Какие бывают двигатели ДВС?

Когда конструкторская мысль бушевала

В прошлом веке двигатель с 10 литрами мог быть одноцилиндровым или рядной восьмеркой. В то время никто не удивлялся рядной шестерке с 23 литрами. Но, по воспоминаниям опытных инструкторов по вождению, рост мощностей и жесткая борьба за уменьшение себестоимости сделали свое дело. Простейший мотор с одним цилиндром для автомобилестроителей остался в прошлом. Сегодня средний объем цилиндра мотора обычного ТС составляет 300-600 см3.

Небольшие цилиндры сегодня устанавливаются на японские микролитражки.

Объем, к примеру, четверки у Subaru R1 составляет 658 см³. Что касается европейского производителя, то стоит отметить 3-хцилиндровый Smart с 799 литрами. У корейского трехцилиндрового Matiz 796 кубиков, а если рассматривать четырехцилиндровый, то там чуть больше 995. Kia Picanto и Hyundai i10 оснащаются объемом 1086 см³.

Дешевле и проще

Любой нормальный конструктор хочет создать двигатель с упрощенным дизайном, легким в обслуживании и дешевым для производства. Самый простой мотор это рядный (возьмем индексы R2, R3 и т.д.). Если расположить в ряд необходимое количество цилиндров, то мы получим рабочий объем.

Сегодня мода на двухцилиндровые двигатели набирает обороты, и все это благодаря турбонадуву, рядная четверка стоит в самом массовом диапазоне объема 1-2,4 литра.

Пятицилиндровые моторы стали использоваться совсем недавно, примерно в 70-е годы прошлого столетия. Mercedes-Benz стал первым автомобилем пятеркой. Чуть позже появился пятицилиндровый бензиновый двигатель с 2 литрами (Audi). Далее такие двигатели стали использоваться FIAT и Volvo.

Вымирающий вид

Рядные шестерки постепенно отходят на второй план, а восьмерка вообще стала не просто вымирающим, а уже вымершим видом. Все дело в том, что из-за количества цилиндров мотор получается длиннее, а это в свою очередь затрудняет компоновку.

Надо сказать, что два двигателя R3 вместе дают отличный результат рядную шестерку высокого качества.

Чтобы укоротить рядный двигатель, его можно, так скажем, распилить на две части, установить их рядом и заставить работать одновременно на один коленвал. Получается V-образный двигатель. А если у такого мотора цилиндры расположить друг против друга, то получится оппозитный двигатель или, как его называют, боксер (обозначение с буквой В). Последние используются очень редко из-за своих размеров.

Возникает вопрос: почему не сделать такие двигатели еще более компактными, например, установив угол развала блока на 60? Об этом, конечно, задумывались, но здесь мешает вибрация.

Чем помешали вибрации и инерция?

По словам специалистов, поршневой мотор внутреннего сгорания не может функционировать без вибраций, которые даже разрушают детали двигателя, да и комфорта при езде не предносят.

Вибрации образуются по нескольким причинам. Первая заключается в том, что вспышки в цилиндрах идут неравномерно. Вторая это неравномерный разгон поршней при движении. Третья причина: шатун движется не просто вверх-вниз, его движение довольно сложное.

Что касается инерции, то ее сила от двух масс, которые вращаются на одном валу, формируют свободный момент. Поэтому появляются составляющие среди сил инерции с удвоенной, утроенной и т.д. частотой вращения коленвала. Это силы инерции высших порядков, и они настолько малы, что ими вполне можно пренебречь. А вот силы второго порядка следует принимать во внимание. К тому же пары сил, имеющиеся на определенном расстоянии, также формируют моменты, особенно когда силы инерции в соседних цилиндрах направлены в совершенно разные стороны. Чтобы уравновесить моменты и силы, конструкторы выбирают схему двигателя, где кривошипы и цилиндры коленчатого вала установлены так, что моменты и силы просто уравновесят друг друга, то есть будут направлены в разные стороны и будут равны.

Уравновешенные и не совсем

На сегодняшний момент из двухцилиндровых моторов применяется лишь один. Это рядный двигатель с коленчатым валом, где кривошипы идут в одно направление. По степени уравновешенности такой двигатель очень похож на одноцилиндровый, ведь оба поршня вверх и вниз движутся одновременно, то есть в так называемой фазе. Для уравновешивания использовались два вала с противовесами.

Чтобы уравновесить силы второго порядка, добавляются еще пара балансирных валов, однако это совсем неуместно для двухцилиндрового двигателя, предназначенного для дешевых и небольших автомобилей.

Трехцилиндровый двигатель уравновешен намного хуже, чем, например, рядная четверка. Именно поэтому производители трехцилиндровых двигателей (Daihatsu и Subaru) оснащают моторы балансирными валами. Чтобы уравновесить рядную четверку, точнее свободную силу инерции 2-го порядка, применяется балансирный вал, который вращается в два раза быстрее. Чтобы компенсировать момент от балансирного вала ставится еще один вал, который вращается в противоположную сторону. Это, конечно, дороговато. Но такие двигатели встречаются на Mitsubishi, Fiat, Ford, Saab и Volkswagen.

Ярким примером рядной четверки с установленными балансирными валами является двухлитровый мотор Audi.

Заметим, что оппозитная четверка уравновешена намного лучше, чем рядная. Но и оппозитник легендарного Жука, и известные боксеры Subaru до сих пор обходятся без балансирных валов.

Видеоматериал о двигателе нового поколения двигателе внешнего сгорания:

Легкой дороги и счастливого пути!

В статье использовано изображение с сайта widecars.ru