V16 двигатель что это такое



Почему 16-цилиндровый мотор самый мифический и трагический

Существует довольно простая иерархия двигателей: четыре цилиндра для автомобилей класса «эконом», шесть цилиндров для люксовых автомобилей среднего уровня, восемь цилиндров для масл-каров и грузовиков, а 12 цилиндров господствуют над всеми этими кастами. Однако есть еще одна ступенька выше 12: мифические и невероятно редкие 16-цилиндровые двигатели.

16-цилиндровые моторы – это совсем не обязательно хорошие моторы. Они представляют собой часть философии давно ушедшей эпохи, когда добавление цилиндров было самым рациональным способом добиться большей мощности. Их расцвет пришелся на пьянящие межвоенные годы, когда человечество еще не умело толком создавать экономичные двигатели, зато вкачивало космические суммы в разработку дорожных и гоночных машин, параллельно пытаясь заставить 16 цилиндров работать. Звук у них, надо сказать, потрясающий.

Двигатель, представленный на заглавной картинке, — это 16-цилиндровый оппозитный Porsche. Редчайший из редких! Он должен был обеспечивать энергией Porsche 917, который соревновался в серии без ограничений Can Am. Мощность играла ключевую роль на стыке 60-х и 70-х годов, и Porsche пошел по кратчайшему пути: из доступных 12 цилиндров сделать 16.

Но вскоре в компании осознали, что применение турбонаддува к имеющимся 12 цилиндрам не только сделает процесс проще, но и облегчит конструкцию и возможно даже выдавит больше лошадиных сил. В этом, собственно, и состоит вся судьба 16-цилиндровых моторов. На протяжении десятилетий от них отказывались в пользу принудительно форсированных агрегатов с меньшим числом «горшков».

Auto Union Type C (1936-1937). 6 литров, 485-520 л. с., 850 Нм. Гоночные болиды Auto Union Grand Prix доказали свою состоятельность в период 1934-1939 гг. Их машины Type A, B и С использовали моторы V16 с механическим нагнетателем Roots. Наиболее интересен Type C, поскольку у него было целых два нагнетателя. Колеса могли сорваться в пробуксовку даже на 160 км/ч, а максимальная скорость превышала 340 км/ч.

Bugatti W16 (2005 по сегодняшний день). 8 литров, 1500 л. с., 1600 Нм. Вопреки расхожему мнению этот мотор образовался не за счет установки одного V8 на другой. Они объединили два VR8 в один корпус с одним коленвалом. Благодаря относительно компактным размерам в нем функционируют всего четыре распредвала, оперируя 64 клапанами.

BRM H16 (1966-1967). 3 литра, 420 л. с. H-компоновка очень необычна для любого транспортного средства и особенно для автомобиля. И тем не менее, British Racing Motors однажды применили технологию размещения двух оппозитных моторов друг на друге и даже выступали с этим мотором в Формуле-1. Каков же был результат? Стыд и позор. BRM получили прозвище «горемыки», так как двигатель H16 был слишком тяжелым, слишком сложным и очень ненадежным. Он не завоевывал ни поул-позиций, ни побед. С другой стороны, это была интересная идея с великолепным звучанием.

Двухтактный Detroit Diesel 16V-71 (1957-1995). 18,6 литра, 635 л. с., 2 340 Нм. Серия Detroit Diesel 71 была целым семейством рядных и V-образных моторов. Последние варьировались от 6 до 24 цилиндров. Конечно среди них был и V16. Поскольку это был двухтактный мотор, ему был необходим наддув. Однако это не значит, что он не был атмосферным. Нагнетатель лишь обеспечивал давление чуть-чуть выше атмосферного.

