Почему рядный двигатель лучше

Рядный, V-образный или оппозитный: какой двигатель выбрать?

При покупке авто мы порой обращаем внимание на все, что угодно, кроме самого главного – двигателя. С одной стороны, такое отношение можно понять: силовой агрегат придает авто ускорение, а его компоновка нам не очень-то и важна. Для тех же, кто хочет выбирать авто не только по комплектации и наличию опций, вкратце опишу преимущества и недостатки основных типов двигателей.

Рядный – самый простой и надежный. Отличается простотой в использовании, все цилиндры стоят в один ряд (см. фото).

Его основным минусом можно считать невозможность создания двигателя большого объема. При большом количестве цилиндров на коленвал приходятся огромные торсионные нагрузки, то есть на его скручивание. Поэтому если хотите двигатель больше 2,5 литров объемом, рядный Вам вряд ли подойдет.

V-образный двигатель называется так, потому что цилиндры расположены не в ряд, а под определенным углом друг к другу, как бы буквой V (см.фото).

За счет такой компоновки удается сэкономить место под капотом, если нужен двигатель с шестью или даже восьмью цилиндрами. Также более равномерно распределяется нагрузка на коленвал. Основной минус – такой двигатель производит много вибраций из-за большого объема, отсюда сложность его балансировки.

Оппозитный двигатель по сути является тем же V-образным, только поршни в нем разведены на 180 градусов, то есть находятся в одной плоскости.

Такая компоновка является довольно необычной и применяется в основном на моторах концерна Субару. Она очень удачна во многих отношениях: вибрации снижаются и повышается ресурс работы двигателя. Недостатки – очень сложное устройство. На «оппозитнике» даже свечи нельзя поменять без специализированного оборудования, что доставляет определенные неудобства при эксплуатации.

Статья оказалась полезной? Подпишитесь на канал и ставьте «палец кверху».

Ну, а как авто мощностью 135 лошадиных сил потребляет всего 2,6 литра бензина на сотню, можно почитать здесь.

Источник

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.

Читайте также:  Сколько литров масла в двигателе камаз евро

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.

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.

Читайте также:  Как правильно устанавливать подушки двигателя уаз

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.

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

Рядный двигатель: виды, устройство, преимущества и недостатки

Рядный ДВС – это один из самых простых моторов. Таковыми эти агрегаты называют по причине того, что цилиндры расположены в ряд. Поршни при работе мотора заставляют вращаться один коленчатый вал. Рядный двигатель стал одним из первых, которые устанавливать на автомобили. Разработаны и построены они были еще на заре автомобилестроения.

Как все начиналось?

Предком современного рядного ДВС был одноцилиндровый двигатель. Придумал и построил его Этьен Ленуар еще в 1860 году. Принято считать именно так, хотя попытки получить патент на данный двигатель были и еще до Ленуара. Но именно его разработка максимально похожа на те конструкции, что сегодня установлены под капотами большинства бюджетных серийных легковых авто.

Мотор имел всего один цилиндр, а мощность его была равна огромным на то время 1,23 лошадиным силам. Для сравнения, современная «Ока» 1111 имеет два цилиндра и мощность ее от 30 до 53 лошадиных сил.

Больше и мощнее

Идея Ленуара оказалась гениальной. Многие инженеры и изобретатели тратили годы и силы на то, чтобы максимально усовершенствовать двигатель (конечно, на уровне, существующих на тот момент технических возможностей). Главный упор был сделан на повышение мощности.

Вначале внимание концентрировали на единственном цилиндре – пытались увеличить его размер. Тогда всем казалось, что увеличив размер, можно получить большую мощность. И увеличение объема тогда было проще всего. Но одним цилиндром не обошлось. Пришлось сильно увеличить и остальные детали – шатун, поршень, блок.

Читайте также:  Как сделать с двигателя боги

Все те двигатели получались очень нестабильными, имели большую массу. В процессе работы такого мотора была огромная разница во времени между тактами воспламенения смеси. Буквально каждая деталь в таком агрегате гремела и тряслась, что заставляло инженеров думать над решением. И они оснастили систему балансиром.

Тупиковый путь

Скоро всем стало понятно, что исследования зашли в тупик. Двигатель Ленуара не смог нормально и корректно работать, так как соотношение мощности, массы и размеров было ужасным. Нужна была масса дополнительной энергии, чтобы снова увеличивать объем цилиндра. Многие стали считать идею создания двигателя крахом. И люди до сих пор бы ездили на лошадях и повозках, если бы не одно техническое решение.

Конструкторы начали осознавать, что можно вращать коленчатый вал не только одним поршнем, но и сразу несколькими. Самым простым оказалось изготовление рядного двигателя – добавили еще несколько цилиндров.

Первый четырехцилиндровый агрегат мир смог увидеть в конце XIX века. Сравнить его мощность с современным двигателем нельзя. Однако по эффективности он был выше, чем все прочие его предшественники. Мощность удалось увеличить благодаря повышенному рабочему объему, то есть посредством добавления цилиндров. Довольно быстро специалисты различных компаний смогли создать многоцилиндровые моторы вплоть до 12-цилиндровых монстров.

Принцип действия

Как действует ДВС? Не считая того, что каждый двигатель имеется разное количество цилиндров, рядный двигатель с шестью или четырьмя цилиндрами работает одинаково. Принцип основывается на традиционных характеристиках любых ДВС.

Все цилиндры в блоке располагаются в один ряд. Коленчатый вал, приводимый в действие поршнями за счет энергии сгорания топлива, единственный для всех деталей цилиндро-поршневой группы. То же самое касается и ГБЦ. Она единственная на все цилиндры. Из всех существующих рядных двигателей можно выделить сбалансированные и несбалансированные конструкции. Оба варианта рассмотрим далее.

Баланс

Он важен по причине сложной конструкции коленчатого вала. Необходимость в балансировке зависит от числа цилиндров. Чем больше их в конкретном ДВС, тем большим должен быть баланс.

Несбалансированным двигателем может быть лишь та конструкция, где цилиндров не больше четырех. В противном случае в процессе работы появятся вибрации, сила которых будет способна разрушить коленчатый вал. Даже дешевые двигатели с шестью цилиндрами с балансиром будут лучше, чем дорогие рядные четверки без балансирных валов. Так, чтобы улучшить баланс, рядный двигатель с четырьмя поршнями иногда тоже может требовать установки успокоительных валов.

Расположение мотора

Традиционные четырехцилиндровые агрегаты обычно монтируются под капотом автомобиля продольно, либо поперечно. А вот шестицилиндровый агрегат можно установить лишь продольно и более никак (за исключением некоторых моделей «Вольво» и авто «Шевроле Эпика»).

Рядный ДВС, обладающий несимметричной конструкцией относительно коленчатого вала, также имеет особенности. Часто вал сделан с компенсирующими отливами – эти отливы должны гасить силу инерции, образующуюся в результате работы поршневой системы.

Рядная шестерка сегодня уже имеет меньшую популярность – всему виной существенный расход топлива и крупные габаритные размеры. Но даже несмотря на большую длину блока цилиндров, двигатель отлично сбалансирован.

Преимущества и недостатки агрегата

Кроме нескольких нюансов, рядные ДВС имеют такие же преимущества и те же недостатки, что и большинство V-образных двигателей и моторов других конструкций. Четырехцилиндровый двигатель наиболее распространен, является самым простым и надежным. Масса относительно легкая, затраты на ремонт сравнительно низкие. Единственный недостаток – отсутствие в конструкции балансировочных валов. Это лучший ДВС для современных автомобилей даже среднего класса. Существуют и малолитражные рядные моторы с меньшим количеством цилиндров. Как пример – двухцилиндровая экономичная «СеАЗ Ока» 1111.

Шестицилиндровые агрегаты имеют идеальный баланс и здесь недостаток «четверки» компенсируется. Но за баланс приходится платить размерами. Поэтому, несмотря на значительно лучшие по сравнению с «четверкой» характеристики, данные ДВС с рядным расположением цилиндров в двигателе меньше распространены. Коленчатый вал имеет большую длину, стоимость производства довольно высокая, размеры сравнительно большие.

Технический предел

Сейчас не XIX век, но современные силовые агрегаты все так же далеки от технического совершенства. И здесь не помогут даже современные турбины и высокооктановое топливо. КПД ДВС составляет около 20%, а вся прочая энергия тратится на силу трения, инерцию и детонацию. Лишь пятая часть бензина или дизеля пойдет на полезную работу.

Уже выработали основные свойства моторов с наибольшей эффективностью. При этом камеры сгорания и поршневая группа имеет существенно меньшие объемы и размеры. За счет компактных размеров детали имеют меньшую силу инерции – это снижает вероятность повреждения по причине детонации.

Особенности конструкции компактных поршней вносят определенные ограничения. При высокой степени компрессии за счет небольших размеров уменьшается передача давления поршня на шатун. Если поршни имеют больший диаметр, то невозможно получить точную сбалансированную работу из-за огромной сложности. Даже современный мотор «БМВ» обладает этими недостатками, хотя он разрабатывался немецкими инженерами.

Заключение

К сожалению, двигателестроение достигло своего технологического предела. Вряд ли ученые сделают серьезные технические открытия и добьются большей эффективности от двигателя внутреннего сгорания. Так что все надежды на то, что наступит эра электромобилей.

Источник