Расположение цилиндров двигателя

Рядная компоновка технологически является самой простой по конструкции и при рядной компоновке блок самый тяжёлый, зато ремонт или восстановление блока и постелей блока не представляет трудностей. Рядное расположение цилиндров очень распространённо в крупных судовых дизельных двигателях, где ключевым является удобство обслуживания.

V-образный двигатель имеет два варианта компоновки блока — со смещением левого и правого блоков между собой (рядом стоящие шатуны на шейке), либо без смещения (прицепной шатун, неравные степени сжатия на левом и правом блоках). Эти варианты нашли свое применение в автомобилестроении.

W-образный и звездообразный двигатели имеют ещё более компактный блок цилиндров и укороченный вал. Вес такого блока двигателя ниже, но он менее жёсткий и более сложный в ремонте. Звездообразные нашли свое применение на некоторых типах вертолётов. Стоимость таких двигателей очень высокая.

Блок имеет три основных размера: диаметр цилиндра, ход поршня, количество цилиндров (характеристики двигателя).

Блок цилиндров должен иметь достаточно высокую жёсткость, чтобы избежать овализации цилиндров и задира поршней выше допустимых пределов.

Примеры расположения цилиндров двигателей:

а — четырехлистный V образный шести цилиндровый; б — четырехтактный V образный восьми цилиндровый; в— четырехтактный рядный четырех цилиндровый; г — четырехтактный рядный шести цилиндровый.

Одноцилиндровый четырехтактный двигатель имеет значительную неравномерность вращения коленчатого вала, которая вызвана тем, что за два оборота коленчатого вала только в течение одного полуоборота коленчатый вал вращается вследствие давлении газов, а три полуоборота — за счет энергии, накопленной маховиком. Причем во время рабочего хода вращение коленчатого вала ускоренное, а во время подготовительных ходов — замедленное, что вызывает повышенную вибрацию двигателя, которая может быть лишь частично уменьшена вследствие значительного момента инерции маховика.

Повышения равномерности работы двигателя можно добиться увеличением числа цилиндров, так как при этом может быть увеличено число рабочих ходов, приходящихся на один оборот коленчатого вала.

Варианты расположения цилиндров двигателя:

а — однорядный; б — однорядного с наклонением по вертикали; в — V-образного; г — с противоположно лежащими цилиндрами; 1 — цилиндр, 2 — головка цилиндров; 3 — блок картер; 4 — поддон.

Цилиндры двигателя могут располагаться:

• вертикально в один ряд (рядное расположение);
• горизонтально в один ряд;
• однорядно с наклоном от вертикали;
• двухрядно V-обрачно;
• опозитно.

Основные компоновочные схемы поршневых двигателей внутреннего сгорания

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.

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.

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.

Среди плюсов V-образных моторов можно отметить:

• компактность конструкции;
• более длительный срок эксплуатации двигателя;
• эффективная и динамичная работа на различных оборотах.

В числе недостатков:

• конструкция такого агрегата более сложна, поскольку имеет две головки блока цилиндров;
• высокая стоимость изготовления;
• большие вибрации при работе;
• сложности с балансировкой.

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.

Преимуществами такой компоновки являются следующие характеристики:

• большая устойчивость автомобиля, достигаемая благодаря смещению центра тяжести;
• более длительный срок эксплуатации за счет увеличения жесткости цилиндров;
• максимальная безопасность – при столкновении такой двигатель уходит вниз, а не в салон;
• пониженный уровень вибрации и шума при работе мотора;
• снижение веса основных узлов.

Недостатками системы являются:

• большие затраты на обслуживание и ремонт;
• высокая стоимость изготовления двигателя;
• повышенный расход смазочных материалов.

Как работает 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.

Устройство и достоинства VR-двигателя

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.

Какие виды двигателей внутреннего сгорания существуют?

Современный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловой вид двигателя, который преобразует энергию взрыва топливной смеси в механическую силу. Взрыв происходит внутри камеры сгорания, что приводит в действие поршневую группу. Так как наибольшее распространение получили поршневые и комбинированные виды двигателей, далее пойдет речь именно о них.

