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

Что такое рядность двигателя

Двигатели внутреннего сгорания. Рядный. Оппозитный. V-образный.

История двигателя строения формировалась спонтанно и хаотично. Первые двигатели были значительны по размеру и рабочему объему. При этом двигатели были простейшими по своей конструкции. Встречались 1 цилиндровые двигатели объемом порядка 8 литров. Здесь много причин, во первых технологии, во вторых низкий КПД, в конце концов отсутствие элементарного опыта и знаний.

На сегодняшний день даже у современных двигателей КПД составляет порядка 20 %, что ничтожно мало. То есть только порядка 2 литров бензина из 10 залитых в бак тратиться на создание крутящего рабочего момента на валу двигателя, остальное просто вылетает в трубу, переходит в тепловую энергию, трансформируется в детонации, тратиться на силы трения и инерции и т.д. Тем не менее уже сформировалось общее мнение эффективного двигателя внутреннего сгорания. При этом поршни двигателя и соответственно рабочие камеры имеют довольно ограниченные размеры. Все дело в том, что компактные механизмы обладают меньшими силами инерции, меньше подвержены детонациям, но об этом далее. Сейчас прежде всего хотелось сказать, что соотношения цилиндров к общему объему двигателя относятся с соотношением 1 цилиндр на 170-900 см кубических одной рабочей камеры. Слишком маленькие поршни имеют ограничения по своим конструктивным характеристикам, так как даже при высокой компрессии порядка 14-16 атмосфер (бензиновый двигатель) миниатюрность ограничивает и передачу усилий на шатун от поршня. При слишком значительных размерах поршней невозможно добиться точной сбалансированности механизма и соответственно получить высокие обороты частоты вращения двигателя, вернее сказать это очень сложно и высокотехнологично.

Рис. 1 Так примером малолитражных автомобилей с маленькими цилиндрами являются: рядная «четвёрка» у Subaru R1 — 658 см³. трехцилиндровый Smart — 799 см³ , трехцилиндровый Matiz — 796 см³ , четырёхцилиндровый Matiz— 995 см³. , четырёхцилиндровый Hyundai i10 и Kia Picanto- 1086 см³. Автомобили с двигателями где встречаются цилиндр гиганты: V-образная «восьмёрка» купе Chevrolet Corvette Z06 — 7011 см³, рядная «шестёрка» Nissan Patrol TB48DE — 4758 см³.

Устройство и принцип работы

Рядные двигатели в независимости от количества цилиндров устроены практически одинаково, и принцип их работы такой же, как и любого двигателя внутреннего сгорания. Цилиндры расположены в один ряд; поршни в цилиндрах движутся за счет сгорания топливной смеси и приводят в действии общий для всех цилиндров коленчатый вал. Головка блока для всех цилиндров одна.

Рядные двигатели могут быть сбалансированными и несбалансированными. Необходимость в балансировке двигателя обусловлена сложной формой коленвала и количеством цилиндров, предусмотренных конструкцией. Несбалансированность конструкции порождает сильную вибрацию, которая приводит к разрушению коленчатого вала. Шестицилиндровые двигатели сбалансированы лучше, чем четырехцилиндровые к несбалансированному. Поэтому к коленвалу четырехцилиндрового двигателя, при объеме свыше двух литров, могут быть добавлены дополнительные балансировочные (успокоительные) валы.

8 цилиндров вполне хватает для получения даже очень большого рабочего объема. Отчасти по этой причине двигатели с 10 и более цилиндрами не получили должного распространения

Читать еще:  Чем можно снять двигатель

Рядная «четверка» может быть расположена под капотом как в продольном положении, так и в поперечном, в то время как агрегат с шестью расположенными в ряд цилиндрами поперек разместить практически невозможно.

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.

Почему V-твин?