Источник

16 цилиндров и 1.5 литра. Двигатель BRM V16 для Формулы 1

Речь сегодня пойдёт о британском моторе BRM V16, увидевшем свет в далёком 1949-ом году. «British Racing Motors», известная как BRM, являлась британской командой Формулы 1. Основал ее, в 1945-м году, Раймонд Мэйс (Raymond Mays), известный британский гонщик, кроме того имеющий опыт постройки некоторых спортивных автомобилей под маркой ERA перед Второй Мировой Войной. После войны Раймонд, вместе с Питером Бертоном (Peter Berthon), использует весь свой гоночный опыт, контакты и наработки, чтобы построить полностью британскуб машину для Формулы 1. Более сотни английских компаний поддержали этот проект уже в 1946-м году, но, несмотря на это, бюджет предприятия был довольно скромен и команда Питера Бертона из четырёх проектировщиков и трёх чертёжников вынуждена была работать над сложным проектом в пустом сарае позади дома семьи Мэйса. Среди персонала были те, кто работал с Раймондом ещё до войны над ERA, например, Гарри Манди (Harry Mundy) и Эрик Ричтер (Eric Richter).В Формуле 1 действовали ограничения рабочего объёма двигателя — 4.5 литра для атмосферных двигателей и 1.5 литра для оборудованных наддувом. Они, несмотря на втрое меньший рабочий объём, уже тогда показывали свой потенциал и BRM вполне логично их выбрали. Полуторалитровыми моторами с большим количеством цилиндров в Формуле удивить было сложно — непобедимая Alfa Romeo с 8-цилиндровым мотором, молодая и амбициозная Ferrari c 12-цилиндровым. Но инженеры BRM переплюнули всех в погоне за числом цилиндров, сделав 1.5-литровый 16-цилиндровый двигатель V-образного типа (два ряда по 8 цилиндров). Кроме того, он был оснащён приводным компрессором центробежного типа, необычным для автомобилей тех лет— ведь предпочтение традиционно отдавалось компрессорам типа «рутс».

Читайте также:  Рено меган 2 провал оборотов двигателя

Автомобиль проектировался без спешки, но гораздо большей проблемой были задержки в поставке необходимых деталей. По этой причине первый автомобиль BRM Mk.1 в кузове P15 с двигателем V16 был готов только в декабре 1949-го года. Но серьёзные конструктивные просчёты и отсутствие времени на длительные тесты и доводку отрицательно отразились на результатах выступлений. В частности, на своём дебюте в Сильверстоуне в августе 1950-го автомобиль не смог проехать и метра из-за поломки карданного вала на старте. Позже фирма потратила целое состояние, дабы раз и навсегда устранить данную проблему — новые карданные валы из полированной нержавеющей стали были так хороши, что даже в 70-х некоторые команды хотели приобрести их у BRM. Но вернемся к истории. В дальнейшем были обнаружены и другие серьёзные недостатки — перегрев стал причиной частых сходов. Лишь в коротких гонках (длиной 12-30 км), в дождь и ветер BRM V16 без особых проблем оказывался на подиуме. Была и другая проблема — главная изюминка автомобиля, сверхмощный двигатель, стал причиной снижения управляемости и динамики из частой пробуксовки ведущих колёс даже на прямых участках трассы. Mk.1 на длинных прямых развивал до 300 км/ч при полной массе порядка 966 кг, но на поворотах заметно проигрывал менее мощным конкурентам. Стирлинг Мосс отозвался об управляемости машины следующим образом: «Это один из худших болидов, которым я когда-либо управлял.»

Весь 1951-й год BRM потратили на доводку автомобиля, участвуя только в некоторых гонках «формула Либре» и других, не входивших в зачёт Чемпионата Мира. И здесь злосчастный перегрев вносил свою лепту. В британском ГП в 1951 году Рег и Питер Уокер получи ожоги ног из-за того, что в не слишком просторной кабине было очень жарко от расположенных по обе стороны выхлопных труб. Пилотам даже потребовалась медицинская помощь из-за сильных ожегов. Что касается машины , то было улучшено рулевое управление, адаптированы дисковые тормоза, переработан воздухозаборник системы охлаждения двигателя и т.д. Однако именно в этом году организаторы , видя гегемонию Alfa Romeo и идущей вслед за ней Ferrari, которым остальные команды не могут составить хоть какой-то конкуренции, и потому теряют интерес к участию в гонках, принимают неожиданное решение — изменяют технические требования на 1952-1953 гг., фактически заменяя автомобили F1 автомобилями класса Формулы 2 (где требования по регламенту другие — 2500 куб.см. для атмосферных и 750 куб.см. для турбированных моторов). Alfa Romeo уходит из чемпионата, не удел остаётся и болид BRM Mk.1, став заложником своего решения сосредоточится в 51-м году на устранении недостатков, проигнорировав чемпионат, в котором их так не хватало. Это особенно иронично, учитывая что автомобиль в 1953-м был на пике своих возможностей, среди его пилотов был Хуан Мануэль Фанхио, и на тот момент это был наибыстрейший болид. В итоге BRM больше ничего не оставалось, как доказывать своё превосходство на местных британских гонках и лишь однажды за пределами Великобритании.

