ИСТОРИЯ МОТОРОСТРОЕНИЯ
Эволюция автомобильной техники давно миновала буйную стадию, и набор наиболее эффективных решений довольно устойчив, но в отношении числа и взаимного расположения цилиндров двигателя сохраняется плюрализм. Причина в том, что требования, стоящие перед конструкторами, отчасти противоречивы: с одной стороны, нужно обеспечить максимальную плавность работы мотора, а с другой – вписать его под капот автомобиля с конкретными размерными характеристиками.
Самый простой вариант – расположить цилиндры в ряд. Эта компоновка сочетает простоту изготовления и обслуживания с хорошей сбалансированностью при четном числе цилиндров от четырех и выше. У рядных «троек» и «пятерок» необходимо дополнительно уравновешивать моменты сил инерции и центробежных сил. Недостатки рядного расположения – размеры мотора. Причем длина возрастает с каждой новой парой «горшков», поэтому вот уже почти 70 лет не делают рядных 8-цилиндровых моторов. Впрочем, и «шестерку» почти невозможно установить поперечно. Известны только два исключения: британский Austin 2200 (1972 – 75) и куда лучше знакомый нам Volvo S80. Рядная «шестерка» – это чемпион по уравновешенности, поэтому, например BMW, ни в какую не желает отказываться от этой схемы.
Для борьбы с избыточной высотой рядного мотора его обычно наклоняют. Однако на «Опелях» с середины 60-х применялись двигатели серии CIH, отличительной чертой которых было расположение распредвала непосредственно в головке блока. Это решение позволило опустить линию капота, но оказалось негибким в плане создания формы камер сгорания (только клиновидная), так что соответствовать экологическим нормам «Евро-1» моторы CIH не имели ни малейшего шанса.
Укоротить двигатель можно, «разрезав» его на два блока и расположив их под углом. Если угол равен 180о, такой мотор называется оппозитным, если меньше – V-образным.
«Оппозитник» (иначе – горизонтальный мотор или boxer, потому что поршни в нем движутся навстречу друг другу, как кулаки боксеров) отличается самым низким центром тяжести и уравновешен не хуже рядного, так как поршни взаимно гасят вибрации. Но надо понимать, что «боксер» – самый широкий из возможных вариантов.
В свою очередь, V-образные двигатели требуют для компенсации нежелательных сил и моментов добавления противовесов на коленвал или применения балансирных валов, вращающихся в обратную коленвалу сторону. Все это утяжеляет мотор и делает его дороже, но при некоторых углах позволяет добиться равномерной работы. Как правило, угол развала цилиндров V-образного двигателя равен 45, 60 или 90 градусам, причем прямой угол плохо подходит для V6 из-за неравномерного чередования вспышек в цилиндрах. Самым уравновешенным будет V12, ведь он, по сути, состоит из двух рядных «шестерок».
Для небольших автомобилей даже угол развала в 45о может быть слишком велик. Однако при меньшем развале проблемы с балансировкой решать намного труднее. Фирма Lancia первой внедрила моторы V4 с 23-градусным углом между блоками и долго сохраняла им верность, но в середине 70-х и она сдалась. К идее силовых установок с малым углом развала уже на ином этапе развития технологий вернулась группа VW-Audi.
В 1991 году для третьего «Гольфа» были выпущены моторы VR-конфигурации как нечто промежуточное между V-образным и рядным расположением. Угол настолько мал (всего 15о), что такой мотор называют еще смещенно-рядным. «Шестерка» оказалась компактнее обычного V6, да еще и удалось поместить оба блока под одну головку. Позже немцы создали VR5, а также W-образные двигатели, соединив под углом в 72о два обычных VR. Без мощных компьютеров рассчитать все параметры работы этих моторов и добиться хорошей уравновешенности просто невозможно.
Главный недостаток смещенно-рядной схемы – проблемы с охлаждением, вызванные тесным расположением цилиндров.
Стоит заметить, что W-образная схема существовала еще до моторов VR. Точнее, использовалось такое обозначение. За ним скрывался двигатель с тремя блоками цилиндров с углом в 45о между средним и крайними. Один из таких моторов, вероятно, последний в истории, тоже создали инженеры VW-Audi для концепта Avus (1991).
Таков перечень имеющихся на сегодня в автомобилестроении вариантов. История знает еще несколько. В основном это были заимствованные из авиации схемы. Например, звездообразная или X-образная, но высота не позволила им закрепиться под капотами наземных машин. Встречался и U-образный мотор – два полноценных рядных двигателя, коленвалы которых соединялись при помощи цепи или шестерней. Последняя попытка реализации подобного мотора – прототип на базе французского спорткара Matra Murena, испытания которого прекратились в 1975 году.
Текст: Серик Туленов,
Фотоматериал производителей