0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Четырёхцилиндровый двигатель

Четырёхцилиндровый двигатель

Рядный четырёхцилиндровый двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением четырёх цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается I4 («ай-фор») или L4 («Straight-4», «In-Line-Four»). Плоскость, в которой находятся цилиндры, может быть строго вертикальной, или находиться под определённым углом к вертикали. Во втором случае двигатель иногда называют Slant-4 (/4) — например, двигатель автомобиля «Москвич-412».

Конфигурация I4 для четырехтактного двигателя является несбалансированной, но проста в производстве (для двухтактного двигателя с чередованием работы цилиндров через 90° в порядке 1-3-4-2 или 1-2-4-3 такая конструкция сбалансированная). Поэтому она находит применение обычно в автомобилях эконом-класса с относительно небольшим рабочим объёмом двигателя. Современные I4 имеют рабочий объём обычно от 0,7 до 2,3 литров. С ростом рабочего объёма уровень вибраций значительно возрастает, поэтому на современных двигателях конфигурации I4 с рабочим объёмом более 2,0 л. как правило используются дополнительные балансировочные (успокоительные) валы, позволяющие приблизить уровень вибраций к рядным шестицилиндровым двигателям аналогичного рабочего объёма.

В прошлом, однако, I4 бо́льших рабочих объёмов не были редкостью.

В начале XX века существовали гоночные автомобили с рядными четырёхцилиндровыми двигателями рабочим объёмом 10-17 литров, например, De Dietrich. Мощность этих двигателей, однако, была весьма невелика — обычно, порядка 70-100 л.с., а максимальные обороты составляли около 1500 об/мин.

В довоенные годы четырёхцилиндровые автомобильные двигатели большого объёма не были редкостью, особенно на грузовиках. Сюда можно отнести, например, советские ГАЗ М-1, ГАЗ-АА и их производные (3285 см³).

Из относительно недавних примеров, западногерманская фирма Porsche выпускала автомобили с 2990-кубовыми I4. Двигатель американского Pontiac Tempest модели 1961-63 годов имел рабочий объём 3188 см³ и не имел балансировочных валов. Советские и российские автомобили «Волга» и УАЗ в течение длительного периода времени (с 1957 по начало 2000-х, УАЗ до сих пор) использовали I4 производства ЗМЗ и УМЗ объёмом 2,445 литра, имелась версия объёмом 2,9 литра, балансировочные валы также отсутствовали.

Все эти двигатели были достаточно малооборотными и относительно тяжёлыми, что, наряду с особыми мерами при конструировании и при правильной настройке, практически сводило на нет нежелательные вибрации по сравнению с I4 меньшего объёма. Хотя, скажем, двигатель «Понтиака» оказался очень чувствителен к настройке карбюратора.

В настоящее время [когда?] одними из наибо́льших по рабочему объёму четырёхцилиндровых бензиновых двигателей являются Toyota 3RZ-FE (Toyota Land Cruiser Prado и другие модели, объём 2,7 л). Четырёхцилиндровые дизели такого и большего объёма не являются редкостью и часто используются на грузовиках и тракторах, для которых уровень вибраций не является определяющим фактором.

V-образный четырёхцилиндровый двигатель — весьма редкая конфигурация. Изредка применялся в начале XX-века на мотоциклах, гоночных автомобилях и самолетах. Массовыми реализациями такой конфигурации в отечественном автопроме были лишь двигатели Мелитопольского моторного завода МеМЗ-965, МеМЗ-966, МеМЗ-968, применявшиеся на автомобилях «Запорожец» и ЛуАЗ. Такая конфигурация была выбрана из соображений достижения компактности силового агрегата как в длину, так и в ширину и упрощения его системы воздушного охлаждения. Однако конфигурация V4 полностью несбалансированная и имеет неравномерное чередование вспышек в цилиндрах. По этой причине автомобили «Запорожец» издают при работе характерный неприятный тарахтящий звук (на самом деле в основном из-за системы воздушного охлаждения, для «водяных» V4 это вовсе нехарактерно, по звуку и характеру работы они несколько напоминают V6, с которыми обычно и унифицированы). В мировой практике V4 водяного охлаждения в своё время находили широчайшее применение в модельном ряду европейского филиала Ford Motor Company, в частности на моделях Ford Taunus и Ford Granada, а также (тот же двигатель) на автомобилях SAAB, на которые он ставился вместо двухтакного трёхцилиндрового, опять же, благодаря компактности.

Оппозитный четырехцилиндровый двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором угол между рядами цилиндров составляет 180 градусов. В автомобильной и мототехнике оппозитный двигатель применяется для снижения центра тяжести, вместо традиционного V-образного. Оппозитный двигатель в отличии от других четырехцилиндровых двигателей, самый сбалансированный. Коленчатый вал оппозитного двигателя испытывает меньшие нагрузки, что позволяет развивать большие обороты двигателя, и снимать большую удельную мощность не увеличивая массу.

По сравнению с рядным четырехцилиндровым двигателем имеет (как и V-образный двигатель) более сложную конструкцию.

Наиболее широкое распространение оппозитный двигатель получил в модели Volkswagen Käfer выпущенной за годы производства.

Компания Porsche использует его в большинстве своих спортивных и гоночных моделей, таких как Porsche 997, Porsche 987 Boxster и другие.

Оппозитный двигатель является также отличительной чертой автомобилей марки Subaru, который устанавливается практически во все модели Subaru c 1963 года. Большинство двигателей этой фирмы имеют оппозитную компоновку, которая обеспечивает очень высокую прочность и жёсткость блока цилиндров.

Volkswagen Transporter T1 — T3 бензиновые версии моторов также были оппозитными. Малая высота двигателя позволяла устанавливать его под полом салона.

Оппозитный четырехцилиндровый двигатель устанавливался на Т-26 и некоторые машины Pz I.

Четырёхцилиндровые двигатели

Рядный четырёхцилиндровый двигатель

Рядный четырёхцилиндровый двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением четырёх цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается I4 («ай-фор») или L4 («эл-фор», «Straight-4», «In-Line-Four»). Плоскость, в которой находятся цилиндры, может быть строго вертикальной, или находиться под определённым углом к вертикали. Во втором случае двигатель иногда называют Slant-4 (/4) — например, двигатель автомобиля Москвич-412.

Конфигурация I4 как для двухтактного, так и для четырехтактного двигателя является несбалансированной, но проста в производстве. Поэтому четырёхтактный двигатель I4 находит применение обычно в автомобилях эконом-класса с относительно небольшим рабочим объёмом двигателя. В четырёхтактной рядной «четвёрке» неуравновешена вертикальная сила инерции 2-го порядка поршней и верхних частей шатунов (силы инерции от отдельных цилиндров всегда направлены в одну и ту же сторону, поэтому складываются), вызванная несинусоидальным движением поршней. Данная сила инерции порождает высокочастотную вибрацию, которая проявляется в виде гула в салоне автомобиля. Кроме того, на малых оборотах появляется вибрация, вызванная пульсацией крутящего момента. Современные I4 имеют рабочий объем обычно от 0,7 до 2,9 литров. С ростом рабочего объёма уровень вибраций значительно возрастает, поэтому, чтобы уравновесить силу инерции 2-го порядка, на современных двигателях конфигурации I4 с рабочим объёмом более 2,0 л как правило используется два балансировочных (успокоительных) вала, которые расположены по бокам двигателя и вращаются в противоположные друг от друга стороны, в два раза быстрее коленчатого вала. Кроме того, иногда один балансировочный вал размещают выше по сравнению с другим (как, например, на дизелях 4D56 и 4M40 фирмы Mitsubishi, уравновешивающие валы расположены вверху справа и внизу слева), что позволяет заодно частично устранить вибрации, вызванные пульсацией крутящего момента. Это позволяет добиться плавности работы и уровня вибраций, сопоставимых с таковыми у рядного шестицилиндрового двигателя аналогичного рабочего объёма.

Двухтактные двигатели I4 в дизельном варианте в прошлом применялись на грузовых автомобилях. В двухтактном двигателе используется коленвал, у которого (в отличие от «плоского» коленвала четырёхтактного двигателя, центральные шатунные шейки которого направлены в одну сторону, а пара крайних развёрнуты на 180° относительно средних) крайние шатунные шейки повёрнуты относительно средних на угол 90° и развёрнуты на 180° друг относительно друга (средние шейки также развёрнуты на 180°). При этом неуравновешенным оказывается момент от сил инерции 1-го порядка, вызванных возвратно-поступательным движением поршней и верхних частей шатунов (силы 2-го порядка при этом взаимно уравновешиваются). Чтобы его уравновесить, применяется (вместе с массивными противовесами на коленвале, создающими дисбаланс) балансировочный вал, вращающийся со скоростью коленвала, но в противоположную сторону, либо применяются противовесы, установленные на распределительном валу, при этом он должен вращаться в протиоположную сторону по отношению к коленвалу (у двухтактного двигателя распределительный вал вращается со скоростью коленвала). Иногда эти способы уравновешивания сочетаются, при этом балансировочный и распределительный валы вращаются в противоположные стороны, а последний может вращаться в любую сторону.

Порядок работы цилиндров двигателя I4 — 1-3-4-2, либо 1-2-4-3.

В прошлом, однако, I4 бо́льших рабочих объёмов не были редкостью. В начале XX века существовали гоночные автомобили с рядными четырёхцилиндровыми двигателями рабочим объёмом 10-17 литров, например, De Dietrich. Мощность этих двигателей, однако, была весьма невелика — обычно, порядка 70-100 л.с., а максимальные обороты составляли около 1500 об/мин.

В довоенные годы четырёхцилиндровые автомобильные двигатели большого объёма не были редкостью, особенно на грузовиках. Сюда можно отнести, например, советские ГАЗ-М-1, ГАЗ-АА и их производные (3285 см³).

Из относительно недавних примеров, западногерманская фирма Porsche выпускала автомобили с 2990-кубовыми I4. Двигатель американского Pontiac Tempest модели 1961-63 годов имел рабочий объем 3188 см³ и не имел балансировочных валов. Советские и российские автомобили «Волга» в течение длительного периода времени (с 1957 по начало 2000-х) использовали I4 производства ЗМЗ объёмом 2,445 литра, имелась версия объёмом 2,9 литра, балансировочные валы также отсутствовали.

Все эти двигатели были достаточно малооборотными и относительно тяжёлыми, что, наряду с особыми мерами при конструировании и при правильной настройке, практически сводило на нет нежелательные вибрации по сравнению с I4 меньшего объёма. Хотя, скажем, двигатель «Понтиака» оказался очень чувствителен к настройке карбюратора.

В настоящее время, одними из наибо́льших по рабочему объёму четырёхцилиндровых двигателей являются двигатели УМЗ 421 серии (объём 2,89 л), Toyota 3RZ (объём 2,694 л), Mitsubishi 4M40 (объём 2,835 л) и ЗМЗ 409 (объём 2,693 л).

V-образный четырёхцилиндровый двигатель

V4 — V-образный четырёхцилиндровый двигатель начал появляться в 1920 г. В отличие от рядных «четвёрок», v-образные имеют меньшую длину, но бóльшую ширину.

Конфигурация V4 для четырёхтактного двигателя является несбалансированной. Данную конфигурацию можно получить, если взять рядный четырёхцилиндровый двигатель, повернуть нечётные цилиндры влево, а чётные вправо на тот же угол. Соответствующие кривошипы коленвала поворачиваются на такие же углы, таким образом сохраняются равномерные интервалы поджига смеси (порядок работы цилиндров при этом 1-3-4-2, либо 1-2-4-3). При этом появляется неуравновешенный момент от сил инерции 1-го порядка, вызванных возвратно-поступательным движением поршней и верхних частей шатунов, также неуравновешенной остаётся сила инерции 2-го порядка, вызванная несинусоидальным движением поршней. Как правило, чтобы скомпенсировать момент 1-го порядка, используют коленвал с дисбалансом, а также дополнительный балансировочный вал, вращающийся со скоростью коленвала в противоположную сторону. Это позволяет добиться плавности работы и уровня вибраций, сопоставимых с таковыми у рядного четырёхцилиндрового двигателя аналогичного рабочего объёма. Силу 2-го порядка оставляют неуравновешенной ввиду сложности уравновешивания (нужны 2 дополнительных балансировочных вала, которые должны вращаться с удвоенной скоростью коленвала в противоположные стороны друг относительно друга), к тому же данная сила инерции меньше, чем у рядного четырёхцилиндрового двигателя и уменьшается при увеличении угла развала.

В другом варианте двигатель имеет коленвал с двумя кривошипами, направленными в одну сторону и общими для каждой пары шатунов противоположных цилиндров. При этом вспышки в цилиндрах чередуются неравномерно, через 90 и 270° (при угле развала 90°) по углу поворота коленвала. В данном варианте двигатель имеет неуравновешенную силу инерции 1-го порядка, которую при угле развала 90° можно полностью устранить противовесами, расположенными на коленвале. Также присутствует сила инерции 2-го порядка, имеющая такую же величину, как и в первом варианте (с четырьмя кривошипами), при таком же угле развала.

Двигатель данной конфигурации сложнее рядного четырёхцилиндрового, так как требует двух головок цилиндров, хотя и компактнее. Ввиду этого, а также сложности балансировки (в варианте с четырьмя кривошипами), либо большей неравномерности крутящего момента (в варианте с двумя кривошипами) двигатели такой конфигурации применяются довольно редко. Данные двигатели устанавливаются на некоторые мотоциклы, а также, в варианте с четырьмя кривошипами, устанавливались на автомобили: ЗАЗ, ЛуАЗ, Lancia, Ford, Saab, Volkswagen и д.р.

Плюсы и минусы у различных типов двигателей: обзор

Каждый тип ДВС хорош по-своему, хотя идеала нет

Самые распространенные типы двигателей внутреннего сгорания в мире – это четырехцилиндровый рядный, четырехцилиндровый оппозитный, рядный шестицилиндровый, V6 и V8 – имеют свои плюсы и минусы. Вот все, что вам нужно знать о них, в одной удобной подборке.

Какой мотор сделает больше мощности: 4,0-литровый V6 или 4,0-литровый V8? Ответ не так прост и очевиден. При обсуждении различных двигателей их тип не является наиболее серьезным фактором, влияющим на то, сколько энергии они произведут. Приложите к созданию инженерную изобретательность, и ваш четырехцилиндровый двигатель сможет получить столько же мощности, сколько среднестатистический V12. Так что же заставляет производителей выбирать различные компоновки двигателей? Вот преимущества и недостатки каждого из вариантов движков.

Рядные четырехцилиндровые силовые агрегаты

Начнем с одного из самых распространенных двигателей – рядного четырехцилиндрового. Есть причина, по которой он так распространен. В основном потому, что это так просто: один блок цилиндров, одна головка цилиндров и один клапанный механизм. Вот все, что вам нужно о нем знать:

Преимущества:

Четырехцилиндровый рядный двигатель негабаритен и компактен, значит, его легко расположить под капотом практически любого автомобиля;

Он также немного весит сам по себе, а за счет того, что на этот тип мотора ставится всего лишь один выпускной коллектор, вес дополнительно уменьшается;

Поскольку у него только одна головка цилиндров, это означает наличие меньшего количества движимых частей по сравнению с моторами с развалом. Это означает меньшие энергопотери и уменьшает вероятность неисправностей;

Двигатель хорошо сбалансирован, поскольку два внешних поршня движутся в противоположном направлении от внутренних двух поршней (см. рисунок выше);

Четырехцилиндровые двигатели просты в обслуживании и починке. Головка блока – это высшая точка, которая делает доступ к свечам и приводу клапанов незатруднительным;

Четырехцилиндровые двигатели требуют менее высоких производственных затрат.

Минусы:

Несмотря на то что первичные силы сбалансированы идеально, этого нельзя сказать о так называемых вторичных силах, действующих на работу мотора, что в конечном счете ограничивает размеры двигателя;

Рядные четверки редко превышают объем 2,5 литра;

В больших по объему четырехцилиндровых двигателях возникает необходимость балансировки валов для снижения уровня вибрации из-за тех самых вторичных сил;

Высокий центр тяжести по сравнению с некоторыми компоновками оппозитных H4;

Не такие «неубиваемые», как некоторые версии V6 и V8.

Вот краткое видео, объясняющее принцип работы четырехцилиндрового двигателя:

Горизонтально-оппозитный

С точки зрения производительности существует не так много вариантов, столь же привлекательных, как двигатель с горизонтально уложенными противоположно расположенными цилиндрами. Оппозитный силовой агрегат не столь частый гость под капотом автомобилей, но с технической точки зрения это логичный выбор для вашего гоночного автомобиля.

