Конструкции двигателей внутреннего сгорания

 

Аббревиатура – это носитель информации, который доносит до нас сведения, в данном случае, о расположении и количестве цилиндров в двигателе. Научимся расшифровывать эту информацию о конструкции двигателей внутреннего сгорания:

• R- рядный;

• V- два ряда цилиндров, угол между которыми от 45 до 90 градусов;

• W обозначение - V-образный, ряды цилиндров при этом сдвоенные, располагаются в шахматной последовательности;    

• VR обозначение - V-образные ряды.

 

Аббревиатурные обозначения выглядят следующим образом: R4 и R5, VR5, V6 и V8, W8, B4 и B6, и т.д. Буква – расположение цилиндров. Цифра – количество.

 

Конечно, однорядные двигатели просты в производстве, обслуживании и ремонте, но для того, чтобы двигатель был более мощным и при этом компактным, устанавливают V-образные двигатели.

 

Традиционными способами повышения тяговых характеристик двигателя считается увеличение рабочего объёма двигателя. Но этот способ имеет ограничения по некоторым параметрам: ход поршня, количество и диаметр цилиндров. Если увеличивается диаметр, то давление в цилиндрах возрастает. Происходит это из-за детонационного сгорания топлива. Соответственно, нагрузка на элементы кривошипно-шатунного механизма (КШМ) увеличивается. Увеличение хода поршня приводит к повышению инерционной силы КШМ и значительному росту двигателя (высота увеличивается).

 

Увеличение количества цилиндров в рядном моторе приводит к значительному увеличению и расширению капота. Это происходит из-за увеличения габаритов самого двигателя. Увеличение капотной части негативно сказывается на развесовке автомобиля. Также увеличивается масса и габариты всего авто.

 

Применение V-образных двигателей позволяет увеличить рабочий объём двигателя, при этом его конструкция значительно компактнее. Также V-образные моторы являются обладателями довольно жёсткой конструкции коленчатого вала и блока цилиндров. Самый усовершенствованный двигатель – Boxer (B4 B6 B8 и т.д.). Оппозитный двигатель с развалом, угол которого 180⁰. 

 

Произведённые в 90-ые года прошлого века двигатели имеют угол развала между цилиндрами 10-25⁰. Такие двигатели относятся к классу V-образно-рядных. Уменьшение угла развала привело к уменьшению габаритов двигателя. Эта идея позволила конструкторам создать супер-компактную модель  многоцилиндрового двигателя – W8, W12.

 

Компактный, да ещё и мощный двигатель – это хорошо. Но придётся постараться сделать его ещё и уравновешенным. Это влияет на характер вибраций, создающихся при вращательных и возвратно-поступательных движениях. Эти вибрации передаются на кузов через опоры и влияют на комфорт при движении и ресурс деталей автомобиля.

 

При работе уравновешенного двигателя внутреннего сгорания усилия, передаваемые им на опоры – это постоянные величины и направление их также не меняется. Если величины и направления усилий периодически изменяются, то двигатель считается неуравновешенным.

 

Источниками возникновения усилий служат:

•  Инерция деталей, изменяющаяся по значению силы и величине;

• Сгорание воздушно-топливной смеси в цилиндрах двигателя происходит неравномерно. Временной интервал неодинаковый;

• Меняющаяся величина и направление действия крутящего момента – опрокидывающий и суммарный;

• Появление крутящего момента при наличии в цилиндрах пары сил, которые направлены в противоположных направлениях.

 

При работе двигателя поршень и детали КШМ в цилиндре двигаются с ускорением. При этом создаются силы инерции и их моменты. Изменение угла поворота коленчатого вала приводит к вибрации кузова, так как частота вращения вала одинарная или двойная. Такие колебательные возмущения получили название «неуравновешенные моменты и силы первого и второго порядка».  При работе двигателей с большим количеством цилиндров происходит сложение сил и моментов, действующих на детали, происходит их частичная компенсация. Результат этой компенсации является показателем уравновешенности двигателя.

 

Чтобы исключить неуравновешенность двигателя внутреннего сгорания необходимо правильно подобрать число цилиндров и их расположение, а также выбрать правильный угол для размещения кривошипов коленчатого вала. При неординарном расположении цилиндров вибрацию возможно погасить посредством гидроподушек (эластичные опоры). При недостаточной эффективности таких опор применяют дополнительные противовесы и балансирные валы.

 

Двигатель не может работать совсем без вибрации, уровень вибрации зависит от того, насколько компенсируются силы и моменты в каждом случае индивидуально. Существует три группы двигателей по их уравновешенности:

 

·      Уравновешенные двигатели. Рассмотрим три схемы моторов, входящих в эту группу:

1. Рядная «шестёрка», оппозитник с 6-ю цилиндрами. 
2.  V-образно-рядная  «шестёрка» и V-образный «гигант» с 12-ю цилиндрами
3. Двигатель VR6 (редко встречается).

        

Все силы и моменты этих двигателей уравновешены.  Приверженцем схемы рядной «шестёрки» является фирма BMW. Но для переднеприводных такая схема не подойдёт, так как расположение силового агрегата является поперечным.  Автомобилем, где поперёк моторного отсека расположен R6, является Volvo S80, благодаря установке очень компактной коробки передач.

 

·      Частично уравновешенные. К их числу относятся рядные двух- и трех-цилиндровые двигатели, V –образные V4 и V6, а так же VR5. Коленчатый вал некоторых автомобилей с такими двигателями оснащается дополнительным противовесом, а в некоторых новейших моделях применяются дополнительные балансирные валы. Если установки дополнительных балансирных элементов недостаточно, то автомобиль оснащается целой системой.

 

·      Частично неуравновешенные. У таких двигателей неуравновешенны или силы, или моменты. К таким двигателям относятся R4 (применяются в серийных автомобилях массового производства), V8 (для автомобилей бизнес-класса), V4 оппозитный.

 

Применение новейших технологий и разработок позволяет решать проблемы не только токсичности выхлопа, экономного расходования топлива, но также и компактности, и уравновешенности железного сердца автомобиля.