Чем отличаются двигатели спортивные

Какой двигатель лучше? V-образный, рядный, оппозитный

«Линейка двигателей представлена рядным 4-цилиндровым агрегатом объёмом 2,5 л и 3,5-литровым V6», — гласит рекламный проспект какой-нибудь Toyota Camry. А чем отличаются эти моторы, кроме количества «кубиков» и лошадиных сил? Почему в «Безумном Максе» молились богу V8, и что особенного в «оппозитниках» Subaru? Просто о сложном: разбираем на пальцах особенности автомобильных двигателей.

Компоновка. Продольно или поперечно

Прежде чем говорить о конструкции двигателей, нужно упомянуть о компоновке автомобиля — ведь именно она во многом определяет, какой мотор будет установлен под капотом. Хотя не всегда под капотом: существуют автомобили (в основном спортивные) со средне- и заднемоторной компоновкой, но у большинства гражданских машин двигатель всё-таки находится впереди. О них и поговорим.

Мотор может располагаться в машине продольно или поперечно. Первую схему называют классической, она характерна для автомобилей с задними приводом (или полным, но на основе заднего). Продольная схема почти не накладывает ограничений на размеры силовой установки, как и трансмиссии — коробка передач может быть огромной, с большим запасом прочности, и заканчиваться хоть в центре машины. Такая компоновка характерна для больших автомобилей с мощными двигателями и КПП: грузовиков, внедорожников, премиальных седанов. Хотя раньше так были устроены почти все машины — взять ту же классическую линейку «Жигулей». Но с массовым внедрением переднего привода понадобилась иная, более компактная компоновка.

Для переднего привода необходимо устанавливать двигатель не продольно, а поперечно — вместе с коробкой передач он должен разместиться под капотом между лонжеронами. Ограниченное пространство требует компактности как от трансмиссии, так и от самого мотора, поэтому далеко не все силовые установки подходят для поперечной схемы. Такая компоновка характерна как для переднеприводных машин, так и для полноприводных, система 4WD которых имеет переднеприводные корни — а это почти все современные кроссоверы.

Разобравшись в особенностях компоновок, можно переходить к самим двигателям.

Рядные двигатели

Классический двигатель внутреннего сгорания — рядный, где все цилиндры расположены в один ряд. В литературе такая конструкция обозначается буквой I или R (от английского Row или немецкого Reihe— ряд), а цифра, стоящая рядом, указывает на число цилиндров (R3, R4, R5, R6). Хотя в жизни обозначение «R» встречается редко — автопроизводители не стремятся отдельно выделять «рядность» мотора, считая такую схему обыденной. Вы никогда не встретите шильдик R6 на крышке багажника, в отличие от V6 — хотя рядная «шестёрка» во многом превосходит V-образную. Но об этом ниже.

Рядный 4-цилиндровый двигатель (R4) — самый распространённый в мире, поскольку попадает в наиболее ходовой диапазон рабочего объёма: от 1 до 3 литров. Есть и более объёмные представители: например, тойотовский турбодизель 15B с кубатурой 4,1 л, который ставят на Mega Cruiser, грузовик Dyna и другие модели. Обратный пример — рядный моторчик Subaru EN07 (модели R1, R2, Pleo) объёмом всего 658 «кубиков». Но это всё-таки исключения: оптимальным объёмом одного цилиндра мотористы считают 0,3–0,7 л. Соответственно, большинство 4-цилиндровых двигателей имеют рабочий объём от 1,2 до 2,8 л.

Ещё одна причина популярности рядной «четвёрки» — её относительная компактность. Мотор R4 можно установить почти на любой автомобиль как продольно, так и поперечно. Чего не скажешь о рядной «шестёрке» R6 — дополнительные 2 цилиндра существенно увеличивают длину агрегата. Установить такой двигатель поперечно инженерам удавалось в единичных случаях (Volvo S80 и XC90, Chevrolet Epica) в паре с компактной коробкой передач. В основном моторы R6 устанавливают продольно.

6 цилиндров в ряд (Straight-6) является одной из лучших конструкций двигателя — такая схема полностью сбалансирована и лишена вибраций, отличается плавной работой и эластичностью. Моторы R6 традиционно применяли немецкие производители (BMW, Mercedes-Benz), а также японские: Nissan (серии RB25/RB26, TB45/TB48, дизель TD42), Toyota (серии M, 1G, 1JZ/2JZ, дизели 1HZ/1HD). К сожалению, почти все эти двигатели в настоящий момент вытеснены более универсальными моторами V6.

