РЕДОВИ ИЛИ V-ОБРАЗЕН ДВИГАТЕЛ

4-цилиндров редови двигател с два разпределитени вала и 16V

Историята на развитието на двигателите с вътрешно горене е дълга и сложна. От една страна се търси решаването на газообмена между външната среда и цилиндрите, от друга - правилната организация на горивния процес

Не по-малко сложни проблеми поставя динамиката на самия двигател - при периодичното движение на бутало-мотовилковата група нагоре-надолу се генерират мощни инерционни сили, които биха разрушили двигателя, ако не се уравновесят. Днес тези проблеми и теоретично, и практически са напълно задоволително решени, но как става това?

Нека да си спомним, че двигателят на Карл Бенц е бил едноцилиндров, След това Вилхелм Майбах нарежда още 3 цилиндъра и прави 4-цилиндров двигател. Какъв е този стремеж още в зората на двигателостроенето да се правят двигателите не едноцилиндрови, а многоцилиндрови? Причините трябва да се търсят както в термодинамиката, така и в класическата, или още Нютонова механика.

Да започнем с топлината. Например 50 к.с. можем да получим от едноцилиндров двигател с работен обем 1000 см3 или от 4-цилиндров със същия работен обем, но разпределен в 4 цилиндъра, всеки от по 250 см3. От топлинна гледна точка, колкото по-малък е цилиндърът, толкова по-добре може да се охлажда, температурните напрежения в него са много по-малки.

От гледна точка на динамиката предимствата са повече от очевидни: инерционните сили от I и II порядък са съответно 4 и 16 пъти по-малки, а това веднага осигурява лесно уравновесяване на възвратно движещите се части на двигателя.

През последните години голямо разпространение имат малките З-цилиндрови двигатели, типичен представител на които е двигателят на популярния у нас в миналото Daewoo Tico. При него неуравновесени са моментите от инерционните сили от I порядък, които принуждават двигателя да "галопира" - предната и задната част непрекъснато да се стремят да се издигнат над надлъжната ос. Решението на този проблем е просто и елегантно. Втори вал с масата на възвратно движещите се части на коляновия вал се върти със същата честота, но в обратна посока и създава сили и моменти, които уравновесяват двигателя. А какво е положението при най-разпространените в Европа и Азия двигатели - 4-цилиндровите редови? При тях неуравновесени остават само инерционните сили от II порядък, които частично могат да се уравновесят с противотежести, но най-елегантното решение си остава вторият вал, който трябва да се върти в обратна посока, и то с 2 пъти по-голяма честота. Много световни производители на леки автомобили са възприели именно това решение за техните 4-цилиндрови двигатели.

От гледна точка на динамиката 6-цилиндровият редови двигател е идеалният. При него всички сили и моменти от I и II порядък напълно се самоуравновесяват. Недостатъкът му е, че е доста дълъг и трудно му се намира място в моторния отсек, когато двигателят е разположен напречно. И ако по тази причина редовата "шестица" до известна степен е загубила терен при леките автомобили, при дизеловите двигатели за товарни автомобили и автобуси тя е почти абсолютен лидер. В Европа и Азия над 90% от мощните дизелови двигатели за тежкотоварни автомобили и автобуси са именно редови 6-цилиндрови. Тук също има едно сравнително ново и много елегантно решение - 5-цилиндровият двигател. На пръв поглед нещата са абсурдни - тактовете между отделните цилиндри са нестандартни - 72 градуса, но равномерността на работата му е по-добра, отколкото на 4-цилиндровия, а заема по-малко място от 6-цилиндровия. Проблемът с

8-, 10- и 12-цилиндровите редови двигатели

е много сложен. За първи път те се появяват през Първата световна война като самолетни мотори с изключително големи предимства пред масово използваните по онова време в авиацията звездообразни двигатели. Редовият двигател е тесен и челното му аеродинамично съпротивление е от 3 до 6 пъти по-малко от това на звездообразния, което осигурява на самолета със 100 - 200 км/ч по-висока скорост от тази на звездообразния му аналог. Възниква обаче един изключително сложен проблем - дължината на коляновия вал на двигателя. При 8 и повече цилиндъра честотите на собствените трептения на вала и на тези, възбудени при периодичното му усукване при всеки работен такт, влизат в резонанс, от което следва нещо катастрофално - счупване на коляновия вал. Конструкторите и производителите на самолетни двигатели са ужасени, но в света няма инженерна задача, която да не може да бъде решена, при това - достатъчно елегантно. Почти едновременно във всички воюващи страни се появяват

V12 двигател на BMW

V-образните

самолетни двигатели. Колко е просто да разделиш цилиндрите на 2 (а понякога и на 4), да ги поставиш един до друг и да получиш къс, много къс колянов вал, който не се бои от никакви усукващи трептения. Започва ерата на V-образните двигатели, първо в самолетостроенето, а след това и в автомобилостроенето. При V-образните дви-гатели е много важно какъв ъгъл сключват помежду си двата реда цилиндри, защото от него зависи самоуравновесяването. Не е трудно да се пресметне, че при 6-цилиндров двигател този ъгъл трябва да е 60°, при 8-цилиндров - 90 или 180°, а при 12-цилиндров - пак 60°. При 6-цилиндровия V-образен двигател има неуравновесена инерционна сила от II порядък, която частично може да бъде уравновесена с противотежести. Въпреки този недостатък, този тип двигатели има много широко разпространение, защото те са много къси и лесно могат да се поставят напречно в автомобила, докато за 6-цилиндровите редови не винаги се намира достатъчно място. Допреди 30 години широко разпространение имаха двигателите със срещулежащи цилиндри, наричани още "боксер". При Volkswagen и Citroen те бяха с въздушно охлаждане, при Alfa Romeo - с течно. Широкото използване на тези двигатели се диктуваше от малката им височина, което създаваше големи удобства за конструктора, отговарящ за общата компановка, при разполагането на двигателя в автомобила.

Звездообразни двигатели

При тях цилиндрите им са разположени под формата на звезда около къс централен колянов вал, за който е захваната една основна мотовилка, а към нея - останалите. Характерно за звездообразните двигатели е, че при тях броят на цилиндрите е винаги нечетен - 3, 5, 7 или 9. Звездата може да бъде двойна, т.е. да имаме два звездообразни двигателя, поставени един зад друг на общ колянов вал. Един англичанин, чието име историята е забравила, все пак се разписва в нея, като създава през 20-те години автомобил, задвижван от звездообразен двигател.