Причины роста количества цилиндров в автомобильных двигателях

Первый V-образный 8-цилиндровый двигатель производства Ford, выпущенный в 1932 году
Первый V-образный 8-цилиндровый двигатель производства Ford, выпущенный в 1932 году

Рассмотрев изменение числа цилиндров двигателей, остановимся на причинах, побуждавших конструкторов стремиться к увеличению числа цилиндров.

Прежде всего, увеличивая число цилиндров, можно повысить мощность двигателя и, кроме того, добиться большой равномерности крутящего момента. Доведя число цилиндров до четырех, конструкторы получили равномерное чередование рабочих ходов, но в то же время в моменты одновременного прохода мертвых точек всеми поршнями и в конце каждого рабочего хода, когда открыт выпускной клапан, нет полезной работы газов в цилиндрах, что является источником неравномерности хода двигателя. Кроме того, исследование динамики четырехцилиндрового двигателя с симметричным валом показывает, что можно уравновесить только силы инерции первого порядка и их моменты, а силы инерции второго порядка не уравновешиваются без применения дополнительных валов, вращающихся с удвоенной скоростью.

Неполная уравновешенность и недостаточная равномерность крутящего момента четырехцилиндрового двигателя заставили конструкторов обратиться к шестицилиндровым двигателям, полнее удовлетворяющим требованиям комфортабельности автомобилей. Анализ динамики шестицилиндрового двигателя показывает, что в нем уравновешиваются силы инерции как первого, так и второго порядка и их моменты, а кроме того, получается достаточно высокая равномерность хода двигателя, так как рабочие ходы, с учетом фазы выпуска, перекрывают друг друга.

Восьмицилиндровый V-образный двигатель с симметричным коленчатым валом, как у четырехцилиндрового, позволяет улучшить равномерность хода двигателя, но динамика его такова же, как и у четырехцилиндрового, т. е. силы инерции второго порядка остаются неуравновешенными, и в этом отношении он уступает шестицилиндровому линейному.

Восьмицилиндровый V-образный двигатель с крестообразным валом дает возможность при наличии противовесов уравновесить силы инерции первого и второго порядка и их моменты, хотя в отношении равномерности чередования рабочих ходов он уступает двигателю с симметричным валом, что, однако, не явилось препятствием к его применению.

В линейном восьмицилиндровом двигателе с симметричным коленчатым валом силы инерции первого и второго порядков и их моменты уравновешиваются. Совершенно очевидно, что двенадцати- и шестнадцатицилиндровые двигатели по динамике подобны соответственно шести- и восьмицилиндровым линейным двигателям.
К сказанному можно прибавить, что при увеличении числа цилиндров размеры их могут быть уменьшены и силы инерции по величине снижены как вследствие меньшей массы возвратно-поступательно движущихся деталей, так и вследствие уменьшения ускорений при укорочении хода поршня.

Mercedes-Benz 770 (1935) - один из самых дорогих и престижных европейских автомобилей
Mercedes-Benz 770 (1935) - один из самых дорогих и престижных европейских автомобилей


  • Купить ноутбук Dell в Харькове – красивый как самолет и надежный как трактор – можно на сайте Plaza.kh.ua.
  • Ужасная линкомаулия - вероятная причина скорого конца света!
  • Недорогая укладка мягкой кровли в Москве и области – это ООО СитиСнаб.

  • Автомобильные двигатели с 8, 12 и 16 цилиндрами

    Кадиллак 1931 г. - первый в мире автомобиль с 16-цилиндровым двигателем
    Кадиллак 1931 г. - первый в мире автомобиль с 16-цилиндровым двигателем

    В погоне за комфортабельностью, с целью достичь высоких мощностей, а также учитывая рекламу, ряд фирм, претендовавших на первенство в области производства первоклассных автомобилей, начал выпуск восьми-, двенадцати- и даже шестнадцатицилиндровых моделей. Так, в 1910 г. появились новый автомобиль Лион — Бутон с восьмицилиндровым двигателем, вслед за ним автомобили Даррак (Франция), Паккард и Кадиллак (США) также с восьмицилиндровыми V-образными двигателями.

    Затем появились вскоре V-образные двенадцатицилиндровые двигатели на французских автомобилях Лелонэ — Бельвиль (выпускаемых по заказу), Паккард (США) и ряде других. После первой мировой войны двенадцатицилиндровые двигатели не ставили на автомобили до начала 1930-х годов, когда снова появились Паккарды и Кадиллаки с двенадцатицилиндровыми двигателями. В это же время начался выпуск шестнадцатицилиндровых двигателей Кадиллак и Мармон (США), вошедших в моду среди богачей.

    Необходимо заметить, что многие конструкторы после освоения постройки шестицилиндровых двигателей пытались строить восьмицилиндровые двигатели с линейным расположением цилиндров, но терпели неудачу, так как длинные коленчатые валы, имевшие низкое критическое число оборотов, не выдерживали возникавших в них резонансных крутильных колебаний и ломались. Большинство конструкторов, не решив задачи демпфирования крутильных колебаний, обратилось к освоенным в то время V-образным восьмицилиндровым двигателям, оставив опыты с линейными двигателями. Однако инженер Ланчестер (Англия) решил эту задачу постановкой фрикционного демпфера на конце коленчатого вала, противоположном маховику. Особенно много занимались вопросом усовершенствования восьмицилиндровых двигателей конструкторы фирмы Паккард и Кадиллак. Завод Паккард после тщательных исследований остановился на линейной конструкции восьмицилиндровых двигателей и с успехом выпускал их 30 лет.

    Линейная конструкция восьмицилиндровых двигателей получила широкое распространение, как в США, так и в Европе. В то же время на автомобилях Кадиллак и Ла Саль был принят к производству V-образный двигатель с крестообразным коленчатым валом; такую же конструкцию приняли на автомобилях Линкольн и Форд. Как увидим дальше, V-образные восьмицилиндровые двигатели оказались более перспективными, и в начале 1950-х годов во всем мире линейные двигатели были сняты с производства и заменены V-образными. Шестнадцатицилиндровые двигатели, выпускавшиеся только двумя американскими фирмами, не продержались и десяти лет. Их производство вместе с двенадцатицилиндровыми двигателями прекратилось во время второй мировой войны. Реклама могла создать только скоропереходящую моду на автомобили с многоцилиндровыми двигателями, и если применение двенадцатицилиндровых двигателей иногда оправдывалась получением повышенной мощности, первоклассной динамики, долговечности и комфортабельности, то шестнадцатицилиндровый двигатель не имел никаких технических преимуществ, и его постройка не была продиктована ни конструктивными соображениями, ни требованиями динамики.

    16-цилиндровый двигатель автомобиля Бугатти Вейрон, развивающий мощность в 1001 л.с.
    16-цилиндровый двигатель автомобиля Бугатти Вейрон, развивающий мощность в 1001 л.с.


    Увлекательный симулятор шопинга «Модный бутик 2», который не оставит равнодушными любителей покупок, а также другие увлекательные мини игры можно найти на сайте Gameboss.Su.

    О технологической составляющей бизнеса в сети Интернет вам расскажет IT-блог Enabledweb.Org.

    Сегодня немногие могут ответить на вопрос – «Что такое флюгер?». А между тем этот полезный инструмент для измерения скорости и направления ветра может одновременно служить украшением вашего загородного дома.


    Увеличение числа цилиндров

    Один из первых автомобилей Даймлера (1886)
    Один из первых автомобилей Даймлера (1886)

    Первые двигатели, установленные Даймлером на мотоцикле и Бенцем на автомобиле, были одноцилиндровыми. Последующие их модели, а также двигатели других конструкторов, начавших выпускать автомобили, также имели один цилиндр. Но уже в 1895 г. победители гонок — автомобили Панар — Левассор и Пежо имели двухцилиндровые двигатели. Первый четырехцилиндровый двигатель построил французский конструктор де Форре в 1891 г., и к концу XIX в. наиболее прогрессивные конструкторы начали их применять для автомобилей (Панар — Левассор с 1897 г.). К началу XX в. большинство автомобилей имело четырехцилиндровые двигатели, хотя в сравнительно дешевых и маломощных конструкциях оставались еще долго двух- и даже одноцилиндровые двигатели. Следует отметить, что фирмы Панар — Левассор (Франция) и Ланчестер (Англия) в это время создали трехцилиндровые модели двигателей для легких машин. Изучение динамики и конструкции трехцилиндровых двигателей послужило базой для постройки наиболее совершенных шестицилиндровых двигателей, сыгравших большую роль в создании высококомфортабельных автомобилей.

    Преимущество шестицилиндровых двигателей, обладавших наиболее совершенной динамикой и высокой мощностью, было известно в самом начале XX в. Первый шестицилиндровый двигатель мощностью 30 л. с. на комфортабельном по тому времени шасси английского автомобиля Нэпир демонстрировался на выставке в Кристаль Палласе в 1903 г. В 1906 г. после тщательного исследования работы двух-, трех-, четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателей завод Роллс-Ройс, убедившись в преимуществах 6-цилиндровых двигателей, начал производство получивших мировую известность комфортабельных автомобилей с шестицилиндровым двигателем. Эта модель продержалась как базовая почти 20 лет (до 1925 г.). Широкое распространение шестицилиндровые двигатели получили после 1910 г., особенно в США, при этом исключительно на легковых автомобилях. К началу первой мировой войны почти все крупные автомобильные фирмы выпускали, кроме обычных широко распространенных четырехцилиндровых моделей, комфортабельные дорогие автомобили с шестицилиндровыми двигателями.

    Двухцилиндровый двигатель Даймлера
    Двухцилиндровый двигатель Даймлера

    Эволюция фаз газораспределения

    Шестицилиндровый двигатель BMW с возможностью регулировки фаз газораспределения
    Шестицилиндровый двигатель BMW с возможностью регулировки фаз газораспределения

    Подобно тому, как развивалось опережение впуска, развивались и другие фазы газораспределения. К 1930 г. средние числа оборотов коленчатого вала при максимальной мощности для ряда двигателей легковых автомобилей приблизились к 3000 об/мин. Вопрос о фазах газораспределения в то время стоял особенно остро, так как увеличивались не только максимальные обороты, но и диапазон оборотов, которому должны соответствовать неизменные фазы газораспределения. К этому времени относится ряд больших научно-исследовательских работ в СССР и за границей, посвященных исследованию влияния различных факторов на процесс наполнения. В конце 20-х и начале 30-х годов появились предложения конструкции с фазами газораспределения, изменяемыми при изменении числа оборотов, однако в связи со сложностью конструкции эти проекты в промышленность
    внедрены не были.

    В 30-х годах было установлено, что фазы газораспределения в большой степени обусловлены такими явлениями, как дозарядка после н.м.т., продувка цилиндра в в.м.т., влияние импульсов во впускном и выпускном трубопроводах и другими явлениями.

    Помимо развития фаз газораспределения увеличение числа оборотов коленчатого вала было неразрывно связано с развитием конструкции органов газораспределения.

    Весьма сильное влияние на рост числа оборотов коленчатого вала, особенно в первые годы развития двигателестроения, оказывало состояние теории и техники уравновешивания и балансировки двигателей.

    Рост числа оборотов коленчатого вала двигателей исторически обусловлен также развитием способов воздействия на процесс сгорания. В частности в 30-х годах начался, а в 40-х годах завершился переход к автоматическому регулированию угла опережения зажигания, так как применявшееся до этого ручное регулирование в условиях возросшего диапазона изменения числа оборотов не могло обеспечить нормальный рабочий процесс. В последние годы числа оборотов коленчатого вала двигателей приближаются к таким значениям, при которых следует принимать меры к ускорению процесса сгорания, так как в связи с сокращением времени, отводимого на процесс расширения, увеличивается доля тепла, выделяющаяся при значительном удалении поршня от в.м.т., что ведет к понижению экономичности.

    В настоящее время высокооборотные двигатели уже не рассчитывают на возможность работы на «разносных» оборотах. Для предотвращения поломок двигателей при случайном повышении числа оборотов коленчатого вала на современных двигателях легковых автомобилей, работающих при числе оборотов свыше 4000 об/мин, и на многих двигателях грузовых автомобилей устанавливают регуляторы чисел оборотов.

    Помимо указанных выше факторов для увеличения числа оборотов коленчатого вала большое значение имела постепенная доводка механизмов в целях снижения потерь на трение. Постепенно совершенствовались чистота поверхностей деталей, микрогеометрия, конфигурация и специально подбирались материалы трущихся пар.

    420-сильный мотор BMW M3 с 8-ю цилиндрами, развивающий крутящий момент в 400 Нм
    420-сильный мотор BMW M3 с 8-ю цилиндрами, развивающий крутящий момент в 400 Нм

    ← РаньшеПозже →