждения. Самым массовым в мировом автомобилестроении является рядный 4-х цилиндровый двигатель. Такой двигатель установлен на большинстве автомобилей выпускаемых как в прошлом, так и в настоящее время. И, хотя в теории, рядный 4-х цилиндровый двигатель рассматривается как несбалансированный, за счёт различных технических ухищрений (в основном за счёт уменьшения веса деталей цилиндропоршневой группы) и ограничения объёма цилиндров удалось значительно снизить вибрации этого двигателя. Но кроме недостатков рядный 4-х цилиндровый двигатель имеет большие преимущества. Главное преимущество – низкая себестоимость производства и отработанные технологии его производства (что позволяет снизить общую стоимость автомобиля) сделали его конкурентоспособным по сравнению с другими типами двигателей при производстве доступных массовых автомобилей.
Чем отличаются 8-ми и 16-клапанные двигатели – их достоинства и недостатки
Наверняка многие знают, что существуют автомобильные силовые установки, у которых бывает как 8, так и 16 клапанов. Даже не зная, как устроен двигатель внутреннего сгорания, можно понять, что если в одном из двух почти одинаковых двигателей, в одном из его функциональных элементов, по какой-то причине, количество каких-то рабочих единиц удваивается, то эта причина, безусловно, “уважительная”. Ясно, что это делается для обретения каких-либо достоинств. Но удвоение их количества привносит некоторые отличия и сопряжено с усложнением конструкции, несущей данные рабочие единицы. Понятно, что это усложнение, приведет к, как минимум, двум недостаткам – удорожанию изготовления конструкции и, в случае поломки, – ее ремонта.
Сразу стоит сказать , что в не меньшей степени, чем от точного соприкосновения поршня с кольцами в цилиндре блока двигателя, от точной работы (идеально своевременное открывание и запирания) и плотности посадки клапанов в седле, зависит компрессия в цилиндрах, а это первый фактор, обеспечивающий максимальный КПД (мощность), при минимальном потреблении топлива. Логично полагать, что удерживать высокое давление в цилиндрах (компрессия) лучше меньшим количеством деталей, его обеспечивающих. Ведь даже мизерное ухудшение плотности посадки клапанов (изначально, или при износе) удваивает мизерную потерю энергии, приводящую в движение автомобиль, если таких деталей в 2 раза больше. Поэтому, рассматривая плюсы и минусы двигателей с разным количеством клапанов, этот фактор мы пропустим – будем считать, что они идеальны.
У 8-клапанного двигателя головка блока узкая, так как он имеет один распредвал. Свечи расположены на блоке горизонтально и под определенным углом. Распределительный вал контролирует поочередность их открытия – вначале открывает впускной, затем выпускной. Открытие клапана происходит с помощью конусных частей расположенных на распредвале, а закрытие происходит с помощью пружин, находящихся на нем. В четырехцилиндровом – на каждый один цилиндр мотора по два клапана – впускной и выпускной. Собственно, поэтому их получается восемь на силовой агрегат.
В 16-клапанном двигателе головка блока широкая по отношению к однорядному четырехцилиндровому блоку, так как на ней расположены два распредвала. Сама конструкция усложненная, клапана регулируются с помощью гидрокомпенсаторов. Открытие и закрытие имеют принцип такой же, как в 8-клапанном двигателе. Свечи в таких двигателях расположены строго вертикально, как бы утопая в крышке блока цилиндров. На каждый один цилиндр двигателя уже по 4 клапана – значит, соответственно, 16 на двигатель. А что если вместо двух маленьких клапанов вставить два больших по размеру клапана… В принципе можно, но тогда газ камеру сгорания будет заполнять неравномерно, двигатель будет работать не так бесшумно, как хотелось бы.
Достоинства двигателя с 8 клапанами:
- Изначально двигатель по конструкции, относительно, очень простой и, соответственно, прост в обслуживании.
- Отсутствие гидрокомпенсаторов, несомненно, упрощает конструкцию силовой установки в целом.
- Нетребователен к маслу.
Недостатки:
- Мощность меньше по отношению к 16 клапанному двигателю. Таких высоких оборотов достигнуть тоже не получается – два клапана на цилиндр не позволяет ускорить впуск и выпуск топлива и газов из камеры. Процесс происходит медленнее, чем бы хотелось.
- Увеличен расход топлива. По причине того, что газ выходит через один клапан, который не может пропустить больше, чем ему положено.
- Такие двигатели, в сущности, более шумные, особенно когда передвигаешься на больших оборотах.
- Отсутствие гидрокомпенсаторов требует регулировку клапанов по мере нарушения их четкой синхронизации (даже при небольшой деформации профиля кулачков распедвала), в худшем случае – появление стука.
Двигатель 16-клапанный и его значимые достоинства:
- Более мощный. Лучше разгоняется и, следовательно, максимальная скорость будет значительно выше, чем у 8-клапанного двигателяБолее мощный. Лучше разгоняется и, следовательно, максимальная скорость будет значительно выше, чем у 8-клапанного двигателя.
- Немаловажно, что расход топлива заметно меньше (должен быть).
- Шумность двигателя меньше.
- Клапана регулируются гидрокомпенсаторами.
Недостатки:
- Присутствие гидрокомпенсаторов требует своевременно менять масло в двигателе во избежание закоксовывания гидрокомпенсаторов.
- Обслуживание двигателя обходится дороже. Ведь конструкция такого двигателя на порядок сложнее, нежели конструкция 8-клапанного двигателя.
Несколько слов об еще одной из причин, почему клапана должны плотно сидеть в седле. Помимо обеспечения полной герметичности камеры сгорания, следует учитывать то, что тарелки на клапанах работают в тяжелых условиях сильного нагревания. К тому же тарелки должны плотно соприкасаться с седлом, которое расположено на головке цилиндра, которая охлаждается. Ведь нагретая тарелка передает седлу большую часть тепла. Особенно это касается выпускного клапана, так как он охлаждается только через плотное пролегание тарелки к седлу, а охлаждение впускного – при поступающей воздушно-топливной смеси в контакте с седлом. При плохом контакте с седлом никакой (даже самый жаростойкий) клапан не выдержит такого сильного перегрева. Он просто-напросто прогорит и разрушится, поэтому плотная его посадка в седло очень важна. Поэтому они делаются из жаростойких металлических сплавов. К тому же, они не обладают магнитными свойствами.
По большому счету, самая распространенная поломка клапанов – это несоблюдение своевременной замены деформированного ремня привода, находящегося в распределительном вале. При обрыве ремня клапан напрямую встречается с поршнем и деформируется при ударе. Такая поломка может произойти и при попытке разогнать автомобиль с толкача, и тогда ремень перескакивает на один, два зуба, следовательно, ремонт неминуем. Т. е. это наверняка замена и поршня, и шатуна, возможно, и головки блока. В двигателях на цепном приводе таких поломок не встречается.
Краткая и интригующая история двигателей V-16 и W-16
Серийный автомобиль начал свою жизнь с относительно небольшими двигателями, но с появлением роскошных автомобилей в 1920-х годах автопроизводители начали разрабатывать более крупные двигатели V-8 и V-12. Некоторые компании даже зашли так далеко, что разработали массивные двигатели V-16.
Хотя эти двигатели обеспечивали меньшую вибрацию, что повышало комфорт в кабине, они обычно производили столько же мощности, сколько двигатели V-8 или V-12, но были значительно дороже в производстве. В результате они редко использовались в автомобилях. Давайте подробнее рассмотрим короткую, но интригующую историю автомобилей с двигателем V-16 (и W-16, если уж на то пошло) ниже.
Серийные автомобили
V-16 дебютировал в серийных дорожных автомобилях в США в начале 1930-х годов в результате технологической войны между Marmon и Cadillac . Они также использовались в некоторых гоночных автомобилях в Европе до Второй мировой войны, но их использование после 1950-х годов в основном ограничивалось концептуальными автомобилями. В то время как некоторые из них довольно известны, другие остались почти неизвестными.
Кадиллак серии 1930 452
Дизайн
Cadillac довольно спорный, поскольку он был разработан инженером, нанятым из Marmon, первого автопроизводителя, разработавшего двигатель V-16 в Соединенных Штатах. Принят на работу в начале 19В 20 лет Оуэн Накед спроектировал V-16 для Marmon к 1926 году, но в 1972 году он переключился на Cadillac, где начал работать над аналогичным заводом. Разработанный в условиях полной секретности, V-16 дебютировал в 1930 году в Cadillac Series 452.
Новая топовая модель компании, серия 452, была оснащена узким 45-градусным двигателем V-16 с верхним расположением клапанов, компоновка которого вдохновлена двигателем Marmon. Массивная 7,4-литровая мельница весила колоссальные 1300 фунтов и выдавала 175 лошадиных сил .
Автомобиль получил восторженные отзывы средств массовой информации и общественности в Соединенных Штатах, поэтому Cadillac отправил пять автомобилей в рекламный тур по Европе, который включал 24 города в 10 странах. Cadillac V-16 имел огромный успех в 1930 году, и к июню было продано не менее 2000 автомобилей. Но когда депрессия поразила Соединенные Штаты, спрос резко упал в течение следующих месяцев, и Cadillac в конечном итоге продал менее 4000 автомобилей к 1937 году, когда Cadillac представил новый двигатель V-16 .
