Многих автолюбителей приятно радует тот факт, что на рынке представлен огромный ассортимент транспортных средств. Отличаются они между собой не только внешним видом, маркой или конструкцией кузова. Большая разница может наблюдаться и в подкапотном пространстве, где располагается двигатель.

Вопрос относительно того, какой двигатель будет лучше: рядный или V-образный, становится актуальным лишь в том случае, когда сопоставляются ДВС с 6 цилиндрами. Именно с 6 начинается отсчёт минимального числа цилиндров на так называемых V-образных моторах, в то время как рядные зачастую имеют не более 6 рабочих цилиндров, чаще всего имея по 2-4 единицы.

Говоря о том, чем V-образный силовой агрегат лучше более классического рядного, нельзя не затронуть ещё и оппозитный двигатель. Некоторые считают его вариацией на V-подобный агрегат, другие же называют совершенно независимым и самостоятельным типом конструкции мотора.

Блеск и забвение рядных шестерок

Когда-то рядная шестерка была доминирующей конструкцией двигателя. Эти двигатели ассоциируются с лучшими автомобилями всех времён: Jaguar поставил их в свои автомобили, Джип построил на них свою репутацию конца 20-го века, и почти у каждого легкого семейного автомобиля или пикапа в Америке был такой двигатель.

Рядные шестицилиндровые двигатели имеют ряд неоспоримых преимуществ. В первую очередь, как и любой рядный двигатель, они довольно просты и надёжны. Блок цилиндров изготавливать проще, да и в отличие от V-образных моторов во втором комплекте головки цилиндров и распредвалов нет необходимости. Вместо использования четырёх коротких распредвалов рядная шестёрка может довольствоваться двумя длинными валами.

Простота таких моторов также важна при ремонте, так как на рядном двигателе легко можно подобраться к любой свече зажигания, проводам и прочим элементам при плановом обслуживании, что делает рядную шестёрку хорошим товарищем механика.

Но самое большое преимущество — балансировка двигателя. При обычной схеме работы таких моторов поршни в цилиндрах двигаются парами со своим «отражением в зеркале» с другой стороны мотора. Сначала работают 1 и 6, затем — 2 и 5, а заканчивают 3 и 4. Когда поршни 1 и 6 находятся в верхней мёртвой точке, другие поршни равномерно расположены под углом в 120 и 240 градусов соответственно относительно рабочего цикла, благодаря чему возвратно-поступательные движения сами уравновешивают мотор. Они плавно развивают обороты, чем и прославились. Но наступили времена, когда их вытеснили с рынка V – образные двигатели.

Вибрации

Данные явления в любом случае проявляются при работе поршневого ДВС. Однако конструкторы стремятся максимально снизить их, так как они не только сказываются на комфорте, но и при чрезмерном уровне могут привести к повреждению и разрушению двигателя.

При его функционировании действуют разнонаправленные силы и моменты. Для снижения вибраций необходимо уравновесить их. Одним из решений этого является конструирование двигателя таким образом, чтобы моменты и силы были равными и разнонаправленными. С другой стороны, достаточно доработать лишь коленвал. Так, можно изменить расположение его шеек и установить на нем противовесы либо использовать балансирные валы противовращения.

Недостатки рядных шестёрок

Увы, но есть множество причин тому, что количество рядных шестёрок значительно сократилось. Размещение такого мотора всегда вызывало вопросы, так как из-за значительного количества цилиндров, выстроенных в ряд, установить его вдоль можно не под каждый капот. Если же расположить его поперечно, то не останется места для трансмиссии и приводов, которые нужны при использовании на переднеприводных моделях. А так как производители стараются делать максимально универсальные моторы для применения на множестве моделей, длинные двигатели им просто не нужны.

Кроме того, у длинного мотора и его компонентов страдает жёсткость по сравнению с более компактными моделями. Длинные распредвалы и коленвалы слегка прогибаются во время вращения, а блок цилиндров не такой жёсткий, как у тех же V6. Размеры рядной шестёрки также плохо влияют на центр тяжести автомобиля, так как он расположен несколько выше, чем более компактные V6.

Краткая характеристика двигателей

Самой распространённой и одновременно наиболее простой компоновкой двигателя справедливо считается рядная схема расположения цилиндров. Основная масса ДВС, имеющих сравнительно небольшой объём, выполнены именно так. Они компактные, имеют небольшой вес, благодаря чему без особых проблем располагаются в подкапотном пространстве.

Но рядные ДВС имеют и свои недостатки. По мере роста числа цилиндров, общая протяжённость мотора заметно увеличивается. Чем больше цилиндров стоит в ряд, тем сильнее вибрации возникают в процессе работы. Плюс для таких моделей требуются более тяжеловесные коленчатые валы. Разместив мотор продольно, повышается риск сильных травм при авариях и столкновениях, поскольку так двигателю намного проще вмять моторный щит и оказаться в салоне.

О V-образных ДВС нужно знать хотя бы то, что их минимальное количество цилиндров 6. В каждый ряд установлено по 3 цилиндра. Внешне это напоминает букву V из латинского алфавита, отсюда и соответствующее название. При таком размещении количество цилиндров может достигать 12.

Основным преимуществом считается возможность расположить в небольшом подкапотном пространстве объёмный и мощный силовой агрегат. По уровню безопасности они также превосходят своих рядных конкурентов. Но говоря о том, чем V-образный автомобильный двигатель лучше классического рядного мотора, нельзя не отметить и его недостатки. Такие моторы конструктивно сложнее, из-за чего V-образники стоят дороге. В подобном формате автопроизводителям попросту невыгодно создавать двигатели с маленьким объёмом и мощностью. Ещё тут довольно высокий центр тяжести, что создаёт дополнительные трудности при создании спортивных авто.

V-образный ДВС отличается тем, что развал блока здесь составляет 60 или 90 градусов, хотя существуют и некоторые исключения. Но если тот же развал на V моторе увеличить до 180 градусов, то перед вами появится стандартный оппозитный агрегат или просто боксёр. Его маркируют буквой B. Такое название обусловлено тем, что цилиндры располагаются друг напротив друга. В процессе работы они совершают движения, словно машут руками, как боксёры. Эффект драки между поршнями и привёл к появлению названия Boxer.

Если говорить про уравновешенность, то оппозитные ДВС с 6 цилиндрами ничем не уступают рядным шестёркам. Плюс в пользу оппозитника говорит низкий центр тяжести, которым не может похвастаться ни один из конкурентов. Это отличное качество при создании спортивных моделей авто.

Но 6-цилиндровые оппозитные моторы встречаются довольно редко. Основной акцент делается на 4-цилиндровых версиях. Причём уже появились даже дизельные оппозитники, что можно справедливо называть прорывом в автомобильной индустрии.

Недостатки V6

V – образные моторы при таком же количестве цилиндров, как у рядного собрата совсем не так хорошо сбалансированы. Они по сути созданны из двух рядных 3-цилиндровых двигателей, следовательно, любой V6 требует специальных балансировочных механизмов, которые будут уравновешивать мотор во время его работы. Без балансировочных валов на коленчатый вал действовали бы огромные нагрузки, создаваемые при возвратно-поступательных движениях деталей.

Балансировка двигателя ухудшается с ростом его рабочего объёма и увеличением размера цилиндра (так как растёт масса поршня). Противовесы в таком случае также добавляют сложности в конструкцию двигателя и процесс производства, увеличивая его стоимость. Например, у DOHC V6 должно быть 4 распредвала и 24 клапана, а дополнительные балансировочные валы, расположенные в каждой головке, лишь добавят сложности при ее обслуживании.

В течение многих лет двигатели V6 убивали рядную шестерку, также известную как I6, и данному развитию компоновки двигателей предполагалось забвение. Но Mercedes-Benz совершил воскресение. Это вернуло рядную шестерку в модели M256, совершенно нового дизайна двигателя, чтобы заменить многие из его V6.

Таким образом, именно низкие затраты на разработку двигателя и хорошая его уравновешенность обеспечили этому старому дизайну двигателя возрождение с использованием новых технических решений.

Электрическая система 48В обеспечивает в четыре раза больше мощности своего предшественника 12 В при том же токе и позволяет электрифицировать ключевые компоненты (например, компрессор кондиционера) или внедрять новые технологии (например, электрический вспомогательный компрессор) и, следовательно, экономить топливо. Низковольтная система не требует дополнительной архитектуры безопасности высоковольтной сети.

Предпосылки создания

В начале прошедшего века не было прямой связи между объемом мотора и количеством цилиндров. Однако со временем такие факторы, как увеличение оборотов и мощности, а также стремление к снижению стоимости привели к введению среднего объема цилиндра. К тому же появилось такое понятие, как литровая мощность. Таким образом, они связали мощность двигателя с количеством цилиндров. То есть каждый цилиндр имеет определенный объем, а с конкретного значения объема снимают определенную мощность. Причем эти характеристики оптимизированы, то есть выходить за их рамки при серийном производстве невыгодно. Таким образом, небольшие массовые модели стали оснащать моторами малого объема с небольшим количеством цилиндров, а для достижения высокой мощности потребовалось создавать многоцилиндровые силовые агрегаты большего объема.

Воплощение новых инновационных проектов

Вступая в 21-й век, производителей перестают интересовать рядные шестерки. Джип убил свой AMC 4.0L I6 после 2006 года в пользу V6s. General Motors, уникальная для своего времени, создала I6 в 2002 году как часть своего нового семейства двигателей Atlas, которое просуществовало до 2012 года. Только BMW продолжала строить большую часть своего модельного ряда на рядной шестерке.

Короткие капоты по-прежнему остаются проблемой для размещения рядного двигателя, но у Mercedes есть несколько хитростей, чтобы укоротить M256 настолько, чтобы втиснуть его в современные «курносые» автомобили.

На классическом двигателе мощность для привода гидроусилителя рулевого управления, генератора переменного тока, компрессора и кондиционера передается через систему резиновых ремней на шкивах, которые расположены на передней части двигателя. Все это занимает много ценного подкапотного пространства между блоком двигателя и передней решеткой. Рядный шестицилиндровый двигатель M256 избавляется от ремней и шкивов.

Он оснащен устройствами систематической электрификации. Так, в передней части двигателя отсутствует ременный привод для вспомогательных компонентов, что уменьшает его общую длину. Узкая конструкция вместе с физическим разделением впуска / выпуска создает пространство для последующей обработки выхлопных газов вблизи двигателя. При 500 см3 новый двигатель имеет такой же рабочий объем на цилиндр, что и семейство дизельных двигателей премиум-класса, используемых ранее, а также семейство четырехцилиндровых бензиновых двигателей. Дополнительным бонусом является оригинальная доработка рядного двигателя.

Мощность и крутящий момент нового шестицилиндрового рядного двигателя аналогичны текущей восьмицилиндровой машине, то есть более 300 кВт (408 л.с.) и более 500 Нм. По сравнению с предыдущим V6 выбросы CO 2 в двигателе были снижены примерно на 15 процентов.

Его производительность столь же динамична, как и у V8, поскольку новый рядный шестицилиндровый двигатель оснащен интеллектуальной конструкцией турбонаддува: с поддержкой ISG при запуске электрического вспомогательного компрессора (eZV) гарантируется быстрое нарастание высокого крутящего момента при движении и ускорении, когда необходимо преодолеть режим, по истечении которого включается большой турбонагнетатель.

Электрический нагнетатель разгоняется до 70000 об / мин в течение 300 миллисекунд, обеспечивая чрезвычайно высокую приемистость двигателя. Результатом является динамическая реакция двигателя без турбо-задержки — задержки, возникающей у турбированных двигателей вследствие наличия «турбоямы», которую вы ощущаете между нажатием педали газа и получением прироста мощности.

Шестицилиндровый рядный двигатель имеет некоторые преимущества как в производстве, так и в производительности по сравнению с V6.

M 256 является первым представителем нового семейства бензиновых двигателей премиум-класса, которые с самого начала были систематически разработаны с использованием элементов электрификации. Электрическая система 48 В обслуживает не только потребителей высокой мощности, таких как водяной насос и компрессор кондиционирования воздуха, но также имеет и интегрированный стартер-генератор переменного тока (ISG), который также подает энергию на аккумулятор с помощью высокоэффективной рекуперации энергии. ISG обходится без необходимости ременной передачи для этих компонентов. Это не только уменьшает общую длину двигателя и его сложность, но и открывает новые эффективные возможности управления. Все еще существующая система 12 В обеспечивает энергоснабжение потребителей, таких как освещение, кабина, информационно-развлекательные и контрольные устройства.

ISG является ключевым компонентом системы 48 В и не только служит генератором переменного тока, но также отвечает за гибридные функции. Это позволяет экономить топливо, которое ранее было зарезервировано для гибридной технологии высокого напряжения. Впервые ISG также отвечает за контроль скорости холостого хода. Гибридные функции включают в себя: повышение мощности на 15 кВт и крутящего момента на 220 Н, восстановление энергии, а также смещение точки нагрузки — двигатель может работать в более благоприятной области характеристики при соответственном увеличении / уменьшении нагрузки в зависимости от уровня заряда батареи.

Еще одной особенностью нового семейства бензиновых двигателей премиум-класса является предпусковая обработка выхлопных газов. Стандартный сажевый фильтр является единственной частью системы выпуска отработавших газов, которая находится под полом.

VR-6

Отдельно стоит отметить шестицилиндровые агрегаты с углом развала в 15 градусов. Это моторы VR-6. В чем особенность таких агрегатов? Эти установки не имеют такую сбалансированность, как классический двигатель V6. Однако благодаря небольшому углу развала эти моторы крайне компактные, причем не только по ширине, но и по длине.

Что касается рабочего объема, данные агрегаты могут иметь от двух до пяти литров. Меньший объем использовать нецелесообразно. Причина заключается в высокой стоимости изготовления.

На данный момент такие шестицилиндровые агрегаты используются концерном «Фольксваген». Кстати, впервые данные моторы немцы использовали на «Пассате» и «Гольфе». Впоследствии шестицилиндровый агрегат стал применяться на «Фольксвагене Коррадо» и «Шаран». Агрегаты имели рабочий объем в 2,8-2,9 литра и развивали мощность в 174 и 192 лошадиные силы соответственно.

Уравновешенность

Прежде всего, следует отметить, что среди распространенных двигателей уравновешены лишь два типа — рядные и оппозитные, причем шестицилиндровые. Моторы прочих компоновок различаются по данному показателю.

Что касается V8, они весьма хорошо уравновешенны, а особенно варианты с прямым углом развала цилиндров и расположенными в перпендикулярных плоскостях кривошипами. Дополнительно придается плавность благодаря возможности обеспечения равномерного чередования вспышек. Такие двигатели имеют всего два неуравновешенных момента на щеках крайних цилиндров, которые могут быть полностью скомпенсированы двумя противовесами на коленвале.

Rover V8

V8, возможно, был изобретен французом и использовался в Rolls-Royce до того, как американские предприниматели объединились, но как только они это сделали, они сделали это самостоятельно. Пример этого можно найти в Rover V8, самом британском из всех V8. Он был построен в Великобритании с 1960 года вплоть до 2006 года и нашел свой путь во всем: от TVR до Land Rover и даже с ограниченным производством Morgans. Большинство людей не знают, что дизайн начал работать как Buick 215. Он был полностью алюминиевым блоком и был также приспособлен к Oldsmobile Jetfire, первому двигателю с турбонаддувом в мире.

Ford Flathead

Ну давайте начнем с этой плоской головки V8, которую Генри Форд представил миру в 1932 году. Его передовая конструкция коленчатого вала, смазка маслом высокого давления и цельный блок были довольно революционными на тот момент. Низкая ценовая точка была дополнительной карточкой для вытягивания, а вариации этого двигателя приводили в движение бесчисленные Форды в 50-е годы. Горячие родословные также любили Flathead V8, так как это могло быть запущено на ограниченном бюджете, и оно доминировало в модифицирующей сцене, пока не начали появляться более эффективные OHV V8.

Chrysler HEMI

Двигатели Chrysler Hemi стали синонимом мощности и производительности, так как они впервые попали на сцену в 1951 году. Прозвище «Hemi» было получено из-за того, что у этих двигателей были полусферические камеры сгорания. Дизайн не был уникальным для Chrysler и не был непременно лучшим способом извлечь больше энергии из двигателя, но большинство Hemi были двигателями большой мощности, которые делали много энергии. Были некоторые действительно культовые Hemi V8. Первый из них — 426 Hemi, приспособленный к 1970 Plymouth Barracuda, и совсем недавно — 6,7-литровый V8 с наддувом мощностью 707 л.с., установленный на Dodge Charger Hellcat и даже безумный 840-сильный Challenger SRT Demon.

Maserati/Ferrari F136

F136 дебютировал в 4,3-литровом F430 мощностью 483 л.с. в 2004 году, он достиг максимума в 458 Speciale, создав массивную 597 лошадиных сил всего 4.5 литра. Модели Maserati Quattroporte и GranTurismo также получили модифицированную кривошипную версию этого двигателя, известную тем, что она когда-либо была одной из самых увлекательных выхлопных выхлопных газов. 454-сильный 4,7-литровый Maserati GranTurismo был, пожалуй, лучшим звучанием. Ferrari 488GTB заменил 458 в 2020 году и принес с собой новый турбонаддув F154 V8, сигнализирующий о конце атмосферного двигателя Ferrari V8.

