Рядный двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается Ix или Lx, где x — количество цилиндров в двигателе.
По такой схеме выполняются двигатели легковых и грузовых автомобилей, тракторов, а также крупные малооборотистые судовые двигатели.
Основные достоинства рядных двигателей:
простота конструкции
технологичность
благоприятные условия работы кривошипно-шатунного механизма (КШМ)
более равномерный износ
удобство и простота обслуживания
Главные недостатки рядных двигателей:
повышенный габарит двигателя по длине
повышенный габарит по высоте — иногда решается путем наклона двигателя.
Это заготовка статьи о технике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. Это примечание по возможности следует заменить более точным.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Рядный восьмицилиндровый двигатель
Рядный двухцилиндровый двигатель
Смотреть что такое «Рядный двигатель» в других словарях:
рядный двигатель — – все цилиндры двигателя расположены в одной плоскости. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь
Двигатель Стирлинга — Двигатель Стирлинга … Википедия
Двигатель Ленуара — в двух проекциях … Википедия
Двигатель внутреннего сгорания — Схема: Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с глушителем … Википедия
Двигатель — У этого термина существуют и другие значения, см. Двигатель (значения). Двигатель, мотор (от лат. motor приводящий в движение) устройство, преобразующее какой либо вид энергии в механическую. Этот термин используется с конца XIX века… … Википедия
Двигатель Вальтера — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
Двигатель внешнего сгорания — Статья состоит из словарного определения термина. Пожалуйста, доработайте статью, приведя ее в соответствие с правилами. Подробности могут быть на странице обсуждения. В Википедии статьи, состоящие только из словарного определения, не… … Википедия
Двигатель со встречным движением поршней — Дизель 2Д100 со встречным движением поршней, использовался на тепловозах ТЭ3 … Википедия
Рядный шестицилиндровый двигатель — Современный рядный шестицилиндровый двигатель автомобиля BMW (M20B25). Рядный шестицилиндровый двигатель конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением шести цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал.… … Википедия
Рядный четырёхцилиндровый двигатель — автомобиля ГАЗ 24 (ЗМЗ 24Д и ЗМЗ 2401) отличался достаточно большим, для этой конфигурации, рабочим объёмом (2445 см³). Рядный четырёхцилиндровый двигатель конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением четырёх цилиндров … Википедия
Двигатели внутреннего сгорания. Рядный. Оппозитный. V-образный.
История двигателя строения формировалась спонтанно и хаотично. Первые двигатели были значительны по размеру и рабочему объему. При этом двигатели были простейшими по своей конструкции. Встречались 1 цилиндровые двигатели объемом порядка 8 литров. Здесь много причин, во первых технологии, во вторых низкий КПД, в конце концов отсутствие элементарного опыта и знаний.
На сегодняшний день даже у современных двигателей КПД составляет порядка 20 %, что ничтожно мало. То есть только порядка 2 литров бензина из 10 залитых в бак тратиться на создание крутящего рабочего момента на валу двигателя, остальное просто вылетает в трубу, переходит в тепловую энергию, трансформируется в детонации, тратиться на силы трения и инерции и т.д. Тем не менее уже сформировалось общее мнение эффективного двигателя внутреннего сгорания. При этом поршни двигателя и соответственно рабочие камеры имеют довольно ограниченные размеры. Все дело в том, что компактные механизмы обладают меньшими силами инерции, меньше подвержены детонациям, но об этом далее. Сейчас прежде всего хотелось сказать, что соотношения цилиндров к общему объему двигателя относятся с соотношением 1 цилиндр на 170-900 см кубических одной рабочей камеры. Слишком маленькие поршни имеют ограничения по своим конструктивным характеристикам, так как даже при высокой компрессии порядка 14-16 атмосфер (бензиновый двигатель) миниатюрность ограничивает и передачу усилий на шатун от поршня. При слишком значительных размерах поршней невозможно добиться точной сбалансированности механизма и соответственно получить высокие обороты частоты вращения двигателя, вернее сказать это очень сложно и высокотехнологично.
Рис. 1 Так примером малолитражных автомобилей с маленькими цилиндрами являются: рядная «четвёрка» у Subaru R1 — 658 см³. трехцилиндровый Smart — 799 см³ , трехцилиндровый Matiz — 796 см³ , четырёхцилиндровый Matiz— 995 см³. , четырёхцилиндровый Hyundai i10 и Kia Picanto- 1086 см³. Автомобили с двигателями где встречаются цилиндр гиганты: V-образная «восьмёрка» купе Chevrolet Corvette Z06 — 7011 см³, рядная «шестёрка» Nissan Patrol TB48DE — 4758 см³.
Рядный двигатель
Наименование двигателя говорит само за себя. В таком двигателе все поршни в головке цилиндров расположены рядно – в один ряд. Такие двигатели наиболее просты по своей конструкции и технологии производства деталей к ним. Подобные двигатели ремонтопригодны в частных мастерских. Это что говориться классика. Обозначение двигателей начинается с буквы R. Так R2 значит что в двигателе 2 цилиндра в ряд, R3 три цилиндра в ряд и так далее. Если относительно расположения цилиндров все понятно, то их базирование на коленчатом валу может быть различным. Смотрите на рисунок 2 ниже
Рис. 2 Пример А: трехцилиндровый рядный двигатель с углами между кривошипами 120 градусов, Равномерное по времени зажигание смеси за один период (оборот коленчатого вала) реализовано в конструкции двигателя по схеме В – двухтактных цикл работы (углы между кривошипами 180 градусов). Вариант С, фактически альтернатива одному большому поршню, при этом двигатель получается более компактным (такая конструкция двигателя применена на автомобиле «Ока»)
Наиболее распространенными из рядных двигателей на сегодняшний момент являются четырехцилиндровые двигатели. Их объем вирируется, как правило в пределах от 1 литра до 2,4 литров. Многое в эффективности двигателей зависит от подачи топливно-воздушной смеси, но это тема другой статьи. Несимметричная конструкция двигателя относительно коленчатого вала вносит свои коррективы. Так коленчатый вал выполнен с компенсирующими отливами. Фактически они гасят инерционные силы от поступательного движения поршней при вращении коленчатого вала (хорошо видны на рисунке 7)
Рис. 3 Пример когда двухцилиндровый двигатель при реализации турбонаддува достигает столь высокой мощности Fiat 500 двигатель 0,9 л – 85 л.с. и самые простые и дешевые двухцилиндровые представители российская Ока и индийская Tata Nano
Рис. 4 Рядный пятицилиндровый двигатель от Mercedes Benz
Моторы с шестью цилиндрами в ряд также не популярны. Все дело даже не в том, что они потребляют много бензина, проблема рядных двигателей это их размеры. Такие двигатели хорошо только вписываются в фюзеляж самолета а в капот машины уже не каждой. При установки многоцилиндровых двигателей приходится изощряться чтобы мотор и КПП поместились в одном моторном отсеке. Так Austin Maxi 2200 выпускавшийся в Англии в середине 60-х годов имел коробку передач размещенную под двигателем. Автомобиль Volvo S80 с шестью цилиндрами в ряд имеет очень компактную коробкой передач (Рис.5 ). Каково же решение, если требуется повышение мощности, при условии что двигатель должен иметь более компактные формы. Ответ прост половина цилиндров симметрично переноситься оппозитно – друг напротив друга. То есть угол между цилиндрами составляет 180 градусов. Отсюда и название оппозитные двигатели.
Рис. 5 Рядные многоцилиндровые моторы на Austin Maxi 2200 и Volvo S80
Оппозитный двигатель
Оппозитные двигатели маркируются буквой B. Что означает Boxer -аналогия перемещения рук от соперника к сопернику на боксерском ринге. Так например B2 означает двухцилиндровый двигатель, B4 четырехцилиндровый и т.д. Плюсы оппозитников очевидны они короче рядных двигателей в два раза. Это как два рядных двигателя, один напротив другого передающий свой крутящий момент на один коленчатый вал. (рис. 6)
Рис. 6 Двухцилиндровый оппозитный, хорошо знакомый в советском союзе мотор мотоцикла Урал и французский Citroen 2CV
Рис. 7 Четырехцилиндровый оппозитный мотор
Еще одним важным плюсом оппозитников является относительная уравновешенность. Фактически все элементы симметричны, что значительно уменьшает вибрации. Кроме того, конструктивной особенностью является жесткий блок, с центральным креплением вала, что также положительно сказывается на гашении вибраций. Стоит заметить что двухцилиндровый оппозитный мотор не уравновешен относительно возникновения вибраций, в следствии того что перемещение двух цилиндров друг к другу или друг от друга пытаются создает крутящий момент для коленчатого вал в вертикальной оси. Точка центра вращения крутящего момента находится между креплениями шатунов на коленчатом валу. Стоит добавить еще два цилиндра которые будут работать в противофазе первым и мы компенсируем этот недостаток оппозитного мотора. С плюсами оппозитников мы разобрались, но ведь не бывает все так хорошо. Да действительно, оппозитники фактически требуют две головки, раздвоенную систему питания, более сложную конструкцию и технологию изготовления блока (рис 8)
Рис. 8 Оппозитный двигатель от Porsche имеет две одинаковые головки клапанов. При этом привод распределительных валов – цепная передачи имеется спереди и сзади, для распределительного вала одной и второй головки.
V образный двигатель
Фактически V образные моторы это частный случай оппозитников, когда рядные моторы установлены не один напротив другого под 180 градусов, а с углом например 60 или 90 градусов. Здесь возникает желание уменьшить угол между цилиндрами до такого чтобы минимизировать габариты двигателя. Так например выпускавшиеся автомобили Lancia Fulvia в 70-х годах прошлого века имели V образный мотор с углом развала блока 23° (Рис. 8). Так в чем же проблема? Дело не в том, что это невозможно разместить конструктивно поршни так близко к друг другу. Дело в том, что мы получаем очень неуравновешенную систему. Перемещение поршней и их инерционные силы не будут уравновешиваться, а даже наоборот будут складываться. Опять получается сложная конструкция коленчатого вала с значительными противовесами. Чем меньше угол, тем сложнее укротить инерционную силу поршней.
Рис. 8 Lancia Fulvia с углом развала блока мотора между цилиндрами в 23 градуса
Кроме противовесов могут применяться компенсационные валы. Фактически такие валы вращаясь создают силу обратную силам вибрации. Так например подобные валы применялись компаниями Audi, VW, Saab, Ford, Fiat (Рис. 9)
Рис. 9 Двигатель с четырьмя цилиндрами в ряд и компенсационными валами. Компенсационные валы приводятся цепной передачей от коленчатого вала. В некоторых случая валы приводятся двумя независимыми цепными передачами от коленчатого вала.
Частные случаи V образного двигателя
Сегодня вопрос мощности и компактности перед конструкторами ведущих авто производителей стоит на первом месте. В связи с этим появились W образные моторы с минимальным углом развала цилиндров – 15 градусов. Начало этой революционной серийной конструцкии мотора положил WV Golf VR6 третьего поколения.
Само обозначение двигателя VR говорит само за себя. V образный с минимальным углом развала таким, что можно добавить букву R рядный. Еще такие двигатели называют смещено рядными. Дальше больше, мотористы компании Volkswagen взяли два двигателя VR и расположили под углом один к другому (угол составил 72 градуса).
Так серийно выпускались двигатели W8, которыми был оборудован Passat. 12 цилиндровый W образник стоял на VW Roadster 1998 года Сложность изготовления таких моторов колоссальна. Начиная от конструирования и расчетов и заканчивая технологиями в производстве, что в итоге сказывается на их цене и серии производства.
Сводная информация по детонациям в различных видах двигателей
Теперь после того как мы пробежались по все конструкциям двигателей немного сухой статистики подтверждающей нашу теорию. .в таблице ниже приведена информация о присутствующих в двигателях внутреннего сгорания силах и о их уравновешенности при работе. Так зеленые клетки указывают на уравновешенность либо отсутствие детонаций. Красные на проблемные силы проявляющиеся при той или иной конструкции мотора.
Таблица.1 Показатели различных проявляющихся вибраций в двигателях внутреннего сгорания (Для просмотра таблицы в увеличенном размере кликните на ее изображение)
* Поршни в противофазе. ** Уравновешиваются противовесами на коленчатом вале. То есть согласно таблице максимально уравновешенные моторы рядный шестицилиндровый, восьмицилиндровый и оппозитный шестицилиндровый. К сожалению такие компоновки совсем не дешевы и как правило применяются уже в автомобилях бизнес класса.
Рядный двигатель
Рядные двигатели, по сути, базовая версия двигателей внутреннего сгорания, так как самые первые модели, в которых работала всего пара цилиндров, имели именно рядную компоновку. Изначально такое положение цилиндров использовалось для того, чтобы корректно работал коленчатый вал мотора.
Все началось с одноцилиндрового мотора. Самый первый родственник современного 6 рядного двигателя был придуман и сконструирован еще в 1860 году Этьеном Ленуаром. По-крайней мере, так принято считать, несмотря на то, что попытки запатентовать подобную конструкцию мотора были и раньше. Но, именно агрегат Ленуала является наиболее близким к тем движкам, которые сегодня используются в серийных легковых автомобилях. Двигатель изначально был всего с одним рабочим цилиндром, выдавая колоссальные на то время 1,23 лошадиные силы.
