Принцип работы 4, 6, 8 цилиндрового двигателя
Принцип работы 4, 6, 8 цилиндрового двигателя
Всегда придерживался мнения, что если ты ездишь на машине, то должен хотя бы отдаленно представлять как эта штуковина работает. Хотя бы общие принципы. В этом нет минусов, зато имеется куча плюсов: по шуму в подвеске уже примерно можно определить, что именно «болит», можно самостоятельно провести мелкий ремонт, при этом не поломав еще что-то, пока чинишь поломку, в конце концов вас будет сложнее «развести» ушлому автомеханику.
Самая главная часть автомобиля — ДВС. Двигатель внутреннего сгорания. Есть огромное множество видов этих самых двигателей, начиная от бензин/дизель/газ/неведомая субстанция и заканчивая минимальными отличиями в конструкции «сердца автомобиля».
Самый большой класс — это бензиновые и дизельные моторы.
Бывают чаще всего четырех, шести, восьми, и двеннадцатицилиндровыми.
Коротко пробежимся по основным принципам работы и понятиям.
Цилиндр — такая штука, снизу в которой есть поршень (как в шприцах), а сверху — свеча зажигания. В цилиндр подается топливо с воздухом, свеча дает искру, смесь взрывается, поршень пошел вниз, поднимая по средствам коленвала другой поршень в другом цилиндре.
Распредвал — выглядит как буд-то кто-то решил пожарить шашлык из вареных яиц. Нужен для регулировки впуска-выпуска разных смесей в цилиндры.
Коленвал — железяка, которая соединена с поршнями в цилиндрах, выглядит так, как буд-то кто-то идет на рекорд в игре «змейка» на старой Нокии. Выглядит так потому, что поршни имеют одинаковый размер, но должны каждый находится на своей высоте в цилиндрах.
Коленвал по средствам магии превращает взрывы в цилиндрах в крутящий момент, а потом в дымящуюся резину.
Цилиндры никогда не работают одновременно. И не работают по очереди (если речь не идет о двухцилиндровом моторчике).
Порядок работы цилиндров зависит, от:
— расположения цилиндров в ДВС: однорядно, V-образное, W-образное.
— количество цилиндров
— конструкция распредвала
— тип и конструкция коленвала.
Итак, рабочий цикл двигателя состоит из газораспределительных фаз. Вся нагрузка на коленвал должна быть равномерной, чтобы этот самый вал не сломать ненароком и чтобы двигатель работал равномерно.
Ключевой момент — последовательно работающие цилиндры никогда не должны находится рядом. Главным цилиндром всегда является цилиндр #1.
У двигателей одного типа, но разных модификаций, работа цилиндров может отличаться.
Четыреста второй двигатель ЗМЗ работает так: 1-2-4-3, а четыреста шестой: 1-3-4-2.
Полный рабочий цикл четырехтактного двигателя проходит в два полных оборота коленвала.
Колена коленвала расположены под определенными углами, чтобы поршням было проще вращать. Угол зависит от количества цилиндров и тактности двигателя.
У стандартного однорядного 4 цилиндрового двигателя чередование тактов происходит через 180 градусов вращения вала, у шестицилиндрового — 120 градусов, порядок работы выглядит как 1-5-3-6-2-4.
Восьмицилиндровая «вэшка» будет отрабатывать очередность 1-5-4-8-6-3-7-2 (интервал — 90 градусов)
То есть если в первом цилиндре происходит рабочий цикл, то через 90 градусов поворота коленвала, рабочий цикл будет уже в 5 цилиндре. Для полного оборота коленвала нужно (360/90) 4 рабочих хода.
Мощный W12 отрабатывает другую схему: 1-3-5-2-4-6 (левый ряд), 7-9-11-8-10-12 — правый ряд.
Естественно, чем больше цилиндров, тем работа мотора плавнее и мягче.
Нестандартная фигура
У ДВИГАТЕЛЕЙ ЭТО, СКОРЕЕ, ПРЕИМУЩЕСТВО.