Современное развитие

В развитии всех двигателей внутреннего сгорания в последнее время наблюдается тенденция к повышению эффективности, экономичности. Этого достигают путем снижения объема и применения различных систем вроде непосредственного впрыска топлива, турбонаддува, изменяемых фаз газораспределения и т. д. Это привело к тому, что большие двигатели, в том числе и V8, постепенно утрачивают популярность. Многолитровые моторы теперь заменяют на турбированные двигатели меньшего объема. Это особенно коснулось версий V12 и V10, которые заменяют на наддувные V8, а последние — на V6. То есть средний объем моторов снижается, что отчасти обусловлено ростом эффективности, показателем которой является литровая мощность. Однако на спортивных и элитных автомобилях все же используют мощные многолитровые силовые агрегаты. Причем их производительность также существенно возросла в сравнении с прошлым благодаря применению современных технологий.

Chevy Small-Block

Небольшой блок Chevrolet Chevrolet V8 начал жить в 1955 году, приспосабливаясь к корветам первого поколения. Он был наполнен множеством других моделей объемом от 4,3 до 6,6 литра. Дизайн небольшого блока продолжался до 2003 года с небольшим блоком Gen II, который прибыл в 1992 году. Эти универсальные двигатели могли производить до 390 л.с. в стандартной форме, и они по-прежнему доступны для заказа как «двигатели ящиков» и являются фаворитом среди тюнеров, которые выглядят для надежной мощности. Все новые LS V8 были представлены в 1996 году, и это линейка двигателей, которые поддерживают современные транспортные средства GM. Самые последние модули Gen V имеют непосредственный впрыск, активное управление топливом и даже изменение фаз газораспределения.

Одноцилиндровые двигателиПравить

Типичный одноцилиндровый двухтактный двигатель

Типичный четырехтактный одноцилиндровый двигатель

Однако он обладает множеством недостатков с точки зрения характеристик двигателя. Поскольку воспламенение смеси в одноцилиндровом четырехтактном двигателе происходит один раз за каждые 720 градусов поворота коленчатого вала, для поддержания вращения двигателя до его следующего рабочего хода необходимы большие маховики.

Для того чтобы избежать чрезмерного увеличения веса, маховики должны обладать большим диаметром и небольшой толщиной. Приходится максимально облегчать поршень, также необходим длинный шатун, и в итоге получается двигатель, называемый длинноходным. Характеристики такого двигателя хороши до определенного момента: он экономичен, обладает хорошей кривой мощности и характеристики момента таковы, что он может относительно легко обеспечивать динамичный разгон с низких частот вращения двигателя. Для использования великолепной характеристики мощности передаточные числа коробки передач могут быть «растянуты», за счет этого управление машиной становится не столь напряженным. Действительно, влияние вибрации двигателя до определенной степени субъективно и, как правило, довольно высокие уровни низкочастотных колебаний предпочтительнее менее интенсивного, но более раздражающего «дребезжания».

Однако если попытаться заставить такой двигатель работать при больших частотах вращения, его недостатки станут очевидными. Наличие массивных маховиков означает большое количество накопленной энергии или инерции, и ускорение, по сегодняшним меркам, будет ограничиваться медленным набором скорости. Маленький диаметр цилиндра и большой ход поршня означают высокие скорости линейного перемещения поршня, а следовательно, высокий уровень износа этих узлов. При попытке уменьшить ход поршня сглаживающий эффект больших маховиков теряется, а неуравновешенные силы увеличиваются. Это плохо сказывается на комфортабельности мотоцикла — покладистый одноцилиндровый двигатель превращает его в «дрель, передвигающуюся по дороге».

Другая проблема двигателей большого объема связана с затруднением запуска, даже если для этого применяется электрический стартер. Но, поскольку большинство одноцилиндровых двигателей большого объема используются для соревнований в условиях бездорожья и не оснащаются электрическим запуском, то каждый раз коленчатый вал приходится устанавливать в положение, когда он чуть не доходит до ВМТ на такте сжатия, затем давать ему здоровенный пинок, чтобы заставить его вращаться. Кроме того, есть проблема отдачи, которая проявляется, когда коленчатый вал установлен неправильно или когда на кик-стартер нажали недостаточно сильно. При этом усилия для того, чтобы поршень миновал такт сжатия, недостаточно, и он резко отскакивает назад из-за воздействия компрессии. При этом рычаг кик-стартера отпрыгивает назад и перекидывает вас через руль или ломает вам ногу. Некоторые одноцилиндровые двигатели оснащаются декомпрессором, предназначенным для облегчения запуска и уменьшения отдачи. Компания Honda разработала систему, в которой при нажатии на кик- стартер небольшой кулачок воздействует на выпускной клапан с целью немного приоткрыть его в ВМТ на такте сжатия. Это снижает усилие, необходимое для прокручивания коленчатого вала двигателя. Второй кулачок начинает работать, когда происходит отдача, также слегка приоткрывая выпускной клапан и снижая силу отдачи.