Преимущества:

Первичные и вторичные силы хорошо сбалансированы. Это плавный в работе двигатель;

Баланс позволяет снизить вес коленчатого вала, что уменьшает инерционные потери от вращения;

Низкий центр тяжести обеспечивает лучшую управляемость автомобиля.

Минусы:

Размер: это очень широкие двигатели;

Оппозитные двигатели когда-то использовались в Формуле 1 именно из-за своих преимуществ в производительности, но ввиду их большой ширины они препятствовали работе с воздушным потоком вокруг кузова болида и с тех пор больше не используются;

Сложность: две головки цилиндров системы привода клапанов;

Во время работы наблюдается дисбаланс в плоскости из-за смещения поршней по отношению к коленчатому валу;

Обслуживание может быть сложным, если под капотом теснота.

Рядный шестицилиндровый

Объект привязанности инженеров, рядная шестерка является результатом прикрепления двух дополнительных цилиндров к рядному четырехцилиндровому двигателю. BMW любит их, Toyota частенько использовала такие двигатели тоже, сделав один из самых известных своих моторов – 2JZ. Так что такого особенного в этой шестерке?

Преимущества:

Компоновка в сочетании с порядком воспламенения смеси в цилиндрах создает практически самый «гладкий» в работе мотор. В плане уменьшения вибраций круче могут быть только V12 и оппозитные 12-цилиндровые моторы, которые являются следующим шагом в эволюции, так как они представляют собой сдвоенные шестицилиндровые моторы, соединенные вместе;

Но по сравнению с «V»-образными компоновками производственные затраты на один блок со всеми цилиндрами в одной плоскости весомо снижаются;

Простой дизайн, легко работать с двигателем и чинить его. Также как с рядным четырехцилиндровым мотором.

Минусы:

Капот должен соответствовать длине силового агрегата, автомобиль должен быть средних размеров;

Не идеальное решение для переднеприводных автомобилей;

Высокий центр тяжести, особенно в сравнении с оппозитными моторами;

Конструкция не настолько жесткая, как «V»-образные двигатели, так как мотор – длинный и достаточно узкий.

Вот краткое видеообъяснение принципа работы шестицилиндрового мотора:

Теперь разрежьте эту прямую «шестерку» пополам и соедините два блока цилиндров общим коленвалом. Думаете, инженеры здесь перемудрили? Зачем делать «V»-образник, если уже есть отличный рядный силовой агрегат? Ну, для автомобилей Формулы 1 он подходит, значит, у него есть свои преимущества.

Преимущества:

Они компактны и могут легко использоваться как для переднеприводных, так и для заднеприводных автомобилей;

Компоновка позволяет сделать более объемные версии, чем есть у четырехцилиндровых двигателей, что типично означает больше мощности;

Это жесткая конструкция во всех смыслах;

Формула 1 решила использовать V6, а не рядные четырехцилиндровые моторы в сезоне 2014 года, потому что они хотели интегрировать двигатель в качестве дополнительного ребра жесткости в конструкции автомобиля.

Минусы:

2 головки цилиндров означают добавление к стоимости, сложности и весу;

Дополнительные инерция и трение (больше движимых частей);

Высокий центр тяжести против плоских оппозитных двигателей;

Стоимость часто больше, чем у рядных четырехцилиндровых движков;

Дисбаланс требует дополнительного веса на противовесах коленчатого вала, разгружая коренные подшипники от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс;

Два выпускных коллектора также означают дополнительный вес.

Когда вы добавляете цилиндр на каждую из сторон блоков V6, вы получаете сердце американского масклкара… – V8. Он может издавать утонченное утробное ворчание, но так ли он хорош в реальности? Вот его главные плюсы и минусы.

Преимущества:

Размеры (короткий по длине);

Хороший баланс, в зависимости от типа коленчатого вала и порядка воспламенения горючей смеси (flatplane vs crossplane);

Позволяет сделать моторы с большими объемами.

Минусы:

Как и V6, вес двигателя V8 может быть достаточно высоким, и он явно будет весить больше шестицилиндрового движка;

Дополнительные инерция и трение (больше движимых частей);

Стоимость и сложность будут выше;

Более высокий центр тяжести против оппозитного;

Большие размеры, как правило, ограничивают использование двигателя в транспортных средствах компоновкой привода RWD/AWD. Переднеприводные варианты есть, но очень редки.

Если хотите, можете дать нам знать ниже в комментариях, какой тип двигателя вы в настоящее время используете, что вам нравится и не нравится в нем.

Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров

Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров устроен таким образом, что два его цилиндра расположены вертикально, в ряд один за другим в направлении вдоль оси коленчатого вала, два другие его цилиндра расположены относительно оси коленчатого вала радиально и по отношению друг к другу под углом в 60°. Оси симметрии этих двух цилиндров расположены в плоскости, симметрично разделяющей вертикальные цилиндры между собой и пересекающей ось коленчатого вала в поперечном направлении под прямым углом. Коленчатый вал двигателя имеет три, расположенные по отношению друг к другу под углами в 180°, шатунные шейки с установленными на них шатунами — двумя на средней и по одному на крайних шейках. Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров предназначен для применения на легковых автомобилях особо малого класса. Применение четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров на легковых автомобилях особо малого класса дает преимущество по сравнению с применением четырехцилиндрового рядного двигателя в том плане, что радиально-рядный двигатель возможно устанавливать поперечно на автомобилях с весьма ограниченной шириной подкапотного пространства за счет того, что на радиально-рядном четырехцилиндровом двигателе в направлении оси коленчатого вала в ряд установлено только два его цилиндра, всвязи с чем он вдвое короче, чем рядный двигатель, у которого в направлении оси коленчатого вала в ряд установлено четыре цилиндра.

Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров относится к автомобильным двигателям и может найти применение на легковых автомобилях особо малого класса.

Известны четырехцилиндровые автомобильные двигатели внутреннего сгорания с рядной схемой расположения цилиндров типа ВАЗ моделей: 2103 (С.Н.Погребной ВА3-2106 Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. Серия «Ремонт без проблем» Москва 2013. Стр. 37,38.); 2106 (С.Н.Погребной ВА3-2106 Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. Серия «Ремонт без проблем» Москва 2013. стр.37,38.); 21083 (С.Н.Погребной ВА3-2108 Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. Серия «Ремонт без проблем» Москва 2012. Стр.13.); 21213 (Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту автомобиля «Нива» ВАЗ 21213 и его модификаций. — М.: ACT: Астрель, 2007. — 239, [1] с., Стр.21.). Двигатели моделей ВАЗ 2103, 2106, 21083 как и предлагаемый двигатель с радиально-рядным расположением цилиндров, так же имеют по четыре цилиндра, но у каждого из них цилиндры расположены один за другим в один ряд, что не позволяет им быть столь же короткими в направлении оси коленчатого вала как радиально-рядный двигатель, у которого в направлении оси коленчатого вала в ряд расположены только два его цилиндра. Вышеперечисленные двигатели не имеют принципиальных отличий между собой и отличаются друг от друга размерами и мощностью.

В качестве прототипа выбран четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с рядной схемой расположения цилиндров типа ВАЗ модели 21213 (Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту автомобиля «Нива» ВАЗ 21213 и его модификаций. — М.: ACT: Астрель, 2007. — 239, [1] с., Стр.21.). Двигатель ВАЗ модели 21213 как и предлагаемый двигатель с радиально-рядным расположением цилиндров, так же имеет четыре цилиндра, но все его цилиндры расположены один за другим в один ряд, что не позволяет ему быть столь же коротким в направлении оси коленчатого вала как радиально-рядный двигатель, у которого в направлении оси коленчатого вала в ряд расположены только два его цилиндра.

Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров предназначен для поперечной установки на легковых автомобилях особо малого класса, подкапотное пространство которых, по сравнению с легковыми автомобилями более крупных классов, имеет значительно меньшую ширину. Поскольку у четырехцилиндрового двигателя с радиально-рядным расположением цилиндров, при поперечной установке его на автомобиль, в поперечном направлении в ряд друг за другом расположены только два его цилиндра, то он в направлении оси коленчатого вала вдвое короче, по сравнению с прототипом и при установке его на автомобиль потребуется вдвое меньшая ширина подкапотного пространства. Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров имеет четыре цилиндра. Два из них расположены вертикально, в ряд один за другим в направлении оси коленчатого вала. В отличие от прототипа, два других его цилиндра расположены так, что оси их симметрии находятся в плоскости, симметрично разделяющей вертикальные цилиндры между собой и пересекающей ось коленчатого вала в поперечном направлении под прямым углом. Установлены эти два цилиндра относительно оси коленчатого вала радиально, под углом в 60° по отношению друг к другу и каждый из них установлен под углом в 30° относительно вертикальной оси двигателя. Коленчатый вал двигателя имеет три, расположенные относительно друг друга под углами в 180°, шатунные шейки с установленными на них шатунами — двумя на средней и по одному на крайних шейках.

В четырехцилиндровом двигателе с радиально-рядным расположением

цилиндров, в отличие от прототипа, в направлении оси коленчатого вала в ряд расположено только два цилиндра вместо четырех, чем достигается уменьшение размера двигателя в этом направлении, по отношению к прототипу, вдвое.

Перечень фигур чертежей:

6 — Коленчатый вал

1, 2, 3, 4 — Нумерация цилиндров

6 — Коленчатый вал

На Фиг.1 изображен четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров, вид спереди, где показано его внутреннее устройство.

На Фиг.2 изображен четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров, вид сверху, где показано взаимное расположение его цилиндров, а так же нумерация цилиндров.

Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров состоит из цилиндров 5 (Фиг.1). Два его цилиндра 2 и 4 (Фиг.2) расположены вертикально, в ряд один за другим в направлении, совпадающем с направлением оси коленчатого вала 6 (Фиг.2). Два других его цилиндра 1 и 3 (Фиг.2), оси симметрии которых находятся в плоскости, симметрично разделяющей вертикальные цилиндры 2 и 4 (Фиг.2) между собой и пересекающей ось коленчатого вала 6 (Фиг.2) в поперечном направлении под прямым углом, расположены относительно оси коленчатого вала 6 (Фиг.1) радиально, под углом в 60° по отношению друг к другу и каждый из них установлен под углом в 30° по отношению к вертикальной оси двигателя. Коленчатый вал 6 (Фиг.1) имеет три, расположенные относительно друг друга под углами в 180°, шатунные шейки с установленными на них шатунами 7 (Фиг.1) — двумя на средней и по одному на крайних шейках. Рабочий цикл двигателя с радиально-рядным расположением цилиндров показан на диаграмме работы двигателя лист 5:

За первые 150° поворота коленчатого вала рабочий ход в первом цилиндре подходит к концу и начинается рабочий ход во втором цилиндре; через 300° поворота коленчатого вала подходит к концу рабочий ход во втором цилиндре и начинается рабочий ход в третьем, через 510° поворота коленчатого вала начинается рабочий ход в четвертом цилиндре, через 720° поворота коленчатого вала рабочий цикл двигателя повторяется.

Четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с радиально-рядным расположением цилиндров, состоящий из четырех цилиндров, два из которых установлены вертикально, в ряд один за другим в направлении, совпадающем с направлением оси коленчатого вала, отличающийся тем, что два других его цилиндра, оси симметрии которых расположены в плоскости, симметрично разделяющей вертикальные цилиндры между собой и пересекающей ось коленчатого вала в поперечном направлении под прямым углом, установлены относительно оси коленчатого вала радиально, под углом в 60° по отношению друг к другу и каждый из них установлен под углом в 30° относительно вертикальной оси двигателя, а коленчатый вал двигателя имеет три расположенные относительно друг друга под углами в 180° шатунные шейки с установленными на них шатунами — двумя на средней и по одному на крайних шейках.

Четырёхцилиндровый двигатель

  • Рядный четырёхцилиндровый двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением четырёх цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается I4 («ай-фор») или L4 («Straight-4», «In-Line-Four»). Плоскость, в которой находятся цилиндры, может быть строго вертикальной или находиться под определённым углом к вертикали. Во втором случае двигатель иногда называют Slant-4 (/4) — например, двигатель автомобиля «Москвич-412».

Конфигурация I4 для четырехтактного двигателя является несбалансированной, но проста в производстве (для двухтактного двигателя с чередованием работы цилиндров через 90° в порядке 1-3-4-2 или 1-2-4-3 такая конструкция — сбалансированная). При этом четырёхцилиндровый двигатель имеет примерно на треть меньше деталей, чем шестицилиндровый того же объёма и мощности, и требует примерно на столько же меньше времени для многих операций по обслуживанию и ремонту. Поэтому она находит применение обычно в сравнительно бюджетных автомобилях с относительно небольшим рабочим объёмом двигателя, а также автомобилях, для которых простота в ремонте и обслуживании важнее уровня комфорта (такси, внедорожники и т. п.).

Современные рядные 4-цилиндровые двигатели имеют рабочий объём обычно от 0,7 до 2,3 литра. С ростом рабочего объёма уровень вибраций значительно возрастает, поэтому на современных двигателях этой конфигурации с рабочим объёмом более 2,0 л., как правило, используются дополнительные балансировочные (успокоительные) валы, позволяющие приблизить уровень вибраций к рядным шестицилиндровым двигателям аналогичного рабочего объёма.

В прошлом, однако, I4 бо́льших рабочих объёмов не были редкостью.

В начале XX века существовали гоночные автомобили с рядными четырёхцилиндровыми двигателями рабочим объёмом 10-17 литров — например, De Dietrich. Мощность этих двигателей, однако, была весьма невелика — обычно порядка 70-100 л. с., что объясняется тем, что их максимальные обороты составляли лишь около 1500 об/мин.

В довоенные годы четырёхцилиндровые автомобильные двигатели большого объёма не были редкостью, особенно на грузовиках. Сюда можно отнести, например, советские ГАЗ М-1, ГАЗ-АА и их производные (3285 см³).

International Harvester с 1915 по 1926 год использовал на своих грузовиках 3,3-литровую нижнеклапанную рядную четвёрку, а в 1961—1972 годах выпускал рядные 4-цилиндровые моторы семейства Comanche рабочим объёмом 2,5 и 3,2 л. Все легковые и грузовые автомобили Ford вплоть до появления в начале 1930-х годов Ford Flathead V8 имели нижнеклапанные рядные четырёхцилиндровые двигатели (фактически двух семейств — Ford T и Ford A). Chrysler c 1926 года и до полного перехода на рядные шестёрки в 1932 году использовал на бюджетных моделях своих марок (S-Series) нижнеклапанные рядные четырёхцилиндровые моторы рабочим объёмом 2,7…3,2 л. Двигатель Pontiac Tempest модели 1961-63 годов имел рабочий объём 3188 см³ и не имел балансировочных валов.

Из относительно недавних примеров, западногерманская фирма Porsche выпускала автомобили с 2990-кубовыми I4.

Советские и российские автомобили «Волга» и УАЗ в течение длительного периода времени (с 1957 по начало 2000-х) оснащались рядными четырёхцилиндровыми двигателями с алюминиевыми гильзованными блоками и клапанным механизмом OHV производства ЗМЗ и УМЗ, которые имели рабочий объём 2,445 литра (имелись версии объёмом 2,9 литра) и не имели балансировочных валов. В настоящее время автомобили УАЗ снабжаются рядными четырёхцилиндровыми моторами производства ЗМЗ семейства 409 (с чугунным блоком и клапанным механизмом DOHC, никак не связанного с ранее упомянутым), с рабочим объёмом 2,7 литра и балансировочными валами.

Все эти двигатели были достаточно малооборотными и относительно тяжёлыми, что, наряду с особыми мерами при конструировании и при правильной настройке, практически сводило на нет нежелательные вибрации по сравнению с I4 меньшего объёма. Хотя, скажем, двигатель «Понтиака» оказался очень чувствителен к настройке карбюратора.

В настоящее время одними из наибо́льших по рабочему объёму серийных рядных четырёхцилиндровых бензиновых двигателей являются японские моторы семейства Toyota 3RZ-FE с рабочим объёмом 2,7 л (Toyota Land Cruiser Prado и другие модели). Четырёхцилиндровые дизели такого и большего объёма не являются редкостью и часто используются на грузовиках и тракторах, для которых уровень вибраций не является определяющим фактором.

