1. рядний двигун
2. опозитний двигун
3. V подібний двигун
4. Окремі випадки V образного двигуна
5. Зведена інформація по детонації в різних видах двигунів

Історія двигуна будови формувалася спонтанно і хаотично. Перші двигуни були значні за розміром і робочому об'єму. При цьому двигуни були найпростішими за своєю конструкцією. Зустрічалися 1 циліндрові двигуни об'ємом близько 8 літрів. Тут багато причин, по-перше технології, по-друге низький ККД, врешті-решт відсутність елементарного досвіду і знань.

На сьогоднішній день навіть у сучасних двигунів ККД становить близько 20%, що мізерно мало. Тобто тільки близько 2 літрів бензину з 10 залитих в бак витрачатися на створення крутного робочого моменту на валу двигуна, решта просто вилітає в трубу, переходить в теплову енергію, трансформується в детонації, витрачатися на сили тертя та інерції і т.д. Проте вже сформувалася загальна думка ефективного двигуна внутрішнього згоряння. При цьому поршні двигуна і відповідно робочі камери мають досить обмежені розміри. Вся справа в тому, що компактні механізми є значно меншими силами інерції, менше схильні до детонації, але про це далі. Зараз насамперед хотілося сказати, що співвідношення циліндрів до загального обсягу двигуна відносяться з співвідношенням 1 циліндр на 170-900 см кубічних однієї робочої камери. Занадто малі поршні мають обмеження за своїми конструктивними характеристиками, так як навіть при високій компресії близько 14-16 атмосфер (бензиновий двигун) мініатюрність обмежує і передачу зусиль на шатун від поршня. При занадто значних розмірах поршнів неможливо домогтися точної збалансованості механізму і відповідно отримати високі обороти частоти обертання двигуна, вірніше сказати це дуже складно і високотехнологічне.

Мал. 1 Так прикладом малолітражних автомобілів з маленькими циліндрами є: рядна «четвірка» у Subaru R1 - 658 см³. трициліндровий Smart - 799 см³, трьохциліндровий Matiz - 796 см³, чотирициліндровий Matiz- 995 см³. , Чотирициліндровий Hyundai i10 і Kia Picanto- +1086 см³. Автомобілі з двигунами де зустрічаються циліндр гіганти: V-подібна "вісімка» купе Chevrolet Corvette Z06 - 7011 см³, рядна "шістка" Nissan Patrol TB48DE - 4758 см³.

рядний двигун

Найменування двигуна говорить сама за себе. У такому двигуні все поршні в голівці циліндрів розташовані рядно - в один ряд. Такі двигуни найбільш прості по своїй конструкції і технології виробництва деталей до них. Подібні двигуни ремонтопрігодни в приватних майстернях. Це що говориться класика.
Позначення двигунів починається з букви R. Так R2 означає що в двигуні 2 циліндра в ряд, R3 три циліндри в ряд і так далі. Якщо щодо розташування циліндрів все зрозуміло, то їх базування на колінчастому валу може бути різним. Дивіться на рисунок 2 нижче

Мал. 2 Приклад А: трициліндровий рядний двигун з кутами між кривошипами 120 градусів, Рівномірний за часом запалювання суміші за один період (оборот колінчастого вала) реалізовано в конструкції двигуна за схемою В - двотактних цикл роботи (кути між кривошипами 180 градусів). Варіант С, фактично альтернатива одному великому поршня, при цьому двигун виходить більш компактним (така конструкція двигуна застосована на автомобілі «Ока»)

Найбільш поширеними з рядних двигунів на сьогоднішній момент є чотирициліндрові двигуни. Їх обсяг вирируется, як правило в межах від 1 літра до 2,4 літрів. Багато що в ефективності двигунів залежить від подачі паливно-повітряної суміші, але це тема іншої статті. Несиметрична конструкція двигуна щодо колінчастого вала вносить свої корективи. Так колінчастий вал виконаний з компенсаційними відливами. Фактично вони гасять інерційні сили від поступального руху поршнів при обертанні колінчастого вала (добре видно на малюнку 7)

Мал. 3 Приклад коли двоциліндровий двигун при реалізації турбонаддува досягає такої високої потужності Fiat 500 двигун 0,9 л - 85 к.с. і найпростіші і дешеві двоциліндрові представники російська Ока і індійська Tata Nano

Мал. 4 рядний п'ятициліндровий двигун від Mercedes Benz

Мотори з шістьма циліндрами в ряд також не популярні. Вся справа навіть не в тому, що вони споживають багато бензину, проблема рядних двигунів це їх розміри. Такі двигуни добре тільки вписуються в фюзеляж літака а в капот машини вже не кожній. При установки багатоциліндрових двигунів доводиться викручуватись щоб мотор і КПП помістилися в одному моторному відсіку. Так Austin Maxi 2200 випускався в Англії в середині 60-х років мав коробку передач розміщену під двигуном. Автомобіль Volvo S80 з шістьма циліндрами в ряд має дуже компактну коробкою передач (Рис.5). Яке ж рішення, якщо потрібно підвищення потужності, за умови що двигун повинен мати більш компактні форми. Відповідь проста половина циліндрів симетрично переноситися опозитно - один навпроти одного. Тобто кут між циліндрами становить 180 градусів. Звідси і назва оппозітниє двигуни.

Мал. 5 Рядні багатоциліндрові мотори на Austin Maxi 2200 і Volvo S80

опозитний двигун

Оппозітниє двигуни маркуються буквою B. Що означає Boxer -аналог переміщення рук від суперника до суперника на боксерському рингу. Так наприклад B2 означає двоциліндровий двигун, B4 чотирициліндровий і т.д. Плюси оппозитника очевидні вони коротше рядних двигунів в два рази. Це як два рядних двигуна, один навпроти іншого передає свій крутний момент на один колінчастий вал. (Рис. 6)

Мал. 6 Двоциліндровий опозитний, добре знайомий в радянському союзі мотор мотоцикла Урал і французький Citroen 2CV

Мал. 7 Чотирициліндровий опозитний мотор

Ще одним важливим плюсом оппозитника є відносна врівноваженість. Фактично всі елементи симетричні, що значно зменшує вібрації. Крім того, конструктивною особливістю є жорсткий блок, з центральним кріпленням вала, що також позитивно позначається на гасінні вібрацій.
Варто зауважити що двоциліндровий опозитний мотор не урівноважений щодо виникнення вібрацій, в слідстві того що переміщення двох циліндрів один до одного або один від одного намагаються створює крутний момент для колінчастого вал у вертикальній осі. Точка центру обертання крутного моменту знаходиться між кріпленнями шатунів на колінчастому валу. Варто додати ще два циліндра які будуть працювати в протифазі першим і ми компенсуємо цей недолік опозитного мотора.
З плюсами оппозитника ми розібралися, але ж не буває все так добре. Так дійсно, оппозитника фактично вимагають дві головки, роздвоєну систему харчування, більш складну конструкцію і технологію виготовлення блоку (рис 8)

Мал. 8 Опозитний двигун від Porsche має дві однакові головки клапанів. При цьому привід розподільних валів - ланцюгова передачі є спереду і ззаду, для розподільного вала однієї і другої головки.

V подібний двигун

Фактично V подібні мотори це окремий випадок оппозитника, коли рядні мотори встановлені не один навпроти іншого під 180 градусів, а з кутом наприклад 60 або 90 градусів. Тут виникає бажання зменшити кут між циліндрами до такого щоб мінімізувати габарити двигуна. Так наприклад випускалися автомобілі Lancia Fulvia в 70-х роках минулого століття мали V образний мотор з кутом розвалу блоку 23 ° (Рис. 8).
Так в чому ж проблема? Справа не в тому, що це неможливо розмістити конструктивно поршні так близько одне до одного. Справа в тому, що ми отримуємо дуже неврівноважену систему. Переміщення поршнів і їх інерційні сили не будуть врівноважуватися, а навіть навпаки будуть складатися. Знову виходить складна конструкція колінчастого вала з значними противагами. Чим менше кут, тим складніше приборкати інерційну силу поршнів.

Мал. 8 Lancia Fulvia з кутом розвалу блоку мотора між циліндрами в 23 градуси

Крім противаг можуть застосовуватися компенсаційні вали. Фактично такі вали обертаючись створюють силу зворотну силу вібрації. Так наприклад подібні вали застосовувалися компаніями Audi, VW, Saab, Ford, Fiat (Рис. 9)

Мал. 9 Двигун з чотирма циліндрами в ряд і компенсаційними валами. Компенсаційні вали приводяться ланцюговою передачею від колінчастого вала. В деяких випадках вали наводяться двома незалежними ланцюговими передачами від колінчастого вала.

Окремі випадки V образного двигуна

Сьогодні питання потужності і компактності перед конструкторами провідних автовиробників стоїть на першому місці. У зв'язку з цим з'явилися W подібні мотори з мінімальним кутом розвалу циліндрів - 15 градусів. Початок цієї революційної серійної конструцкіі мотора поклав WV Golf VR6 третього покоління.

Саме позначення двигуна VR говорить сама за себе. V образний з мінімальним кутом розвалу таким, що можна додати букву R рядний. Ще такі двигуни називають зміщене рядними. Далі більше, мотористи компанії Volkswagen взяли два двигуна VR і розташували під кутом один до іншого (кут склав 72 градуса).

Так серійно випускалися двигуни W8, якими був обладнаний Passat. 12 циліндровий W образник стояв на VW Roadster 1998 року Складність виготовлення таких моторів колосальна. Починаючи від конструювання і розрахунків і закінчуючи технологіями у виробництві, що в підсумку позначається на їх ціні і серії виробництва.

Зведена інформація по детонації в різних видах двигунів

Тепер після того як ми пробіглися по всі конструкціям двигунів трохи сухої статистики підтверджує нашу теорію. .в таблиці нижче наведена інформація про присутніх в двигунах внутрішнього згоряння силах і про їх врівноваженості при роботі. Так зелені клітини вказують на врівноваженість або відсутність детонації. Червоні на проблемні сили проявляються при тій чи іншій конструкції мотора.

Табліца.1 Показники різних виявляються вібрацій в двигунах внутрішнього згоряння (Для перегляду таблиці в збільшеному розмірі клікніть на її зображення)

* Поршні в протифазі.
** врівноважується противагами на колінчастому валі.
Тобто згідно з таблицею максимально врівноважені мотори рядний шестициліндровий, восьмициліндровий і опозитний шестициліндровий. На жаль такі компонування зовсім не дешеві і як правило застосовуються вже в автомобілях бізнес класу.