О конструкции двигателя. Это был 1,5-литровый V-образный 16-цилиндровый двигатель, оснащенный приводным двухступенчатым центробежным компрессором. Блок и картер двигателя были изготовлены из алюминиевого сплава, в цилиндрах с углом развал 135 градусов ставились чугунные мокрые гильзы. В картере двигателя на 10-ти опорных шейках размещался цельный коленвал с радиусом кривошипа всего 24.13 мм. Ход поршня составлял 48.26 мм или 1.9 дюйма. В коренных шейках устанавливалось 8 подшипников скольжения с тонкостенным вкладышами и два роликовых подшипника по краям. Позднее они тоже были заменены подшипниками скольжения. Шатунные подшипники были аналогичного типа, что, в общем-то, для коленвалов не разборной конструкции безальтернативно. Тем не менее, не смотря на широкое применение алюминиевых сплавов, не удалось добиться малой массы двигателя из-за габаритной многоцилиндровой конструкции и большого количества деталей. Весил агрегат в сборе 183 кг.

Мотор на стенде.

С поршнями диаметром 49.53мм (1.95 дюйма) объём одного цилиндра составлял всего 93 куб.сантиметра, а точный общий объём двигателя достигал 1487.76 куб. см. Малый ход поршня обеспечивает приемлемые средние скорости движения поршня при работе двигателя на высоких оборотах, а так же умеренные потери на трение и нагрев в парах трения «поршень-цилиндр» и «кольца-цилиндр». Малый диаметр поршня, и, как следствие, малый размер шатуна и самого поршня, позволяют значительно снизить инерционные нагрузки вращающихся и поступательно движущихся деталей. Ну а большое количество цилиндров обеспечивает более равномерный крутящий момент, снижение вибраций и повышение сбалансированности двигателя. Всё это позволяет значительно поднять рабочие обороты, в чём инженеры сильно преуспели — двигатели BRM V16 набирали до 12000 об/мин, тогда так итальянские конкуренты всего 8500-9000 об/мин. Разумеется, без большого количества цилиндров не получить достаточного рабочего объёма, когда вместительность одного цилиндра составляет всего 93 см3.

Видео пилотирования (и потрясающий звук) доступно по этой ссылке

Читайте также:  Датчик давления топлива дизельного двигателя и его неисправность

Двигатель имеет две ГБЦ, по одной на каждый ряд из восьми цилиндров. Камеры сгорания полусферической формы с двумя клапанами на цилиндр, угол развала клапанов 80 градусов. Впускной и выпускной каналы противонаправлены, что позволяет сделать их проходное сечение больше, а так же исключить фактор нагрева впускного канала от расположенного рядом выпускного (обратный пример — ГБЦ 8-клапанных двигателей ВАЗ, на которых впускные и выпускные каналы расположены с одной стороны ГБЦ). Такая же конструкция камеры сгорания и впускных/выпускных каналов многим может быть знакома по двигателям УЗАМ автомобилей «Москвич», скопированных с баварских моторов BMW M10. А вот большая длина ГБЦ (ряд в 8 цилиндров) стала одной из проблем британского мотора — из-за нагрева и больших давлений в камере сгорания ГБЦ деформировало и приподнимало, из-за чего случались частые протечки охлаждающей жидкости в цилиндры

Краткая история BRM V16 на английском.

Размер тарелок клапанов внушительный для цилиндров в 93 куб. см — диаметр тарелки впускного клапана 31.75 мм, а выпускного — 27.69 мм. Это достигнуто за счёт «короткоходности», которая позволяет увеличить площадь поршня, а значит и разместить в камере сгорания клапаны с более широкими тарелками, даже несмотря на двухклапанную конструкцию. Чтобы понять, как это могло влиять на потенциал двигателя, рассмотрим один из легендарных моторов турбоэры Формулы 1: 4-х цилиндровый 16-клапанный 1.5-литровый турбомотор BMW M12/13 (развивавший в различные годы от 700 до 1300 л.с.), строившийся, кстати, на базе серийных блоков BMW M10. У этого двигателя ещё более выраженная относительная «короткоходность» — если у BRM V16 диаметр цилиндра и ход поршня примерно равны, то у BMW диаметр цилиндра примерно в полтора раза превосходит ход поршня (89.2 мм диаметра на 60 мм хода), т.е. условия для установки больших клапанов более выгодные, к тому же более эффективная 4-х клапанная конструкция. Однако! Суммарная площадь впускных клапанов мотора BMW M12/13 составляет 80.53 кв.см., в то время как аналогичный параметр BRM V16 достигает 128.67 кв.см, что на 60% больше. Нетрудно понять, насколько эффективным было наполнение цилиндров на оборотах порядка 10000-12000 об/мин, который для этого мотора были рабочими. Так же для сравнения, площадь впускных клапанов прославленного двухлитрового двигателя Honda K20A составляет 76,96 кв.см., а у серийного мотора ВАЗ 2112 — всего 54,68 кв.см.

Каждый ряд клапанов (ряд впускных и ряд выпускных клапанов на каждом ряду цилиндров) приводится в действие своим собственным распредвалом, которых, как не сложно догадаться, всего 4 штуки (хотя, судя по всему, каждый из них состоял из двух отдельных частей, соединённых в районе шестерни ГРМ). Клапан открывается кулачком через промежуточный рычаг. Необычна конструкция возвратной пружины клапана — она не витая спиральная, как мы привыкли наблюдать, а шпилечного типа и внешне напоминает английскую булавку. У таких пружин есть определённые преимущества — вес их возвратно движущейся части меньше, их удобнее менять при повреждениях и они меньше подвержены явлениям резонанса, так как частота их собственных колебаний больше, чем у винтовых пружин. Но они довольно габаритны и занимают много места. Расположение распредвалов соответствует распространённой схеме DOHC. Привод распредвалов осуществляется через блок шестерён от зубчатого колёса по центру коленвала. Привод ГРМ как бы разделяет блок V16 на два V8, совмещённых торцами. Там же, но уже снизу, в довольно габаритном картере двигателя располагается механизм отбора мощности на двухступенчатый компрессор. Сам компрессор, разработанный для BRM компанией Rolls-Royce, расположен на приводном валу в передней части двигателя ниже линии коленвала. Ось его вращения параллельна оси вращения коленвала.

Передаточный механизм привода компрессора обеспечивал ему скорость вращения в 3.25 раза превышающую обороты коленвала. Позднее передаточное число увеличили до 4-х. Таким образом, крыльчатка компрессора раскручивалась до значительных 48000-50000 об/мин. Компрессор обладал заметно более высоким КПД, нежели распространённые тогда нагнетатели типа «Roots» и позволял развивать двигателю чудовищную даже по нынешним меркам мощность — до 600 л.с. при 12000 об/мин и давлении наддува около 5.7 бар. Промежуточные охладители воздуха, известные как «интеркулеры», тогда не применялись, поэтому нагнетаемый воздух значительно нагревался. Именно этим был обусловлен выбор центробежных компрессоров и двухступенчатой конструкции, что обеспечивало меньший нагрев нагнетаемой топливовоздушной смеси, нежели одно-и двухступенчатые «Рутсы». Но даже этого было недостаточно для борьбы с детонацией при высоком давлении наддува. Конструкторы вынуждены были понижать степень сжатия, которая на BRM V16 составляла 6:1, тогда как у конкурирующих двигателей — порядка 6.5-7.5:1.

В качестве топлива применялась смесь бензина и спирта, подаваемая через два карбюратора SU с диаметром заслонок 76 мм. Спирт обладает высокой скрытой теплотой испарения, что способствовало повышению уровня охлаждения деталей впускной системы, поршней, клапанов и камер сгорания при помощи поступающей топливо-воздушной смесью. Кроме того, октановое число спирта очень высоко и составляет для метанола внушительные 118 единиц. Но теплотворная способность спирта примерно в два раза ниже, чем у бензина, и он медленнее горит. Поэтому все меры, принимаемые для борьбы с детонацией при больших значениях наддува, вели к снижению КПД двигателя, и, как следствие значительному повышению расхода топлива. V16 был очень прожорлив — его аппетит вынуждал оборудовать автомобиль топливными баками большого размера, а на длинных дистанциях чаще заезжать на дозаправку.

Читайте также:  Как избежать капитального ремонта двигателя

Система смазки с «сухим картером», широко распространённая на гоночных двигателях уже в те годы, обеспечивала надёжную смазку двигателя. Система зажигания c одной свечой на каждый цилиндр первоначально основывалась на катушке Lucas, но впоследствии её заменили на 4 магнето Lucas имевшие шестеренчатый привод от распредвалов — с ними также были проблемы — магнето могли перегреться, в следствии чего мотор терял около 500 об/мин от максимальных. .В 1947-ом году британские конструкторы рассчитывали на 300 л.с. мощности. Тогда этого казалось достаточно, чтобы конкурировать с 310-сильной Alfa Romeo 158. Но итальянцы не стояли на месте и в 1951-м мощность моторов Ferrari достигала 315 л.с., а у Alfa Romeo 158 — уже 430 л.с. при 8500 об/мин. Что оставалось находчивым англичанам? Только отвечать на вызовы нового времени! Раймонд Мэйс описывал кривую мощности двигателя при давлении наддува 5.7 бара примерно так:

— 5000 об/мин — 140 Нм — 100 л.с.
— 6000 об/мин — 205 Нм — 175 л.с.
— 7000 об/мин — 251 Нм — 250 л.с.
— 8000 об/мин — 294 Нм — 335 л.с.
— 9000 об/мин — 322 Нм — 412 л.с.
— 10000 об/мин — 357 Нм — 525 л.с.
— 11000 об/мин — 373 Нм — 585 л.с.
— 12000 об/мин — 351 Нм — 600 л.с.

Согласитесь, этот двигатель сложно назвать приёмистым. Он дикий, необузданный. При 5000 об/мин он мало отличается от современного атмосферного двигателя объёмом 1.5-1.8 литра, но при повышении оборотов мощность и крутящий момент начинают расти очень быстро. Это характерная черта любого двигателя с компрессором центробежного типа. При таких размерах компрессор даже на средних оборотах не способен создавать больше избыточное давление. Спустя 30 лет, когда турбокомпрессоры крепко осядут в Формуле 1, такими характеристиками сложно будет кого-то удивить, но на дворе был 1953-й год и это был самый мощный автомобиль Формулы 1 того периода.

Чтобы быть до конца честным, стоит уточнить, что реальная мощность, развиваемая мотором в условиях гонки, была несколько меньше и зачастую составляла от 430 до 550 л.с., что было обусловлено внешними факторами и характером гонки (жаркая погода, тёплый воздух, длинные дистанции и связанный с этим перегрев двигателя и т.д. и т.п.), но и максимальные значения мощности при благоприятных условиях двигатель мог развивать. Так, например, Тони Радд (Tony Rudd) в своей книге указывает на более высокое значение пиковой мощности двигателя BRM V16 — 612 л.с., тогда как в другой литературе того времени можно найти значения максимальной мощности от 550 до 585 л.с. Чтобы узнать правду, достаточно загнать один из оставшихся и действующих болидов на динамометрический стенд.

Двигатель устанавливался на болид формулы 1 — BRM Type 15 и Type 30.
— ДАННЫЕ (для 1953 года):
V-образный 16-ти цилиндровый с углом развала блока 135 градусов.
* Масса снаряженная — 183 кг.
* Блок цилиндров и головка блока из алюминиевого сплава. Мокрые чугунные гильзы
* Топливо: бензин с добавлением спирта.
* 4-х тактный.
* Наддув — центробежный двухступенчатый компрессор Rolls-Royce. Крыльчатка вращается в 4 раза быстрее коленчатого вала двигателя (до 48000 об/мин)
* Двигатель имеет жидкостное охлаждение.
* Подача топлива: два карбюратора Skinners Union с диаметром заслонок 76 мм.
* Свечей на цилиндр: 1. — Четыре магнето Lucas
* Рабочий объем 1488 см3, полусферические камеры сгорания
* Диаметр цилиндра (мм): 49.53
* Ход поршня (мм): 49.26
* Степень сжатия: 6.1 . Диаметр впускного клапана: 31.75 мм, выпускного клапана: 27.69 мм
* 2 клапана на цилиндр , угол развала клапанов 80 градусов. Шпилечные пружины клапанов
* Противонаправленные впускные и выпускные каналы.
* 4 верхних распределительных вала (DOHC) с шестеренчатым приводом расположенным посередине коленчатого вала.
* Цельный коленчатый вал на 10 опорных шейках. 8 подшипников скольжения с тонкостенным вкладышами и два роликовых подшипника по краям в коренных шейках
* Мощность 600 л.с при 12000 об/мин (при давлении наддува 5.7 бара)
* Крутящий момент 373 Нм при 11000 об/мин.
* Максимальные обороты 12000
* Система смазки с сухим картером.

* https://www.drive2.ru/b/105806/ Большое спасибо автору данной статьи. Я лишь проверил материал и внес некоторые правки )

Все права на фото,видео и текстовые материала принадлежат их обладателям.

P/S. Жду ваших комментариев. Если заметка понравиться, то буду писать и о других моторах, автомобильных гоночных и авиационных — там есть, что рассказать ) Благодарю за внимание.

Источник

Adblock
detector