V-образный четырёхцилиндровый двигатель — весьма редкая конфигурация. Изредка применялся в начале XX-века на мотоциклах, гоночных автомобилях и самолетах. Массовыми реализациями такой конфигурации в отечественном автопроме были лишь двигатели Мелитопольского моторного завода МеМЗ-965, МеМЗ-966, МеМЗ-968, применявшиеся на автомобилях «Запорожец» и ЛуАЗ. Такая конфигурация была выбрана из соображений достижения компактности силового агрегата как в длину, так и в ширину и упрощения его системы воздушного охлаждения. Однако конфигурация V4 полностью несбалансированная и имеет неравномерное чередование вспышек в цилиндрах. По этой причине автомобили «Запорожец» издают при работе характерный неприятный тарахтящий звук (на самом деле в основном из-за системы воздушного охлаждения, для «водяных» V4 это вовсе нехарактерно, по звуку и характеру работы они несколько напоминают V6, с которыми обычно и унифицированы). В мировой практике V4 водяного охлаждения в своё время находили широчайшее применение в модельном ряду европейского филиала Ford Motor Company, в частности на моделях Ford Taunus и Ford Granada, а также (тот же двигатель) на автомобилях SAAB, на которые он ставился вместо двухтакного трёхцилиндрового, опять же, благодаря компактности.

Оппозитный четырехцилиндровый двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором угол между рядами цилиндров составляет 180 градусов. В автомобильной и мототехнике оппозитный двигатель применяется для снижения центра тяжести, вместо традиционного V-образного. Оппозитный двигатель в отличие от других четырехцилиндровых двигателей, самый сбалансированный. Коленчатый вал оппозитного двигателя испытывает меньшие нагрузки, что позволяет развивать большие обороты двигателя, и снимать большую удельную мощность не увеличивая массу.

По сравнению с рядным четырехцилиндровым двигателем имеет (как и V-образный двигатель) более сложную конструкцию.

Наиболее широкое распространение оппозитный двигатель получил в модели Volkswagen Käfer выпущенной за годы производства.

Компания Porsche использует его в большинстве своих спортивных и гоночных моделей, таких как Porsche 997, Porsche 987 Boxster и другие.

Оппозитный двигатель является также отличительной чертой автомобилей марки Subaru, который устанавливается практически во все модели Subaru c 1963 года. Большинство двигателей этой фирмы имеют оппозитную компоновку, которая обеспечивает очень высокую прочность и жёсткость блока цилиндров.

Volkswagen Transporter T1 — T3 бензиновые версии моторов также были оппозитными. Малая высота двигателя позволяла устанавливать его под полом салона.

Оппозитный четырехцилиндровый двигатель устанавливался на Т-26 и некоторые машины Pz I.

Связанные понятия

Monster Truck — автомобиль, как правило, стилизованный под пикап, измененный или специально построенный с очень большими колесами, подвеской с большим ходом и очень мощным двигателем. Такие автомобили создаются для участия в специальных соревнованиях — «Monster jam»-ах, включающих гонки по бездорожью, автотриал, прыжки через препятствия (обычно их сооружают из кузовов старых автомобилей) и различные акробатические номера. Не следует путать монстр-трак с колёсным снегоболотоходом, который, несмотря.

Четырёхцилиндровый двигатель

: неверное или отсутствующее изображение

Рядный четырёхцилиндровый двигатель — конфигурация двигателя внутреннего сгорания с рядным расположением четырёх цилиндров, и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Часто обозначается I4 («ай-фор») или L4 («Straight-4», «In-Line-Four»). Плоскость, в которой находятся цилиндры, может быть строго вертикальной, или находиться под определённым углом к вертикали. Во втором случае двигатель иногда называют Slant-4 (/4) — например, двигатель автомобиля «Москвич-412».

Конфигурация I4 для четырехтактного двигателя является несбалансированной, но проста в производстве (для двухтактного двигателя с чередованием работы цилиндров через 90° в порядке 1-3-4-2 или 1-2-4-3 такая конструкция сбалансированная). Поэтому она находит применение обычно в автомобилях экономкласса с относительно небольшим рабочим объёмом двигателя. Современные I4 имеют рабочий объём обычно от 0,7 до 2,3 литров. С ростом рабочего объёма уровень вибраций значительно возрастает, поэтому на современных двигателях конфигурации I4 с рабочим объёмом более 2,0 л. как правило используются дополнительные балансировочные (успокоительные) валы, позволяющие приблизить уровень вибраций к рядным шестицилиндровым двигателям аналогичного рабочего объёма.

В прошлом, однако, I4 бо́льших рабочих объёмов не были редкостью.

В начале XX века существовали гоночные автомобили с рядными четырёхцилиндровыми двигателями рабочим объёмом 10-17 литров, например, De Dietrich. Мощность этих двигателей, однако, была весьма невелика — обычно, порядка 70-100 л.с., а максимальные обороты составляли около 1500 об/мин.

В довоенные годы четырёхцилиндровые автомобильные двигатели большого объёма не были редкостью, особенно на грузовиках. Сюда можно отнести, например, советские ГАЗ М-1, ГАЗ-АА и их производные (3285 см³).

Из относительно недавних примеров, западногерманская фирма Porsche выпускала автомобили с 2990-кубовыми I4. Двигатель американского Pontiac Tempest модели 1961-63 годов имел рабочий объём 3188 см³ и не имел балансировочных валов. Советские и российские автомобили «Волга» и УАЗ в течение длительного периода времени (с 1957 по начало 2000-х, УАЗ до сих пор) использовали I4 производства ЗМЗ и УМЗ объёмом 2,445 литра, имелась версия объёмом 2,9 литра, балансировочные валы также отсутствовали.

Все эти двигатели были достаточно малооборотными и относительно тяжёлыми, что, наряду с особыми мерами при конструировании и при правильной настройке, практически сводило на нет нежелательные вибрации по сравнению с I4 меньшего объёма. Хотя, скажем, двигатель «Понтиака» оказался очень чувствителен к настройке карбюратора.

В настоящее время [когда?] одними из наибо́льших по рабочему объёму четырёхцилиндровых бензиновых двигателей являются Toyota 3RZ-FE (Toyota Land Cruiser Prado и другие модели, объём 2,7 л). Четырёхцилиндровые дизели такого и большего объёма не являются редкостью и часто используются на грузовиках и тракторах, для которых уровень вибраций не является определяющим фактором.

V-образный четырёхцилиндровый двигатель — весьма редкая конфигурация. Изредка применялся в начале XX-века на мотоциклах, гоночных автомобилях и самолетах. Массовыми реализациями такой конфигурации в отечественном автопроме были лишь двигатели Мелитопольского моторного завода МеМЗ-965, МеМЗ-966, МеМЗ-968, применявшиеся на автомобилях «Запорожец» и ЛуАЗ. Такая конфигурация была выбрана из соображений достижения компактности силового агрегата как в длину, так и в ширину и упрощения его системы воздушного охлаждения. Однако конфигурация V4 полностью несбалансированная и имеет неравномерное чередование вспышек в цилиндрах. По этой причине автомобили «Запорожец» издают при работе характерный неприятный тарахтящий звук (на самом деле в основном из-за системы воздушного охлаждения, для «водяных» V4 это вовсе нехарактерно, по звуку и характеру работы они несколько напоминают V6, с которыми обычно и унифицированы). В мировой практике V4 водяного охлаждения в своё время находили широчайшее применение в модельном ряду европейского филиала Ford Motor Company, в частности на моделях Ford Taunus и Ford Granada, а также (тот же двигатель) на автомобилях SAAB, на которые он ставился вместо двухтакного трёхцилиндрового, опять же, благодаря компактности.

Оппозитный четырехцилиндровый двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором угол между рядами цилиндров составляет 180 градусов. В автомобильной и мототехнике оппозитный двигатель применяется для снижения центра тяжести, вместо традиционного V-образного. Оппозитный двигатель в отличие от других четырехцилиндровых двигателей, самый сбалансированный. Коленчатый вал оппозитного двигателя испытывает меньшие нагрузки, что позволяет развивать большие обороты двигателя, и снимать большую удельную мощность не увеличивая массу.

По сравнению с рядным четырехцилиндровым двигателем имеет (как и V-образный двигатель) более сложную конструкцию.

Наиболее широкое распространение оппозитный двигатель получил в модели Volkswagen Käfer выпущенной за годы производства.

Компания Porsche использует его в большинстве своих спортивных и гоночных моделей, таких как Porsche 997, Porsche 987 Boxster и другие.