Идея такой конструкции очень быстро посчиталась идеальной и ее подхватили многие изобретатели, стараясь усовершенствовать все, что только можно, исходя из технических возможностей своего времени. Основной упор делался на увеличение мощности. Изначально концентрация внимания была на одном цилиндре и увеличении его размеров. Казалось, что таким образом достичь большей мощности проще всего. Однако пришлось параллельно значительно увеличивать и другие детали – поршень, шатун и т.д. Двигатели в итоге получались крайне нестабильными и тяжелыми, отличаясь в работе серьезной задержкой между воспламенительными тактами. Все тряслось и гремело, что в свое очередь заставляло оборудовать мотор еще одним тяжелым элементом – балансиром.
Очень скоро стало понятно – исследования в тупике. Чисто конструктивно одноцилиндровый двигатель не мог корректно работать из-за ужасного соотношения мощности, размеров и веса. Требовалась дополнительная энергия, для которой нужно было вновь увеличивать цилиндр. Замкнутый круг многие посчитали крахом самой идеи двигателя внутреннего сгорания. Но, решение все же появилось – инженеры осознали, что приводить в движение коленвал можно сразу несколькими поршнями. Наиболее простым и понятным вариантом оказалось расположение нескольких добавочных цилиндров в ряд. Так и появился первый рядный двигатель, ставший прототипом для большинства современных моторов.
Первый 4 рядный двигатель увидел свет в конце девятнадцатого века. Сравнивать его по мощности с современными движками нельзя, но его эффективность была значительно выше предшественников. Увеличение мощности достигалось с помощью увеличения количества рабочего объема, то есть, непосредственно рабочих цилиндров. Так, довольно быстро, инженеры различных компаний представили многоцилиндровые двигатели, вплоть до агрегатов с двенадцатью цилиндрами.
Как работает рядный двигатель
Не считая того, что у каждого мотора различное количество цилиндров, 6 рядный и 4 рядный двигатель работают практически одинаково. Принцип действия же основан на базовых характеристиках любого двигателя внутреннего сгорания.
Все цилиндры в таком агрегате располагаются в один ряд. Коленвал, который в действие приводят поршни на силе сгорания топлива, один для всех цилиндров. То же касается и головки блока – она одна на всех.
Основная классификация рядных движков – сбалансированные и несбалансированные. Собственно, сбалансированность требуется из-за очень сложного коленвала и зависит от количества используемых цилиндров. Чем их больше, тем больше баланса нужно. Так, несбалансированными рядными двигателями могут быть только конструкции с небольшим количеством цилиндров, иначе во время работы появляется очень сильная вибрация, попросту разрушающая коленчатый вал. Проще говоря, даже самые дешевые 6 цилиндровые движки сбалансированы намного лучше, чем дорогие «четверки». Таким образом, для улучшения баланса, 4 рядные моторы иногда тоже требуют специальных балансировочных валов, которые часто называют «успокоительными».
Также различия на классы возникают из-за размеров и способа установки. «Четверка» без труда может быть установлена в любом положении под капотом, а большой 6 цилиндровый движок поперек не встанет, даже если над этим будут работать десятки хороших инженеров – стоимость такой установки неважна, так как для поперечного монтажа просто недостаточно места.
Недостатки и преимущества современных рядных двигателей
Собственно, кроме нескольких моментов, плюсы и минусы рядных движков такие же, как и у обычных ДВС.
Четырехцилиндровые агрегаты, которые наиболее распространены, считаются самыми надежными и простыми. Они относительно легки, не требуют особых затрат на ремонт и занимают мало места. Главный минус, который был уже описан выше в статье – несбалансированность. Но, и с этим современные производители научились справляться, дополняя конструкцию балансировочными элементами. Таким образом, рядная «четверка» — лучший двигатель для современного легкового автомобиля вплоть до среднего класса.
Что же касается шестицилиндровых моторов – они сбалансированы практически идеально, справляясь с главным минусом «четверок». Но, за баланс приходится жертвовать не менее важным размером. Поэтому, несмотря на лучшие тех.показатели, «шестерки» менее распространены в обычных автомобилях – коленвал очень длинный, стоимость изготовления слишком высока, размеры слишком большие.