Виды двигателей автомобилей по типу топлива

Конструкторами разработано большое количество автомобильных двигателей в зависимости от типа смеси, количества тактов, а также физического расположения цилиндров.

Как различаются двигатели внутреннего сгорания по типу питания:

• Бензиновые
• Дизельные
• Гибридные

Бензиновый двигатель — самый популярный вид двигателя среди автомобилей. Это обусловлено простой конструкцией, доступностью и дешевизной деталей на замен. Автомобили с данным видом двигателя чаще остальных встречаются на ДОПах.

Подача смеси для бензинового двигателя:

Существует 2 вида доставки топлива в бензиновый мотор. Первый — карбюратор. Смесь из бензина и воздуха готовится в карбюраторе в определенных (зависит от режима) пропорциях и подаётся во впускной коллектор. Данный вид подачи топлива являлся самым популярным на протяжении многих лет из-за простоты конструкции и возможности ремонта «на месте».

Преимущества карбюраторного ДВС:

• Низкая цена ремонта
• Прост в конструкции
• Дешевизна обслуживания

Но также следует упомянуть что карбюраторная система подачи считается устаревшей ввиду ее не экономичности, трудности обслуживания и настройке.

Недостатки карбюраторного двигателя:

• Сложность настройки
• Чувствителен к температурным перепадам
• Низкая экологичность
• Нестабилен

Большинство видов двигателей с карбюратором не соответствуют Евро-3 и выше.

Инжекторная система питания

На смену карбюратору пришла инжекторная система впрыска. Она в свою очередь делится на моновпрыск и распределённый впрыск горючей смеси. На большинстве двигателей внутреннего сгорания используется именно распределённый впрыск. Бензин из бака через магистраль попадает в топливную рампу, далее через форсунки во впускной коллектор, который отдельно ведёт к каждому цилиндру. Таким образом на каждую секцию отведена отдельная форсунка.

Стоит упомянуть, что существуют конструкции, когда форсунка подаёт топливо прямиком в камеру сгорания. Такой вид двигателя внутреннего сгорания является гораздо более точным в плане дозирования смеси, при котором достигается максимальный кпд бензинового ДВС.

Преимущества инжекторного двигателя:

• Высокая стабильность
• Количество вредных выбросов уменьшается до 70%
• Экономичность
• Более мощный
• Не чувствителен к перепадам температур

Инжекторная система впрыска имеет большое количество плюсов для автолюбителей из больших городов, где имеются профессиональные СТО или официальные дилеры, которые смогут провести правильную диагностику и ремонт. Однако за пределами города, если у вас возникнут проблемы с инжектором, скорее всего вы ничего не сможете сделать, в отличие от карбюратора.

Недостатки инжекторного двигателя:

• Трудный ремонт и диагностика
• Качество бензина должно быть не менее А-92
• Очень высокая стоимость замены узлов
• Дефицит квалифицированных специалистов по ремонту

Принцип работы дизельного двигателя

Главным отличием дизельного вида мотора от бензинового является способ образования зажигательной смеси. В большинстве бензиновых ДВС, смесь попадает через впускной коллектор, тогда как в дизеле смесь всегда подаётся непосредственно в камеру сгорания.

Воспламенение тоже происходит по другому сценарию. В дизельном двигателе внутреннего сгорания, цилиндр сначала втягивает воздух, после поршень путём резкого сжатия доводит температуру воздуха до 700-850 градусов во время сжатия, далее под высоким давлением подаётся дизель и происходит воспламенение. Температура достигает 2400 градусов. Качество смеси сильно зависит от скорости впрыска. Если скорость впрыска малая, бензин может не полностью испаряться. Система зажигания на дизельных ДВС отсутствует.

Из минусов дизельного двигателя можно выделить:

• Повышенная вибронагруженность
• Трудность холодного пуска
• Сложность обслуживания
• Повышенный вес

Самым важным отличием дизельного мотора от бензинового является система подачи топлива. ТНВД (топливный насос высокого давления) работает по следующему принципу: дизель из бака нагнетается в требуемые порции, далее по индивидуальным магистралям поступает через форсунки и подаётся в каждую камеру отдельно.

ТНВД делится на:
— Распределительные
— Многоплунжерные рядные (редко используются на современных авто)

Ремонт и диагностика дизельных двигателей с ТНВД требует наличия инструкций и специнструментов. С другой стороны, некоторые специалисты утверждают что автомобили концерна VAG (Audi, Skoda, Porsche) легки при настройке.

Роторный двигатель

Принцип работы роторного вида двигателя заключается в повышенных оборотах и отсутствии привычного для ДВС строения. ДВС Ванкеля (РПД) а именно так зовут изобретателя данного вида мотора, предложил расположить ротор непосредственно в цилиндре. У РПД отсутствует коленчатый вал и шатуны, что упрощает его конструкцию.
Среди преимуществ данного вида мотора — отсутствие большого количества деталей. Даже в обычном 4-х цилиндровом двигателе минимум 45 движущихся частей: клапанные пружины, масляные колпачки, поршневые кольца, поршни, коленчатый вал, шатуны, т.д.
Роторный двигатель отличается малыми габаритами, и большими мощностями — 1.3 мотор выдаёт 190-240 л.с.

Из недостатков стоит выделить следующие пункты:

• Ограничение в ресурсе (порядка 65-85 тыс.км.)
• Потребление большого количества бензина
• Стоимость производства и ремонта
• Экологичность

Гибридный двигатель

Как работает гибридный вид двигателя? Стоит начать с того, что автомобиль с гибридным мотором набирает всё большую популярность ввиду своей экологичности. Все автомобильные концерны имеют в своей линейке хотя бы одну модель с гибридным видом двигателя.
Принцип работы гибридного мотора заключается во взаимодействии двух видов двигателей — бензинового и электрического.

Всё работает под управление ЭБУ, который решает когда и какой двигатель использовать именно сейчас. К примеру для города обычно используется электрический, сводя к нулю нужду заправляться. Однако на трассе, за городом, обычно система переключается на топливный двигатель. Это обусловлено быстрой разрядкой аккумуляторной батареи. Стоит также упомянуть что во время езды на бензине электрический мотор заряжается. При повышенных нагрузках используются оба вида двигателей.

Гибридный двигатель: плюсы и минусы

Из плюсов можно указать:

• Высокая экономичность (примерно на 25% ниже от топливных ДВС)
• Не уступают в мощности моделям из своего класса
• Меньше шума
• Заправка происходит таким же образом как у классических автомобилей
• При езде по городу с частыми остановками экономия вырастает в разы

Учитывая географическую зависимость стоит отметить минусы для гибридного авто в условиях стран бывшего СНГ.

Из минусов можно указать:

• Очень сложная конструкция
• Очень дорогой ремонт
• Коротки срок службы аккумулятора

Гибридный мотор прекрасно подходит для больших городов где находятся специализированные СТО. В маленьких городах и посёлках смысл владения авто с гибридным двигателем сводится к минимуму.

Типы ДВС: Рядный, V образный и оппозитный двигатель. Какой лучше?

В мире существует большое количество видов моторов не только по виду горючей смеси, но и по типу расположения цилиндров. Ниже приведен перечень самых популярных типов двигателей.

Рядный двигатель

Рядные ДВС считаются классическими, так как именно такой тип был применён впервые в ДВС. Соответственно названию, цилиндры расположены в ряд, и приводят в движение 1 коленчатый вал. Также ГБЦ одна для всех камер сгорания. Количество цилиндров может колебаться от одного до десяти. На практике десятицилиндровые ДВС оказались очень сложными при производстве, поэтому наибольшее распространение получили следующие:

• Одноцилиндровые
• Двухцилиндровые
• Четырехцилиндровые
• Шестицилиндровые

К достоинствам рядных типов двигателя можно отнести простоту в обслуживании и малые габариты. Такие моторы не идеально сбалансированы, однако это не мешает им пользоваться огромной популярностью у производителей и автолюбителей.

V образный двигатель

Данный тип ДВС ничем не отличается от рядной четвёрки кроме расположения цилиндров. У V образного двигателя цилиндры находятся друг напротив друга, из-за чего конструктивно он гораздо сложнее рядного. Здесь две ГБЦ, другая конструкция ГРМ и подача бензина или дизеля. Также, очень большую роль играет угол, под которым расположены цилиндры. В истории встречаются модели как с 1 ° наклона, так и 180 ° (как у субару). Как итог, конструкторы пришли к решению что 45 ° , 60 ° , 90 ° градусов самые оптимальные.

Одним из главных достоинств v двигателя является его компактность.

Из минусов можно выделить:

• Сложность конструкции
• Повышенная вибронагруженность на 2-х и 4-х цилиндровых ДВС
• Более дорогой ремонт по сравнение с рядной «четвёркой»

V образные моторы очень востребованы в различных отраслях. Существуют концерны, которые выпускают только данный вид двигателей.

Оппозитный двигатель

По факту, оппозитный ДВС принадлежит к семейству v образных имея угол между цилиндрами в 180 градусов. То есть, они расположены друг напротив друга. Таким решением конструкторы избавили оппозитный мотор от лишних вибраций, и движок стал более плавно работать.
Кроме того, благодаря такой форме, центр тяжести снижается и качественно улучшается управляемость.
Оппозитный мотор, как и v образный зачастую имеет два распредвала и вертикально расположенный ГРМ.

Виды оппозитных двигателей:
— ОРОС
— «Боксер»

ОРОС — В данной конструкции поршни попарно перемещаются по одному цилиндру, двигаясь друг навстречу другу.

«Боксер» — Поршни располагаются друг перед другом, словно боксёры в бою. Когда один поршень находится в ВМТ(верхняя мёртвая точка) его парный поршень находится в НМТ(нижняя мёртвая точка). При работе они словно «обмениваются ударами» из-за чего и получили название.

Из плюсов оппозитного ДВС можно выделить следующее:

• Отсутствие вибрации
• Низкий центр тяжести
• Малые габариты
• Большой ресурс (300-500 тыс. км до первого капитального ремонта)

Минусы оппозитного двигателя:

• Высокая стоимость обслуживания
• Дефицит СТО, где есть специалисты по оппозитным моторам
• Сложность обслуживания
• Дороговизна запчастей

Двухтактный и четырёхтактный двигатель

В чём разница между этими двумя видами?

Двухтактные моторы почти не используются на автомобилях в силу своих особенностей. Они гораздо легче и проще в своей конструкции из-за отсутствия газораспределительного механизма. Тяга равномернее, литровая мощность выше, а вес меньше.
Из минусов можно выделить крайнюю неэкологичность, большее потребление бензина и масла.

В карбюраторном 2-тактнике ещё и придётся готовить смесь из масла и бензина или заказывать специальное масло для двухтактных двигателей.
Использование двухтактного ДВС идеально подходит для негабаритных устройств. К примеру газонокосилки, пилы, снегоуборочные машины. В общем там, где нужны более равномерные обороты.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Название ДВС происходит из количества тактов рабочего цикла.
Данный тип используется в большинстве автомобилей из-за своей простоты и лёгкости в обслуживании. Отличаются высокой экологичностью, равномерной работой, при которой не нужно переживать из-за «жора» масла как на двухтактниках.

Пошагово четыре такта делятся на следующие шаги:

1) Камера сгорания заполняется смесью.
Движение поршня в НМТ при котором открывается клапан впуска. Из инжектора или карбюратора топливо всасывается в камеру сгорания. Когда поршень опускается до нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается.

2) Сжатие смеси.
Поршень возвращается в верхнюю точку, происходит такт сжатия. Доходя до ВМТ следует взрыв

3) Воспламенение топливной смеси.
Энергия взрыва толкает поршень вниз, происходит механическая работа

4) Расширение газа и очищение цилиндра.
Коленвал возвращает поршень снова вверх, открывается выпускной клапан и сгоревшие газы поступают в выпускной коллектор. Далее снова следует первый такт.

Денис — специалист в сфере автомобилей. Он имеет 5-летний опыт работы на СТО и пишет про новости в мире автомобилей. Теперь он делится своими знаниями с людьми, рассказывает про устройство и ремонт современных авто.

Источник https://www.autoezda.com/ystroustvo/8-numbcylind.html

Источник https://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/komponovochnye-shemy.html

Источник https://avto-ninja.ru/ustrojstvo-avtomobilya/vidy-dvigatelej-razlichiya-i-osobennosti-avtomobilnyh-dvs/