Оппозитный двигатель является также отличительной чертой автомобилей марки Subaru, который устанавливается практически во все модели Subaru c 1963 года. Большинство двигателей этой фирмы имеют оппозитную компоновку, которая обеспечивает очень высокую прочность и жёсткость блока цилиндров.

Volkswagen Transporter T1 — T3 бензиновые версии моторов также были оппозитными. Малая высота двигателя позволяла устанавливать его под полом салона.

Оппозитный четырехцилиндровый двигатель устанавливался на Т-26 и некоторые машины Pz I.

Рядный четырехцилиндровый двигатель имеет коленвал на котором

Конструкция и размеры коленчатого вала зависят от числа и расположения цилиндров двигателя, числа коренных и шатунных шеек, размещения шатунов, равномерности чередования рабочих ходов и уравновешенности.

Коленчатые валы могут быть как целые, так и составные. Последние применяют в случае использования подшипников качения в качестве шатунных и коренных подшипников.

Коленчатый вал состоит из следующих элементов: переднего конца вала, шатунных и коренных шеек, противовесов и хвостовика.

На коленчатом валу обычно располагаются маховик, ведущая распределительная шестерня, шкив привода вентилятора, гаситель крутильных колебаний, маслоотражатели и другие второстепенные детали.

Общая длина кривошипа, а также размеры составляющих его элементов (коренная и шатунные шейки и щеки) зависят от минимального расстояния между осями двух соседних цилиндров.

В быстроходных дизелях и некоторых карбюраторных двигателях число коренных подшипников коленчатого вала на единицу больше числа колен. Карбюраторные двигатели часто имеют непол-ноопорные коленчатые валы. В «этом случае между двумя коренными подшипниками располагается по два колена, вследствие чего сокращается длина коленчатого вала и габаритные размеры двигателя.

Чтобы повысить жесткость таких коленчатых валов на изгиб, увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, уменьшают их длину и увеличивают толщину щек. В V-образных двигателях применяют полноопорные коленчатые валы.

Современные четырехцилиндровые карбюраторные двигатели с рядным расположением цилиндров обычно имеют три или пять коренных подшипников, а восьмицилиндровые V-образные двигатели — только пять коренных подшипников. Восьмицилиндровые дизели чаще делают с пятью коренными подшипниками. Шестицилиндровые карбюраторные двигатели могут иметь четыре и семь, а дизели — только семь коренных подшипников.

В подавляющем большинстве случаев коленчатые валы изготовляют цельными.

Исходя из условия равномерности чередования вспышек угол между кривошипами вала четырехтактного однорядного двигателя должен быть равен 720°/£ (где i— число цилиндров). Угол между кривошипами двухтактного двигателя согласно тому же условию должен быть 360°/£. При определении порядка работы двигателя из всех возможных вариантов выбирают порядок, при котором вспышки совершаются поочередно в цилиндрах наиболее удаленных друг от друга. Такой порядок работы несколько улучшает условия, в которых находятся коренные подшипники, и препятствует проникновению отработавших газов из одного цилиндра в другой.

Ниже рассматриваются конструктивные элементы коленчатого вала.

Передний конец коленчатого вала имеет ступенчатую форму, что необходимо для установки на нем шкива привода вентилятора, маслоотражающего устройства, распределительной шестерни и в некоторых случаях гасителя крутильных колебаний, который обычно объединяют в один узел со шкивом вентилятора. Все устройства и детали, расположенные на переднем конце коленчатого вала, стягивают болтом, ввернутым в его торец, или гайкой, навернутой на конец коленчатого вала. При установке коленчатого вала в подшипниках качения на его переднем конце должно быть предусмотрено место для устройства, при помощи которого масло подается в коленчатый вал.

Коренные шейки коленчатого вала выполняют одинакового диаметра. Для фиксирования коленчатого вала от осевых перемещений служит одна из крайних или средняя шейка. Упорные подшипники у большинства двигателей (у дизелей в особенности) располагают со стороны маховика. В некоторых двигателях упорные подшипники устанавливают со стороны механизма газораспределения или у среднего коренного подшипника. При цепном приводе желательно упорный подшипник располагать со стороны переднего конца вала, так как при перекосах условия работы цепи ухудшаются.

Для смазки коренных шеек масло подается из общей масляноймагистрали,расположенной в блок-картере, по каналам в стенках верхней части картера со стороны малонагруженной половины вкладыша.

Щеки коленчатого вала могут быть различной формы: призматические овальные и круглые. У коленчатых валов автомобильных двигателей большей части щеки делают прямоугольной и овальной формы.

Если между опорами расположены два колена, то длина щек увеличивается,аформаихусложняется,чтоусложняетконструкцию вала в целом и увеличивают его массу. Для лучшего

использования материала не работающие, наиболее удаленные отоси коленчатого вала,части щек срезают. Жесткость щеки зависит от перекрытия коренных и шатунных шеек е =^* — R .Чем больше перекрытие шеек, тем больше жесткость и прочность щеки. При этом можно уменьшить толщину щеки без увеличения ее ширины. Величина перекрытия шеек зависит от отношения хода поршня к диаметру цилиндра и диаметра шеек.

Переходы (галтели) от щек к коренным и шатунным шейкам во избежание возникновения больших концентраций напряжения выполняют радиусом около (0,035—0,08) d. Для уменьшения опорной поверхности шейки галтель в некоторых конструкциях состоит из двух-трех сопряженных дуг различных радиусов гг, г2, г3 .

Утолщение щек без увеличения длины двигателя ведет с одной стороны к повышению жесткости кривошипа, и с другой — к уменьшению ширины подшипников. При этом ширина подшипника не должна быть меньше 0,25 d.

При наличии на коленчатом валу противовесов форма щек усложняется.

Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил и моментов, вызываемых этими силами. Первые возникают от неуравновешенных масс колена вала. Для уменьшения массы противовесы следует конструировать так, чтобы их центр тяжести располагался на возможно большем расстоянии от оси коленчатого вала. Масса противовеса составляет 70—80%суммарноймассывращающихсячастей.Противовесыо бычно отковывают или отливают как одно целое со щеками. Толщина противовеса не должна превышать толщины щеки, чтобы приремонте шейки коленчатоговаламожнобыло шлифовать.

В некоторых коленчатых валах сложной конструкции для упрощения их штамповки противовесы изготовляют отдельно. В этом случае противовесы к щекам крепятся специальными болтами 1 или шпильками 2 . Для фиксации головки болтов приваривают к противовесам.

Число и установочный угол противовесов определяют из динамического расчета.

В двигателях с кривошипно-камерной схемой газообмена противовесы, заполняя кривошипную камеру, уменьшают вредное пространство и способствуют созданию требуемого давления продувочного воздуха.

Шатунные шейки коленчатых валов обычно имеют меньший диаметр, чем коренные. При увеличении диаметра шатунной шейки увеличивается нижняя головка шатуна, что ведет к возрастанию вращающихся масс. При уменьшении длины шатунной шейки повышается удельная нагрузка, вследствие чего ухудшаются условия работы масляной пленки. Для уменьшения массы шатунные шейки часто высверливают.

Масло к шатунным шейкам подводится от коренных шеек по просверленным в валу каналам или запрессованным трубкам (в случае полых шеек).

Хвостовик (задний конец) коленчатого вала обычно имеет фланец для установки маховика. При наличии гидравлического сцепления роль маховика играет корпус сцепления. Задний конец коленчатого вала уплотняется с помощью отражательных колец вместе с фетровыми или резиновыми кольцами и винтовой нарезкой на валу, имеющей направление, обратное направлению вращения коленчатого вала.

Маховик крепится к фланцу коленчатого вала болтами. Отверстия под болты располагаются несимметрично, чем достигается установка маховика в строго определенном положении.

В торце фланца имеется отверстие для установки подшипника первичного вала коробки передач.

Какой двигатель лучше? V-образный, рядный, оппозитный

«Линейка двигателей представлена рядным 4-цилиндровым агрегатом объёмом 2,5 л и 3,5-литровым V6», — гласит рекламный проспект какой-нибудь Toyota Camry. А чем отличаются эти моторы, кроме количества «кубиков» и лошадиных сил? Почему в «Безумном Максе» молились богу V8, и что особенного в «оппозитниках» Subaru? Просто о сложном: разбираем на пальцах особенности автомобильных двигателей.