Будущее рядных двигателей
Как и в девятнадцатом веке, наши конструкторы столкнулись с тем, что они называют «предел возможностей конструкции». Хотя, самым распространенным остается все же движок с шестью цилиндрами.
Так, рядные «шестерки» все еще являются основным решением для огромного количества транспортных средств. Их используют на общественном транспорте, легковых автомобилях, сельскохозяйственной технике, небольших судах для хождения по рекам. Более того, многие крупные автоконцерны продолжают устанавливать обычные «шестерки» на свои передовые модели. Например, BMW продолжают каждый год представлять публике новые модификации своего шестицилиндрового флагманского мотора. Активно использует различные модификации и Порше.
При всем этом, считается, что рядные движки уже достигли своего максимума и чтобы увеличивать их мощность дальше, придется бесконечно увеличивать длину коленчатого вала, что, в свою очередь, будет приводить к уменьшению его прочности и сроку эксплуатации всего агрегата.
В какой-то момент было решено, что наиболее эффективными и мощными рядными двигателями можно считать восьмицилиндровые моторы. Коленвал в них относительно небольшой, а восемь цилиндров дают достаточную мощность при размере всей конструкции. Следующим витком эволюции двигателей внутреннего сгорания стало появление V-образных и оппозитных моторов, которые на данный момент довольно быстро захватывают автомобильный рынок.
avtoexperts.ru
Этим материалом мы начинаем серию статей о типах двигателей внутреннего сгорания. Начнем с самого простого – рядного. Рядным называется двигатель внутреннего сгорания, цилиндры которого расположены в ряд, а поршни вращают один коленчатый вал. Это наиболее простой в конструктивном плане тип двигателя внутреннего сгорания, которым начали оборудовать машины еще на заре автомобилестроения.
Поначалу автомобильные двигатели были одно либо двухцилиндровыми, и эти цилиндры размещались в ряд. Мощь моторов с такими цилиндрами была невелика, а вот весили они порядочно. С развитием автомобильного спорта, который служил своеобразным «двигателем прогресса» в деле создания новых технологий, возникла потребность в более мощных двигателях. Инженеры пошли по пути увеличения количества цилиндров, что приводило к увеличению размеров и веса самого агрегата. От двухцилиндровых моторов конструкторы перешли к трех, четырех, пяти и шестицилиндровым рядным двигателям. Однако эксплуатация этих силовых установок показала, что наиболее эффективно применение моторов с четным количеством цилиндров. Причем, для автомобилей бюджетного класса разрабатывались четырех, а для машин классом повыше — шестицилиндровые двигатели. Трех и пятицилиндровые рядные силовые установки хотя и производились, но процент их по соотношению с двигателями с четным количеством цилиндров был мал.
Причина широкого распространения двигателей с четным количеством цилиндров в том, что эти двигатели лучше противостоят вибрации, чем моторы с нечетным количеством цилиндров. Поэтому наряду с прибавлением у рядного двигателя цилиндров конструкторы выдумывали способы эффективного гашения вибраций. Это дало толчок к развитию узлов и агрегатов, подавляющих вибрацию двигателя. Так на рядные моторы начали устанавливать балансировочные валы (в народе известны как «успокоители»), которые вращались в обратную от вращения коленчатого вала сторону и таким образом в значительной мере уменьшали возникающие во время работы поршней вибрации. В основном балансировочные валы использовались на четырехцилиндровых рядных моторах, так как у шестицилиндровых уровень вибрации был сведен к минимуму за счет того, что цилиндры у них уравновешены.
Рядные бензиновые и дизельные двигатели также разделяют по углу наклона цилиндров на две группы. К первой относят силовые установки, блок цилиндров у которых расположен строго вертикально. Ко второй группе относят моторы, блок цилиндров которых установлен под углом.
Достоинства
К основным положительным сторонам рядных двигателей можно отнести:
а) простоту конструкции;
б) равномерный износ деталей;
в) приемлемые условия для функционирования кривошипно-шатунного механизма;
г) относительную дешевизну обслуживания узлов и агрегатов.
Недостатки
Недостатков у таких моторов немного. В основном они касаются габаритов двигателей, ведь рядное расположение цилиндров предполагает, что такая силовая установка займет под капотом больше места, чем V-образная. Впрочем, если по длине подобный двигатель действительно проигрывает моторам с другим расположением цилиндров, и проблему эту решить нельзя никоим образом, то с высотой конструкторы вопрос решили простым наклоном силовой установки.
