В образный двигатель что это такое

W-образный двигатель

W-образный двенадцатицилиндровый двигатель — двигатель внутреннего сгорания с W-образным расположением двенадцати цилиндров четырьмя рядами по три (даже на фото видно что три ряда по четыре цилиндра. Фото неверное, на фото тип двигателя, не соответствующий описанию и конфигурации «W») , и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал. Для наглядного представления возьмем два двигателя конфигурации VR6 с углом развала между ними 72°, связанных общим колечатым валом. В конечном итоге получим два компактных VR-образных при габаритах немногим больше обычного V-образного шестицилиндрового двигателя. Данный двигатель будет иметь 12 цилиндров и обозначаться как W12. Считается что W-образная компоновка цилиндров была разработана инженерами концерна Volkswagen.

Особенности конструкции рядного двигателя

Наиболее распространенным типом ДВС являются рядные конструкции. Они предполагают расположение цилиндров с поршнями в один ряд, что обеспечивает их воздействие на общий коленчатый вал. Основной сферой применения этого типа двигателей являются легковые автомобили, а также сельскохозяйственная и грузовая техника. В качестве топлива может использоваться как бензин, так и дизель. Количество цилиндров в таком моторе может достигать и двенадцати, но обычно это максимум шесть.

Рядный двигатель в разрезе

Преимуществами применения рядных компоновочных схем можно назвать следующие характеристики:

• простота конструкции;
• равномерный износ деталей;
• низкая стоимость;
• легкость в обслуживании;
• уравновешенность.

Недостатками рядных агрегатов являются:

• большие габаритные размеры, особенно для конструкций с большим числом цилиндров;
• большой вес двигателя;
• коленчатый вал может испытывать большие нагрузки из-за повышенной длины.

О конструкции V образного двигателя

Что собой представляет современный V образный двигатель, можно понять, посмотрев приведенное фото

Даже беглого взгляда достаточно для понимания, какое это сложное изделие. Тем не менее, его можно считать закономерным этапом в развитии, которое прошел двигатель, в первую очередь, имея ввиду его практическое использование для автомобиля и мотоцикла.

После того, как резервы роста мощности, заложенные в увеличении диаметра цилиндра, были исчерпаны, стало расти их число. Тогда мотор начали делать с использованием нескольких цилиндров. Проще всего их оказалось разместить в ряд друг за другом. Так появился рядный двигатель, как бензиновый, так и дизельный.

Казалось бы, все хорошо, наращивай число цилиндров и увеличивай отдаваемую мотором мощность. Но при этом растут его габариты, а если учесть, что основное применение было рассчитано на конструкцию автомобиля и мотоцикла, то большой двигатель туда не помещался. В ходе проведения всех таких работ было установлено, что для автомобиля оптимальным является рядный четырех- или шестициндровый силовой агрегат. Такие двигатели используются также в настоящее время, как самые простые в производстве.

Как появился этот вид двигателей?

Традиционным двигателем считается рядный, и когда-то увеличение мощности осуществлялось только путем увеличения объема цилиндров. Но, разумеется, всему есть свой предел, так же как и размерам цилиндров. В этой свези, конструкторы вынуждены были придумать новый способ увеличения мощности, но в то же время, сохраняя габариты мотора. И выход был найден, для получения большей мощности были созданы двигатели с 6-цилиндрами, что, пожалуй, является максимальным количеством для легкового автомобиля.

Однако и этого стало недостаточно, поэтому спустя некоторое время удалось сделать еще одно открытие – двигатель, в котором цилиндры располагались под углом напротив друг друга, то есть V-образный мотор. Его конструкция позволяла сэкономить драгоценное место под капотом, и в результате широкое распространение получает как 6 цилиндровый v образный двигатель, так и 8-цилиндровый, что является идеальным сочетанием между габаритами и мощностью мотора.

4. Квазитурбинный двигатель

Квазидвигатель представляет собой модифицированный двигатель, основанный на роторном силовом агрегате. Если в обычном роторном двигателе задействованы три лопасти, то квазидвигатель использует цепной ротор, состоящий из четырех частей. Это беспоршневой роторный мотор с ромбовидным ротором. Преимущество двигателя: это новый тип двигателя небольшого размера, с высокой мощностью, высоким крутящим моментом, который может работать на множестве источников энергии.

В настоящий момент квазидвигатель не используется ни на одном автомобиле, поэтому невозможно проверить, подходит ли он для замены обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания или в качестве лучшей альтернативы обычным роторным моторам. Квазидвигатель все еще находится в стадии создания прототипа.

VR и W: чем хороши и плохи рядно-разнесенные моторы

Недавно один из самых раскрученных и популярных гиперкаров современности, Bugatti Veyron, получил достойного преемника в лице Chiron. Да, сам суперкар – на практике не особенно интересная штука для большинства автомобилистов. Но зато это повод вспомнить о рядно-разнесенных моторах, ведь 1 000 с гаком лошадиных сил в компактном кузове с выполнением строгих норм экологичности – это в немалой степени заслуга W16 под его капотом.

Ф актически, это два рядно-разнесенных блока по 8 цилиндров – эдакий V-образник, собранный из двух V-образников. Схема эта не уникальна, ее использовали во множестве двигателей с самым различным числом цилиндров от четырех включительно. Даже на массовых машинах!

Итальянские прародители

Началось все вовсе не с машин VW , как вы могли подумать. Рядно-разнесенные двигатели появились под капотом итальянских спортивных машин. Lancia Lambda выпускалась с 1922 по 1931 год и под капотом имела моторы 2,1 – 2,6 литра. А последний вариант такого мотора применялся аж до семидесятых годов. Lancia Fulvia с мотором V 4 на самом деле имела не V- образный, а именно рядно-разнесенный двигатель.

На фото: Lancia Fulvia ‘1970–73

С 1922 года в Lancia опробовали больше десятка вариантов компоновки с углом развала 10-23 градуса и с рабочим объемом от 900 до 2 600 «кубиков». Моторы оказались компактными, с хорошим потенциалом по форсированию, но изрядно дорогими. Ведь блок цилиндров пришлось сделать алюминиевым, конструкция была сложной, а система зажигания отличалась необходимостью точной установки фаз и не очень надежным распределителем. При малом угле развала угол между контактами прерывателя оказывался слишком мал, и время накопления импульса было неравномерным, что приводило к необходимости дальнейшего усложнения конструкции. Но преимущество по части механики несомненно имелось, особенно в сочетании со схемой газораспределения с двумя верхними распределительными валами.

На фото: Под капотом Lancia Lambda ‘1922–25

90-е и 00-е

В 1991 году компания VW представила свои новые модели Corrado VR 6 и Passat VR 6 в Европе. В 92-м VW Golf III VR 6 стал первым компактным хэтчбеком с шестицилиндровым мотором в своем классе.

Конструкция первых VR 6 – «рядно-разнесенных» моторов VW – была оптимизирована для поперечной установки и достаточно специфична. Угол развала цилиндров составлял 15 градусов, для компенсации разной длины впускных каналов использовалась сложная настройка впускного коллектора. Привод ГРМ со стороны маховика использует две цепи: одна приводит промежуточный вал, вторая непосредственно распределительные валы.

На фото: Volkswagen Golf VR6 ‘1991–1997

Первые моторы имели рабочий объем 2,8 литра и 12 клапанов, мощность при этом составляла 174 л.с. Для полноприводных Passat была предназначена версия с рабочим объемом 2,9 литра и мощностью 190 л.с., а позже вариант с рабочим объемом 2,9 стал основным для Golf , Corrado и Passat .

В 1997 году создали вариант VR 5 объемом 2,3 литра и мощностью 150 л.с. Следующий, 24-клапанный вариант мотора 2,8 увидел свет в 1999 году: его мощность составила 204 л.с.; в 2001-м дебютировал и 20-клапанный вариант мотора VR 5. В этом же году на Beetle RSi появился и вариант мотора VR 6 объемом 3,2 литра – позже его также ставили на Audi TT и Golf R 32. Версии двигателя после 2005 года получили непосредственный впрыск, что было отражено в названии моделей. Подобные моторы стояли на VW Touareg и Porsche Cayenne . И не только на них!

На фото: Volkswagen New Beetle RSi ‘2001–03

Кстати, с VR 6 связана еще одна забавная история. Мотор Mercedes серии M 104.900, который ставили под капот первых минивэнов марки, многих знатоков моторов Mercedes может озадачить. Потому что вместо классической рядной «шестерки» серии М104 под капотом Vito стоял фольксвагеновский VR 6. Да-да, именно с названием серии М104.900. Компания просто покупала блок цилиндров с ГБЦ у VW и оснащала своим навесным оборудованием, и он получал новое обозначение в «духе марки».

В 2008 году конструкция мотора была значительно переработана. Вариант объемом 3,6 литра сохранил общую компоновку, но угол развала цилиндров уменьшился до 10,5 градуса. Такие двигатели выпускались только с непосредственным впрыском FSI, а м ощность возросла до 300 л.с.

Результатом объединения двух рядно-разнесенных блоков стали W- образные моторы на 8, 12 и 16 цилиндров, а «география» распространения таких моторов, помимо Audi , где они применялись очень широко, захватила еще и марки Bentley и Spyker .

Особенности конструкции

Что же такое изобрели в Lancia , что впоследствии так удачно начали применять в VW и смогли развить до мотора самого-самого крутого гиперкара? Не секрет, что рабочий объем и мощность любого двигателя внутреннего сгорания ограничены в первую очередь по компоновочным соображениям. Нельзя слишком увеличивать ход поршня: увеличивается его средняя скорость, и приходится снижать обороты. Нельзя слишком увеличивать диаметр цилиндров: приходится мириться с неравномерностью наполнения, детонацией и, опять же, снижением оборотов.

На фото: Под капотом Lancia Fulvia

Увеличение же числа цилиндров приводит к разрастанию габаритов двигателя. А чем длиннее блок цилиндров и коленчатый вал, тем сложнее обеспечить жесткость конструкции и ее работу на высоких оборотах, тем сложнее бороться с крутильными колебаниями и тем выше масса мотора. Если перейти на V-образную схему расположения цилиндров, то возрастает сложность газораспределительного механизма. Удваивается число головок блоков, число распределительных валов в случае верхнего их расположения, усложняются впускные и выпускные коллекторы и увеличивается их число.

Конечно, как говорит одна хорошая пословица, «это не проблемы, это расходы», но для массовых автопроизводителей расходы — это проблема, и очень важная. Суть идеи инженеров Lancia заключалась в том, что можно ограничиться углом развала, при котором все цилиндры могут располагаться в одном блоке цилиндров, а не в разных «полублоках». И венчает конструкцию всего одна головка блока, но двухрядная, в которой всего один набор распределительных валов.

Такая конструкция внешне выглядит как очень «толстый» рядный мотор. У него межцилиндровое расстояние меньше диаметра цилиндра и всего один впускной и выпускной коллектор. При этом нет необходимости сильно сокращать зазор между гильзами цилиндров для сокращения длины двигателя, можно сохранить каналы охлаждения, а можно воспользоваться возросшей толщиной блока для создания более сложной схемы циркуляции охлаждающей жидкости. Получается компактно и довольно технологично.

Прекрасная идея, но по-настоящему ее ценность смогли оценить лишь к концу 90-х годов, когда необходимость повышения мощности при сокращении габаритов мотора и увеличении объема салона заставили производителей искать новые пути и решения. А тотальное превосходство переднеприводной схемы с рядно-линейным расположением агрегатов заставило создавать максимально ужатые по длине конструкции моторов.

Для суперкаров же и просто люксовых машин компактный двигатель с большим рабочим объемом оказался сущим подарком. В данном случае суть даже не в том, что мотор легче, или что двигатели привычной V- образной схемы нельзя впихнуть под капот. Лишние несколько килограммов или сантиметров всегда возможны, но рост массы и габаритов требует повышения мощности, а это, опять же, масса или габариты.

К тому же с ростом мощности все важнее становится такое понятие, как «тепловой пакет» двигателя. Чем мощнее мотор, тем большее внимание нужно уделять системе охлаждения, зачастую максимальная мощность будет ограничена именно возможностями системы охлаждения. А она ограничена габаритами моторного отсека и возможностями блока цилиндров по теплоотдаче. Меньше мотор — больше места для радиаторов, лучше работа помпы, лучше «прокачиваемость» блока и ГБЦ, и мотор лучше переносит работу при повышенной температуре и кратковременные тепловые пики.

Что дальше?

Сейчас кажется, что моторы с рядно-разнесенной компоновкой снова сходят с дистанции: при рабочем объеме в полтора-два литра сложная компоновка не нужна, а двухлитровые моторы с наддувом уже прописались под капотами машин F-класса — например, у «семерки» BMW . Остаются только многоцилиндровые монстры, которые выглядят как исчезающий вид. Но я надеюсь, что изящность этой компоновочной схемы еще пригодится, а созданные на ее базе шедевры будут радовать нас еще не один десяток лет.

Современные V-твины Indian

Но вернемся к его конструкции. Не последнее значение имеет угол расположения цилиндров относительно друг друга. Экспериментов с углом развала было немало: его величина варьировалась в очень широком диапазоне, буквально от 10 до 160 градусов. В результате конструкторы нашли наиболее удачные варианты: 45°, 60° и 90° с небольшими отклонениями. Они и пользуются популярностью в современных V-образных агрегатах.

Для своих мотоциклов, выпускающихся с момента возрождения компании (с 2011 года), Indian Motorcycle разработала несколько моторов. Это 1000-кубовый и 1133-кубовый V-твины, Thunder Stroke 111, Thunder Stroke 116 и PowerPlus.

Чем они отличаются друг от друга? Помимо объема цилиндров и угла их развала, важным аспектом является способ охлаждения – воздушный или жидкостный, – от которого зависят некоторые качества. Главное преимущество V-твинов с воздушным способом охлаждения заключается в простоте его конструкции и, соответственно, обслуживания. А недостатки – в более узком рабочем диапазоне, чем у жидкостного, большей вибрации, и меньшей степени охлаждения заднего цилиндра.

Жидкостные двигатели обладают своими плюсами: широким рабочим диапазоном, высочайшей мощностью и крутящим моментом, компактностью конструкции. Минусами можно назвать, пожалуй, лишь сложность, делающую обслуживание более дорогим.

Воздушным охлаждением и углом развала 49 градусов обладают моторы Thunder Stroke, все остальные современные агрегаты Indian имеют жидкостное охлаждение и угол 60 градусов.

Итак, за 120 лет существования V-твины не просто не потеряли актуальность, но, судя по всему, их настоящая история только начинается. Indian Motorcycle умножает их главные достоинства – компактность и тягу – на инновационные технологии, и получает мощные, надежные и послушные агрегаты, раскрывающиеся во всей красе на классических тяжеловесах. А их бархатистый «рык» так ублажает слух, что рядные двигатели, несмотря на иную конструкцию, стараются звучать хотя бы немного похоже.