ТЕКСТ / МИХАИЛ ГЗОВСКИЙ
Как сделать автомобиль просторным, безопасным и при этом мощным? С точки зрения двигателистов, задача (в самом упрощенном виде) выглядит так: вписать в моторный отсек достаточное количество полулитровых цилиндров! Цифра взята не с потолка: нетрудно подсчитать, что у моторов современных автомобилей среднего класса объем одного цилиндра, как правило, лежит в пределах 450–550 смз, а литровая мощность — в диапазоне от 45 до 55 кВт/л. Путем проб и ошибок инженеры пришли к этой «формуле» как к приемлемому компромиссу между наиболее выгодными характеристиками, экологичностью, ресурсом и т. д. Места под капотом может не хватить для традиционных рядных и V-образных моторов, и поэтому их дополнили «гибриды». Новые буквы в азбуку двигателестроения привнес «Фольксваген», предложив оригинальное решение компоновочных проблем.
Сегодня концерн стал единственным производителем компактных моторов, сочетающих преимущества рядных и V-образных схем и потому получивших обозначение VR. Началось все в 1991 году, когда фирма из Вольфсбурга освоила шестицилиндровый двигатель серии VR с углом развала всего 15°! «Гольфы» и «пассаты» с мощными моторами VR6, а позже и V5 аналогичной конструкции увенчали модельные ряды.
Параллельно шла работа еще над одним необычным проектом. В 1991-м состоялся дебют первого W-образного мотора с тремя рядами цилиндров на концепт-каре «Ауди-Авус Кваттро». И хотя с VR-моторами он имел мало общего, многие идеи позже пригодились. Десятилетие спустя мотористы вернулись к необычной схеме и развили ее: теперь два VR-блока образуют четыре (!) ряда цилиндров с общим коленчатым валом. Точнее было бы обозначить такой мотор не латинской буквой W, а символом. Глава «Фольксвагена», генератор нестандартных технических решений Фердинанд Пиех, объясняет концепцию собственной формулой: V+V=W. Ныне VR- и W-моторы образовали целое семейство (см. рис.).
Для чего понадобилось городить этот огород? «Доброжелатели» говорят, что приверженность «Фольксвагена» к концепции V-образных моторов с малым углом развала блоков цилиндров и W-образным двигателем объясняется лишь схожестью с логотипом фирмы — VW. Впрочем, вряд ли эта красивая гипотеза — единственное объяснение политике «Фольксвагена»: без технического резона концерн (во главе с конструктором-двигателистом) не пошел бы на столь рискованный эксперимент.
«Фольксвагеновский» мотор VR6 примерно на четверть короче рядного аналога и почти наполовину у’же, чем стандартный V-образный с углом развала 90°. А, к примеру, шестилитровый W12, который совсем недавно определили под капот » Ауди А8″, позволил сохранить полноприводную трансмиссию, которой не нашлось бы места при традиционном расположении 12 цилиндров! Ведь длина W12 составляет 513 мм при ширине 710 мм, что не больше аналогичных параметров V-образной «восьмерки» от той же «Ауди». Длина W8 всего 420 мм, а W16 — 710 мм. В случае с W8 и W12 оба блока цилиндров с углом развала 72°, а у W16 от «Бугатти» ради плавности хода угол развала между VR-блоками сделали прямым.
Исполнение головок при VR- и W-концепциях практически одинаково. В обоих случаях составные распределительные валы позволяют изменять фазы газораспределения. Привод, ради экономии места — цепью, причем со стороны маховика. Каждый распределительный вал сделан сборным и полым, сами же кулачки напрессованы. Кованые коленчатые валы с пятью опорами на W8 и семью на W12 отличаются смещенными по отношению к друг к другу шейками поршней — так обеспечивают постоянный временной промежуток между импульсами зажигания.
W8 единственный получил два вращающихся в противоположных направлениях балансирных вала. На остальных эти устройства не нужны, поскольку плавность работы у них близка к рядным двигателям. Благодаря слитым блокам цилиндров W-образные моторы легче. Блок и головка сделаны из легкого сплава, лишь постель коленчатого вала отлита из чугуна.
Огромное преимущество двигателей VR- и W-компоновки, наряду с компактными размерами, заключается и в принципе стандартных кубиков — модульности, позволяющей использовать одни и те же клапаны, коромысла, поршни для обширнейшего семейства моторов объемом от 1,8 до 8 л. Соответственно, все агрегаты могут быть изготовлены на одном и том же заводе «Фольксваген» в Зальцгиттере. А унификация остается важнейшим условием рентабельного производства!
Пока по VR-принципу компонуют лишь бензиновые моторы. В дизеле плотная компоновка и высокие термические нагрузки еще сдерживают конструкторов и технологов.
