Рядный, V-образный и Оппозитный двигатель (минусы и плюсы)

Сегодня встретить в описании автомобильных двигателей можно не только величины мощности и крутящего момента, но и приставки: рядные, V-образные и оппозитные, характеризующие расположение цилиндров. Несмотря на то что каждая из этих схем – эволюционный шаг в двигателестроении, ни от одной из них до сих пор еще не отказались. А все потому, что все они имеют свои плюсы и минусы, на которые также необходимо обращать внимание при выборе транспортного средства.

История двигателя

Первым запатентованным двигателем внутреннего сгорания стал мотор, разработанный в 1883 году Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом. Это был одноцилиндровый двигатель, развивающий всего 1,1 л. с. Разумеется, мощностью таких моторов довольствоваться не приходилось. Ведь автомобили должны были заменить конные экипажи, перенимая на себя все их задачи: перевозка людей, грузов и так далее.

Поэтому для увеличения силы двигателей, стали увеличивать рабочий объем цилиндра. Но, как оказалось, всему есть предел. Вместе с цилиндром необходимо было увеличивать поршень и шатун, на эти детали возрастали нагрузки, и их также необходимо было учитывать при проектировании. Кроме того, воспламенение топливовоздушной смеси больших объемов в таком двигателе происходит с определенной паузой, из-за чего он работает неравномерно. В таком случае необходимо устанавливать тяжелый балансир, и тогда конструкция становится еще более тяжелой и, чтобы приводить ее в движение, необходима дополнительная энергия. В результате одноцилиндровые двигатели становились слишком массивными, а масса увеличивалась не пропорционально мощности. Это приводило к тому, что заставить двигатель работать на высоких оборотах становилось невозможным, а, как известно, чем ниже скорость вращения коленчатого вала, тем меньше его мощность.

Рядный двигатель

Рядная схема. Такая схема используется при небольшом количестве цилиндров (от двух до шести). Главным преимуществом является то, что моторы такого типа легче всего поддаются уравновешиванию. Недостаток – внушительная длина.

В скором времени решили, что коленчатый вал может перемещать не только один поршень, и к одному цилиндру прибавились еще несколько. Цилиндры разместили в ряд (так проще всего). Сначала появились 2-цилиндровые двигатели, а в 1890 году появился первый 4-цилиндровый двигатель. Мощность этого мотора уже достигала 5 л. с. при 620 об/мин, но как по нынешним меркам, так и по меркам того времени этого было не достаточно, чтобы перемещать тяжелую технику. Поэтому создавались новые двигатели, число цилиндров которых достигало шести, восьми и даже двенадцати. И вот тут производители столкнулись со следующей проблемой. Таким двигателям требовалось большое количество свободного места под капотом. Кроме того, эти моторы за счет свого веса утяжеляли автомобиль, тем самым ухудшая его устойчивость и управляемость. Мысли инженеров направились на создание более компактного двигателя... К слову, сегодня рядные моторы можно встретить максимум с шестью цилиндрами. В основном по такой схеме сегодня строятся 4-цилилндровые двигатели, так как наиболее просты при производстве.

V-образный двигатель

V-образная схема. Такая компоновка позволяет значительно сократить длину мотора, но при этом увеличивает его ширину. Наиболее распространенные V6 и V8.

На самом деле идея компактного двигателя была запатентована еще до того, как появились многоцилиндровые монстры. Такой двигатель был создан в 1889 году. Он имел два цилиндра с углом развала 17 градусов и развивал 1,6 л. с. при 900 об/мин. V-образная компоновка, по сути, представляла из себя два двигателя, расположенных рядом друг с другом и приводящих в движение один общий коленчатый вал. Такая компоновка позволила сократить размеры мотора в длину почти вдвое.

В автомобилестроении первый V-образный мотор появился в 1905 году. Это был авиационный двигатель, построенный французским изобретателем Леоном Левавассером. Вначале моторы, построенные по такой схеме, устанавливали на грузовики и автобусы, а со временем они стали встречаться и под капотами легковых автомобилей. И все же, несмотря на многие положительные качества такой схемы, она не вытеснила рядную. Ведь там где есть плюсы, всегда есть и минусы. Главным образом это более сложная конструкция (два газораспределительных механизма вместо одного), и, следовательно, трудоемкость производства и дальнейшего ремонта. Кроме того, габаритные размеры хоть и уменьшились в длину, но моторы при этом "разрослись" в ширину.

Оппозитный двигатель

Оппозитный двигатель – V-образный мотор с углом развала 180 градусов. Главным преимуществом является наименьшая высота и, как следствие, снижение центра тяжести автомобиля. Недостаток – неравномерный износ. В основном встречаются 4- и 6-цилиндровые двигатели.

Одним из типов V-образных моторов, который удостоен отдельного внимания, является оппозитный двигатель. По сути, этот двигатель является V-образным с углом развала цилиндров 180 градусов. В основном такие моторы нашли широкое применение на мотоциклах. Поперечное (направлению движения) размещение двигателя улучшало охлаждение цилиндров набегающим потоком воздуха. Однако и в автомобильной промышленности ему также нашлось место. С 1938 по 2003 года оппозитники устанавливали на Volkswagen Beetle, все по той же причине лучшего охлаждения (мотор имел воздушную систему охлаждения).

В 60-е годы производители усердно занялись разработкой переднеприводных автомобилей. Машины с такой схемой по сравнению с приводом на заднюю ось имели преимущества на скользком покрытии, а также были проще и дешевле в изготовлении. Но как оказалось не все так просто. По причине тяжести двигателей переднеприводные автомобили того времени не могли похвастаться хорошей управляемостью и равновесием в поворотах. Конструкторы стали снижать центр тяжести двигателей, в основном этого добивались, "укладывая моторы на бок". И пока одни автомобильные компании экспериментировали с расположением мотора, японские инженеры из Subaru в 1966 году представили свой первый переднеприводный автомобиль Subaru-1000, на котором был установлен оппозитный двигатель, размещенный вдоль оси автомобиля. За счет горизонтального расположения цилиндров мотора, значительно понизился центр тяжести автомобиля, улучшив тем самым устойчивость и управляемость машины.

Тем не менее такие моторы не нашли массового применения. Обусловлено это рядом минусов: неравномерный износ цилиндров (из-за точечного распределения нагрузок сечение цилиндра со временем становится эллипсным), большой расход масла и плохая вентиляция картера. Оппозитные двигатели сегодня можно встретить на автомобилях марки Subaru и Porsche, для которых на первом месте находится управляемость.

VR - рядно-смещённый двигатель

VR-образная схема. Моторы с небольшим углом развала (около 15 градусов). Такой угол позволил установить оба ряда цилиндров в одном блоке цилиндров, что позволило уменьшить не только длину, но и ширину двигателя. Главный недостаток – дополнительные валы и необычная конструкция ГРМ, и-за чего он очень дорог в производстве.

Еще к одному из типов расположения цилиндров можно отнести рядно-смещенный двигатель, обозначаемый индексом VR. Этот мотор является комбинацией V-образного и рядного двигателей. Поршни перемещаются под углом 15 градусов, что позволяет расположить их в одном блоке цилиндров. Создавая этот двигатель, конструкторы пытались максимально использовать плюсы V-образного и рядного двигателя: небольшие габаритные данные (как в длину, так и в ширину), простота изготовления. Но создать идеальный мотор задача оказалась не из простых. Эти двигатели обладают высокой тепловой напряженностью. Тонкие стенки между рядами цилиндров не позволяют сделать достаточное количество каналов для охлаждающей жидкости, вследствие чего эти моторы хуже противостоят перегрузкам.

W-образный двигатель

W-образная схема. Существует два варианта компоновки – три ряда цилиндров с большим углом развала (д) и совмещение двух VR-образных схем (е). В настоящее время выпускаются W8 и W12.

Погоня за мощностью привела к тому, что на свет появились моторы, построенные по схеме W. Это, по сути, два VR двигателя, угол между которыми составляет 72 градуса или три рядных. Главный недостаток таких моторов заключается в том, что на коленчатом валу находится в два раза больше шатунов, чем на V-образном, и в четыре раза! больше, чем на рядном. Шатуны изготавливаются тонкими, а так как эти детали являются одними из наиболее нагруженных в двигателе, то в результате на больших оборотах они начинают изгибаться. Такие моторы, созданы не для массового использования. Их можно встретить лишь на спортивных автомобилях.