1930 Cadillac Series 452 технические характеристики
Engine: | 7.4-liter V-16 |
---|---|
Power: | 175 horsepower |
Torque: | unknown |
Production years: | 1930-1937 |
Произведено: | 3 889 |
1931 Мармон Шестнадцать
Компания Marmon, основанная в 1851 году как производитель оборудования для помола муки, начала производство автомобилей в начале 19 века. 00с. К 1910-м годам Мармон уже был известен в США.
Ходят слухи, что Мармону Ховарду пришла в голову эта идея, когда он был во Франции во время Первой мировой войны. Назначенный там руководителем технической группы Американского авиационного корпуса, Мармон изучил двигатель реактивного истребителя Bugatti U-16 и представил свою идею конструкции V-16 инженеру. Оуэн Накер в начале 1920 года. Одинарный коленчатый вал, верхнеклапанный V-16 с обратным потоком подвесных впускных и выпускных коллекторов был закончен к концу 1926 года, прежде чем Накер был принят на работу в Cadillac 9.0010 .
После ухода Накера Мармон изменил конструкцию двигателя, включив в него шатуны с вилкой и лопастями, центральный распределительный вал, карбюратор с двойным нисходящим потоком, алюминиевый картер, блоки цилиндров и головки цилиндров.
Двигатель дебютировал в Marmon Sixteen в 1931 году, через год после того, как Cadillac представила собственную мельницу. Хотя он едва не стал первым, кто запустил серийный V-16, Мармон берет на себя ответственность за разработку более современной мельницы, которая весила менее 1000 фунтов и производила 200 лошадиных сил. V-16 также был самым большим произведенным двигателем с рабочим объемом восемь литров . Marmon Sixteen производился небольшими партиями в течение трех лет. Marmon предлагал различные варианты кузова, включая седаны, купе и кабриолеты.
1931 Характеристики Marmon Sixteen
Двигатель: | 8,0-литровый V-16 |
---|---|
Питание: | 200 лошадиных сил |
Торт: | Неизвестный | .0030 | Годы выпуска: | 1931-1934 |
Произведено: | 390 |
1938 Кадиллак Серии 90
В то время как Marmon обанкротился во время Великой депрессии, а Шестнадцать исчезли всего через три года, автомобиль Cadillac V-16 прожил достаточно долго, чтобы иметь двигатель второго поколения. Хотя с 1935 года компания Cadillac продавала только 50 автомобилей в год, она решила, что ее топовая модель, теперь переименованная в Series 90, нужен был новый двигатель 1938 года.
И в отличие от первого V-16, новая мельница ознаменовала возвращение к более традиционной конструкции Cadillac с плоской головкой и отличалась более широким углом наклона 135 градусов. Он также включал сдвоенные карбюраторы и сдвоенные топливные насосы.
Тем не менее, новый V-16 был почти бесшумным на холостом ходу, работа была более плавной и превратила Caddy в один из самых быстро разгоняющихся автомобилей своего времени. Двигатель также вернул немного лучшую экономию топлива.
Но доработанная модель V-16 не пользовалась такой популярностью, как оригинальная машина. Cadillac продал 315 единиц в 1938 году, 138 экземпляров в 1939 году и еще 55 до того, как в 1940 году был снят с производства заводской шильдик .
Cadillac V-16 был первым и последним серийным автомобилем с двигателем V-16, выпущенным в США. В конце концов Cadillac построил концептуальный автомобиль с двигателем V-16 в 2000-х годах, но он так и не был запущен в производство.
1938 Cadillac Series 90 технические характеристики
Двигатель: | 7,1-литровый V-16 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Питание: | 185 лошадиная сила | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
крутящий момент: | Неизвестно | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
.Концепт-кары1932 Бесподобный V-16Marmon и Cadillac были не единственными американскими компаниями, производившими двигатель V-16 перед Второй мировой войной. Peerless также разработал его, но, как и Cadillac, он был основан на дизайне Мармона. Это потому, что к Пирлессу присоединились в 1929 Джеймсом А. Боханоном, который шесть лет был агентом Мармона по закупкам. Боханон поделился своими знаниями о двигателе Marmon V-16 с компанией Peerless, которая разработала аналогичный двигатель с одним коленчатым валом и алюминиевым картером, но использовала блоки и головки из сплава и не использовала конструкцию Marmon с поперечным потоком . Двигатель был легче, чем у Cadillac, но тяжелее, чем V-16, который Мармон выпустил в 1931 году. Но, в отличие от своих конкурентов, Peerless не смогла запустить свой двигатель в производство . Peerless завершил прототип V-16 в 1931 году и продемонстрировал его для модели 1932 года, но компания прекратила производство автомобилей, поскольку продажи роскошных автомобилей упали из-за Великой депрессии. Два купе V-16 находились в работе в кузовном цехе Murphy’s Pasadena, когда Peerless решила остановить производство. Когда в 1933 году закончился сухой закон, компания Peerless превратила свой автомобильный завод в пивоварню. 1932 Технические характеристики Peerless V-16
|