Проделанная «Фольксвагеном» работа значительно больше, чем просто громкие эксперименты ради престижа марки. Помимо упомянутого выше 12-цилиндрового мотора «Ауди», четырехлитровые W8 уже устанавливают на новый «Пассат». На очереди другие модели, в частности будущие вседорожник «Колорадо» и престижный лимузин D1. Увенчает гамму в 2003 году восьмилитровый W16, которому доверят место в моторном отсеке «Бугатти». А вот мотор W10, которому прочили место в семье «Бентли», показал себя не лучшим образом, и от него решили отказаться.
Конечно же, новые двигатели не лишены недостатков: из-за неодинаково длинных впускных и выпускных каналов на переходных режимах возникают сложные процессы, не лучшим образом сказывающиеся на показателях мощности и экономичности. И все-таки, одержимые инженеры из Вольфсбурга не собираются изменять принятой концепции. По их прогнозам, уже к 2003 году все моторы нового типа будут оснащены непосредственным впрыском, хотя сделать это на «тесной» четырехклапанной головке непросто. Например, президент «Бугатти», он же и главный конструктор двигателей «Фольксваген» Карл-Хайнц Номан, говорит, что потребуется ювелирная работа, сравнимая по точности с работой часовщиков.
Итак, усилиями двигателистов и технологов компоновщики получили больший простор для воплощения своих идей. Кроме того, рост мощности уже не подразумевает удлинения капота.
Суждено ли грандиозному проекту похоронить традиционные схемы? Посмотрим, какую альтернативу предложат «Фольксвагену» конкуренты!
Технически изощренному W12 от «Ауди» мало равных. пока!
Двигатели VR с пятью и шестью цилиндрами уже не первый год ставят на «фольксвагены» и СЕАТы, а вот W-образная «восьмерка» и 12-цилиндровый мотор появились совсем недавно — на «Пассате» и » Ауди А8″. На очереди W16 для «Бугатти» и VR4 для «Фольксвагена-Поло»,
V6, W12 и рядная «четверка» — разбираемся в компоновках двигателей
Читая описания двигателей автомобилей, каждый из нас сталкивался с такими терминами, как «четырехцилиндровый», «V8» или «рядная шестерка». Но всегда ли мы четко представляем себе, что скрывается за этими понятиями? Предлагаем вам небольшой «путеводитель» по терминологии, связанный с компоновкой моторов наших «железных коней».
Д ля начала вспомним, как работает «сердце» автомобиля. В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндры, в которых происходит чрезвычайно важный процесс — сгорание смеси топлива и воздуха. Энергия сгорания топливно-воздушной смеси и является той силой, которая приводит в движение автомобиль — вытесненные из цилиндров поршни толкают коленчатый вал, который в свою очередь, приводит в движение колеса автомобиля.
Мощность двигателя зависит, в основном, от двух факторов — размера цилиндров, а также их количества. При прочих равных условиях более мощным будет тот двигатель, в котором цилиндров больше, а сами они крупнее.
Если вы встретите в описании двигателя обозначение V6, это значит, что у данного мотора 6 цилиндров. Но что же такое «V»? Тут мы подходим непосредственно к вопросу о расположении цилиндров в двигателе. Рассмотрим основные компоновки двигателей.
Рядный двигатель(англ. inline engine, straight engine)
В английском языке также имеет обозначение I (сокр. от inline), например, I4 – это рядный двигатель с четырьмя цилиндрами или «рядная четверка». Также иногда рядный двигатель обозначают литерой R (R6 – рядный шестицилиндровый). Все цилиндры такого двигателя расположены в одну линию, «лицом» вверх, как правило, в поперечном направлении, и приводят один общий коленвал. Такая конфигурация считается «классической» — ведь самый первый в истории автомобильный двигатель, состоявший всего из двух цилиндров, был рядным. Рядными моторами оснащают большинство автомобилей. Случается, что цилиндры в рядном двигателе располагаются не в поперечном, а в продольном направлении. В английском языке продольное расположение рядного двигателя называется «straight» в отличие от поперечного — «inline». Продольная компоновка часто встречается у автомобилей класса «премиум», например, у BMW.
Конструкция рядных двигателей проста и надежна, их удобно ремонтировать. Для чего же тогда понадобились другие компоновки? Все дело в том, что рядные моторы занимают под капотом слишком много места. Разместить при такой конфигурации большое количество цилиндров проблематично, да и коленчатый вал при большой длине рядного двигателя испытывает чрезмерные торсионные нагрузки. Именно поэтому рядные двигатели имеют не более шести цилиндров.
V-образный двигатель (англ. V engine, Vee engine)
Цилиндры такого двигателя поделены на два блока, расположенных под углом 60-90 градусов по отношению друг к другу. Иными словами, цилиндры V-образного мотора образуют латинскую букву «V», в основании которой находится общий коленвал.
V-образная конфигурация цилиндров двигателя позволяет разместить в том же объеме пространства большее количество цилиндров в сравнении с рядными двигателями. В основном, она присуща дорогим и спортивным автомобилям.
Оппозитный или боксерский двигатель (англ. flat engine, boxer engine)
Как и в случае с V-образным двигателем, цилиндры оппозитного мотора разделены на два ряда, но угол их развала составляет 180 градусов. Получается, что каждый из рядов как бы лежит на боку и «смотрит» в противоположную от другого сторону. Движение поршней напоминает удары боксеров, стоящих спиной друг к другу (отсюда и второе название двигателя). Такая компоновка мотора обеспечивает низкий центр тяжести, что, как правило, улучшает управляемость автомобиля. Однако, «боксеры» имеют более сложное, чем у рядных агрегатов, устройство и занимают больше места в ширину. Сегодня оппозитные двигатели устанавливают на свои модели лишь два производителя — Porsche и Subaru. Боксерские моторы имеют обозначение B (от англ. boxer) – например, B6.
VR-образныеи W-образные двигатели(англ. VR engine, W engine)
Двигатель типа VR (V-образный рядный) был разработан концерном Volkswagen. Он работает по тому же принципу, что и V-образный двигатель, однако угол, образуемый между рядами цилиндров, настолько мал (10-15 градусов против 60-90 градусов у V-образных моторов), что все цилиндры помещаются в одном блоке. При этом цилиндры двух рядов, как правило, располагаются в шахматном порядке относительно друг друга. По сути VR – это нечто среднее между рядным и V-образным двигателем. Что же касается W-образного двигателя, то он попросту состоит из двух VR-моторов, соединенных под углом у оснований. Коленвал у такого двигателя также один.
Двигатели VR сегодня используются редко, а W-конфигурациявстречается, например, у флагманского люксового седана Bentley Mulsanne.
Теперь, когда мы разобрались с основными компоновками двигателей, остановимся поподробнее на том, какое количество цилиндров может иметь мотор легкового автомобиля.
На заре автомобилестроения двигатели автомобилей могли оснащать всего одним цилиндром, но сейчас такая компоновка больше не встречается.
Двухцилиндровые агрегаты тоже встречаются крайне редко. В недавнем прошлом двухцилиндровым двигателем комплектовалась российская «Ока», а сегодня единственным легковым автомобилем, который оснащают двухцилиндровым двигателем, является ситикар Fiat 500. Кстати, благодаря технологии турбонаддува, «фиатовский» мотор с двумя цилиндрами развивает весьма приличные 85 л.с.
Трехцилиндровыми двигателями комплектуют, в основном, компактные городские автомобили, например, Smart ForTwo или «тройняшек» Citroen C1, Peugeot 107 и Toyota Aygo. Турбированные моторы с тремя цилиндрами встречаются и у более крупных авто — таких как Mini Cooper, Ford Focus и Peugeot 308.
Четырехцилиндровыми двигателями оснащают большинство автомобилей, ведь рядная «четверка» — это самый распространенный автомобильный двигатель в мире. Моторы с четырьмя цилиндрами почти всегда бывают рядными. Исключение — оппозитные «четверки», устанавливающиеся на модели Subaru и Porsche. Ранее применялись и двигатели V4 – их устанавливали на некоторые модели Ford, Saab, а также на наш «Запорожец».
Моторы с пятью цилиндрами появились сравнительно недавно — в середине 1970-х годов. Большой популярности они не приобрели — из-за нечетного количества цилиндров такие двигатели имеют проблемы с балансировкой и излишне вибрируют.
Среди немногочисленных автомобилей, которые сегодня оснащают пятицилиндровыми агрегатами — Audi RS3, Audi RS Q3 и пара моделей Volvo.
Шестицилиндровые двигатели часто используются в премиальных моделях — как в рядной, так и в V-конфигурации. Звук таких моторов отличается более высокой, «спортивной» тональностью. В некоторых суперкарах, таких как Ford GT, шестицилиндровый мотор оснащают большими турбинами, чтобы обеспечить мощность, которой раньше можно было ожидать только от двигателей с восемью или более цилиндрами.
Двигатели с восемью и более цилиндрами не бывают рядными — ведь расположить такое количество цилиндров в одну линию весьма проблематично. Такими агрегатами, как V8, V10 и V12 комплектуют суперкары и седаны класса «люкс». Некоторые топовые модели концерна Volkswagen оснащаются двигателями W12, а гиперкар Bugatti Veyron наделили мотором W16.
Конечно, число и расположение цилиндров — это далеко не единственные параметры двигателей внутреннего сгорания, однако знание этих базовых понятий необходимо для понимания принципов работы автомобиля и осознания собственных предпочтений при выборе машины. Надеемся, что данная статья поможет вам лучше ориентироваться в мире «железных коней».
W-образные двигатели — много цилиндров в малом объеме
В своих материалах мы нередко упоминаем двигатели W8, W12, W16, ставшие своеобразной визитной карточкой концерна «Volkswagen». Читатели подробнее просят рассказать о том, что они из себя представляют. По принципу действия — ничего особенного: это обычные поршневые моторы. Их изюминка — в оригинальной конструкции.
V-образную схему, позволяющую поместить двигатель с достаточно большим числом цилиндров в тесное подкапотное пространство, используют почти все автопроизводители. А в конце 80-х годов прошлого века на фольксвагеновских автомобилях «Passat» и «Golf» впервые появился VR6 — шестицилиндровый двигатель с малым углом развала блоков цилиндров. Настолько малым (всего 15 градусов, в то время как у обычных V6 — от 60 до 90 градусов и больше), что вместо V-образной пары блоков по три цилиндра мотор внешне представляет собой один блок клиновидной формы с шестью цилиндрами. Если форму V6 фигурально можно уподобить канцелярской «галочке», то VR6 той же «галочке» со сложенными «крыльями». Аббревиатура VR6 расшифровывалась как «рядно-V-образный шестицилиндровый». Само название говорило о том, что конструкция объединяет две схемы построения двигателей. Смотрелась эта «шестерка» чуть пошире и покороче рядной «четверки».
Эксперимент оказался удачным, и через несколько лет инженеры из Вольфсбурга разработали еще и пятицилиндровый двигатель. Не мудрствуя лукаво от «шестерки» убрали один цилиндр, и получился VR5. Логично было сделать следующий шаг, и фольксвагеновцы его сделали: соорудили пару VR, по четыре цилиндра каждый, и соединили их в виде V под углом 72 градуса. Идея в том, что на каждом «крыле галочки» помещается вдвое больше цилиндров, чем в простом V-образном двигателе. Новый мотор назвали W-образным чисто условно, поскольку на конфигурацию буквы W эта схема не похожа. Но смысл ясен: «W» — двойное «V».
От восьми до шестнадцати
Первый из этих двигателей — четырехлитровый W8 мощностью 275 сил – устанавливался на «VW Passat». Без проблем разместившись под капотом автомобиля «семейного» класса, он приблизил «Пассат» к более престижному бизнес-классу.
На «восьмерках» процесс, разумеется, не остановился. Флагман входящей в состав концерна VW марки «Audi» долго оставался без 12-цилиндрового мотора. Такое положение дел было недопустимо: ведь конкуренты — BMW и Mercedes-Benz — уже полтора десятка лет выпускали представительские седаны с мощными V12. И в 2000 году «А8» обзавелась стратегическим «W12». Мотор сделан по образу и подобию «W8»- только на «крыльях галочки» размещалось не по четыре, а по шесть цилиндров. Малогабаритный 420-сильный двигатель нашел себе место и на новом флагмане «Фольксвагена» — «Phaeton».
Но и этого немцам показалось мало, для перешедшей в 1998 году под эгиду VW марки «Bugatti» потребовался очень мощный и легкий силовой агрегат. Им стал уникальный сверхкомпактный и ультрамощный (1001 л.с.) — W16. Мотор восьмилитрового объема образовали две «восьмерки», сращенные под прямым углом. Почти квадритная форма (длина всего 71 см, зато высота 77 см) позволила вписать двигатель перед задней осью спорткара.
Похоже, это еще не последнее слово, которое могут сказать W-образные моторы. Главное их преимущество — возможность и дальше наращивать число цилиндров, не вылезая за рамки компактного подкапотного пространства. Как водится, есть и обратная сторона медали — сложность и дороговизна в обслуживании и ремонте. Неофициального сервиса такие двигатели не переносят, даже элементарная, казалось бы, замена свечей зажигания может обернуться головной болью для механиков, не знакомых с такими моторами.