У рядной «восьмёрки» проблем из-за исполинских размеров ещё больше. Моторы R8 встречались на американских машинах середины прошлого века, советских лимузинах ЗИС-101 и ЗИС-110. Сегодня такие двигатели работают только на судах и тепловозах, а на автомобилях их полностью вытеснили моторы V8.

Рядные двигатели с нечётным числом цилиндров также встречаются (R3, R5). В большинстве случаев они созданы на базе рядной «четвёрки», которой добавили или отняли один цилиндр. Существуют и двухцилиндровые автомобили (Fiat 500, отечественная «Ока»), но в основном моторы R2, как и двигатели с 1 цилиндром, применяются на мотоциклах.

V-образные двигатели

Очевидно, что главная проблема рядного мотора с 6 и более цилиндрами — чрезмерная длина. Как сделать его компактнее? «Распилить», расположив цилиндры в виде латинской буквы V (отсюда и обозначение).

V-образные моторы заметно сложнее рядных: у них две головки блока цилиндров (каждая со своей прокладкой, распредвалами, коллекторами), причудливее схема привода ГРМ. А ещё «вэшки» вибрируют: V8 чуть меньше, V6 и V10 — сильнее. И лишь грозный V12 уравновешен полностью, как и R6 — по сути, он и представляет собой две рядных «шестёрки», соединённых вместе. Но встретить V12 можно только на люксовых машинах и суперкарах.

Читайте также:  Неисправности ваз 2110 инжектор двигатель не запускается

Основа популярности мотора V6 — его универсальность: он достаточно компактен, поэтому может быть установлен как продольно, так и поперечно. Та же Toyota перестала ставить рядные двигатели серии JZ на свои большие седаны (Mark II, Crown и их производные), перейдя на V-образную серию GR, которую можно встретить на доброй половине модельного ряда: от переднеприводных Camry до внедорожников Land Cruiser Prado. Выпускать универсальные двигатели намного выгоднее, чем специфичные.

Балансировка мотора V6 вызывает определённые сложности у инженеров из-за блуждающих в нём моментов от сил инерции поршней и центробежных сил — чаще всего приходится использовать балансировочные валы, что дополнительно усложняет и без того не самую простую конструкцию двигателя. Угол развала цилиндров у V-образных моторов может быть разным: обычно это 45, 60, 65 или 90 градусов — оптимальные значения с точки зрения вибраций.

Рядно-смещённые двигатели VR и W

Компромиссом между рядной и V-образной схемой стала рядно-смещённая компоновка (VR). Такие моторы активно применяет концерн Volkswagen. VR представляет собой V-образный мотор с экстремально малым углом развала цилиндров (10–20°), что позволяет накрыть их общей головкой блока, как у рядного мотора.

Плюсы такого решения — отказ от второй головки (а значит упрощение и удешевление конструкции) и компактные размеры. Минусы — чудовищные вибрации: чтобы хоть как-то сбалансировать рядно-смещённый мотор, приходится значительно утяжелять коленчатый вал и маховик, применять балансировочные валы, особые подушки двигателя и другие технические решения. Из-за этого схема VR не получила распространения у других автопроизводителей, став фирменной чертой автомобилей VAG.

Volkswagen же активно развивал своё «дитя», придумав W-образный двигатель — V-образный мотор из двух блоков VR на одном коленвале. Такие силовые агрегаты встречаются на флагманах VW, Audi и Bentley.

Оппозитные двигатели («боксёры»)

Оппозитный двигатель иногда называют V-образным с углом развала 180°, но это не совсем верно. В V-образной схеме поршни двигаются синхронно, в то время как в оппозитной — зеркально, словно боксируя друг с другом. Из-за этого оппозитные двигатели называют «боксёрами» (Boxer), обозначая буквой B: B2, B4, B6, B8. Хотя свой 6-цилиндровый «боксёр» EZ30 Subaru называет H6.

Самый популярный оппозитный двигатель стоял на легендарном «Жуке» Volkswagen Old Beetle (Käfer), которых за полвека выпустили 21,5 млн штук. В современных машинах «боксёры» используют только Porsche и Subaru, хотя в мототехнике они широко представлены на моделях BMW и «Уралах».

Плоский горизонтальный «боксёр» — весьма широкий двигатель, что не позволяет записать ему в преимущества компактность. В чём же плюсы такой компоновки? Во-первых, в низком центре тяжести (мотор находится очень близко к земле), что даёт лучшую устойчивость и управляемость автомобиля. Во-вторых, коленвал таких двигателей намного короче, легче и прочнее, по сравнению с рядной схемой. Да и вибрирует оппозитная «четвёрка» меньше, чем рядная, поскольку зеркальное движение поршней взаимно компенсирует их силы инерции. А оппозитная «шестёрка» B6/H6 вообще полностью уравновешена, как и рядная.

Характерные минусы «боксёров»: две головки блока (что для мотора с 4 цилиндрами явно избыточно), затруднённое облуживание и переусложнённая конструкция. А их ключевое преимущество в виде низкого центра тяжести играет роль в автоспорте, но не при повседневной городской езде — обычный водитель вряд ли заметит разницу между «рядником» и «боксёром».

Вибрации и балансировка двигателей

Что водитель чувствует сразу, так это вибрации двигателя — они ухудшают комфорт и могут весьма серьёзно досаждать пассажирам. Помимо этого, вибрации снижают надёжность техники, поэтому инженеры тщательно балансируют моторы. В ход идут противовесы на коленвалах, двухмассовые маховики, продвинутые опоры двигателя, балансировочные валы… Но главное — изначально выбрать удачную конструкцию мотора.

В основном двигатель вибрирует от инерции поршней, совершающих возвратно-поступательные движения. Вспомните, как кивают головой пассажиры при резких разгонах и торможениях — примерно так же ведут себя поршни в конце каждого рабочего такта. В одних двигателях силы инерции и моменты от них взаимно компенсируются, в других остаются свободными, вызывая вибрацию.

Как видно из таблицы, в рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка — не столь неприятная, как первого порядка, но тоже чувствительная. Характерная дрожь мотора в определённых режимах работы — её «заслуга». В оппозитной «четвёрке» эта сила скомпенсирована, но остаётся свободный момент от неё, стремящийся повернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Хотя его воздействие почти незаметно для водителя.

У двигателя V6 свободных моментов множество, поэтому в нём приходится применять балансировочные валы. Кстати, трёх- и пятицилиндровые рядные моторы идентичны V6 в уравновешенности, несмотря на нечётное количество цилиндров.

Худшие с точки зрения разгула свободных сил и вибраций — одно- и двухцилиндровые моторы, а также детища Volkswagen: двигатели VR5 и VR6. А лучшие, самые уравновешенные двигатели — рядные и оппозитные «шестёрки». Ну и роскошный V12, конечно.

Читайте также:  Ваз 2106 почему на заглушенном двигателе в карбюратор капает бензин

Какой двигатель лучше

Сравнение двигателей — непростая задача, ведь у каждого автомобилиста свои требования и критерии выбора. Одним важнее надёжность и простота обслуживания, другим нужна максимальная мощность, а третьи смотрят прежде всего на расход топлива. Идеальный мотор должен совмещать все эти преимущества — быть простым и надёжным, мощным и экономичным. Но чаще всего инженерам приходится идти на компромиссы. Хороший пример сложности прямого сравнения моторов — международный конкурс «Двигатель года» (Engine of the Year), лауреаты которого являются произведением инженерного искусства, но не всегда отвечают запросам реальных автомобилистов.

Удачным получится двигатель, или не очень, определяет множество факторов: общая продуманность конструкции и степень форсировки (количество лошадиных сил на рабочий объём), применённые технические решения и экологические рамки. Но при прочих равных можно сделать общие выводы по компоновке мотора. Так, рядная «четвёрка» — базовый и самый простой двигатель большинства автомобилей, который должен быть экономичным и недорогим (конечно, бывают и исключения). Трёхцилиндровый «рядник» — бюджетный вариант для малолитражек, но он не так плох, как многие считают. V6 — агрегат более сложный и дорогой в обслуживании, хотя малофорсированные «вэшки» вполне могут быть «рабочими лошадками». V8 — показатель премиума и единственная возможность разместить сразу 8 цилиндров под капотом современного автомобиля. Рядная «шестёрка» — самая сбалансированная, простая и заслуженно любимая многими компоновка, которая встречается всё реже и реже. «Боксёры» B4 и B6 — специфичные двигатели, которые, безусловно, имеют свои плюсы и армию фанатов. Ну а с автомобильной экзотикой вроде V4, VR5 или VR6 лучше иметь дело, пока она на гарантии…

Источник

Основные виды двигателей

На большинстве автомобилей установлен двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Устройство его достаточно сложно даже для специалиста, тем более для рядового водителя-непрофессионала. Однако при покупке машины всегда всегда идёт речь о характеристиках двигателя. Неспециалист обычно теряется перед выбором автомобиля вообще или конкретной его версии в частности. Попробуем разобраться в основных технических характеристиках двигателя внутреннего сгорания.

В современных автомобилях от 2 до 16. Этот достаточно серьезный показатель. Так, два двигателя с одинаковым объемом и мощностью могут сильно различаться по другим параметрам.

Два типа: рядное (последовательное) и V-образное (двухрядное), когда на одном коленчатом валу цилиндры расположены с обеих сторон. В этом случае важную роль играет угол развала цилиндров. Большой угол развала понижает центр тяжести, облегчает охлаждение и подачу масла, но при этом снижаются динамические характеристики и увеличивается инерционность. Малый угол позволяет снизить вес и инерционность, но ведёт к более быстрому перегреву.

Радикальная разновидность — оппозитный двигатель с углом развала в 180°. В этом случае все его преимущества и недостатки максимальны. Еще одна разновидность — W-образный (четырёхрядный; два синхронизированных и включенных в общую систему привода V-образных двигателя).

Весьма редкий тип двигателя — рядно-V-образный, являющийся синтезом этих двух разновидностей. Цилиндры расположены последовательно, но с отклонением по обе стороны, что способствует лучшему охлаждению.

Вообще говоря, между два основных типа двигателей различаются массой и габаритами. НОднако важно, что наименьший уровень шума и вибраций достигается, когда в одном ряду четное количество цилиндров.

Объем камер сгорания

Иначе говоря, объем двигателя. Он напрямую влияет абсолютно на все остальные характеристики ДВС. В большинстве случаев увеличение объема ведет к увеличению мощности и, естественно, расхода топлива.

Обычно три варианта — чугун или другие ферросплавы (наибольшая прочность, но большой вес);. алюминий и его сплавы (малый вес и средняя прочность); магниевые сплавы (наименьший вес, высокая прочность, но очень высокая цена).

Эти характеристики, вообще говоря, говорят лишь о ресурсе и шумах и вибрации двигателя.

На практике более важны выходные характеристики:

• Мощность. Она измеряется в лошадиных силах (л.с. — традиционная единица измерения) или киловаттах (кВт). Именно она определяет скорость и время разгона автомобиля.

• Крутящий момент Создаваемое двигателем максимальное тяговое усилие. Измеряется в Ньютон-метрах (Н·м). Косвенно влияет на скорость и разгон и прямо — на «эластичность» двигателя т. е. способность ускоряться на низких оборотах.

• Максимально допустимое число оборотов коленчатого вала в минуту (об/мин) Показывает, сколько оборотов коленвала в минуту сможет выдержать двигатель без потери в ресурсной прочности. Чем больше число оборотов, тем более резкий и динамичный характер имеет автомобиль.

Однако не менее важны расходные характеристики:

• Расход топлива. Обычно измеряется в литрах на 100 километров. Расход в городском, загородном и смешанном вариантах различен.

• Тип топлива. Марка потребляемого бензина или дизельного топлива (ДТ). В современных автомобилях возможно использование любых марок, но при снижении октанового числа падают ресурсная прочность и мощность, а при повышении сверх нормы — повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер.

Читайте также:  Развернутая схема обмоток двигателя

• Расход масла. Измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель — 1л/1000км для исправной машины.

• Марка потребляемого масла. Обычно обозначется ххWхх. Первое число — густота масла, второе — его вязкость. Например — 0W40 и 5W40 — синтетические масла, 10W40 — полусинтетическое масло, 15W40 и 20W40 — минеральные масла.. Более густые и вязкие масла улучшают прочность и надежность двигателя, менее густые — улучшают динамические выходные характеристики.

Внимание! Масла типа 70W90 или 95W100 являются трансмиссионными и ни в коем случае не могут быть использованы в двигателе — это гарантированно приведет к неисправности двигателя!

• Ресурсная прочность, т. е. как часто двигателю необходимо техническое обслуживание. Обычно в пределах 5 000—30 000 км пробега. Предельный пробег позволяет примерно определить полный срок службы, после гарантийного пробега прекращаются гарантийные обязательства.

Это основные потребительские характеристики.

Однако надо отметить широкий ряд более сложных характеристик:

• Тип топливной системы — бензиновые и дизельные двигатели. Бензиновые обычно имеют большую мощность, но дизельные отличаются более низким расходом и большим крутящим моментом.

• Тип бензиновой системы впуска. У современных автомобилей электронная система впрыска (инжекции) топлива, которая позволяет добиться большего КПД. У более старых в большинстве карбюраторная система впуска топлива. Карбюратор не распыляет, как инжектор, топливо в камере сгорания, а вбрасывает в нее струю, что увеличивает расход топлива, снижает КПД и делает управление, менее удобным.
Обычно карбюратор устанавливается на двигатель один, многокарбюраторные двигатели более характерны для тюнинговых и спортивных моделей.

• Тип бензиновой системы впрыска — с одноточечным и многоточечным впрыском. Одноточечная система уже практически не используется, поскольку падение мощности намного превышает снижение расхода топлива.Многоточечный — распределенный и прямой впрыск. При распределенном впрыске в камере сгорания создается равномерная смесь, что обеспечивает стабильность работы на любых режимах и неприхотливость.
Прямой (непосредственный) впрыск, как это ни парадоксально, повышает и мощность, и ресурсную прочность, снижает расход топлива. Но в этом случае высока стоимость, требуется топливо высокого качества и наблюдается нестабильность работы на малых оборотах и при холодном старте.
Недостатки обеих систем компенсируются комбинированным (двойным) впрыском. Он заключается в применении обеих систем раздельно — при изменении режимов работы электроника «выбирает» нужную.

• Дизельная система впрыска.Хотя дизельный двигатель проще бензинового, система его впрыска сложнее, построены по другому принципу:
ТНВД — наиболее простая система дизельного впрыска с невысокими достоинствами. Система с насос-форсунками. В этом случае каждая форсунка впрыска является еще и насосом, подающим топливо в камеру сгорания. Характеристики в этом случае получше, но стабильная работы двигателя также проблематична. Обе системы по отдельности почти не используются.
Комбинация ТНВД и насос-форсунок — общая топливная рампа высокого давления Common Rail. ТНВД подает топливо в рампу, где оно подвергается компрессии и под высоким давлением впрыскивается в камеру сгорания. Это лучшая сейчас система, так как она обеспечивает высокие мощностные характеристики и низкий расход топлива.
Совершенствование предыдущей — аккумуляторно-возвратная рампа Common Rail второго поколения. Сжатие в рампе происходит за счет накопления топлива, а излишки поступают обратно в ТНВД — это уменьшает насосные потери мощности и расход топлива.

• Форсунки впрыска — механические или пьезотронные. Они не влияют на характеристики двигателя, но пьезотронные дают более плавный рабочий цикл и они легче в настройке.

• Клапанов на впуске/выпуске от 2 до 5 на цилиндр. Чем больше клапанов, тем плавнее работа и больше мощность, хотя при этом незначительно увеличивается расход топлива.

Компрессор. Его роль — сжатие впускной смеси.

• Атмосферные двигатели — компрессора не имеют.
Двигатели с компрессией — компрессорные (с механическим компрессором) и турбонаддувные, различающиеся типом привода.

• Механический компрессор приводится непосредственно от коленвала двигателя, что создает некоторые потери в мощности и увеличивает расход топлива, турбонаддув имеет крыльчатку турбины, которая раскручивается от давления выхлопных газов. Это надежнее и не дает потерь, но прирост крутящего момента меньше, особенно на малых оборотах.

Иногда на двигатель ставят несколько компрессоров -последовательно (улучшается стабильность работы) либо параллельно (повышаются характеристики в пиковых режимах).

Система газораспределения — механизм газораспределения, распределительные валы и привод. Количество распред. валов может изменяться, но чаще по одному на каждые 8 клапанов.

Привод механизма газораспределения — цепь или ремень. Ремень проще, но требует регулярной замены. Цепь надежнее, но издаёт больше шума (металлический лязг) и дороже.

Простейший — статический механизм. Динамические — с изменяемой высотой подъема клапанов или изменяемыми фазами газораспределения.
Изменение высоты подъёма клапанов позволяет переключаться между двумя режимами движения — например экономичным и скоростным. Изменение фаз газораспределения обеспечивает более ровную работу во всем диапазоне рабочих оборотов коленвала.

Есть немало и других особенностей двигателей, но они меньше влияют на их характеристики.

Источник

Adblock
detector