Плюсы и минусы V-образного двигателя

Плюсы и минусы V-образного двигателя

Автор: MotorPuls
Дата записи

V-образный двигатель – это двигатель внутреннего сгорания, у которого цилиндры располагаются друг напротив друга в виде латинской буквы «V». Такие двигатели могут быть с четырьмя, пятью, шестью, восемью, десятью и двенадцатью цилиндрами. В зависимости от того, каков угол наклона у цилиндров, они также подразделяются на несколько типов.

Немного истории:

Изначально V-образный двигатель был изготовлен от рядного двигателя с четырьмя цилиндрами. В те времена, когда автомобильные транспортные средства были с тремя и четырьмя цилиндровыми силовыми установками, в начале XX-го века, главным недостатком в таких моторах была их масса и габариты. Также проблемой была их несбалансированность, вследствие чего появлялись некоторые вибрации, передающиеся на область кузова. От этого поездки на автомобилях были не очень приятными.

В Америке, в 1905-ом году, придумали новейшую технологию по производству V-образных автомобильных двигателей. В таком моторе находились четыре цилиндра, расположенные под определенным углом друг напротив друга. В принципе, он был таким же рядным двигателем с четырьмя цилиндрами, который разделили на две части. А получившиеся две половинки расположили в один элемент в виде латинской буквы «V». Таким действием у конструкторов получилось убрать одновременно два недостатка в рядном двигателе – его габариты и массу, потому что V-образный двигатель под автомобильным капотом занимал намного меньше места в длину, а также его гораздо меньше весил. Помимо этого, по габаритному соотношению, этот двигатель имел один минус – в ширине. По длине он намного меньше рядного, чего нельзя сказать о ширине. Пытаясь уменьшить длину в области капотного пространства, разработчики принялись совершенствовать и разрабатывать подобные двигатели с максимальной балансировкой, и чтобы они были более компактными.

Довольно весомое значение в конструкции данной силовой установки имеет угол, под которым расположены цилиндры друг напротив друга. За всю историю существовало много подобных двигателей, где угол развала цилиндров приходился от одного до 180-ти градусов. В итоге, после множества испытаний, инженеры-конструкторы выявили, что самым лучшим вариантом по размещению цилиндров приходятся углы: 45, 60 и 90 градусов. В основном во всех современных V-образных двигателях угол расположения цилиндров приходится именно таким. За счет компактного расположения двигателя у разработчиков появилась возможность повысить объем цилиндров, поэтому такие моторы редко бывают с объемом, меньшим, чем три литра.

Не беря в расчет все плюсы таких двигателей, у них все же присутствуют и минусы. Например, это относится к несбалансированной конструкции у некоторых V-образных моторов. Можно для примера взять шестицилиндровый агрегат. Для балансировки такого двигателя нужно оборудовать некоторые дополнительные противовесы на области коленчатого вала, а это, безусловно, прибавляет к двигателю массу. Самыми сбалансированными моторами в такой категории являются двигатели с восемью, десятью и двенадцатью цилиндрами. Стоит отметить, что у двенадцатицилиндровых двигателей присутствует максимально идеальная балансировка, потому как это два рядных двигателя с шестью цилиндрами, которые объединены в один целый элемент. И, как уже всем известно, именно у рядного шестицилиндрового двигателя присутствует максимально уравновешенная конструкция, а также он меньше всех может быть подвергнут инерциями с первым и вторым порядком.

Почему двигатели V4 редко встречаются в автомобилях?

Мотор V4 редкий гость на автомобилях. Почему так получилось..

Если когда-нибудь у Вас появится странное желание отправиться на поиски самого интересного и необычного двигателя существующего в мире, то наш вам совет, никогда, слышите друзья, никогда не берите себе мотор в конфигурации V4. Вы потеряете от него больше, чем приобретет. Агрегат V4 — это одна из самых редких конфигураций двигателей, которую только можно приобрести, с ней возможно может только поспорить так называемый роторный двигатель Ванкеля. И в случае, если что-то случится с вашим мотором V4, то починить его будет ой как непросто. О сложностях такой починки данного мотора можно спросить у любого владельца автомобиля «Запорожец». А между тем идея создания небольшого V-образного двигателя сама по себе достаточно интересна и мы со своей стороны считаем, что стоит этой миниатюрной короне автомобилестроения уделить немного нашего внимания.