Первый в истории V-twin с двумя цилиндрами разработал и запатентовал в 1889 году немецкий конструктор Вильгельм Майбах, работавший в компании Готлиба Даймлера. Серийная же «двойка» Indian вышла в свет в 1907 году и с тех пор прочно закрепилась между колес практически всех моделей марки. А через два года такую конфигурацию двигателей стали использовать и Harley-Davidson. Таким образом, V-образная схема уже тогда дала повод считать ее «американской», что подкреплялось не самым восторженным отношением к ней у европейцев: там она считалась годной лишь для того, чтобы …возить люльку. К примеру, в знаменитой гонке «Tourist Trophy» («Турист Трофи»), проходившей в 1907 году на острове Мэн (Британия), мотоциклы разделили на два класса – 1-цилиндровые и 2-цилиндровые – именно потому, что первые считались заведомо быстрее! Собственно, итоги соревнований эту установку не опровергли: победитель на 1-цилиндровом агрегате выдал среднюю скорость 61,5 км/ч, а лучший гонщик на 2-цилиндровом – о всего 58,2 км/ч. Но, согласитесь, разница небольшая.

Откуда же возникло такое обидное для ценителей V-twin отношение? Небезосновательно предположение, что виной тому сама посадка пилота. В Европе мотоциклом управляли, сидя вертикально и немного наклонившись вперед, а это удобно только при короткой раме. В США же на байке сидели в свободной «ковбойской» позе, слегка откинувшись назад и выставив вперед ноги, а руль с нарочито вытянутыми назад рукоятками служил чем-то вроде поводьев. Такая посадка комфортна только при несколько удлиненной раме, которая необходима для установки V-твина. Преимущества V-образной «двойки» американцы доказали в 1911 году на той же самой гонке, где заводская команда Indian в буквальном смысле разгромила всех, взяв первые три места. Ну и количество рекордов, поставленных в дальнейшем на V-твинах, не оставляет сомнений в их преимуществах.

Читать еще:  Minecraft как работает паровой двигатель

Вопрос, почему двухцилиндровые V-образные двигатели и двухцилиндровые рядные моторы отличаются друг от друга, является весьма важным и требует некоторого рассмотрения. Фактически у всех мотопроизводителей есть свои двухцилиндровые моторы.

Взяв один тип двигателей V-Twin, можно заметить, что они все отличаются расположением цилиндров, которое колеблется от 42 до 90 градусов. Например, Harley-Davidson придерживают традиций и используют моторы с 45 градусами между цилиндрами. В то же время двухцилиндровые моторы Ducati зачастую называют L-Twin из-за расположения цилиндров под углом 90 градусов. Кроме того, есть множество компаний, которые использовали V-Twin`ы самых разнообразных форм. Чтобы понять разницу между ними, рассмотрим принцип действия двигателей.

Начнем с V-Twin. Один цикл в четырехтактных моторах совершается за два оборота коленчатого вала. Первый цикл (поворот на 180 градусов) — впрыск, положение поршня вверху (верхняя мертвая точка) и открытый впускной клапан. Далее благодаря вращению коленвала поршень опускается вниз, всасывая топливную смесь. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки (конец хода), закрывается впускной клапан и поршень идёт вверх до точки, пока топливная смесь не будет сжата до фиксированной степени. В это же время срабатывают свечи зажигания, топливная смесь взрывается и автоматически двигает поршень обратно вниз. Параллельно открывается выпускной клапан, выхлопные газы уходят из цилиндра, а поршень поднимается вверх.

Теперь посмотрим на рядные двухцилиндровые двигатели. Есть две самых распространенных конструкции:
• угол зажигания 180 градусов, один поршень идет вниз, другой верх
• угол зажигания 360 градусов, оба поршня ходят параллельно вверх и вниз, но воспламеняются по очереди за каждый оборот коленвала

Также стоит отметить, что в наши дни компания Triumph использует двигатель с 270 градусами на мотоцикле Thunderbird. Он фактически повторяет свойства V-образного двигателя с 90 градусами между цилиндрами, потому что у V-Twin 90* воспламенение происходит каждые 270 градусов оборота коленвала.

У каждой конструкции двигателя свои преимущества. Компактные габаритные размеры двухцилиндровых рядных двигателей являются более приемлемыми при проектировании шасси, у инженеров есть возможность перемещать двигатель вперед или назад, тем самым можно найти оптимальный центр тяжести и распределение масс мотоцикла в целом.

В большинстве своем V-образные двигатели располагают в шасси мотоциклов продольно, так как поперечное расположение создает риск повреждения ребер охлаждения и цилиндров. Таким образом, инженерам сложней найти оптимальные параметры распределения веса, но в то же время мотоцикл получается тоньше между коленями байкера.
Существует неправильное представление о мощности, крутящем моменте и вибрации В-твинов и рядников. В основном конфигурация двигателя фактически не влияет на мощность и рабочие характеристики. Многое зависит от настроек мотора и трансмиссии.

В наши дни основная проблема — это вибрации. Все производители заинтересованы в комфорте мотоциклиста и вибрации становится большой проблемой. Harley-Davidson используют различные резиновые «подушки» и демпферы, которые гасят вибрации двигателя. Что касается двухцилиндровых рядных двигателей, то в наши дни их конструкции оптимально сбалансированы, поэтому вибрации не такие сильные. Для сравнения можно взять старинный мотоцикл Triumph Bonneville 1960-ых годов и современный Bonneville T100 (оба двухцилиндровые рядники с 360-градусным зажиганием). Согласно экспертам современный мотоцикл вибрирует совсем немного в сравнении с родоначальником.

Читать еще:  Что такое кгс двигателя

В то же время конструкция двигателей Ducati фактически исключает собственные вибрации. Из-за расположения цилиндров под углом 90* движения противоположного поршня всегда противодействует вибрации цилиндра, в котором детонирует топливо.

В общем можно отметить, что рецепта на лучший двигатель нет. Все они хороши, многое зависит от трансмиссии, выхлопа и предпочтений байкера.

Баланс

Он важен по причине сложной конструкции коленчатого вала. Необходимость в балансировке зависит от числа цилиндров. Чем больше их в конкретном ДВС, тем большим должен быть баланс.

Несбалансированным двигателем может быть лишь та конструкция, где цилиндров не больше четырех. В противном случае в процессе работы появятся вибрации, сила которых будет способна разрушить коленчатый вал. Даже дешевые двигатели с шестью цилиндрами с балансиром будут лучше, чем дорогие рядные четверки без балансирных валов. Так, чтобы улучшить баланс, рядный двигатель с четырьмя поршнями иногда тоже может требовать установки успокоительных валов.

Боксеры без перчаток

«Оппозитник» — тот же V-образ­ник, но с углом развала 180°. Поршни двигаются в горизонтальной плоскости навстречу друг другу, поэтому, например, оппозитный B4 менее склонен к вибрациям, чем рядный R4. Но куда более важный плюс — малая высота, ведь появляется возможность расположить движок в нижней части моторного отсека и снизить центр тяжести, а значит, и повысить устойчивость автомобиля. Плоский двигатель можно разместить сзади даже под полом «бусика» (VW Transporter T1). Оппозитный двигатель стоял на самом массовом автомобиле всех времен Volkswagen Kafer (более 21 млн экз.) и на бюджетном Citroёn 2CV (3,8 млн экз.).

«Боксеры» ставились еще на довоенные мотоциклы BMW и до сих пор ставятся на тяжелые байки компании. Нам оппозитники хорошо знакомы по мотоциклам «Урал» и «Днепр». У «боксеров» отличная отдача, и за это их долгое время вовсю использовала Alfa Romeo, пока коммерческая необходимость унификации внутри концерна Fiat не привела к отказу от них в пользу более распространенных и оправданных рядных и V-образных двигателей. Тем не менее Porsche и Subaru вообще сделали оппозитные двигатели своей визитной карточкой, хотя есть у них и свои недостатки: сложная ремонтопригодность, повышенный расход масла и топлива.

Підпишіться на наш Telegram-канал або читайте нас в Google News, щоб нічого не пропустити.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector