что такое угол развала цилиндров у V образного двигателя

V образный автомобильный двигатель: особенности, достоинства и недостатки

В общем случае v образный двигатель – это обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), цилиндры которого конструктивно расположены друг против друга под определенным углом. Как и любой другой мотор, он во многом определяет конструкцию автомобиля.

Немного истории

Впервые ДВС, имеющий практическое применение, был построен немецкими инженерами Г. Даймлером и В. Майбахом в 1883 году. Этот одноцилиндровый силовой агрегат объемом 462 куб. см. развивал мощность 1,1 л. с. Однако этой мощности было недостаточно и в дальнейшем ее наращивание осуществлялось путем увеличения рабочего объема цилиндра. Но этот процесс не мог продолжаться бесконечно, поэтому конструкторы начали постепенно увеличивать количество цилиндров.

Так появились рядные двух- четырех- шести- и даже восьмицилиндровые двигатели. Правда, увеличение количества установленных в один ряд цилиндров более 6-ти значительно увеличивало габаритные размеры подкапотного пространства автомобиля. Кроме большой длины рядные моторы имеют и другие недостатки, например:

В настоящее время разработкой рядных силовых агрегатов занимаются все ведущие производители автомобилей. Связано это с тем, что они просты как в изготовлении, так и в процессе эксплуатации. Отличаются они и высокой ремонтопригодностью.

Понимая, что расположение цилиндров в один ряд – это временное решение, тот же В. Майбах в 1889 году изобрел и запатентовал v образный двигатель. Однако первые такие ДВС начали изготавливать только начиная с 1905 года, причем не в Германии, а в США и Франции.

Особенности конструкции

Конструктивно v образный двигатель значительно сложнее стандартного рядного мотора. Ведь они оснащаются двумя головками блока цилиндров (ГБЦ) и имеют более сложные механизмы газораспределения (ГРМ) и впрыска топлива.

Большое значение в конструкции v образных двигателей играет угол размещения цилиндров относительно друг друга. В процессе эволюции создавались различные конструкции, в которых углы развала цилиндров изменялись от 1 до 180 градусов.

В результате многочисленных экспериментов разработчики пришли к выводу, что наиболее оптимальными являются углы 45, 60 и 90 градусов. Именно эти углы развала цилиндров имеет большинство современных v образных силовых агрегатов.

Основным достоинством v образных моторов является их компактность. При этом, их несколько увеличенная ширина существенного значения на размеры подкапотного пространства автомобиля не оказывает.

Разные углы развала цилиндров используются в различных силовых агрегатах. Некоторые их конфигурации сбалансированы очень хорошо, другие требуют использования дополнительных механизмов. Так, например, v образные двигатели с оптимальным углом развала, такие как:

Достоинства и недостатки

Широкое распространение v образные двигатели получили, в первую очередь, благодаря возможности получения максимального крутящего момента. Достигается это за счет того, что в отличие от рядного мотора (R двигатель), в котором силы, направленные на коленчатый вал, ориентированы перпендикулярно, в v образном силовом агрегате они действуют по касательной с двух сторон. При этом достигается максимальное ускорение коленчатого вала, так как инерция, создаваемая при работе, значительно выше той, которая используется в R-образных моторах.

Кроме того, v образный двигатель имеет большую жесткость коленчатого вала, что :

Силовые агрегаты с v-образным расположением цилиндров не свободны от недостатков. Среди них отмечают:

Однако в настоящее время разработчики владеют соответствующими конструкторскими решениями и технологическими возможностями, позволяющими минимизировать влияние этих недостатков и улучшить ряд технических характеристик этих моторов.

Несмотря на то, что с момента изобретения v образных силовых агрегатов прошло более 100 лет, их потенциал полностью еще не раскрыт. Будущее автомобилестроения несомненно связано именно с этими моторами. Поэтому в этом направлении и работают сейчас многочисленные коллективы разработчиков, стараясь, чтобы их производство стало более технологичным и менее затратным.

Перспективные разработки

Наиболее распространенным среди v образных силовых агрегатов является двигатель v6.

Однако именно он отличается высоким уровнем вибраций и требует достаточно трудоемкой балансировки. В настоящее время существует несколько направлений, в которых эволюционируют двигатели v 6:

Оппозитный мотор – это v образный мотор, у которого угол развала цилиндров составляет 180 градусов. Такая конструкция позволяет значительно снизить центр тяжести и, что особенно важно, взаимно нейтрализовать вибрацию поршней, сделав рабочие характеристики мотора более плавными. Лидером этого направления моторостроения является компания Fuji Heavy Indastries Ltd., которая уже много лет разрабатывает такие двигатели для автомобилей марки Subaru. Оппозитная компоновка позволяет придать блоку цилиндров очень высокую прочность и жесткость, однако значительно усложняет ремонт мотора.

Для справки: оппозитные силовые агрегаты устанавливаются практически на все автомобили Subaru начиная с 1963 года.

Разработка VR образных силовых агрегатов – еще одно направление, по которому развиваются v-образные двигатели. Конструктивно такие моторы представляют собой симбиоз v образного и рядного силового агрегата и отличаются от обычных малым углом развала цилиндров (15 градусов) и наличием одной ГБЦ, которая накрывает оба ряда цилиндров.

Такая компоновка позволяет получить компактный силовой агрегат, который меньше по длине, чем рядный 6-ти цилиндровый мотор и ширине, чем обычный двигатель v6.

Для справки: моторы VR 6 устанавливались на автомобили компании Volkswagen (Passat, Golf, Sharan и др.). Они имели заводские обозначения ААА (объем 2,8 л., мощность 174 л. с.) и ABV (объем 2,9 л., мощность 192 л. с.).

Источник

Что такое угол развала цилиндров у v образного двигателя

1. Двухцилиндровый двигатель

Данный тип двигателя преимущественно устанавливается на двухколесных транспортных средствах.

Угол между осями цилиндров может быть различным. Очень часто шатуны разных цилиндров устанавливаются на отдельных шейках коленчатого вала, причем для равномерного чередования рабочих ходов оба поршня должны одновременно приходить в мертвые точки. Вследствие этого возникает довольно большая неуравновешенность двигателя. Однако для мотоциклов главными являются компактность, низкое расположение центра тяжести, а также простой привод заднего колеса при поперечном расположении двигателя.

2. Четырехцилиндровый двигатель

Данный тип двигателя на автомобилях в настоящее время не применяется. Раньше устанавливался на автомобилях отечественного производства ЗАЗ-968 и ЛуАЗ-969.

3. Шестицилиндровый двигатель

Двигатели V 6 имеют угол развала чаще всего 60°, однако на отечественных автомобилях наибольшее распространение получили двигатели с углом развала 90°.

Особенностью двигателя является крепление на одной шатунной шейке двух шатунов. В этом случае одноименные такты в цилиндрах чередуются неравномерно через 90 и 150°. Если в первом цилиндре осуществляется рабочий ход, то в четвертом он начинается через 90°, во втором – через 150°, в пятом – через 90°, в третьем – через 150° и в шестом – через 90°.На таких двигателях для повышения равномерности хода устанавливают маховики с повышенным моментом инерции (на 60…70 % большим, чем у рядного двигателя). Примером такого двигателя является двигатель ЯМЗ-236М.

Схема работы шестицилиндрового V-образного двигателя показана на рис.3.

4. Восьмицилиндровый двигатель

Двигатели V 8 (рис.4) выполнены с углом развала 90°. Следовательно, чередование рабочих ходов осуществляется через 90° и на каждой шатунной шейке крепится два шатуна.

Современные восьмицилиндровые двигатели не всегда имеют угол 90° между рядами цилиндров, а, например, 72° для уменьшения ширины двигателя. Кроме того, каждый шатун располагается на отдельной шатунной шейке коленчатого вала.

Источник

Типы поршневых ДВС по взаимному расположению цилиндров

Вопрос требовал иного решения, и оно было найдено!

Рядные ПДВС (Поршневые Двигатели Внутреннего Сгорания)

V-образные ПДВС

V-образный двигатель, имеющий возможность прижиться на автомобиле, появился чуть раньше тех памятных гонок. В начале века и авиация и автомобилестроение развивалось одновременно и параллельно, нередко подбрасывая друг другу дельные идеи, так получилось и в 1905 году, когда французский изобретатель Л. Левавассер построил V-образный двигатель водяного охлаждения «Антуанет», нашедший широкое применение не только в авиации, но и в автомобилестроении.

Вполне естественно, что первые V-образники использовались на грузовиках и автобусах, т.е. там, где большая мощь просто жизненно необходима. Ну и, конечно, на танках, когда они, наконец появились.

П-образные ПДВС

Преимущество такой схемы заключается в сдвиге фаз распределения выпускных и перепускных окон. В момент прохода поршнями н. м. т. перепускной поршень несколько отстает от выпускного и перепускные окна закрываются позднее выпускных, благодаря чему можно с успехом применить подачу горючей смеси под давлением от нагнетателя с минимальными потерями на выпуск.

По сути дела П-образный цилиндр представляет собой согнутый цилиндр двигателя с поршнями, двужущимися в противоположных направлениях.

Крест в развитии П-образных ДВС поставила FIM, запретившая использование наддува в мотоциклетных соревнованиях. Для рядовых потребителей такая схема оказалась слишком дорогой, слишком сложной в эксплуатации, и, наконец, слишком «прожорливой».

Y-образные ПДВС

Если бы не рекордные заезды начала ХХ века, то, возможно, Y-образники так никогда и не встали бы на автомобиль. Но было время, когда безумно храбрые гонщики устанавливали на болиды, больше напоминающие обычные тележки, чудовищные 20-ти, или, даже 40-ка литровые 3-лучевые многорядные моторы, развивая на них свыше 300 км/ч!

Оппозитные ПДВС

VR-образные ПДВС

И, все же, V-образно-рядные двигатели не стали идеальным решением. Да, они обладают меньшей длиной, чем рядные моторы, и меньшей шириной, чем V-образные. Да, более упрощена (по сравнению с V-образниками) система газораспределения.

W- образные ПДВС

Начиная разговор о W-образных двигателях, в первую очередь необходимо заметить, что есть W-образники, а есть W-образники. То есть этот термин, в разные времена, означал разные типы моторов.

Второе рождение W-образных моторов, уже в новой форме, относится к концу ХХ века. Вновь появилась потребность в мощных, относительно компактных моторах, для использования их на суперкарах. Ярчайшим примером такого двигателя и, соответственно, автомобиля, является W16 на Bugatti ЕВ16/4 Veyron.

В двигателе W16 колоссальной мощности в 1001 л.с. для спортивного Bugatti ЕВ16/4 Veyron влияние инерционных моментов на шатуны сократили, увеличив развал между двумя VR-rpyппaми до 90R и снизив скорость поршня до 17,2 м/с. Размеры двигателя при этом выросли, но все равно остались завидно малыми для агрегата с такими показателями: его длина 710, а ширина 767 мм.

Роторно-поршневой двигатель

Источник

Уравновешивание двухцилиндрового V-образного двигателя

Неуравновешенные силы по цилиндрам:

левый цилиндр,

;

правый цилиндр,

;

для обоих цилиндров .

Рассмотрим уравновешивание сил инерции первого порядка:

Рис. 1.34. Уравновешивание V-образного двухцилиндрового двигателя

Угол между направлениями силы R₁ и осью левого цилиндра составляет 45°. Таким образом, сила R₁ постоянна по величине и всегда направлена по радиусу кривошипа, а потому может быть полностью уравновешена при помощи двух противовесов, установленных на продолжении щек коленчатого вала. Из уравнения:

определяют массу противовесов

где т_x1 – масса каждого противовеса;

ρ₁ – расстояние от центра тяжести массы т_x1 до оси коленчатого вала.

Полученные зависимости справедливы при условии, что оси правого и левого цилиндров находятся в одной плоскости (например, при вильчатых или прицепных шатунах).

В V-образных автомобильных и тракторных двигателях обычно применяют шатуны, расположенные на одной шейке рядом. Вследствие этого оси цилиндров находятся в разных плоскостях, и на двигатель действует дополнительный момент. Момент действует в плоскости, которая перпендикулярна плоскости колена, и вследствие его незначительности обычно не учитывается.

Равнодействующая сил инерции второго порядка:

Читайте также: что такое татьянин день

Поскольку силы P 2 _jЛ и P 2 _jП всегда равны по абсолютной величине и противоположны по знаку, их равнодействующая R₂действует всегда по горизонтали, причем при значениях угла поворота коленчатого вала 0–45°, 135–225° и 315–360° она направлена влево, а при значениях углах 45–135° и 225–315° – вправо.

Сила R₂ может быть уравновешена только при помощи противовесов, установленных на двух дополнительных валах, вращающихся в разные стороны с угловой скоростью, равной удвоенной угловой скорости коленчатого вала (рис. 1.34).

Масса противовесов составляет:

Чтобы не усложнять конструкцию двигателя, сила в этих двигателях обычно не уравновешивается.

Равнодействующую центробежных сил инерции можно уравновесить полностью при помощи противовесов, установленных на продолжении щек коленчатого вала.

Здесь .

Моменты всех сил инерции равны нулю по причине, рассмотренной ранее.

Только схема V-образного двухцилиндрового двигателя с углом развала цилиндров γ= 90° позволяет уравновесить равнодействующую сил инерции первого порядка путем установки противовесов на продолжении щек коленчатого вала, но эта схема не обеспечивает равномерного чередования вспышек ни для двух-, ни для четырехтактных двигателей.

Источник

Шестёрки рядные и V-образные: плюсы и минусы

Одним из основных признаков, по которому классифицируют двигатели внутреннего сгорания (ДВС), является их компоновочная схема. Она определяет расположение мотора в подкапотном пространстве, его габаритные размеры и ориентацию осей ведущих элементов (цилиндров и поршней). Выбор общей компоновки агрегата зависит от характеристик, которые он должен обеспечить в процессе эксплуатации. На сегодняшний день используются пять базовых схем двигателей: рядные, V-образные, W-образные, оппозитные и VR-моторы. Каждая из схем имеет свои достоинства, недостатки и сферу применения.

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:

Недостатками рядных агрегатов являются:

Что представляет собой V-образный двигатель?

С увеличением числа цилиндров в двигателе рядные конструкции стали менее удобными, а потому им на смену пришла V-образная компоновочная схема. Она предполагает установку цилиндров с поршнями попарно, друг напротив друга и под углом. Последний получил наименование угол развала и может варьироваться от 10° до 120° между осями. Количество цилиндров в таких агрегатах от шести до двенадцати, но это всегда четное число. Многие автопроизводители благодаря V-образной компоновочной схеме получили возможность экспериментировать с количеством цилиндров, увеличивая их число до двадцати четырех, но в серийном производстве таких автомобилей пока нет.

В зависимости от величины угла развала достигаются определенные характеристики двигателя. Так, например небольшой угол позволяет объединить в моторе достоинства и рядных, и V-образных моторов.

V-образный двигатель

Среди плюсов V-образных моторов можно отметить:

В числе недостатков:

Виды и модификации V-двигателя

Чаще всего классификация автомобильных двигателей происходит исходя из порядка работы. Когда мы говорим о V-двигателях, порядок оказывается совершенно не важным, так как разделение на типы и классы идет исключительно по количеству цилиндров в движке и особенностях их расположения относительно друг друга.

Наиболее распространенными считаются движки, которые имеют угол расположения цилиндров в сорок пять и девяносто градусов. Также популярен и шестидесяти градусный угол. Чаще всего их можно встретить в серийных автомобилях и мотоциклах.

Основная классификация V-образных моторов в современном автопроизводстве выглядит следующим образом – бюджетные и серийные автомобили среднего класса используют V2 и V6. Среди производителей спортивных машин чаще всего можно встретить обычный или турбированный V8. Также существуют «V» 3, 4, 5, 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 24.

В чем отличия оппозитного двигателя?

Фактически оппозитный двигатель является частным случаем V-образного. Его принцип работы основан на том, что угол развала цилиндров в таком моторе составляет 180°. Иными словами, пары цилиндров с поршнями лежат в горизонтальной плоскости. Поскольку поршни при работе такого двигателя движутся навстречу друг другу, они получили название «боксеры». Количество цилиндров в оппозитных моторах может быть от двух до двенадцати, при этом наибольшую популярность приобрели схемы с четырьмя и шестью цилиндрами.

Оппозитный двигатель в разрезе

Преимуществами такой компоновки являются следующие характеристики:

Недостатками системы являются:

Чем отличаются рядный, V-образный и оппозитный двигатели и какой лучше?

Разнообразие прекрасно, но оно создаёт проблему выбора, ведь приходится решать, какой из представленных вариантов лучше, а какой хуже. Например, автомобиль с каким двигателем выбрать: оппозитным, рядным или V-образным? Рассмотрим все плюсы и минусы каждого их вариантов.

Рядные двигатели

Самая распространённая и простая компоновка цилиндров двигателя – это рядная. Большинство двигателей небольшого объёма имеют именно такой вид. Его удобно располагать в подкапотном пространстве из-за компактных размеров и небольшого веса.

Но у такого решения есть и недостатки. С ростом количества цилиндров значительно возрастает длинна мотора. Рядное расположение цилиндров при работе вызывает сильную вибрацию, что требует изготовление тяжёлых коленвалов. При продольной установке сильно снижается безопасность машины, ведь при столкновении двигатель может вмять моторный щит.

V-образные двигатели

Такие моторы имеют минимум 6 цилиндров (по три в ряд), расположенных в виде латинской буквы «V». Максимальное количество цилиндров для автомобильных двигателей 12, такие моторы можно встретить, например, под капотом Audi A8. Подобная компоновка позволяет на небольшом пространстве разместить довольно большой по объёму и мощности двигатель. К тому же, этот тип двигателей несколько безопаснее рядных моторов. К недостаткам можно отнести сложную конструкцию и из-за этого высокую стоимость. В таком форм-факторе невыгодно изготавливать моторы с малым объёмом. Высокий центр тяжести, что накладывает определённые трудности при проектировании спортивных машин.

Оппозитные моторы

Этот тип двигателей стоит особняком из-за малой распространённости. Они имеют не вертикальное, а горизонтальное расположение цилиндров, что позволяет добиться очень хорошего баланса и низкого уровня вибрации. Поэтому для оппозитных моторов нет необходимости использовать коленвалы с большими противовесами. Отзывчивость на нажатии педали газа у этих двигателей происходит практически мгновенно. А низкое расположение позволяет улучшить управляемость машины и её устойчивость на дороге. К недостаткам можно отнести дорогое обслуживание и высокие требования к подготовке мастеров, ремонтирующих оппозитные моторы. Более того, само производство таких моторов довольно дорогое и требует высокоточных станков. Особенностью оппозитных двигателей считается повышенный расход масла.

При использовании любых материалов необходима активная ссылка на DRIVENN.RU

Как работает W-образный двигатель?

W-образный двигатель
Принципиальным отличием W-образного двигателя является расположение цилиндров с поршнями в три или четыре ряда, при этом они воздействуют на общий коленчатый вал. Угол развала составляет менее 90°. Некоторые модели W-образных двигателей предусматривают расположение цилиндров в шахматном порядке, и каждая секция имеет свою ГБЦ. Применяются такие компоновочные схемы не только в автомобильных моторах, но и в авиации.

Также как и V-образный двигатель, такой мотор может иметь до двенадцати цилиндров. Однако основным его преимуществом является еще более компактная конструкция. Главным недостатком W-образной схемы можно назвать необходимость изготовления коленчатого вала сложной формы, а также использование многоуровневой системы охлаждения, что существенно повышает стоимость производства мотора.

Недостатки V6

V – образные моторы при таком же количестве цилиндров, как у рядного собрата совсем не так хорошо сбалансированы. Они по сути созданны из двух рядных 3-цилиндровых двигателей, следовательно, любой V6 требует специальных балансировочных механизмов, которые будут уравновешивать мотор во время его работы. Без балансировочных валов на коленчатый вал действовали бы огромные нагрузки, создаваемые при возвратно-поступательных движениях деталей.

Балансировка двигателя ухудшается с ростом его рабочего объёма и увеличением размера цилиндра (так как растёт масса поршня). Противовесы в таком случае также добавляют сложности в конструкцию двигателя и процесс производства, увеличивая его стоимость. Например, у DOHC V6 должно быть 4 распредвала и 24 клапана, а дополнительные балансировочные валы, расположенные в каждой головке, лишь добавят сложности при ее обслуживании.

В течение многих лет двигатели V6 убивали рядную шестерку, также известную как I6, и данному развитию компоновки двигателей предполагалось забвение. Но Mercedes-Benz совершил воскресение. Это вернуло рядную шестерку в модели M256, совершенно нового дизайна двигателя, чтобы заменить многие из его V6.

Таким образом, именно низкие затраты на разработку двигателя и хорошая его уравновешенность обеспечили этому старому дизайну двигателя возрождение с использованием новых технических решений.

Электрическая система 48В обеспечивает в четыре раза больше мощности своего предшественника 12 В при том же токе и позволяет электрифицировать ключевые компоненты (например, компрессор кондиционера) или внедрять новые технологии (например, электрический вспомогательный компрессор) и, следовательно, экономить топливо. Низковольтная система не требует дополнительной архитектуры безопасности высоковольтной сети.

Устройство и достоинства VR-двигателя

VR-двигатель
Рядно-смещенная компоновка, или VR-двигатель, представляет собой комбинацию рядного и V-образного моторов. Угол развала в таком двигателе очень мал – 15°, а цилиндры с поршнями расположены в шахматном порядке. В отличие от классического V-образного двигателя, такая схема обеспечила максимальную компактность, которая позволила использовать общую головку блока цилиндров для обоих рядов.

Несмотря на такое преимущество, как компактность, основным недостатком этой конструкции стала высокая вибрационная нагрузка. Данный тип двигателя сегодня почти не применяется.

В последние годы компоновочные схемы поршневых двигателей практически не изменяются. Это обусловлено отсутствием необходимости увеличения числа цилиндров, поскольку рост мощности для большинства современных автомобилей обеспечивается, например, за счет турбонаддува. Однако повышение компактности и уменьшение массы по-прежнему остаются главной задачей при разработке новых конструкций и схем.

Достоинства и недостатки

Кроме того, v образный двигатель имеет большую жесткость коленчатого вала, что :

Силовые агрегаты с v-образным расположением цилиндров не свободны от недостатков. Среди них отмечают:

Источник