Компоновка. Продольно или поперечно

Прежде чем говорить о конструкции двигателей, нужно упомянуть о компоновке автомобиля — ведь именно она во многом определяет, какой мотор будет установлен под капотом. Хотя не всегда под капотом: существуют автомобили (в основном спортивные) со средне- и заднемоторной компоновкой, но у большинства гражданских машин двигатель всё-таки находится впереди. О них и поговорим.

Мотор может располагаться в машине продольно или поперечно. Первую схему называют классической, она характерна для автомобилей с задними приводом (или полным, но на основе заднего). Продольная схема почти не накладывает ограничений на размеры силовой установки, как и трансмиссии — коробка передач может быть огромной, с большим запасом прочности, и заканчиваться хоть в центре машины. Такая компоновка характерна для больших автомобилей с мощными двигателями и КПП: грузовиков, внедорожников, премиальных седанов. Хотя раньше так были устроены почти все машины — взять ту же классическую линейку «Жигулей». Но с массовым внедрением переднего привода понадобилась иная, более компактная компоновка.

Для переднего привода необходимо устанавливать двигатель не продольно, а поперечно — вместе с коробкой передач он должен разместиться под капотом между лонжеронами. Ограниченное пространство требует компактности как от трансмиссии, так и от самого мотора, поэтому далеко не все силовые установки подходят для поперечной схемы. Такая компоновка характерна как для переднеприводных машин, так и для полноприводных, система 4WD которых имеет переднеприводные корни — а это почти все современные кроссоверы.

Разобравшись в особенностях компоновок, можно переходить к самим двигателям.

Рядные двигатели

Классический двигатель внутреннего сгорания — рядный, где все цилиндры расположены в один ряд. В литературе такая конструкция обозначается буквой I или R (от английского Row или немецкого Reihe— ряд), а цифра, стоящая рядом, указывает на число цилиндров (R3, R4, R5, R6). Хотя в жизни обозначение «R» встречается редко — автопроизводители не стремятся отдельно выделять «рядность» мотора, считая такую схему обыденной. Вы никогда не встретите шильдик R6 на крышке багажника, в отличие от V6 — хотя рядная «шестёрка» во многом превосходит V-образную. Но об этом ниже.

Рядный 4-цилиндровый двигатель (R4) — самый распространённый в мире, поскольку попадает в наиболее ходовой диапазон рабочего объёма: от 1 до 3 литров. Есть и более объёмные представители: например, тойотовский турбодизель 15B с кубатурой 4,1 л, который ставят на Mega Cruiser, грузовик Dyna и другие модели. Обратный пример — рядный моторчик Subaru EN07 (модели R1, R2, Pleo) объёмом всего 658 «кубиков». Но это всё-таки исключения: оптимальным объёмом одного цилиндра мотористы считают 0,3–0,7 л. Соответственно, большинство 4-цилиндровых двигателей имеют рабочий объём от 1,2 до 2,8 л.

Ещё одна причина популярности рядной «четвёрки» — её относительная компактность. Мотор R4 можно установить почти на любой автомобиль как продольно, так и поперечно. Чего не скажешь о рядной «шестёрке» R6 — дополнительные 2 цилиндра существенно увеличивают длину агрегата. Установить такой двигатель поперечно инженерам удавалось в единичных случаях (Volvo S80 и XC90, Chevrolet Epica) в паре с компактной коробкой передач. В основном моторы R6 устанавливают продольно.

6 цилиндров в ряд (Straight-6) является одной из лучших конструкций двигателя — такая схема полностью сбалансирована и лишена вибраций, отличается плавной работой и эластичностью. Моторы R6 традиционно применяли немецкие производители (BMW, Mercedes-Benz), а также японские: Nissan (серии RB25/RB26, TB45/TB48, дизель TD42), Toyota (серии M, 1G, 1JZ/2JZ, дизели 1HZ/1HD). К сожалению, почти все эти двигатели в настоящий момент вытеснены более универсальными моторами V6.

У рядной «восьмёрки» проблем из-за исполинских размеров ещё больше. Моторы R8 встречались на американских машинах середины прошлого века, советских лимузинах ЗИС-101 и ЗИС-110. Сегодня такие двигатели работают только на судах и тепловозах, а на автомобилях их полностью вытеснили моторы V8.

Рядные двигатели с нечётным числом цилиндров также встречаются (R3, R5). В большинстве случаев они созданы на базе рядной «четвёрки», которой добавили или отняли один цилиндр. Существуют и двухцилиндровые автомобили (Fiat 500, отечественная «Ока»), но в основном моторы R2, как и двигатели с 1 цилиндром, применяются на мотоциклах.

V-образные двигатели

Очевидно, что главная проблема рядного мотора с 6 и более цилиндрами — чрезмерная длина. Как сделать его компактнее? «Распилить», расположив цилиндры в виде латинской буквы V (отсюда и обозначение).

V-образные моторы заметно сложнее рядных: у них две головки блока цилиндров (каждая со своей прокладкой, распредвалами, коллекторами), причудливее схема привода ГРМ. А ещё «вэшки» вибрируют: V8 чуть меньше, V6 и V10 — сильнее. И лишь грозный V12 уравновешен полностью, как и R6 — по сути, он и представляет собой две рядных «шестёрки», соединённых вместе. Но встретить V12 можно только на люксовых машинах и суперкарах.

Основа популярности мотора V6 — его универсальность: он достаточно компактен, поэтому может быть установлен как продольно, так и поперечно. Та же Toyota перестала ставить рядные двигатели серии JZ на свои большие седаны (Mark II, Crown и их производные), перейдя на V-образную серию GR, которую можно встретить на доброй половине модельного ряда: от переднеприводных Camry до внедорожников Land Cruiser Prado. Выпускать универсальные двигатели намного выгоднее, чем специфичные.

Балансировка мотора V6 вызывает определённые сложности у инженеров из-за блуждающих в нём моментов от сил инерции поршней и центробежных сил — чаще всего приходится использовать балансировочные валы, что дополнительно усложняет и без того не самую простую конструкцию двигателя. Угол развала цилиндров у V-образных моторов может быть разным: обычно это 45, 60, 65 или 90 градусов — оптимальные значения с точки зрения вибраций.

Рядно-смещённые двигатели VR и W

Компромиссом между рядной и V-образной схемой стала рядно-смещённая компоновка (VR). Такие моторы активно применяет концерн Volkswagen. VR представляет собой V-образный мотор с экстремально малым углом развала цилиндров (10–20°), что позволяет накрыть их общей головкой блока, как у рядного мотора.

Плюсы такого решения — отказ от второй головки (а значит упрощение и удешевление конструкции) и компактные размеры. Минусы — чудовищные вибрации: чтобы хоть как-то сбалансировать рядно-смещённый мотор, приходится значительно утяжелять коленчатый вал и маховик, применять балансировочные валы, особые подушки двигателя и другие технические решения. Из-за этого схема VR не получила распространения у других автопроизводителей, став фирменной чертой автомобилей VAG.

Volkswagen же активно развивал своё «дитя», придумав W-образный двигатель — V-образный мотор из двух блоков VR на одном коленвале. Такие силовые агрегаты встречаются на флагманах VW, Audi и Bentley.

Оппозитные двигатели («боксёры»)

Оппозитный двигатель иногда называют V-образным с углом развала 180°, но это не совсем верно. В V-образной схеме поршни двигаются синхронно, в то время как в оппозитной — зеркально, словно боксируя друг с другом. Из-за этого оппозитные двигатели называют «боксёрами» (Boxer), обозначая буквой B: B2, B4, B6, B8. Хотя свой 6-цилиндровый «боксёр» EZ30 Subaru называет H6.

Самый популярный оппозитный двигатель стоял на легендарном «Жуке» Volkswagen Old Beetle (Käfer), которых за полвека выпустили 21,5 млн штук. В современных машинах «боксёры» используют только Porsche и Subaru, хотя в мототехнике они широко представлены на моделях BMW и «Уралах».

Плоский горизонтальный «боксёр» — весьма широкий двигатель, что не позволяет записать ему в преимущества компактность. В чём же плюсы такой компоновки? Во-первых, в низком центре тяжести (мотор находится очень близко к земле), что даёт лучшую устойчивость и управляемость автомобиля. Во-вторых, коленвал таких двигателей намного короче, легче и прочнее, по сравнению с рядной схемой. Да и вибрирует оппозитная «четвёрка» меньше, чем рядная, поскольку зеркальное движение поршней взаимно компенсирует их силы инерции. А оппозитная «шестёрка» B6/H6 вообще полностью уравновешена, как и рядная.

Характерные минусы «боксёров»: две головки блока (что для мотора с 4 цилиндрами явно избыточно), затруднённое облуживание и переусложнённая конструкция. А их ключевое преимущество в виде низкого центра тяжести играет роль в автоспорте, но не при повседневной городской езде — обычный водитель вряд ли заметит разницу между «рядником» и «боксёром».

Вибрации и балансировка двигателей

Что водитель чувствует сразу, так это вибрации двигателя — они ухудшают комфорт и могут весьма серьёзно досаждать пассажирам. Помимо этого, вибрации снижают надёжность техники, поэтому инженеры тщательно балансируют моторы. В ход идут противовесы на коленвалах, двухмассовые маховики, продвинутые опоры двигателя, балансировочные валы… Но главное — изначально выбрать удачную конструкцию мотора.

В основном двигатель вибрирует от инерции поршней, совершающих возвратно-поступательные движения. Вспомните, как кивают головой пассажиры при резких разгонах и торможениях — примерно так же ведут себя поршни в конце каждого рабочего такта. В одних двигателях силы инерции и моменты от них взаимно компенсируются, в других остаются свободными, вызывая вибрацию.

Как видно из таблицы, в рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка — не столь неприятная, как первого порядка, но тоже чувствительная. Характерная дрожь мотора в определённых режимах работы — её «заслуга». В оппозитной «четвёрке» эта сила скомпенсирована, но остаётся свободный момент от неё, стремящийся повернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Хотя его воздействие почти незаметно для водителя.

У двигателя V6 свободных моментов множество, поэтому в нём приходится применять балансировочные валы. Кстати, трёх- и пятицилиндровые рядные моторы идентичны V6 в уравновешенности, несмотря на нечётное количество цилиндров.

Худшие с точки зрения разгула свободных сил и вибраций — одно- и двухцилиндровые моторы, а также детища Volkswagen: двигатели VR5 и VR6. А лучшие, самые уравновешенные двигатели — рядные и оппозитные «шестёрки». Ну и роскошный V12, конечно.

Какой двигатель лучше

Сравнение двигателей — непростая задача, ведь у каждого автомобилиста свои требования и критерии выбора. Одним важнее надёжность и простота обслуживания, другим нужна максимальная мощность, а третьи смотрят прежде всего на расход топлива. Идеальный мотор должен совмещать все эти преимущества — быть простым и надёжным, мощным и экономичным. Но чаще всего инженерам приходится идти на компромиссы. Хороший пример сложности прямого сравнения моторов — международный конкурс «Двигатель года» (Engine of the Year), лауреаты которого являются произведением инженерного искусства, но не всегда отвечают запросам реальных автомобилистов.

Удачным получится двигатель, или не очень, определяет множество факторов: общая продуманность конструкции и степень форсировки (количество лошадиных сил на рабочий объём), применённые технические решения и экологические рамки. Но при прочих равных можно сделать общие выводы по компоновке мотора. Так, рядная «четвёрка» — базовый и самый простой двигатель большинства автомобилей, который должен быть экономичным и недорогим (конечно, бывают и исключения). Трёхцилиндровый «рядник» — бюджетный вариант для малолитражек, но он не так плох, как многие считают. V6 — агрегат более сложный и дорогой в обслуживании, хотя малофорсированные «вэшки» вполне могут быть «рабочими лошадками». V8 — показатель премиума и единственная возможность разместить сразу 8 цилиндров под капотом современного автомобиля. Рядная «шестёрка» — самая сбалансированная, простая и заслуженно любимая многими компоновка, которая встречается всё реже и реже. «Боксёры» B4 и B6 — специфичные двигатели, которые, безусловно, имеют свои плюсы и армию фанатов. Ну а с автомобильной экзотикой вроде V4, VR5 или VR6 лучше иметь дело, пока она на гарантии…

Коленчатый вал рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано в рядных четырехцилиндровых бензиновых двигателях внутреннего сгорания. Коленчатый вал для рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания содержит четыре шатунные шейки, расположенные между коренными шейками. Расстояние от оси вращения коренных шеек до продольной оси симметрии шатунной шейки, параллельной оси вращения коренных шеек, выбрано из диапазона 41 — 44 мм, а расстояние между поперечными осями симметрии соседних шатунных шеек выбрано из диапазона 103 — 105 мм. Технический результат заключается в повышении удельной мощности рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания с диаметром цилиндра от 90 до 93 мм при одновременном получении наиболее оптимального объема цилиндра в пределах от 521,4 до 624 см 3 . 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к рядным четырехцилиндровым бензиновым двигателям внутреннего сгорания.

Известен рядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал, имеющий четыре шатунные шейки, расположенные между коренными шейками (см. А.С.Орлин и др. Двигатели внутреннего сгорания. Конструкция и расчет поршневых и комбинированных двигателей. 1972, с.453-454, рис.304).

Недостаток известного технического решения заключается в том, что существующие размеры коленчатых валов для рядных четырехцилиндровых бензиновых двигателей не обеспечивают возможности получения максимальной удельной мощности рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя и получения оптимального объема цилиндров для поршней с диаметром от 90 до 93 мм. Кроме того, это ограничивает допустимый объем двигателя, не реализуя все геометрические параметры блока цилиндров. Это ограничение связано с тем, что увеличение рабочего объема известного двигателя без серьезной модификации его деталей и узлов ухудшает его эксплутационные, ресурсные и экологические характеристики.

Задачей изобретения является повышение удельной мощности рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания с диаметром цилиндра от 90 до 93 мм при сохранении габаритов двигателя и одновременном получении наиболее оптимальным объема цилиндра в пределах от 521,4 до 624 см 3 .

Как показали опытно-конструкторские разработки, поставленная задача достигается тем, что у коленчатого вала для рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания, содержащего четыре шатунные шейки, расположенные между коренными шейками, согласно изобретению расстояние от оси вращения коренных шеек до продольной оси симметрии шатунной шейки, параллельной оси вращения коренных шеек, выбрано из диапазона 41 — 44 мм, а расстояние между поперечными осями симметрии соседних шатунных шеек выбрано из диапазона 103 — 105 мм.

Сущность изобретения показана на чертеже, где представлен фрагмент коленчатого вала.

Коленчатый вал для рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания, представленный на чертеже, содержит четыре шатунные шейки 1, расположенные между коренными шейками 2, как и в известных двигателях. Как показали опытно-конструкторские разработки, для повышения удельной мощности рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания с диаметром цилиндра от 90 до 93 мм при одновременном получении наиболее оптимальным объема цилиндра в пределах от 521,4 до 624 см 3 следует, чтобы расстояние А от оси 3 вращения (горизонтальной) коренных шеек 2 до продольной оси 4 симметрии (горизонтальной) шатунной шейки 1, параллельной оси 3 вращения коренных шеек 2, было выбрано из диапазона 41 — 44 мм, а расстояние В между поперечными (вертикальными) осями 5 симметрии соседних шатунных шеек 1 было выбрано из диапазона 103 — 105 мм. При разработке было определено наиболее оптимальное соотношение указанных размеров из следующего выражения 0,39А/В0,43.

В остальном коленчатый вал работает так же, как и обычный коленчатый вал рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания, преобразуя возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение и обеспечивая работу двигателя с увеличенной удельной мощностью и наиболее оптимальным объемом цилиндров.

Благодаря использованию предлагаемого коленчатого вала возможно построение семейства двигателей объемом от 2,085 (округленно 2,1) до 2,4984 (округленно 2,5) л. Данное семейство двигателей предназначено для установки не только на автомобили АЗЛК и Иж всех модификаций, но и на автомобили ВАЗ 2121ХХ (Нива, Надежда) всех модификаций.

Коленчатый вал для рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя внутреннего сгорания, содержащий четыре шатунные шейки, расположенные между коренными шейками, отличающийся тем, что расстояние от оси вращения коренных шеек до продольной оси симметрии шатунной шейки, параллельной оси вращения коренных шеек, выбрано из диапазона 41 — 44 мм, а расстояние между поперечными осями симметрии соседних шатунных шеек выбрано из диапазона 103 — 105 мм.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector