Чем v образный двигатель лучше рядного

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

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.

Легендарная линейка шестицилиндровых двигателей Mercedes-Benz пополнилась моделью под индексом M256. Агрегат получился во многом уникальный, ведь он продолжает одну из самых знаковых линеек рядных шестицилиндровых силовых агрегатов. При этом компания планирует возродить целую линейку рядных двигателей.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Электрическая система 48В обеспечивает в четыре раза больше мощности своего предшественника 12 В при том же токе и позволяет электрифицировать ключевые компоненты (например, компрессор кондиционера) или внедрять новые технологии (например, электрический вспомогательный компрессор) и, следовательно, экономить топливо. Низковольтная система не требует дополнительной архитектуры безопасности высоковольтной сети.

Чем отличается двухрядный двигатель от однорядного

Три типа двигателей: а — однорядный двигатель, b — V-образный двигатель, с — VR-двигатель
Конфигурация двигателя внутреннего сгорания

— это инженерный термин, обозначающий расположение главных компонентов поршневого двигателя внутреннего сгорания (ПДВС). Этими компонентами являются цилиндры и в особенности коленчатые валы, а также иногда распределительный вал.

Поршневой авиационный двигатель.

Работа радиального поршневого двигателя.
Сегодня начинаем серию статей о конкретных типах авиационных двигателей. Первый движок, который удостоится нашего внимания – это поршневой авиационный двигатель. Он имеет полное право быть первым, потому что он – ровесник современной авиации. Один из первых самолетов, поднявшихся в воздух был Флайер-1 братьев Райт (я думаю вы читали об этом здесь :-)). И на нем стоял поршневой двигатель авторской разработки, работавший на бензине.

Долгое время этот тип движка оставался единственным, и только в 40-е годы 20-го века началось внедрение двигателя совсем иного принципа действия. Это был турбореактивный двигатель. Из-за чего это произошло читайте тут. Однако поршневой движок, хоть и утратил свои позиции, но со сцены не сошел, и теперь в связи с достаточно интенсивным развитием так называемой малой авиации (или же авиации общего назначения) он просто получил второе рождение. Что же из себя представляет авиационный поршневой двигатель?

Работа двигателя внутреннего сгорания (тот же рядный поршневой двигатель).

Как всегда :-)… В принципиальном плане ничего сложного ( ТРД значительно сложнее :-)). По сути дела – это обычный двигатель внутреннего сгорания ( ДВС ), такой же, как на наших с вами автомобилях. Кто забыл, что такое ДВС, в двух словах напомню. Это, попросту говоря, полый цилиндр, в который вставлен цилиндр сплошной, меньший по высоте (это и есть поршень). В пространство над поршнем в нужный момент подается смесь из топлива (обычно это бензин) и воздуха. Эта смесь воспламеняется от искры (от специальной электрической свечи) и сгорает. Добавлю, что воспламенение может происходить и без искры, в результате сжатия. Так работает всем известный дизельный двигатель . В результате сгорания получаются газы высокого давления и температуры, которые давят на поршень и заставляют его двигаться. Вот это самое движение и есть суть всего вопроса. Далее оно передается через специальные механизмы в нужное нам место. Если это автомобиль, значит на его колеса, а если это самолет, то на его воздушный винт. Таких цилиндров может быть несколько, точнее даже много :-). От 4-х до 24-х. Такое количество цилиндров обеспечивает достаточную мощность и устойчивость работы двигателя.

Еще одна схема работы одного ряда цилиндров.

Конечно авиационный поршневой двигатель только принципиально похож на обычный ДВС. На самом деле здесь обязательно присутствует авиационная специфика. Двигатель самолета выполнен из более совершенных и качественных материалов, более надежен. При той же массе, он значительно мощнее автомобильного. Обычно может работать в перевернутом положении, ведь для самолета (особенно истребителя или спортивного) пилотаж – обычное дело, а автомобилю это, естественно, не нужно.

Двигатель М-17, поршневой, рядный, V-образный. Устанавливался на самолеты ТБ-3 (конец30-хгодов 20 в.)

Двигатель М-17 на крыле ТБ-3.

Поршневые двигатели могут различаться как по количеству цилиндров, так и по их расположению. Бывают рядные двигатели (цилиндры в ряд) и радиальные ( звездообразные ). Рядные двигатели могут быть однорядные, двухрядные, V-образные и т.д. В звездообразных цилиндры расположены по окружности (в виде звезды) и бывает их обычно от пяти до девяти (в ряду). Эти двигатели, кстати, тоже могут быть многорядными, когда цилиндры блоками стоят друг за другом. Рядные двигатели обычно имеют жидкостное охлаждение (как в автомашине :-), они и по виду больше похожи на автомобильные), а радиальные – воздушное. Они обдуваются набегающим потоком воздуха и цилиндры, как правило, имеют ребра для лучшего теплосъема.

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.

Почему рядные 6-цилиндровые двигатели надёжнее всех остальных

За более чем 100-летнюю историю развития автомобильной промышленности двигатели эволюционировали ничуть не меньше, чем сами автомобили и превратились из маломощных 1-цилиндровых агрегатов в сверхмощные многоцилиндровые с разным расположением цилиндров.

Современные легковые автомобили оснащаются различными по объёму как рядными, так и V-образными и даже W-образными двигателями, а количество цилиндров в них может достигать 16-ти, например двигатели автомобилей Bugatti Veyron и Bugatti Chiron.

Однако, если заглянуть в историю, то можно неоднократно убедиться, что самыми надёжными двигателями, способными без проблем преодолеть 500 000 и более километров пробега, всегда были рядные 6-цилиндровые.

Ярким доказательством этому являются легендарные двигатели Nissan серии RB25, Toyota серии 2JZ, Mercedes-Benz серии M104 и BMW серии M50.

Так в чём же преимущество рядных 6-цилиндровых двигателей и почему они настолько надёжны?

Во-первых, в отличие от V-образных и тем более W-образных двигателей, конструкция рядных двигателей, в том числе 6-цилиндровых, более проста, а чем проще механизм, тем он надёжнее и долговечнее.

Во-вторых, рядные 6-цилиндровые двигатели на много дешевле в ремонте и техническом обслуживании, чем аналогичные по объёму, мощности и количеству цилиндров V-образные двигатели.

В-третьих, рядные 6-цилиндровые двигатели наиболее сбалансированые, чем V-образные двигатели с таким же количеством цилиндров, благодаря чему нагрузка на детали двигателя меньше, а их ресурс соответственно больше.

В-четвёртых, в отличие от рядных двигателей с меньшим количеством цилиндров, рядные 6-цилинровые двигатели обладают достаточно большой мощностью, в связи с чем не нуждаются в форсировании, что в свою очередь позволяет сохранить их ресурс.

В-пятых, рядные 6-цилинровые двигатели более экономичны, чем V-образные двигатели с таким же объёмом и количеством цилиндров.

К сожалению, последнее время по ряду причин всё больше автопроизводителей постепенно отказываются от производства рядных 6-цилинровых двигателей и оснащения ими своих автомобилей.

В первую очередь это связано с высоким спросом на дешёвые переднеприводные автомобили с поперечным расположением двигателя, которые технически невозможно, да и не нужно оснащать рядными 6-цилинровыми двигателями.

Ну и, конечно же, не последнюю роль во всём этом сыграли экологи и их жёсткие стандарты вредных выбросов в атмосферу. Ведь именно экологи заставили большинство автопроизводителей отказаться от производства рядных 6-цилинровых двигателей в пользу более экологичных и мощных за счёт турбонаддува V-образных аналогов.

В заключение отмечу, что в настоящее время рядными 6-цилиндровыми двигателями оснащают свои легковые автомобили преимущественно BMW и Mercedes-Benz. К счастью, эти два немецких автопроизводителя пока не планируют отказываться от производства рядных 6-цилиндровых двигателей.
Понравилась публикация? Поделись!

Радиальные двигатели

Раз уж наш блог начал рассказывать про различные типы двигателей, мы не могли не пройти мимо необычных типов ДВС и невероятных машинах, которые на них ездят. Обычный, поршневой двигатель внутреннего сгорания известен всем – коленчатый вал, его двигают от 1 до 16 (редко до 32) поршней, которые перемещаются в цилиндрах вверх-вниз. В цилиндры подается смесь воздуха и топлива (бензина, керосина, ДТ, водорода и проч.). Происходит быстрое сгорание, с большим коэффициэнтом расширения – поршень двигается вниз и толкает коленчатый вал. Двигатели такого типа бывают рядными (L-образными) или не рядными, когда цилиндры стоят под углом друг к другу (V и W- образные). Последний тип – двухэтажный и применяется редко.

Какие же еще есть ДВС? Об одном из них мы хотели бы рассказать в этой статье.

Классификация по взаимному расположению цилиндров

• Одноцилиндровый двигатель.
• Рядные двигатели: Однорядный двигатель, где все цилиндры расположены в один ряд. U-образный двигатель, представляющей собой два рядных двигателя, коленчатые валы которых механически соединены при помощи цепи или шестерней.