Сколько цилиндров нужно мотору

Статья о двигателях

В двигателях современных автомобилей число цилиндров колеблется от двух до двенадцати. Расположение цилиндров — самое разнообразное. Чем же руководствуются конструкторы моторов, отдавая предпочтение той или иной компоновке и количеству цилиндров? Попробуем разобраться...

Трехцилиндровый бензиновый двигатель фирмы "Opel" рабочим объемом 973 см, мощностью 50 л.с. при 5000 об/мин с двумя распредвалами в головке и четырьмя клапанами на цилиндр. Масса — 82,5 кг.

Первые автомобили, построенные Даймлером, Бенцем и их многочисленными коллегами. пионерами автомобилестроения, оснащались одноцилиндровыми быстроходными бензиновыми двигателями. Но уже через десять лет, на гонках 1895г., победили машины "Pahnard-Levassor" и "Peugeot", под капотом у которых было по два цилиндра. Первый четырехцилиндровый двигатель появился в 1891 г. благодаря усилиям французского конструктора Форре. В конце века такой мотор ставили на машины "Pahnard-Levassor". Первым шестицилиндровым двигателем оснастили английский спортивный автомобиль "Napier", демонстрировавшийся на автомобильной выставке в "Кристаль Паласе"

в 1903 г. То есть уже к 1905 г. в производстве находились шести-, четырех-, двух- и одноцилиндровые моторы, причем последние были очень популярны на легких конструкциях.

В 1906 г. фирма "Rolls Royce" проводит тщательное исследование всех вариантов двигателей и убеждается в преимуществе рядных "шестерок". Они надолго становятся базовыми для комфортабельных автомобилей этой марки. Впрочем, после 1910 г. шестицилиндровые двигатели получили широкое признание и в США, где было налажено их крупномасштабное производство. Однако "гонка за числом цилиндров", подогреваемая рекламной шумихой, продолжалась. К 1910 г. собственные конструкции восьмицилиндровых моторов разработали компании Darraq (Франция). Laurin&Klement (Австро-Венгрия), Packard и Cadillac, причем параллельно использовались как линейная, так и V-образная схемы расположения цилиндров. В Европе, еще до первой мировой войны, 12-цилиндровые двигатели начала применять французская компания "DelanayBelleville". После 1930 г. в США эту эстафету переняли "Cadillac" и "Packard".

И все же, кое-кому цилиндров "не хватало". Конструкторы компании "Cadillac" и "Marmon" предложили 16-цилиндровые Vобразные моторы, продержавшиеся в производстве менее 10 лет, до начала второй мировой войны. После войны ситуация резко изменилась. 12- и 16-цилиндровые двигатели были надолго забыты. Бурно шел процесс совершенствования рядных европейских и V-образных восьмицилиндровых американских моторов

Почему же большее число цилиндров (в разумных пределах) не только престижнее для владельца машины, но и "полезнее" для самого автомобиля?

Прежде всего, увеличивая число цилиндров. можно повысить мощность двигателя и добиться большей равномерности крутящего момента. В двигателе с большим числом цилиндров при заданном рабочем объеме уменьшается масса деталей кривошипо-шатунного механизма каждого цилиндра, а значит уменьшаются и силы инерции, от которых зависит напряженность работы деталей и величина трения. Уменьшение диаметра цилиндра увеличивает отношение поверхности охлаждения к объему и сокращает пути распространения пламени. Благодаря этому снижается температура смеси в конце цикла сжатия, что позволяет повысить степень сжатия, и, соответственно, мощность.

С другой стороны, малое число цилиндров упрощает и удешевляет конструкцию двигателя, но при этом уменьшается мощность, снимаемая с одного цилиндра.

Одной из главных задач при выборе числа цилиндров является борьба за уравновешенность силового агрегата, которая зависит от формы коленчатого вала. Например, в четырехцилиндровом моторе при равномерном чередовании рабочих ходов, в моменты одновременного прохода поршнями мертвых точек и в конце каждого рабочего хода, когда открыт выпускной клапан, полезная работа газов в цилиндрах отсутствует, что является источником неравномерного хода двигателя.

В четырехцилиндровом двигателе уравновешиваются только силы инерции первого порядка и их моменты, а силы инерции второго порядка нельзя уравновесить без применения дополнительных валов, вращающихся с удвоенной скоростью.

Неполная уравновешенность и недостаточная равномерность крутящего момента четырехцилиндрового двигателя заставили конструкторов обратиться к шестицилиндровой схеме, полнее удовлетворяющей требования по комфортабельности автомобилей. Дело в том, что в шестицилиндровом моторе уравновешиваются силы инерции, как первого, так и второго порядков, а кроме того, получается достаточно высокая равномерность работы, поскольку рабочие ходы, с учетом фазы выпуска, перекрывают друг друга. Восьмицилиндровый V-образный двигатель с крестообразным коленчатым валом дает возможность при наличии противовесов уравновесить силы инерции первого и второго порядка и их моменты при угле развала между блоками — 90°. Шестицилиндровые V-образные моторы, унифицированные с восьмицилиндровыми (для обработки блоков на одной производственной линии) также делают с утлом развала 90°. Недостаточная уравновешенность компенсируется особо эластичной подвеской мотора.

V-образный шестицилиндровый мотор с углом развала 60° фирмы "Opel". Рабочий объем 2,5 л, мощность — 170 л.с.

При угле развала 60° получается прилично уравновешенный V-образный шестицилиндровый двигатель без каких-либо добавочных балансировочных приспособлений. А применив такие устройства, ситуацию резко улучшают, что мы и видим на ряде новых моделей.

Стремление к созданию компактного силового агрегата для поперечного размещения в моторном отсеке переднеприводных автомобилей компании "Volkswagen" послужило поводом для разработки, пожалуй, самого оригинального по компоновке V-образного шестицилиндрового двигателя с углом развала между блоками в 15°. Получилось нечто среднее между обычным рядным и обычным V-образным двигателями. Очень узкие V-образные двигатели такого типа долгое время делала итальянская фирма "Lancia", и ее опыт был взят на вооружение концерном "Volkswagen". Еще любопытнее, что создан и выпускается пятицилиндровый мотор, максимально унифицированный с описанным шестицилиндровым. Для достижения хорошей уравновешенности при подвеске таких силовых агрегатов применяются гидроопоры.

V-образный шестицилиндровый двигатель модели VR6 концерна "Volkswagen", с углом между осями цилиндров 15°.

Двигатель V8 фирмы BMW рабочим объемом 4,0 л, мощностью 286 л.с. при 5800 об/мин.

Среди новинок последних лет — пятицилиндровые рядные двигатели — фирмампроизводителям требовалось увеличить рабочий объем без радикального изменения технологической цепочки. Рядные шестицилиндровые двигатели, например, просто не могли быть установлены в переднеприводные автомобили 'Audi", поэтому и было выбрано оптимальное число цилиндров — 5.

Горизонтальное, оппозитное расположение цилиндров применяется в настоящее время редко (его приверженцем, видимо, будет долго оставаться фирма "Subaru", в то время как 'Alfa Romeo" объявила об отказе от такой компоновки). Отавный недостаток этой схемы — трудность замены свечей зажигания и сложность регулировки клапанов, расположенных на торцах головок цилиндров.

Важные преимущества многоцилиндровых двигателей — сниженный уровень шума выпуска, большая надежность и легкость пуска двигателя. Попутно выяснилось, что многоцилиндровые двигатели, имеющие существенно меньшие величины хода поршня, а следовательно, и скорости его движения, медленнее изнашиваются.

Стимулом к увеличению числа цилиндров является также удельная масса двигателя, представляющая собой отношение массы двигателя к его мощности. С увеличением числа цилиндров автомобиль становится легче, улучшается его динамика и комфортабельность, уменьшается вибронагруженность.

Расположение цилиндров у оппозитной "шестерки" автомобиля "Porsche 911"

Расположение цилиндров в восьмицилиндровом двигателе "Ferrari".

Стремление снизить трение в двигателе и механические потери (что особенно важно при создании экономичных легковых автомобилей малого класса) вызвало в последнее время целую волну новых двух- и трехцилиндровых моторов, оснащенных дополнительными валами для уравновешивания и обеспечения равномерности вращения. С другой стороны, на автомобилях престижных марок вновь появились мощные 12-цилиндровые двигатели. Иными словами, все зависит от экономической и маркетинговой целесообразности, именно она в конечном счете оказывает решающее воздействие на выбор мотора с тем или иным числом цилиндров.

Вячеслав Мамедов