Всего несколько автокомпаний в мире наладили более-менее массовое производство моторов V4 и по сути ни одна из этих моделей не дожила до массового производства в наши дни. Среди автокомпаний занимавшихся сборкой моторов V4 значатся: модель Lancia (итальянцы имеют какую-то маниакальную тягу к необычным вещам). Компоновка V4 неплохо прижилась на автомобилях этой компании и даже почтила своим присутствием ряд других моделей. Например, автомобиль Ford of Britain (британское подразделение компании «Форд» было также замечено в производстве моделей машин с мотором V4, автомобиль носил название Essex V4), также, подразделение «Ford» в Германии тоже выпускало модель Tunus с этим V4 двигателем, который использовался помимо этого автомобиля и на модели Saab, что сделало Шведскую марку в свою очередь (относительно) популярной благодаря именно работе с данным видом двигателей, также, автомодель AMC (Американская автомобилестроительная компания) использовала этот V4 мотор на своих небольших но достаточно универсальных военных джипах, и наконец, когда-то отечественный автомобиль Запорожец, один из самых народных автомобилей Советского периода мог похвастаться таким же необычным V-образным двигателем.

Причем надо сказать, что этот двигатель устанавливался на двух моделях автомашин, а именно, на первой советской микролитражке ЗАЗ-965 получившей прозвище «Горбатый», и на втором автомобиле марки ЗАЗ-968 прозванному в народе «Ушастым» или «Чебурашкой».

Сама компоновка автомобиля и его необычный достаточно технологичный и редкий по тем временам двигатель в целом намекали на своеобразность данного средства передвижения. Не зря наше отечественное авто и главное действующее лицо (машину) во множественных анекдотах называли Советским Порше.

На этих перечисленных моделях в принципе и заканчивается история применения мотора V4 на серийных автомобилях.

Единственным исключением можно считать произошедшую с ним реинкарнацию, то есть произошло как-бы небольшое чудо. Через несколько десятилетий мотор V4 вернулся и никуда-нибудь, а в мир автогонок. Компания «Porsche» начала лимитированный выпуск мотора V4 для своих гоночных гибридных моделей машин LeMan 919 LMP1. Но даже такой супер-гигант и производитель премиальных автомобилей не намерен пока переходить на серийное производство этих моторов. Жаль! Почему же так получается?

Почему V4 не стал массовым двигателем?

В непопулярности двигателей V4 есть множество причин. Одним из самых серьезных аргументов против этого малообъемного мотора V4 стала его стоимость производства.

Первая причина- его большая стоимость. Для этого типа двигателя требуется в два раза больше головок цилиндров и выпускных коллекторов, чем для обычного рядного четырёхцилиндрового двигателя, а также в два раза больше распредвалов и в несколько раз больше клапанов со всеми вспомогательными системами.

И был бы конечно смысл во всех этих затратах, так нет, все впустую. Никаких преимуществ по мощности или крутящему моменту по сути этот тип двигателей дать был не способен. Да, мотор V4 с развалом цилиндров в 90° более сбалансирован, немного компактнее своего ближайшего конкурента рядного четырехцилиндрового силового агрегата, а также он круче выглядит в подкапотном пространстве, но увы, в связи с присущими производству этого двигателя затратами целесообразность его массового использования равна практически нулю.

Граждане знающие историю мирового автомобилестроения ему скажут стоп, но ведь есть и другой пример четырехцилиндрового мотора, который тоже достаточно дорог и непрактичен в производстве. Это оппозитный четырехцилиндровый двигатель с развалом в 180°. Он имеет такое же количество цилиндров и головок, те же самые дополнительные расходы которые были связаны с его производством и при компоновке двигателя V4. Так почему же он стал в какой-то степени сегодня относительно популярным, а ни этот V4?

Действительно, эти оппозитные двигатели завоевали свою нишу в автопроизводстве. Их было выпущено миллионы и миллионы будут еще произведены дальше. От компании «Volkswagen» и до «Porsche», от компании «Lancia» и до Citroen(а), и конечно же от законодателя оппозитной моды компании «Subaru», все они используют на своих машинах оппозитные двигатели. Моделей с таким вариантом двигателей действительно произведены десятки. Так в чем же разница между ними?

Разница безусловно есть и она существенная. Главными преимуществами оппозитного двигателя является его низкий центр тяжести, а также компактные размеры, низкие уровни шума и вибраций благодаря горизонтальному расположению цилиндров и движению поршней в плоскости горизонта. Также немаловажную роль играет и высокий ресурс боксера, нередки и часто встречаются двигатели данной компоновки которые прошли миллионы километров.

Эти положительные моменты с производственной точки зрения являются достаточными для того, чтобы закрыть глаза на недостатки которых в технологичном оппозитном двигателе тоже не мало, а именно, сложное устройство, дорогой ремонт, высокие затраты на обслуживание.

Возможно эти последние недостатки оппозитной компоновки и сподвигли советских инженеров «Запорожца» обратить свое внимание именно на этот V4 мотор, который был доступен и не дорог, так как сам сервис и обслуживание были крайне важны в стране, где нужно было экономить на всем и где не была развита сеть автосервисов. Советские граждане самостоятельно ремонтировали свои машины и неплохо с этим справлялись, и все благодаря простоте конструкций автомобилей.

Неоспоримым преимуществом было также и то, что V-Образные четырехцилиндровые моторы занимали по объему мало места, чем их рядные собратья. Не зря они (эти моторы) повсеместно ставились на компактные автомобили.

И тем не менее, с дальнейшим развитием технологий и с появлением в 70 — 80 годах поперечных схем расположения двигателей, это последнее неоспоримое преимущество небольшого V-образного двигателя пало. С такой необычной компоновкой пришлось распрощаться окончательно.

А как же тогда мотоциклы? Там ведь тоже устанавливались V-4 моторы? Абсолютно верно подмечено. В спортивной и в просто мощной мототехнике этот тип двигателей прижился и даже очень неплохо. Несколько десятилетий он используется в мотоциклах Yamaha VMAX, на спортивных Гран-при спортбайках и на других типах мотоциклов, где необходимы компактность, мощность и легкость.

Есть ли будущее у V4 моторов в автомобилях?

Несмотря на неудачный опыт двигателя в автомобильной сфере списывать со счетов их пока рано. В текущей быстроменяющейся ситуации спроса и предложения автотехники на мировом рынке в постоянно изменяющихся авангардах технологий, все еще может быть, вдруг автопроизводители изменят свой подход к этим уникальным агрегатам и начнут их использовать скажем, в гибридных или био-метановых автомобилях. Почему бы и нет. Не зря говорят, что все новое — это хорошо забытое старое. Эту поговорку как нельзя лучше можно применить к сегодняшним автомобильным технологиям. Фирма «Porsche» вернулась же к V4 мотору устанавливаемых ей на гоночных гибридных гиперкарах. Так почему другие будут упускать такую возможность установки их в своих серийных моделях. Время покажет.

VR-образный шестицилиндровый двигатель. Свойства и принцип действия двигателя VR

Двигатель автомобиля — это сердце машины. Двигатель состоит: из датчика коленчатого вала, крышки вала привода распределительного, шкива, жидкости охлаждающего насоса, генератора, цепи натяжительной, регулятора хода холостого, термостата, трубки подводящей топливной, датчика температуры жидкости охлаждающей, рампы топливной, датчика положения заслонки дроссельной, цилиндрового блока головки, крышки блока головки цилиндра, датчика давления масла, маховика, модуля зажигания (катушки), фильтра масляного, пробки горловины заливной, корпуса заслонки дроссельной, ресирвера, кронштейна двигателя, щуп — указателя масленного уровня, сливной трубки топливной, блока цилиндров, поддона картера двигателя.

Свойства двигателя VR

Простыми двигателями считаются рядные — R2, R3, R4. Количество цилиндров, которое нам нужно, распределяем в ряд и таким образом у нас получается необходимый рабочий объем. Также у двигателя есть схема цилиндров поршневого внутреннего сгорания — V-образная. Цилиндры размещены напротив друг друга от 1° до 180° под углом, но чаще 45°, 60° и 90°. В нынешних автомобилях конфигурации цилиндров с 5,6, 8. С 10 и 12 цилиндрами выпускаются обычно спортивные модели. Компания «Lancia» в свое время наладила выпуск моторов V-образных, развал цилиндров под маленьким углом 10*-20*. Из-за вибронагруженности такие агрегаты так и не нашли дальнейшего распространения.

Рядно смещенная компоновка обозначается «VR», и зародилась она именно тогда, когда компания «Lancia» начала выпуск V-образных моторов, в прошлом XX веке.

Принцип действия двигателя VR

VR- это новое обозначение двигателя для рядных агрегатов. «VR», — два немецких слова, где V-образный и R-рядный. V-образный двигатель с малым экстремальным углом 15° и рядным двигателем разработан немецкой компанией «Volkswagen» и представляет симбиоз двигателя. В V — образном двигателе под углом развала 15° размещены шесть цилиндров. Стандартный и традиционный V — образный двигатель с углом 60° или 90° отличается от двигателя VR. Двигатель VR компактнее, меньше по ширине, чем шестицилиндровый V-образный и по длине меньше, чем шестицилиндровый рядный. На автомобилях Sharan, Volkswagen Passat, Vento, Corrado, Jetta, Golf устанавливался с 1991 года. Благодаря небольшому углу развала VR-образный двигатель может уменьшить поперечный и продольный размер агрегата. VR5 и VR6 получили распространение. (R) рядный двигатель — компоновка при помощи которой цилиндры расположены на одной плоскости. При малом количестве цилиндров используется (R2, R3, R4, R5 и R6). Шестицилиндровый рядный двигатель легко поддается снижению вибраций, но он довольно длинный. Двигатель V-образный, у которого цилиндры находятся в двух плоскостях так, что напоминают латинскую букву V. И поэтому этот угол между плоскостями получил название угол развала двигателя с обозначением латинской буквы V. У V — образного двигателя всегда четное число цилиндров, при этой компоновке уменьшается у двигателя длина, а ширина увеличивается.
Редко встречаются двигатели V4, V10, V12, V16. Самыми распространенными считаются двигатели с компоновкой V6 и V8.

Различия двигателей VR

Двигатели шести и четырехцилиндровые отличаются друг от друга не только мощностью, но и габаритами. В компактных автомобилях невозможно установить шестицилиндровые моторы, так как это агрегат не вместится в малом моторном отсеке. В небольших машинах двигатель устанавливается поперечно, на передние колеса привод. И получается экономия пространства в салоне, он смотрится более просторным и комфортным. Коробка передач размещена под капотом, там же и дифференциал. Моторный отсек тесен у небольшого автомобиля и поэтому в нем невозможно установить двигатель большого размера. Фердинанд Пих вместе со своей командой инженеров сделал прорыв в моторостроении. Они смогли разработать V-образный 6-цилиндровый двигатель с углом развала – 15°, а литраж в таком «некомпактном» — объемом 2,8. Известный VR6 сейчас устанавливается VW Golf на 3-е поколение. Мотор отличался своими размерами, короткий и узкий он был похож на рядную четверку. Поставлялись компактные VR6 для Mercedes-Benz – минивэна V-класса. VR-двигатели созданы для легковых автомобилей среднего класса. Эти двигатели имеют одну головку блока. Чтобы получить двинатель W12, можно просто два дигателя VR6 объединить под углом 720. Двигатели VR для производителей автомобилей имеют сложность в изготовлении по себестоимости и отсутствия технологий.

А вот немцы при своей высокой технологии и стремлением к совершенству техническому смогли себе позволить такое производство двигателей. Они выпускают такие двигатели на Фольксваген.

Основные компоновочные схемы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Одним из основных признаков, по которому классифицируют двигатели внутреннего сгорания (ДВС), является их компоновочная схема. Она определяет расположение мотора в подкапотном пространстве, его габаритные размеры и ориентацию осей ведущих элементов (цилиндров и поршней). Выбор общей компоновки агрегата зависит от характеристик, которые он должен обеспечить в процессе эксплуатации. На сегодняшний день используются пять базовых схем двигателей: рядные, V-образные, W-образные, оппозитные и VR-моторы. Каждая из схем имеет свои достоинства, недостатки и сферу применения.

1. Особенности конструкции рядного двигателя
2. Что представляет собой V-образный двигатель?
3. В чем отличия оппозитного двигателя?
4. Как работает W-образный двигатель?
5. Устройство и достоинства VR-двигателя

Особенности конструкции рядного двигателя

Наиболее распространенным типом ДВС являются рядные конструкции. Они предполагают расположение цилиндров с поршнями в один ряд, что обеспечивает их воздействие на общий коленчатый вал. Основной сферой применения этого типа двигателей являются легковые автомобили, а также сельскохозяйственная и грузовая техника. В качестве топлива может использоваться как бензин, так и дизель. Количество цилиндров в таком моторе может достигать и двенадцати, но обычно это максимум шесть.

Рядный двигатель в разрезе

Преимуществами применения рядных компоновочных схем можно назвать следующие характеристики:

• простота конструкции;
• равномерный износ деталей;
• низкая стоимость;
• легкость в обслуживании;
• уравновешенность.

Недостатками рядных агрегатов являются:

• большие габаритные размеры, особенно для конструкций с большим числом цилиндров;
• большой вес двигателя;
• коленчатый вал может испытывать большие нагрузки из-за повышенной длины.

Что представляет собой V-образный двигатель?

С увеличением числа цилиндров в двигателе рядные конструкции стали менее удобными, а потому им на смену пришла V-образная компоновочная схема. Она предполагает установку цилиндров с поршнями попарно, друг напротив друга и под углом. Последний получил наименование угол развала и может варьироваться от 10° до 120° между осями. Количество цилиндров в таких агрегатах от шести до двенадцати, но это всегда четное число. Многие автопроизводители благодаря V-образной компоновочной схеме получили возможность экспериментировать с количеством цилиндров, увеличивая их число до двадцати четырех, но в серийном производстве таких автомобилей пока нет.

В зависимости от величины угла развала достигаются определенные характеристики двигателя. Так, например небольшой угол позволяет объединить в моторе достоинства и рядных, и V-образных моторов.

V-образный двигатель

Среди плюсов V-образных моторов можно отметить:

• компактность конструкции;
• более длительный срок эксплуатации двигателя;
• эффективная и динамичная работа на различных оборотах.

В числе недостатков:

• конструкция такого агрегата более сложна, поскольку имеет две головки блока цилиндров;
• высокая стоимость изготовления;
• большие вибрации при работе;
• сложности с балансировкой.

В чем отличия оппозитного двигателя?

Фактически оппозитный двигатель является частным случаем V-образного. Его принцип работы основан на том, что угол развала цилиндров в таком моторе составляет 180°. Иными словами, пары цилиндров с поршнями лежат в горизонтальной плоскости. Поскольку поршни при работе такого двигателя движутся навстречу друг другу, они получили название «боксеры». Количество цилиндров в оппозитных моторах может быть от двух до двенадцати, при этом наибольшую популярность приобрели схемы с четырьмя и шестью цилиндрами.

Оппозитный двигатель в разрезе

Преимуществами такой компоновки являются следующие характеристики:

• большая устойчивость автомобиля, достигаемая благодаря смещению центра тяжести;
• более длительный срок эксплуатации за счет увеличения жесткости цилиндров;
• максимальная безопасность – при столкновении такой двигатель уходит вниз, а не в салон;
• пониженный уровень вибрации и шума при работе мотора;
• снижение веса основных узлов.

Недостатками системы являются:

• большие затраты на обслуживание и ремонт;
• высокая стоимость изготовления двигателя;
• повышенный расход смазочных материалов.

Как работает W-образный двигатель?

Принципиальным отличием W-образного двигателя является расположение цилиндров с поршнями в три или четыре ряда, при этом они воздействуют на общий коленчатый вал. Угол развала составляет менее 90°. Некоторые модели W-образных двигателей предусматривают расположение цилиндров в шахматном порядке, и каждая секция имеет свою ГБЦ. Применяются такие компоновочные схемы не только в автомобильных моторах, но и в авиации.

Также как и V-образный двигатель, такой мотор может иметь до двенадцати цилиндров. Однако основным его преимуществом является еще более компактная конструкция. Главным недостатком W-образной схемы можно назвать необходимость изготовления коленчатого вала сложной формы, а также использование многоуровневой системы охлаждения, что существенно повышает стоимость производства мотора.

Устройство и достоинства VR-двигателя

Рядно-смещенная компоновка, или VR-двигатель, представляет собой комбинацию рядного и V-образного моторов. Угол развала в таком двигателе очень мал – 15°, а цилиндры с поршнями расположены в шахматном порядке. В отличие от классического V-образного двигателя, такая схема обеспечила максимальную компактность, которая позволила использовать общую головку блока цилиндров для обоих рядов.

Несмотря на такое преимущество, как компактность, основным недостатком этой конструкции стала высокая вибрационная нагрузка. Данный тип двигателя сегодня почти не применяется.

В последние годы компоновочные схемы поршневых двигателей практически не изменяются. Это обусловлено отсутствием необходимости увеличения числа цилиндров, поскольку рост мощности для большинства современных автомобилей обеспечивается, например, за счет турбонаддува. Однако повышение компактности и уменьшение массы по-прежнему остаются главной задачей при разработке новых конструкций и схем.