В чем разница между Обычным или V-образным двигателем

BMW

История развития двигателей внутреннего сгорания долгая и сложная. С одной стороны, ищется решение проблемы газообмена между внешней средой и цилиндрами, с другой — правильная организация процесса горения.

Не менее сложные проблемы создает динамика самого двигателя — периодическое движение поршневой группы вверх и вниз порождает мощные силы инерции, которые разрушили бы двигатель, если бы он не был сбалансирован. Сегодня эти проблемы решаются, как теоретически, так и практически, удовлетворительно, но как это происходит?

Напомним, что двигатель Карла Бенца был одноцилиндровым, тогда Вильгельм Майбах заказал еще 3 цилиндра и сделал 4-цилиндровый двигатель. Что это за желание на заре двигателестроения делать двигатели не одноцилиндровыми, а многоцилиндровыми? Причины следует искать как в термодинамике, так и в классической или ньютоновской механике.

Начнем с тепла. Например 50 л.с. мы можем получить от одноцилиндрового двигателя с рабочим объемом 1000 см3 или от 4-цилиндрового двигателя с таким же рабочим объемом, но распределенных по 4 цилиндрам, каждый по 250 см3. С термической точки зрения, чем меньше цилиндр, тем лучше он может охлаждаться, температурные напряжения в нем намного ниже.

С точки зрения динамики преимущества более чем очевидны: силы инерции I и II порядка меньше соответственно в 4 и 16 раз, что сразу обеспечивает легкую балансировку возвратно-поступательных частей двигателя.

В последнее время широкое распространение получили малогабаритные 3-цилиндровые двигатели, типичным представителем которых является двигатель популярной в нашей стране в прошлом Daewoo Tico. Он имеет неуравновешенные моменты инерционных сил первого порядка, которые заставляют двигатель «скакать» — передняя и задняя части постоянно стремятся подняться над продольной осью. Решение этой проблемы простое и элегантное. Второй вал с массой совершающих возвратно-поступательное движение частей коленчатого вала вращается с той же частотой, но в противоположном направлении, и создает силы и моменты, уравновешивающие двигатель. А как быть с самыми распространенными двигателями в Европе и Азии — рядными 4-цилиндровыми? В них неуравновешенными остаются только силы инерции второго порядка, которые могут частично уравновешиваться противовесами, но самым элегантным решением остается второй вал, который должен вращаться в противоположном направлении и с 2-кратной частотой. Многие мировые производители автомобилей применяют это решение для своих 4-цилиндровых двигателей.

По динамике 6-цилиндровый рядный двигатель идеален. При нем все силы и моменты I и II порядка полностью уравновешиваются. Его недостаток в том, что он довольно длинный и при поперечном расположении двигателя сложно найти место в моторном отсеке. И если по этой причине штатная «шестерка» в какой-то мере уступила позиции в легковых автомобилях, в дизельных двигателях грузовиков и автобусов, то она почти абсолютный лидер. В Европе и Азии более 90% мощных дизельных двигателей для грузовиков и автобусов являются рядными 6-цилиндровыми. Также есть относительно новое и очень элегантное решение — 5-цилиндровый двигатель. На первый взгляд все абсурдно — ходы между отдельными цилиндрами нестандартные — 72 градуса, но равномерность его работы лучше, чем у 4-х цилиндрового, и занимает меньше места, чем 6-цилиндровый. Проблема с

Рядные 8-, 10- и 12-цилиндровые двигатели

очень сложно. Впервые они появились во время Первой мировой войны как авиационные двигатели с чрезвычайно большими преимуществами перед звездообразными двигателями, широко использовавшимися в то время в авиации. Рядный двигатель узкий, лобовое сопротивление у него в 3-6 раз меньше, чем у звездочки, что обеспечивает самолету скорость на 100-200 км / ч выше, чем у его звездного аналога. Однако возникает чрезвычайно сложная проблема — длина коленчатого вала двигателя. При 8 и более цилиндрах частоты собственных колебаний вала и частоты, возбуждаемые его периодическим кручением при каждом такте, резонируют, что приводит к чему-то катастрофическому — поломке коленчатого вала. Конструкторы и производители авиадвигателей в ужасе, но инженерной задачи в мире нет, который не может быть решен, и достаточно элегантно. Они появляются почти одновременно во всех воюющих странах.

V-образный

авиационные двигатели. Как легко разделить цилиндры на 2 (а иногда и на 4), поставить их рядом и получить короткий очень короткий коленвал, не боящийся никаких крутильных колебаний. Эпоха V-образных двигателей началась сначала в авиастроении, а затем и в автомобилестроении. В V-образных двигателях очень важно, какой угол образуют два ряда цилиндров друг относительно друга, потому что от этого зависит самобалансировка. Нетрудно подсчитать, что для 6-цилиндрового двигателя этот угол должен составлять 60 °, для 8-цилиндрового — 90 или 180 °, а для 12-цилиндрового — снова 60 °. 6-цилиндровый V-образный двигатель имеет неуравновешенную инерционную силу второго порядка, которая может частично уравновешиваться противовесами. Несмотря на этот недостаток, этот тип двигателя очень распространен, потому что они очень короткие и легко помещаются в автомобиле поперечно, при этом не всегда хватает места для 6-цилиндрового рядного. Еще 30 лет назад были широко распространены двигатели с противоположными цилиндрами, также называемые «оппозитными». У Volkswagen и Citroen они были с воздушным охлаждением, у Alfa Romeo — с жидкостным. Широкое использование этих двигателей было продиктовано их небольшой высотой, что создавало большое удобство конструктору, ответственному за общую компоновку, при размещении двигателя в автомобиле.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *