Длинноходные и короткоходные моторы – в чем разница, и какие лучше? Мотор и двигатель разница
в чём отличие между двигателем, и мотором?
Изучите элементы системы охлаждения. Практически любой из них при определенных обстоятельствах может быть причиной перегрева двигателя. В основном такие проблемы в большинстве случаев вызывает недостаточное количество охлаждающей жидкости в системе, плохое охлаждение жидкости в радиаторе, недостаточное уплотнение камеры сгорания, не герметичность в системе. Именно плохая герметичность системы является причиной уменьшения избыточного давления в системе.
Причиной плохого охлаждения жидкости в радиаторе является наружное загрязнение радиатора пылью, листвой, тополиным пухом, а также неисправность муфты или двигателя включения вентилятора, датчика, термостата. Возможно и внутреннее загрязнение радиатора. Раньше это было из-за накипи, после длительной работы двигателя на воде. Сейчас причиной загрязнения является использование разнообразных герметиков для радиатора. Такой эффект от них даже более сильный, чем от воды. Довольно большая проблема прочистить тонкие трубки радиатора, если они забиты таким средством. Обычно такие неисправности легко обнаружить и чтобы доехать до пункта назначения или СТО, необходимо долить жидкость в систему и включить отопитель.
Распространенная причина перегрева - недостаточное уплотнение камеры сгорания. Продукты сгорания топлива в цилиндре находятся под большим давлением. Они просачиваются в рубашку охлаждения через плохое уплотнение и оттесняют охлаждающую жидкость от стенок камеры сгорания. Также горячие газы дополнительно нагревают стенку. Недостаточное уплотнение возникает из-за трещин в головке или гильзе цилиндра, прогара прокладки головки, деформации привалочной плоскости блока или головки, которая и возникает вследствие перегрева. Как определить эту проблему? В расширительном бачке будет запах выхлопных газов, при работающем двигателе из расширительного бачка вытекает антифриз, после запуска двигателя быстро повышается давление в системе охлаждения, в картере появится эмульсия воды с маслом. Но определить окончательно, с чем связано недостаточное уплотнение камеры сгорания, можно только после разборки двигателя.
Причиной не герметичности системы охлаждения могут быть, чаще всего, трещины в шлангах, износ уплотнителя насоса, слабая затяжка хомутов, неисправность радиатора и другие. Течь радиатора может появиться после использования некачественной (неизвестного происхождения) охлаждающей жидкости, которая разъедает трубки, а если длительно эксплуатировать на воде, то быстро изнашиваются уплотнения насоса. Определить низкий уровень охлаждающей жидкости в системе и место утечки очень просто визуально.
В результате не герметичности системы охлаждения давление в системе падает до атмосферного. А чем меньше давление, тем ниже температура, при которой жидкость закипает. Т.е. если температура в системе около 100 градусов, то жидкость закипает.
Это выдал гугл по запросу, аналогичному твоему вопросу )irc.lv
Сравниваем длинноходные и короткоходные моторы
Признайтесь, что вы часто видели в тест-драйвах фразы про «типично короткоходный характер мотора» и не вполне понимали, о чем идет речь. Сегодня мы наконец расскажем, что такое коротко- и длинноходные моторы, в чем разница подходов к проектированию двигателей, и почему сейчас можно уверенно сказать, что «длинноходники» все-таки победили.
Средняя скорость, и какой она бывает
Для понимания вопроса придется вспомнить немного о конструкции ДВС и принципах его работы. Вы наверняка знаете, что в основе любой конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит воздействие расширяющихся газов на поршень. Поршни могут быть любой формы и размеров, но у любого поршня есть такой параметр, как средняя скорость, и от нее зависит очень и очень многое.
Средняя скорость поршня – это величина, которую можно определить по формуле Vp = Sn/30, где S – ход поршня, м; n – частота вращения, мин-1. И именно она определяет степень возможного форсирования двигателя по оборотам, ускорения элементов шатунно-поршневой группы во время работы, а также его механический КПД.
От средней скорости поршня зависят нагрузки на стенку поршня, на поршневой палец, шатун и коленвал. Причем зависимость эта квадратичная: с увеличением скорости (Vp) в два раза нагрузки увеличиваются в четыре раза, а если в три – то в девять раз.
Эксперименты инженеров-мотористов уже очень давно доказали, что классическая конструкция шатунно-поршневой группы выдерживает максимальную скорость порядка 17-23 м/с. И чем выше эта величина, тем скорее изнашивается мотор. Увеличить скорость поршня практически невозможно – самые облегченные гоночные двигатели Формулы-1 имели скорость порядка 23-25 м/с, и это безумно много. Этого удалось достичь только потому, что «формульные» моторы рассчитаны на очень короткую эксплуатацию – от них не требуется «ходить» по 100 000 км.
От теории – к практике. Как известно, мощность мотора – это производная от крутящего момента, помноженного на обороты (об этом я писал большую статью с таблицами и графиками). То есть, если мы хотим получить больше мощности, то надо увеличивать обороты. А так как скорость поршня ограничена, то у нас не остается другого выбора, кроме как уменьшить его ход. Чем меньше расстояние нужно пройти поршню за один оборот, тем меньше может быть его скорость.
Короткоходные, длинноходные и «квадратные» моторы
Статьи / Практика
Не восставшие из ада: как и почему умирают моторы от перегрева и потери маслаКак умирают моторы, из-за чего, и когда стоит остановиться и отправить машину в сервис на эвакуаторе? Надеюсь, вы не найдете в тексте своего «анамнеза», но прочитайте до конца, в жизни бывает...
32867 1 20 06.10.2016
Казалось бы, выше мы только что озвучили два прекрасных аргумента для максимального уменьшения хода поршня. К тому же, чем меньше ход поршня, тем больше диаметр цилиндра при том же объеме, и тем более крупные клапаны можно поставить. Улучшается газообмен, а значит, и работа мотора в целом… Но, как оказалось, безмерно уменьшать ход тоже нельзя.
Чем меньше ход, тем больше должен быть диаметр цилиндра, если мы хотим сохранить объем. А вот форма камеры сгорания с ростом диаметра цилиндра ухудшается, соотношение объема камеры и площади неизбежно растет, увеличивается коэффициент остаточных газов, возрастают тепловые потери, ухудшается сгорание топлива… КПД падает, склонность к детонации повышается, ухудшаются экономичность и экологичность.
При уменьшении хода поршня снижается, к тому же, и диаметр кривошипа коленчатого вала, а значит, уменьшается крутящий момент мотора. Ухудшаются и массогабаритные параметры двигателей – они становятся куда крупнее в горизонтальном сечении. К тому же для сохранения рабочего объема приходится увеличивать число цилиндров, а это уже ведет к резкому повышению сложности конструкции. В общем, нужен был компромисс.
Основные задачи проектирования моторов решили к 60-м годам прошлого века, тогда же нащупали пределы прочности конструкции по средней скорости поршня. Стало ясно, что оптимальные параметры мощности, общего КПД и габаритов у атмосферного мотора получаются в том случае, если диаметр цилиндра равен ходу поршня или чуть меньше.
На фото: двигатель Nissan Qashqai
Если они совпадают, то такие моторы еще называют «квадратными». Моторы, у которых диаметр цилиндра все-таки больше хода поршня, называют короткоходными, а те, у которых он меньше, – длинноходными.
Внимательный читатель скажет: стоп, а откуда вообще взялись короткоходные моторы, если эксперименты доказали, что эффективнее всего «квадратные» или чуть-чуть длинноходные?! Все просто: короткоходники получили распространение в автоспорте. Там расход топлива и приемистость на низких оборотах не сильно «делали погоду», и можно было пожертвовать КПД ради достижения большей мощности на высоких оборотах при сохранении малого рабочего объема.
Для получения лучшей топливной экономичности, тяги и чистоты выхлопа, наоборот, ход поршня увеличивали, жертвуя оборотами и максимальной мощностью. Длинноходные моторы применяли там, где были нужны тяга и экономичность.
Тем временем, к 80-м годам среднюю скорость поршня в серийных моторах довели до предела в 18 м/с, дальше ее увеличивать не получалось. Такая ситуация сохранилась до 90-х, когда требования к массогабаритным и экономическим характеристикам моторов резко возросли.
Длинноходный прогресс
Статьи / Практика
Капремонт турбодизеля Mitsubishi с пробегом 500 тысяч километров: головка блока цилиндровРядная «четверка» 3,2 TD серии 4M41 – далеко не худший представитель семейства современных турбодизелей. Оттаскав за 10 лет две с половиной тонны японского железа в лице Mitsubishi Pajero Wagon 2006 года выпуска, этот...
7571 0 1 28.09.2016
90-е годы – это в первую очередь массовое внедрение новых экологических норм, резкое повышение массы кузова автомобилей из-за новых требований по пассивной безопасности, а заодно и возросшие требования к габаритам и экономичности силовых агрегатов. Машины становились просторнее изнутри и безопаснее во всех смыслах.
А двигателям приходилось поспевать за прогрессом. Массовый переход на многоклапанные головки блоков цилиндров повысил мощность и сделал моторы чище. Средний рабочий объем мотора постарались уменьшить и тем самым выиграть в расходе топлива и габаритах. Прогресс в области конструирования поршневой группы позволил уменьшить высоту поршня и увеличить длину шатуна, сделав больше механический КПД мотора.
Следовательно, стало возможно перейти к более длинноходным конструкциям, которые при том же рабочем объеме были компактнее, имели больший крутящий момент и к тому же стали экономичнее. Облегчение поршневой группы позволило снизить нагрузки на нее при высоких оборотах, а массовое внедрение турбонаддува и регулируемого впуска – еще и выиграть в максимальной мощности и тяге. Умеренно длинноходные моторы от этого только выиграли.
В 2000-е в стане двигателей объемом от 2 литров наметился перелом в переходе от «квадратов» к длинноходным конструкциям. И вот вам несколько примеров. При рабочем объеме 2 литра моторы VW серии ЕА888 (стоят на множестве моделей концерна от Skoda Octavia до Audi A5) имеют ход поршня 92,8 мм при диаметре цилиндра 82,5, а 2-литровые моторы Renault серии F4R (более всего известный по Duster) – 93 мм и 82,7 соответственно. Моторы Toyota объемом 1,8 л серии 1ZZ (Corolla, Avensis и др.) – еще более длинноходные, их размерность 91,5х79.
Рабочие обороты таких двигателей заметно уменьшились, особенно у турбонаддувных, снизились и обороты максимальной мощности. А значит и снижение механического КПД уже не столь важно, зато преимущества налицо. По габаритам моторы лишь немного больше «классических» 1,6 из недавнего прошлого, а по тяге и расходу топлива намного превосходят однообъемных предшественников.
В современных моторах пытаются сочетать высокую эффективность работы длинноходных моторов и повышенный механический КПД короткоходных. Так, в ультрасовременном (но тем не менее уже снимаемом с производства) моторе BMW серии N20В20 (стоят на 1-й, 3-й, 5-й сериях, X1 и X3) применяется несимметричная поршневая группа, в которой ось коленчатого вала и ось поршневых пальцев смещены относительно оси цилиндров. Тут используются регулируемый маслонасос, плазменное напыление цилиндров, бездроссельный впуск и прочие технические «фокусы» для снижения механических потерь и сопротивления впуска. Размерность этого длинноходного мотора 90,1х84, и никто не скажет, что у него плохие характеристики хоть в чем-то, кроме надежности.
Дизели
Дизельные моторы, которые в силу особенностей рабочего цикла обычно являются длинноходными и низкооборотными, выиграли вдвойне. Внедрение турбонаддува резко подняло крутящий момент и позволило снизить степень сжатия, а прогресс топливной аппаратуры и поршневой группы – еще и увеличить рабочие обороты.
На фото: двигатель Volkswagen Golf TDI
В итоге дизели превзошли по литровой мощности атмосферные бензиновые моторы, а по крутящему моменту – бензиновые моторы с наддувом. Так, двигатели серии N57 (3-я, 5-я, 7-я серии, X3, X5 и др.) от BMW при диаметре цилиндра 84 мм и ходе поршня 90 мм имеют рабочий объем 2,993 литра, мощность до 381 л. с. и 740 Нм крутящего момента. Средняя скорость поршня при этом – 13,2 метра в секунду.
Статьи
Роман с соляркой: почему Европа любила дизели, а теперь пересталаЕсли вы читаете мои обзоры техники на вторичном рынке, то заметили, что в начале двухтысячных у BMW и Mercedes были отличные дизельные V8, а потом вдруг рабочий объем дизелей резко уменьшился до...
81279 13 23 17.12.2015
Оборотная сторона
Конечно же, беспроигрышных лотерей не бывает, и чудесной высокой отдачи добились ценой надежности – тут нет никакого секрета. Старый принцип актуален и поныне: у «сильно длинноходных» моторов высокая средняя скорость поршня увеличивает нагрузку на стенки цилиндра.
Конечно же, материалы становятся лучше, но при сравнении двигателей одной серии с разными параметрами хода поршня и диаметра цилиндра заметно, что длинноходные модели более склонны к износу поршневых колец и задирам цилиндров. И ресурс поршневой у них оказывается существенно ниже, чем у более «квадратных» собратьев.
А вот при сравнении разных моторов все далеко не так однозначно. На моторах с алюминиевым блоком и алюсиловым покрытием стараются снизить нагрузку на стенку цилиндра в том числе и снижением хода поршня, но, как правило, все равно ресурс получается меньше, чем у моторов с чугунными гильзами или блоком.
Мотор Renault-Nissan серии M4R (Qashqai, Fluence и др.), который пришел на смену уже упомянутому чугунному F4R, имеет ход поршня 90,1 мм при диаметре цилиндра 84 – он все еще длинноходный, но ход поршня значительно сократился. Габариты при этом не увеличиваются за счет более тонкостенной конструкции блока цилиндров.
На фото: двигатель Renault Latitude
Современные двигатели не нуждаются в высоких оборотах для достижения высокой мощности, а экономичность и экологичность становятся все важнее. Пусть даже в реальной эксплуатации заявленные характеристики и не подтверждаются… К тому же, можно путем усложнения конструкции обойти множество ограничений, которые десятки лет заставляли делать выбор между мощностью и экономичностью моторов.
Статьи / История
Почему современные моторы ломаются чаще старых и проверенныхКазалось бы, с развитием техники моторы должны становиться все надежнее и надежнее, но по какой-то причине этого не происходит. Создается впечатление, что мы наблюдаем обратную тенденцию. Да, по мнению многих гаражных...
220423 14 121 23.02.2015
Короткоходные «крутильные» моторы просто вымирают, им нет места в новом мире. Даже в Формуле-1 отказались от экстремальных конструкций с рабочими оборотами за 19 тысяч и соотношением диаметра цилиндра и хода поршня больше 2,4 к 1. Конечно, для фанатов и гоночных серий выпуск подобной техники сохранится, но в практическом плане смысла в ней уже нет. Победа длинноходных конструкций, за редким исключением, фактически состоялась.
Одним из немногих «оплотов короткоходности» до недавнего времени оставались атмосферные V6 и V8 от Mercedes-Benz. Так, моторы серии М272 (E-Klasse W211, M-Class W164 и др.) – откровенно короткоходные во всех вариантах исполнения. Например, у 3-литровой версии соотношение хода к диаметру будет 82,1 к 88. Как и их предки в лице М104, так и их наследники вплоть до М276, они были олицетворением успешных короткоходных моторов. Компания не стремилась к излишней компактности моторов, места было достаточно, а момента у двигателей объемом 3-3,5 литра и так хватало с запасом. Городить длинноходную конструкцию не было смысла.
Но новое поколение двигателей AMG серий М133/М176 с наддувом стали длинноходными – 83х92 мм, как и перспективная рядная шестерка 3,0 с наддувом серии М256 – 83х92,4 мм.
На фото: двигатель Mercedes-AMG CLA 45 4MATIC
Из «могикан» остаются разве что моторы GM, их блок V8 6,2 Vortec/L86/LT1 все еще не стремится к компактности, имея размерность 103,25х92 мм, и даже компрессорная версия LT4 сохраняет ту же размерность блока. Но это, скорее всего, тоже ненадолго.
Конец спорам
Даунсайз, наддув, непосредственный впрыск, гладкая моментная характеристика, высокий крутящий момент, регулируемый ГРМ и продвинутые трансмиссии сотворили маленькое чудо. Споры «длинноходный или короткоходный» уже более не актуальны.
Моторы вдруг прибавили в литровой мощности до границ, ранее считавшихся возможными только для специально подготовленных гоночных моторов. Увидев цифры в 120-150 л. с. с литра объема, мы уже не удивляемся, и даже 200 л. с. на литр кажутся вполне реальными, а «смешной» паспортный расход топлива для мощной и тяжелой машины кажется вполне реальным. Дизельные двигатели из «гадких утят» превратились в прекрасных лебедей с литровой мощностью даже большей, чем у бензиновых двигателей.
Во многом все это, плюс уменьшение габаритов и веса моторов, стало возможным благодаря длинноходной конструкции. Окончательно оформившийся тренд вряд ли переломится, особенно с учетом прогнозируемого вытеснения ДВС электромоторами и разнообразными «удлинителями дистанции».
www.kolesa.ru
Контрактный двигатель - плюсы и отличия
Многие отдают предпочтение иномаркам. Зачастую этот выбор обоснован – качественная сборка, несложное обслуживание, комфорт. Но эта радость проходит, когда наступает время капитального или внепланового ремонта двигателя.
Во многих СТО, такие работы выполняют люди, не имеющие достаточного опыта или квалификации для ремонтов такой сложности. Поэтому для многих владельцев автомобилей наступает выбор: либо покупать новый двигатель, либо бывший в употреблении. Но не многие знают, что такое контрактный двигатель, а также положительные стороны его приобретения.
Отличия контрактного двигателя от нового
Контрактный двигатель – это двигатель, стоявший ранее на автомобиле, не эксплуатируемом в странах СНГ. Он был ввезён из Европы, Америки, Юго-Восточной Азии… Почему именно оттуда? Там, автомобиль, проездивший от трех до пяти лет, считается устаревшим, и отправляется на утилизацию, или на рынок подержанного авто.
Владельцы автомобилей из России, Беларуси, Украины и других стран СНГ, приобретая автомобиль иностранного производства, часто задумывается о его замене только при возникновении серьезной и дорогостоящей поломки.
Плюсом контрактного двигателя можно считать тот факт, что за рубежом все они обслуживаются на фирменных СТО, с применением качественных и оригинальных комплектующих. Не стоит сбрасывать со счетов и бережную эксплуатацию иностранных автомобилей. Как показывает практика, после 140 000 километров пробега, контрактные двигатели находятся в удовлетворительном состоянии и в них почти отсутствуют износы деталей поршневой группы, а топливная аппаратура в хорошем состоянии (во многом, благодаря контролю качества на иностранных АЗС).
Еще одним фактором, побуждающим автовладельца приобретать контрактный двигатель, является неимоверно высокая цена на новый автомобильный мотор. Иногда она соизмерима по цене с ремонтируемой машиной, а в отдельных случаях и превосходит её.
Конечно, есть и отечественные СТО, где вам предложат капитальный ремонт двигателя оригинальными запчастями. Но никто ведь не будет давать отчёт о происхождении этих самых запчастей. Но и они не могут составить конкуренцию контрактному двигателю, так как он имеет такие преимущества как:
- Невысокая цена;
- Отсутствие серьезных дефектов, что доказывает пробег на предыдущем автомобиле;
- Использование в предыдущих ремонтах, если таковые были, оригинальных запчастей;
- Выработанный ресурс контрактного двигателя, который поставляется из-за рубежа, составляет менее 30%.
Немаловажно и то, что до того как мотор будет доставлен, он проходит проверку и контроль перед продажей.
Приобретение контрактного двигателя
Как стать владельцем контрактного двигателя? Всё не так уж и сложно. Есть несколько вариантов приобретения подержанного мотора:
- Если вы имеете не только теоретические, но и практические знания о том двигателе, который стоит у вас в машине, – можете поехать в Европу, Азию, Америку и сами выбрать интересующий тип мотора за довольно малые деньги. Во время покупки, внимательно следите за заполнением сопроводительной документации, иначе хлопот в ГИБДД будет немало.
- Так как не каждый владелец иностранного автомобиля в должной мере разбирается в двигателях, есть фирмы, которые специализируются на доставке контрактных запчастей. Люди, работающие там, не только помогут вам подобрать необходимый тип мотора, но предоставят гарантии до полугода. Всё потому, что такие фирмы проводят подготовку и диагностику контрактного двигателя перед продажей, и заменяют неисправные детали при необходимости.
В любом случае, покупать новый двигатель или бывший в употреблении (а может делать капитальный ремонт старого), каждый решает сам. Но преимущества приобретения контрактного двигателя очевидны и подходят автовладельцам со средним достатком.
"Лайки" в соц. сетях:
Читайте также:
tuningui.com
Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного
Чем отличается двухтактный двигатель от четырёхтактного? Самое заметное отличие - это режимы воспламенения горючей смеси, что сразу можно заметить по звуку. Двухтактный мотор обычно издаёт пронзительный и очень громкий гул, тогда как четырёхтактному свойственно более спокойное мурлыканье.
Применение
В большинстве случаев разница состоит также в основном предназначении агрегата и его топливной эффективности. В двухтактных двигателях зажигание происходит при каждом обороте коленчатого вала, поэтому по мощности они в два раза превосходят четырёхтактные, в которых смесь воспламеняется только через оборот.
Четырёхтактные моторы экономичнее, зато тяжелее и дороже. Они обычно устанавливаются на автомобили и спецтехнику, в то время как на таких устройствах, как газонокосилки, мотороллеры и лёгкие катера, чаще встречаются более компактные двухтактные модели. А вот бензиновый генератор, например, можно найти как двухтактный, так и четырёхтактный. Двигатель скутера также может относиться к любому типу. Принцип работы этих двигателей в основном один и тот же, отличие только в способе и эффективности преобразования энергии.
Что такое такт?
Переработка топлива в обеих разновидностях моторов осуществляется посредством последовательного выполнения четырёх различных процессов, известных как такты. Скорость, с которой двигатель через эти такты проходит, — это именно то, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.
Первым тактом является впрыск. При этом поршень движется вниз по цилиндру, а впускной клапан открывается, чтобы впустить воздушно-топливную смесь в камеру сгорания. Далее идёт такт сжатия. Во время этого такта впускной клапан закрывается, а поршень движется по цилиндру вверх, сжимая находящиеся там газы. Такт рабочего хода начинается, когда происходит зажигание смеси. При этом искра от свечи воспламеняет сжатые газы, что приводит к взрыву, энергия которого толкает поршень вниз. Последним тактом является выпуск: поршень поднимается вверх по цилиндру, а выпускной клапан открывается, позволяя выхлопным газам выйти из камеры сгорания, чтобы можно было начать процесс снова. Возвратно-поступательные движения поршня вращают коленчатый вал, крутящий момент от которого передаётся на рабочие части устройства. Так происходит преобразование энергии сгорания топлива в поступательное движение.
Работа четырёхтактного двигателя
В стандартном четырёхтактном двигателе зажигание смеси происходит на каждом втором обороте коленчатого вала. Вращение вала приводит в действие сложный набор механизмов, обеспечивающих синхронное выполнение последовательности тактов. Открытие впускных или выпускных клапанов осуществляется с помощью кулачкового вала, который попеременно нажимает на коромысла. Возврат клапана в закрытое положение выполняется с помощью пружины. Чтобы избежать потери компрессии, необходимо, чтобы клапаны плотно прилегали к головке блока цилиндров.
Работа двухтактного двигателя
Теперь посмотрим, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного по принципу работы. В двухтактных двигателях все четыре действия выполняются за один оборот коленчатого вала, во время хода поршня от верхней мёртвой точки к нижней, а затем обратно вверх. Выпуск отработанных газов (продувка) и впрыск горючего интегрированы в один такт, в конце которого происходит воспламенение смеси, и полученная энергия толкает поршень вниз. Такая конструкция устраняет необходимость использования клапанного механизма.
Место клапанов занимают два отверстия в стенках камеры сгорания. Когда поршень за счёт энергии сгорания перемещается вниз, выпускной канал открывается, позволяя отработанным газам выйти из камеры. При движении вниз в цилиндре образуется разрежение, за счёт которого через расположенный ниже впускной канал внутрь втягивается смесь воздуха и топлива. При движении вверх поршень перекрывает каналы и сжимает находящиеся в цилиндре газы. В этот момент срабатывает свеча зажигания, и весь описанный выше процесс повторяется снова. Важно то, что в двигателях такого типа зажигание смеси происходит при каждом обороте, что позволяет извлечь из них больше мощности, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.
Соотношение массы и мощности
Двухтактные двигатели лучше подходят для устройств, от которых требуются быстрые и резкие всплески энергии, а не равномерная работа в течение длительного времени. Например, гидроцикл с двухтактным двигателем разгоняется быстрее, чем грузовик с четырёхтактным, однако он предназначен для кратковременных поездок, в то время как грузовик может проехать сотни километров, прежде чем ему понадобится отдых. Невысокая длительность работы двухтактников компенсируется низким отношением массы к мощности: такие двигатели обычно весят намного меньше, поэтому быстрее запускаются и достигают рабочей температуры. Для их перемещения также требуется меньше энергии.
Какой мотор лучше
В большинстве случаев четырёхтактные двигатели могут работать только в одном положении, тогда как двухтактные в этом отношении менее требовательны. Это во многом связано со сложностью движущихся частей, а также конструкцией масляного поддона. Такой поддон, обеспечивающий смазку двигателя, обычно присутствует только в четырёхтактных моделях и имеет огромную важность для их работы. У двухтактных двигателей обычно нет такого поддона, поэтому их можно эксплуатировать практически в любом положении без риска выплёскивания масла или прерывания процесса смазки. Для таких устройств, как бензопилы, циркулярные пилы и другие переносные инструменты, такая гибкость очень важна.
Топливная эффективность и экологическая составляющая
Часто выясняется, что компактные и быстрые двигатели сильнее загрязняют воздух и потребляют больше топлива. В нижней точке движения поршня, когда камера сгорания наполняется горючей смесью, некоторое количество топлива теряется, попадая в выпускной канал. Это можно увидеть на примере подвесного лодочного мотора; если присмотреться, вы разглядите вокруг него разноцветные маслянистые пятна. Поэтому двигатели такого рода считаются неэффективными и загрязняющими окружающую среду. Хотя четырёхтактные модели несколько тяжелее и медленнее, зато в них топливо сжигается полностью.
Стоимость приобретения и обслуживания
Меньшие по размеру двигатели обычно являются менее дорогими, как с точки зрения первоначальной покупки, так и в техническом обслуживании. Однако они рассчитаны на менее длительный срок службы. Хотя есть некоторые исключения, большинство из них не предназначено для непрерывной работы в течение более чем нескольких часов и рассчитано на не очень длительный срок эксплуатации. Отсутствие отдельной системы смазки также приводит к тому, что даже лучшие моторы такого типа относительно быстро изнашиваются и приходят в негодность из-за повреждения движущихся деталей.
Отчасти из-за отсутствия системы смазки в бензин, предназначенный для заливки в двухтактный двигатель скутера, например, необходимо добавлять определённое количество специального масла. Это ведёт к дополнительным затратам и хлопотам, а также может стать причиной поломки (если вы забудете подлить масла). Мотор 4-тактный в большинстве случаев требует минимума обслуживания и ухода.
Какой мотор лучше
В этой таблице кратко описывается, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.
№ | Четырёхтактный двигатель | Двухтактный двигатель |
1. | Один такт рабочего хода на каждые два оборота коленчатого вала. | Один такт рабочего хода на каждый оборот коленчатого вала. |
2. | Приходится использовать тяжёлый маховик для компенсации вибраций, возникающих при работе двигателя из-за неравномерного распределения крутящего момента, так как воспламенение горючей смеси происходит только на каждом втором обороте. | Нужен гораздо более лёгкий маховик и двигатель работает достаточно сбалансировано, так как крутящий момент распределяется намного равномернее из-за того, что воспламенение горючей смеси происходит при каждом обороте. |
3. | Большой вес двигателя | Вес двигателя намного меньше |
4. | Конструкция двигателя усложнена за счёт клапанного механизма. | Конструкция двигателя гораздо проще за счёт отсутствия клапанного механизма. |
5. | Высокая стоимость. | Дешевле, чем четырёхтактный. |
6. | Невысокий механический КПД из-за трения большого количества деталей. | Более высокий механический КПД из-за уменьшения трения за счёт небольшого количества деталей. |
7. | Более высокая производительность благодаря полному удалению отработанных газов и впрыскиванию свежей смеси. | Сниженная высокая производительность из-за смешивания остатков отработанных газов со свежей смесью. |
8. | Более низкая рабочая температура. | Более высокая рабочая температура. |
9. | Водяное охлаждение. | Воздушное охлаждение. |
10. | Меньший расход и полное сгорание топлива. | Более высокий расход топлива и смешивание свежего впрыска с остатками выхлопных газов. |
11. | Занимает много места. | Занимает меньше места. |
12. | Сложная система смазки. | Гораздо более простая система смазки. |
13. | Низкая шумность. | Более высокая шумность. |
14. | Система газораспределения с клапанным механизмом. | Вместо клапанов используются впускные и выпускные каналы. |
15. | Высокая тепловая эффективность. | Менее высокая тепловая эффективность. |
16. | Низкое потребление масла. | Более высокое потребление масла. |
17. | Меньший износ движущихся деталей. | Повышенный износ движущихся деталей. |
18. | Устанавливается в автомобили, автобусы, грузовики и т. д. | Используется в мопедах, скутерах, мотоциклах и т. д. |
В ней также приведены положительные и отрицательные качества каждого из этих двух типов.
fb.ru
Двигатель различия • ru.knowledgr.com
Двигатель различия - автоматический механический калькулятор, разработанный, чтобы свести в таблицу многочленные функции. Имя происходит из метода разделенных различий, способ интерполировать или свести в таблицу функции при помощи маленького набора многочленных коэффициентов. Большинство математических функций, обычно используемых инженерами, учеными и навигаторами, включая логарифмические и тригонометрические функции, может быть приближено полиномиалами, таким образом, двигатель различия может вычислить много полезных столов чисел.
Историческая трудность в производстве безошибочных столов команд математиков и человеческих «компьютеров» поощрила желание Чарльза Беббиджа построить механизм, чтобы автоматизировать процесс.
История
Дж. Х. Мюллер, инженер в армии Мешковины, забеременел идеи машины различия. Это было описано в книге, изданной в 1786, но Джонсон был неспособен получить финансирование, чтобы делать успехи с идеей.
14 июня 1822 Чарльз Беббидж предложил использование такой машины в газете Королевскому Астрономическому Обществу, наделенному правом «Примечание по применению оборудования к вычислению астрономических и математических столов». Эта машина использовала десятичную систему исчисления и была приведена в действие, провернув ручку. Британскому правительству было интересно, начиная с производства столов было трудоемким и дорогим, и они надеялись, что двигатель различия сделает задачу более экономичной.
В 1823 британское правительство дало Беббиджу 1 700£, чтобы начать работу над проектом. Хотя дизайн Беббиджа был технически выполним, никто не построил механическое устройство к таким обременительным стандартам прежде, таким образом, двигатель, оказалось, был намного более дорогим, чем ожидаемый. К тому времени, когда правительство убило проект в 1842, они дали Беббиджу более чем 17 000£, не получая рабочий двигатель. То, что Беббидж не сделал или не желал, признать, было то, что правительство интересовалось экономно произведенными столами, не самим двигателем. Другой проблемой, которая подорвала уверенность правительства в двигателе различия, был Беббидж, шел дальше к аналитической машине. Развивая что-то лучше, Беббидж отдал двигатель различия, бесполезный в глазах правительства.
Беббидж продолжил проектировать свою намного более общую аналитическую машину, но позже произвел улучшенный «Двигатель Различия № 2» дизайн между 1847 и 1849. Беббидж смог использовать в своих интересах идеи, развитые для аналитической машины, чтобы заставить новый двигатель различия вычислить более быстро, используя меньше частей. Вдохновленный планами двигателя различия Беббиджа, За Георга Шойца построил несколько двигателей различия с 1855 вперед, один из которых был продан британскому правительству в 1859. Мартин Виберг улучшил строительство Шеуца, но использовал его устройство только для производства и публикации печатных логарифмических столов.
В течение 1980-х, Аллана Бромли, адъюнкт-профессор в университете Сиднея, Австралия, изучил эскизы Беббиджа для Различия и Аналитических машин в библиотеке Музея наук в Лондоне. Эта работа принудила Музей наук строить рабочий двигатель различия № 2 с 1989 до 1991, при Дороне Сваде, тогдашнем Хранителе Вычисления. Это должно было праздновать 200-ю годовщину рождения Беббиджа в 2001. В 2000, принтер, который был также закончен Беббидж, первоначально разработанный для двигателя различия. Преобразование рисунков оригинального проекта в рисунки, подходящие для использования технических изготовителей, показало некоторые незначительные ошибки в дизайне Беббиджа (возможно введенный как защита в случае, если планы были украдены), который должен был быть исправлен. После того, как законченный, и двигатель и его принтер работали безупречно, и все еще сделайте. Двигатель различия и принтер были построены к терпимости, достижимой с технологией 19-го века, решив давние дебаты, будет ли дизайн Беббиджа фактически работать. (Одна из причин, раньше продвинутых для незавершения двигателей Беббиджа, была то, что технические методы были недостаточно развиты в викторианскую эру.)
Основная цель принтера состоит в том, чтобы произвести стереотипные пластины для использования в печатных станках, которые это делает, нажимая тип к мягкому пластырю, чтобы создать flong. Беббидж предназначил, чтобы результаты Двигателя были переданы непосредственно массовой печати, признав, что ошибки в предыдущих столах не были результатом человеческих вычислительных ошибок, но от ошибки в ручном процессе набирания. Бумажная добыча принтера - главным образом, средство проверки работы Двигателя.
В дополнение к финансированию строительства механизма продукции для Двигателя Различия Музея наук № 2 Натан Михрволд уполномочил строительство второго полного Двигателя Различия № 2, который в настоящее время находится на выставке в Компьютерном Музее Истории в Маунтин-Вью, Калифорния.
Операция
Двигатель различия состоит из многих колонок, пронумерованных от 1 до N. Машина в состоянии сохранить одно десятичное число в каждой колонке. Машина может только добавить ценность колонки n + 1 к колонке n, чтобы произвести новую ценность n. Колонка N может только сохранить a, показы колонки 1 (и возможно печатает), ценность вычисления на текущем повторении.
Двигатель запрограммирован, установив начальные значения в колонки. Колонка 1 установлена в ценность полиномиала в начале вычисления. Колонка 2 установлена в значение, полученное на первые и более высокие производные полиномиала в той же самой ценности X. Каждая из колонок от 3 до N установлена в значение, полученное на первые и более высокие производные полиномиала.
Выбор времени
В дизайне Беббиджа одно повторение (т.е., один полный набор дополнения и несут операции) происходит для каждого вращения главной шахты. Четные и нечетные колонки поочередно выполняют дополнение в одном цикле. Последовательность операций для колонки таким образом:
- Подсчитайте, получив стоимость от колонки (Дополнительный шаг)
- Выступите несут распространение на подсчитанной стоимости
- Считайте в обратном порядке к нолю, добавляя к колонке
- Перезагрузите вниз посчитанную стоимость к ее первоначальной стоимости
Шаги 1,2,3,4 происходят для каждой странной колонки, в то время как шаги 3,4,1,2 происходят для каждой ровной колонки.
В то время как оригинальный проект Беббиджа разместил заводную рукоятку непосредственно в главную шахту, было позже понято, что сила, необходимая, чтобы провернуть машину, будет слишком большой для человека обращаться удобно. Поэтому, две модели, которые были построены, соединяются 4:1 механизм сокращения в заводной рукоятке, и четыре революции заводной рукоятки требуются, чтобы выполнять один полный цикл.
Шаги
Каждое повторение создает новый результат и достигнуто в четырех шагах, соответствующих четырем полным поворотам ручки, показанной в далеком праве на картине ниже. Четыре шага:
- Шаг 1. Все четные колонки (2,4,6,8) добавлены ко всем странным пронумерованным колонкам (1,3,5,7) одновременно. Внутренняя рука зачистки поворачивает каждую ровную колонку, чтобы вызвать независимо от того, что число находится на каждом колесе, чтобы считать в обратном порядке к нолю. Поскольку колесо поворачивается к нолю, оно передает свою стоимость механизму сектора, расположенному между странными/ровными колонками. Эти ценности переданы странной колонке, заставляющей их подсчитать. Любое странное значение столбца, которое проходит от «9» до «0», активирует нести рычаг.
- Шаг 2. Несите распространение, достигнут рядом спиральных рук в спине, которые получают голоса нести рычагов винтовым способом так, чтобы нести на любом уровне могло увеличить колесо выше одним. Это может создать нести, которое является, почему руки перемещаются в спираль. В то же время механизмы сектора возвращены к их оригинальному положению, которое заставляет их увеличивать ровные колеса колонки назад к их первоначальным ценностям. Механизмы сектора двойные высокие на одной стороне, таким образом, они могут быть сняты, чтобы расцепить от странных колес колонки, в то время как они все еще остаются в контакте с ровными колесами колонки.
- Шаг 3. Это походит на Шаг 1, кроме него странные колонки (3,5,7) добавленный к даже колонкам (2,4,6), и колонка, каждому передал ее ценности сектор, связывает с механизмом печати на левом конце двигателя. Любое ровное значение столбца, которое проходит от «9» до «0», активирует нести рычаг. Стоимость колонки 1, результат для полиномиала, посылают в приложенный механизм принтера.
- Шаг 4. Это походит на Шаг 2, но для того, чтобы сделать продолжает даже колонки и возвращение странных колонок к их первоначальным ценностям.
Вычитание
Двигатель представляет отрицательные числа как дополнения ten. Вычитание составляет добавление отрицательного числа. Это работает таким же образом, что современные компьютеры выполняют вычитание, известное как дополнение two.
Метод различий
Принцип двигателя различия - метод Ньютона разделенных различий. Если начальное значение полиномиала (и его конечных разностей) вычислено некоторыми средствами для некоторой ценности X, двигатель различия может вычислить любое число соседних ценностей, используя метод, общеизвестный в качестве метода конечных разностей. Например, рассмотрите квадратный полиномиал
:
с целью сведения в таблицу ценностей p (0), p (1), p (2), p (3), p (4), и т.д. Стол ниже построен следующим образом: вторая колонка содержит ценности полиномиала, третья колонка содержит различия двух покинутых соседей во второй колонке, и четвертая колонка содержит различия двух соседей в третьей колонке:
Числа в третьей колонке ценностей постоянные. Фактически, начинаясь с любого полиномиала степени n, колонка номер n + 1 всегда будет постоянной. Это - решающий факт позади успеха метода.
Этот стол был построен слева направо, но возможно продолжить строить его справа налево вниз диагональ, чтобы вычислить больше ценностей. Чтобы вычислить p (5) используют ценности от самой низкой диагонали. Начните с четвертой постоянной величины колонки 4 и скопируйте ее вниз колонка. Тогда продолжите третью колонку, добавив 4 - 11, чтобы добраться 15. Затем продолжите вторую колонку, беря ее предыдущую стоимость, 22 и добавляя 15 из третьей колонки. Таким образом p (5) 22 + 15 = 37. Чтобы вычислить p (6), мы повторяем тот же самый алгоритм на p (5) ценности: возьмите 4 из четвертой колонки, добавьте, что к стоимости третьей колонки 15, чтобы добраться 19, затем добавьте, что к стоимости второй колонки 37, чтобы добраться 56, который является p (6). Этот процесс может быть продолжен до бесконечности. Ценности полиномиала произведены, никогда не имея необходимость умножиться. Двигатель различия только должен быть в состоянии добавить. От одной петли до следующего это должно сохранить 2 числа — в этом примере (последние элементы в первых и вторых колонках). Чтобы свести в таблицу полиномиалы степени n, каждому нужно достаточное хранение, чтобы держать n числа.
Двигатель различия Беббиджа № 2, наконец построенный в 1991, мог считать 8 чисел 31 десятичной цифры каждым и мог таким образом свести в таблицу 7-е полиномиалы степени к той точности. Лучшие машины от Scheutz могли снабдить 4 числа 15 цифрами каждый.
Начальные значения
Начальные значения колонок могут быть вычислены первым вручную вычисление N последовательные ценности функции и возвратившись, т.е. вычислив необходимые различия.
Полковник получает ценность функции в начале вычисления. Полковник - различие между и...
Если функция, которая будет вычислена, является многочленной функцией, выраженной как
:
начальные значения могут быть вычислены непосредственно от постоянных коэффициентов a, a, a..., не вычисляя точек данных. Начальные значения таким образом:
- Полковник =
- Полковник = + + + +... +
- Полковник = 2a + 6a + 14a + 30a +...
- Полковник = 6a + 36a + 150a +...
- Полковник = 24a + 240a +...
- Полковник = 120a +...
Использование производных
Много обычно используемых функций - аналитические функции, которые могут быть выражены как ряд власти, например как ряд Тейлора. Начальные значения могут быть вычислены до любой степени точности; если сделано правильно двигатель даст точные результаты для первых шагов N. После этого двигатель только даст приближение функции.
Ряд Тейлора выражает функцию как сумму, полученную из ее производных однажды. Для многих функций более высокие производные тривиальны, чтобы получить; например, у функции синуса в 0 есть ценности 0 или для всех производных. Устанавливая 0 как начало вычисления мы получаем упрощенный ряд Maclaurin
:
\sum_ {n=0} ^ {\\infin} \frac {f^ {(n)} (0)} {n! }\\x^ {n }\
Тот же самый метод вычисления начальных значений от коэффициентов может использоваться что касается многочленных функций. У многочленных постоянных коэффициентов теперь будет стоимость
:
a_n \equiv \frac {f^ {(n)} (0)} {n! }\
Установка кривой
Проблема с методами, описанными выше, состоит в том, что ошибки накопятся, и ряд будет иметь тенденцию отличаться от истинной функции. Решение, которое гарантирует постоянную максимальную ошибку, состоит в том, чтобы использовать установку кривой. Минимум ценностей N вычислен равномерно располагаемый вдоль диапазона желаемых вычислений. Используя кривую подходящая техника как Гауссовское сокращение найдена интерполяция полиномиала степени N-1th функции. С оптимизированным полиномиалом начальные значения могут быть вычислены как выше.
См. также
- Механизм Antikythera
- Калькулятор завихрения
- За Георга Шойца
- Мартин Виберг
Дополнительные материалы для чтения
Внешние ссылки
- Компьютерная Музейная выставка Истории на Беббидже и двигателе различия
- Музей наук Беббиджа, Лондон. Описание проектов вычислительной машины Беббиджа и исследование Музея наук работ Беббиджа, включая современную реконструкцию и образцовые проекты строительства.
- Двигатель различия в конструкторе
- Двигатель различия в конструкторе
- Первый Двигатель Различия Беббиджа - Как это было предназначено, чтобы работать
- Анализ расходов на двигатель различия Беббиджа № 1
- Двигатель различия в Lego
- Работы двигателя различия с мультипликациями
- Двигатель различия часть экземпляра No1 в Музее Электростанции, Сидней
- Изображение Gigapixel двигателя No2 различия
- Двигатель Различия Scheutz в видео действия. Купленный первым директором Обсерватории Дадли, Бенджамином Апторпом Гульдом, в 1856. Гульд был знакомством Беббиджа. Двигатель Различия выполнял астрономические вычисления для Обсерватории много лет и является теперь частью национальной коллекции в Смитсоновском институте.
ru.knowledgr.com
отличия и тонкости / блог сообщества Тест Драйв / smotra.ru
Мы продолжаем наши рассказы о машинах, моторах и шинах.Сегодня мы расскажем про двигатели....и так начнемс )))
Сегодня двигатель мощностью 100 л. с. будет четырехцилиндровым, двухсотсильный будет иметь четыре, пять или шесть цилиндров, трехсотсильный — восемь...
Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?
Простота хуже компактности
О чем болит голова у конструктора? Во-первых, о том, как упростить конструкцию двигателя, чтобы он был дешевле в производстве и легче в обслуживании.
Самый простой двигатель — рядный (мы будем обозначать такие двигатели индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объем.
Двух- и трехцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, и рядные в том числе. Зато рядная "четверка" попала в самый массовый диапазон рабочего объема легковых автомобилей — от 1,0 до 2,3 л.
Рядный трехцилиндровый горизонтальный мотор микроавтобусов Subaru серии Е (рабочий объем — 1,0 или 1,2 л) снабжен балансирным валом
Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях недавно — в середине 70-х годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными "пятерками" — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце 80-х годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.
Рядные "шестерки", до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную "восьмерку" и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в 30-х годах. Почему?
Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создает массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперек моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную "шестерку" удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины 60-х годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и новейший Volvo S80 с суперкомпактной КПП.
Как укоротить рядный мотор? Его можно "распилить" пополам, поставить две половинки рядом друг с другом и заставить работать на один коленвал. Такие моторы, у которых цилиндры расположены в виде латинской буквы V, вдвое короче рядных — наибольшее распространение получили двигатели с углом развала блока 60 о и 90 о. А V-образный мотор с углом развала блока 180 о, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или "боксером" — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).
Двигатель R3. Угол между кривошипами — 120 градусов
Добиться равномерности вспышек в таком двухцилиндровом двигателе можно только при двухтактном цикле
А такой мотор, например, стоит на Оке. Поршни движутся синфазно
Такие моторы сложнее рядных — например, у них две головки цилиндров (каждая со своей прокладкой и коллекторами), больше распредвалов, сложнее схема их привода. А оппозитные двигатели еще и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей "боксеров" можно пересчитать по пальцам.
А как сделать V-образный двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — сделать угол развала блока менее 60 о. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia 70-х годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23 о. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит еще одна проблема — вибрации.
О силах и моментах
Вообще без вибраций поршневой двигатель внутреннего сгорания работать не может — так уж он устроен. Но бороться с ними нужно, и не только для повышения комфорта пассажиров.
Сильные неуравновешенные вибрации могут вызвать разрушения деталей мотора — со всеми вылетающими и выпадающими оттуда последствиями...
Отчего происходят вибрации? Во-первых, в некоторых схемах двигателей вспышки в цилиндрах происходят неравномерно. Таких схем конструкторы по возможности избегают или стараются делать массивней маховик — это помогает сгладить пульсации крутящего момента.
Во-вторых, при движении поршней вверх-вниз они то разгоняются, то замедляются, из-за чего возникают силы инерции — они сродни тем силам, что заставляют пассажиров автомобиля кланяться при торможении или вдавливают их в спинки сидений при разгоне.
В-третьих, шатун в двигателе движется вовсе не вверх-вниз, а совершает сложное движение. Да и возвратно-поступательное перемещение поршня от верхней мертвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.
Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверенной частотой вращения коленвала... Этими так называемыми силами инерции высших порядков, как правило, пренебрегают — они по сравнению с основной силой инерции (которой присвоили первый порядок) очень малы. Исключение составляют силы инерции второго порядка, с которыми приходится считаться.
Плюс к этому, пары сил, приложенные на определенном расстоянии, образуют моменты — так происходит, когда в соседних цилиндрах силы инерции направлены в разные стороны.
Что сделать для того, чтобы уравновесить силы и моменты? Во-первых, можно выбрать схему мотора, в которой цилиндры и кривошипы коленчатого вала расположены таким образом, что силы и моменты взаимно уравновесят друг друга — всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.
А если ни одна из уравновешенных схем не подходит — например, из компоновочных соображений? Тогда можно попытаться по-другому расположить шейки коленвала и применить всякого рода противовесы, создающие силы и моменты, равные по величине, но противоположные по направлению основным уравновешиваемым силам. Иногда это можно сделать, разместив противовесы на коленчатом валу мотора. А иногда — на дополнительных валах, которые называют балансирными валами противовращения. Называются они так потому, что крутятся в другую сторону, нежели коленвал. Но это усложняет и удорожает двигатель.
Чтобы облегчить описание степени уравновешенности разных двигателей, мы подготовили сводную таблицу. Зеленым в ней выделены самоуравновешенные силы и моменты, а красным — свободные (те, что не уравновешены и вырываются на свободу — через опоры силового агрегата проходят на кузов автомобиля).
Что же получается? Из распространенных типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная "шестерки". Теперь понимаете, почему BMW и Porsche так крепко держатся за такие моторы? Ну, а о причинах, по которым от них отказываются остальные, мы уже упоминали.
Пример рядной "четверки" с балансирными валами — 2,3-литровый двигатель Saab. Валы располагаются по обе стороны от коленвала и с удвоенной скоростью вращаются в противоположные стороны
Это знакомая всем рядная "четверка"
Пятицилиндровый турбодизель Fiat TD 125 объемом 2387 куб. см образован путем добавления одного цилиндра к 1,9-литровой "четверке" TD 100. Балансирный вал — слева, в нижней части картера
Под каким углом расположить кривошипы коленвала рядной "пятерки"? 360 о делим на пять... Правильно — 72 о!
Теперь рассмотрим поподробнее остальные схемы.
Уравновешенные и не очень
Из двухцилиндровых двигателей на автомобилях нынче применяется только один — двухцилиндровый рядный мотор с коленчатым валом, у которого кривошипы направлены в одну сторону (например, такой стоит на отечественной Оке). Как видно, этот двигатель по степени уравновешенности похож на одноцилиндровый, поскольку оба поршня движутся вверх и вниз одновременно, в фазе. Для того, чтобы уравновесить свободные силы инерции первого порядка, в моторе Оки слева и справа от коленвала стоят два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка?Для того, чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить еще два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешевых автомобилей, было бы совершенно неуместным.
Впрочем, это еще ничего — много двухцилиндровых моторов выпускалось вообще без балансирных валов. Так было, например, на малышках Fiat 500 образца 1957 года. Да, вибрации были, их старались погасить подвеской силового агрегата... Но мотор зато получался простым и дешевым!
Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180 о), можно встретить только на мотоциклах. Поскольку поршни в нем всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше.
Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели можно было встретить на довоенных DKW и их прямых наследниках, пластиковых гэдээровских Трабантах. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.
Автомобиль с двухцилиндровым V-образным мотором припоминается только один — отечественный НАМИ-1.
Subaru из компоновочных соображений предпочитает рядной "четверке" оппозитную. Что до вибраций, то силы инерции второго порядка у "боксера" уравновешены, но момент от них все же остается свободным
А до наших дней этот тип двигателя дожил только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их V-образными "двойками" во всей хромированной красе. Такой мотор можно уравновесить практически полностью с помощью противовесов на коленчатом валу, но достичь равномерного чередования вспышек невозможно.
Хорошо, что байкеры особого внимания на вибрации не обращают...
Автомобилей c оппозитным мотором, наиболее уравновешенным из всех двухцилиндровых, было немного — по экономическим и компоновочным соображениям. Можно упомянуть, например, французский Citroen 2CV.
По такой схеме обычно строят оппозитные "четверки"Оппозитная "двойка" (Citroen 2CV, мотоциклы) — неплохо уравновешенная, но не очень удобная для автомобилестроителейЗАЗ и Ford выбрали экзотику: мотор V4, в котором и угол развала блока, и угол между кривошипами составляют 90 градусовУгол развала цилиндров моторов V2 колеблется от 25 о до 90 о
Трехцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная "четверка", и поэтому производители трехцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. Однако опелевские двигателисты, недавно снабдившие Opel Corsa новым трехцилиндровым мотором семейства Ecotec, и конструкторы двигателя "городского купе" Smart в целях удешевления и уменьшения механических потерь отказались от балансирного вала. Правда, трехцилиндровая Corsa уже была раскритикована немецкими автожурналистами: "По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно".
В самой популярной среди двигателистов рядной "четверке" остается свободной сила инерции второго порядка. Ее можно уравновесить только балансирным валом, вращающимся с удвоенной скоростью (вы не забыли — сила инерции второго порядка действует с удвоенной частотой?).
А для компенсации момента от балансирного вала придется ставить еще один, вращающийся в противоположную сторону.
Дорого? Безусловно. Однако, моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat, VW. Самый свежий пример — 2,2-литровая "четверка" из семейства Opel Ecotec.
Кстати, оппозитная "четверка" уравновешена лучше, чем рядная — здесь есть только момент от сил инерции второго порядка, который стремится развернуть двигатель вокруг вертикальной оси. Однако и "оппозитник" воздушного охлаждения легендарного Жука, и знаменитые "боксеры" Subaru обходились и обходятся без балансирных валов.
У рядных "пятерок" с уравновешенностью дела обстоят не очень. Силы инерции компенсируются, но вот моменты от этих сил... Во время работы двигателя по блоку постоянно "пробегает" волна изгибающего момента, поэтому блок должен быть весьма жестким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата. И только фиатовские мотористы применяют балансирный вал, который полностью уравновешивает все моменты.
Кстати, практически все "пятерки" образованы путем прибавления еще одного цилиндра к четырехцилиндровому двигателю — как кубики в конструкторе. Делают это для того, чтобы с минимальными производственными и конструкторскими затратами получить более мощные моторы. При этом всю начинку, включая поршни, шатуны, клапаны и т. д., можно взять от "четверки". Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72 о.
О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали.
А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные, ситуация с уравновешенностью такая же, как у "трешки", то есть не ахти. Поэтому балансирные валы можно увидеть на трехлитровом двигателе V6 Citroen/Peugeot или на новом 3,2-литровом моторе Mercedes-Benz М112. А на других моторах пытаются не усложнять конструкцию и стараются свести уровень вибраций к минимуму за счет усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещенного расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).
Добавим сюда еще одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90 о не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счет утяжеленного маховика, но лишь отчасти. Вот вам и еще один источник вибраций...
V-образные "восьмерки" с углом развала цилиндров в 90 о и коленвалом, кривошипы которого располагаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, весьма неплохо уравновешены. В таком моторе можно обеспечить равномерное чередование вспышек, что тоже работает на плавность хода. Остаются неуравновешенными два момента, которые можно полностью утихомирить с помощью двух противовесов на коленчатом валу — на щеках крайних цилиндров.
Понимаете, почему американцы раньше других прочувствовали всю прелесть V-образных моторов?
Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят...
Напоследок можно поговорить о схемах необычных.
Сначала можно вспомнить про моторы V4. Таких было немного — европейский Ford образца 60-х годов (который стоял на автомобилях Ford Taunus, Capri и Saab 96) да чудо-двигатель отечественного Запорожца. Здесь не обошлось без уравновешивающего вала для момента от сил инерции первого порядка. Впрочем, конструкторы вышеупомянутых автомобилей выбирали эту схему из условий компактности и отчасти экономии, а не за хорошую уравновешенность.
А что насчет V-образных "десяток"? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5.
Впрочем, конструкторы некоторых моторов Формулы-1 или монстров Chrysler Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думают далеко не в первую очередь.
Ну, а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная "восьмерка" (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две "четверки", работающие на один коленвал. А V-образный и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным "шестеркам".
Подноготная" нового шестицилиндрового "оппозитника" водяного охлаждения Porsche 996. С левой и правой сторон блока в целях экономии стоят одинаковые головки, поэтому цепные приводы распредвалов пришлось устраивать и спереди, и сзадиВ моторе V6 с углом развала блока 90 о сдвоенные кривошипы расположены под углом 120 о. А в моторах с развалом 60 о каждый шатун приходится устанавливать на своем кривошипеДля уравновешивания свободного момента от сил второго порядка мотору V6 90 о необходим один балансирный вал(показан стрелкой). В двигателе Citroen 3.0 V6 он установлен в одной из головок блока
VR6, VR5, W12...
Помните, мы упоминали о V-образных моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах?
Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60 о или 90 о, а выигрыш в компактности тогда ценили не так...
Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, созданы и применяются гидроопоры силового агрегата, которые могут значительно ослабить вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с 2,8-литровым мотором? А теперь — пожалуйста: VW Golf VR6 предыдущего, третьего, поколения!
Этот знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, "V-образно-рядный" мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием V-образных двигателей с малым углом развала блока.
Цилиндры этого мотора разведены на еще меньший угол, чем на Лянчах — всего на 15 о. Гениальное решение — 2,8-литровая "шестерка" компактнее, чем обычный мотор V6, да еще и имеет одну головку блока! А в прошлом году на автомобилях Volkswagen Golf IV появился двигатель VR5 — это VR6, от которого "отрезали" один цилиндр.
После этого мотористы концерна VW вообще словно с цепи сорвались.
2,3-литровый двигатель VR5 конструкторы VW получили, отняв один цилиндр от мотора VR6. Угол развала компактного блока — 15 о, все пять цилиндров укрыты одной головкой блокаДва мотора R3, составленные друг за другом, дают великолепный результат — абсолютно уравновешенную рядную "шестерку"Двигатель V8: и развал блока, и угол между кривошипами — 90 о
Они придумали суперкомпактный W-образный двигатель. W12, которым снабжен концепт-кар W12 Roadster, — это два двигателя VR6, установленные под углом 72 о на одном коленвале. А мотор W8, которым будут оснащать VW Passat Plus, — это два мотора VR6, от которых "отрезано" по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале.
А еще в Вольфсбурге подумывают о восемнадцатицилиндровом двигателе — страшно подумать, на какую он будет похож букву...
Почему же таких моторов не было раньше? О новых гидроопорах мы уже упоминали. Есть причины чисто технологического свойства. Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится!
А еще создателям новых схем помогает... компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без компьютера обойтись очень сложно.
Теория и практика
Как видно, при выборе схемы силового агрегата конструкторы ставят во главу угла вовсе не степень уравновешенности. Главное — это удачно вписать в моторный отсек такой двигатель, который будет обладать наилучшим соотношением массы, размеров и мощности.
Потом, двигатели сейчас все чаще строятся по модульному принципу, и кульминацией этого стали фольксвагеновские изыски. Говоря упрощенно, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трехцилиндровый, и W12.
W-образный супермотор, который пока стоит на концепт-родстере и купе VW W12, — это два блока цилиндров VR6 (на фото хорошо видно шахматное расположение цилиндров), объединенных в одной отливке под углом 72 о. Длина 5,6-литрового 420-сильного мотора — всего 51 см, ширина — 70 см
А вибрации... Во-первых, следует различать теоретическую и действительную уравновешенность двигателя. Если коленчатый вал в сборе с маховиком не отбалансирован, а поршни и шатуны заметно отличаются по массе, то трясти будет даже рядную "шестерку".
А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации деталей под нагрузкой.
Так что вибрации "прорываются" из двигателя наружу при любой схеме. Поэтому автомобильные инженеры и уделяют такое внимание подвеске силового агрегата. На самом деле, конструкция и расположение опор двигателя — не менее важный фактор, чем степень уравновешенности самого мотора...
(с) "Авторевю"А. ВОСКРЕСЕНСКИЙЛ. ГОЛОВАНОВ
smotra.ru
