Современные двигатели «Формулы-1» – лучшие в истории. Но ими все равно недовольны

Критики ошибаются.

Технический прогресс в гонках полностью уничтожил романтические мечты о «гаражных» командах и создании революционных болидов гениальными энтузиастами без кучи магистерских степеней в резюме. Теперь даже бедные конюшни обладают бюджетом от 100 миллионов долларов и открывают отделы инженерных разработок на несколько десятков человек.

С двигателями почти та же история: моторные департаменты «Феррари», «Рено» и «Мерседеса» превратились в огромные технологичные монстры — но, как оказалось, не зря. Немецкие производители уже продвинули индустрию вперед, недавно объявив о скором достижении мощности в 1000 л.с. и установке нового рекорда тепловой эффективности на уровне более 50% (у обычных легковых автомобилей — 25-30%). Пока что революционную производительность выжали на стендовых тестах, однако инженеры «Мерседеса» обещают перенести разработки в боевые условия — и тогда болиды «Формулы-1» официально станут самыми крутыми в истории человечества.

Как работает чудо-мотор

Актуальная силовая установка состоит из нескольких составляющих частей:

Турбину неспроста вернули в «Формулу-1» после двадцатилетнего запрета: в 2014 году вместе с новым регламентом силовых установок начал действовать и лимит на расход топлива в 100 кг на гонку. Он означал снижение количества сжигаемого горючего в цилиндре двигателя и, соответственно, уменьшение мощности и скорости. Чтобы не допустить замедления болидов, командам снова позволили компенсировать снижение используемого объема топлива повышением плотности смеси с помощью турбонаддува.

Блок MGU-K или рекуператор кинетической энергии разрешили к использованию еще в 2009 году (тогда он назывался KERS). Он подключается к тормозной системе болида, активируется при нажатии соответствующей педали и переводит энергию вращения колес в электрическую, заряжая ею батареи. Затем пилот использует заряд для разгона — вот только вплоть до 2014 года технология не отличалась особой эффективностью. На высоких скоростях использование небольшой «подпитки» от KERS не имело особого значения, пока большая часть тяги создавалась именно двигателем внутреннего сгорания, еще не ограниченного серьезными топливными лимитами. Регламент как раз и пересмотрели к 2014 году специально для повышения роли гибридных систем в силовых установках.

Тогда же ввели использование еще одного рекуперирующего блока — MGU-H. Он работает уже не с кинетической энергией, а с потоком выхлопных газов, чье тепло и преображает в электричество. Эту систему можно назвать ключевой для современных болидов, ведь двигатели внутреннего сгорания практически достигли потолка развития. Получить ключевое преимущество благодаря исследованиям бензиновых агрегатов стало практически невозможно, а грамотное использование гибридной составляющей дает 20-30 дополнительных км/ч на прямой и позволяет экономить топливо при разгоне на низких передачах. Внимательное изучение динамики потери скорости и позиций после отказа MGU-H во время Гран-при убеждает в огромном значении блока для работы современного болида.

В то же время на рекуператор тепловой энергии выпадает большая постоянная нагрузка — и успех силовой установки напрямую зависит от разработки эффективного охлаждения. Именно со сложной конструкцией и связаны почти все проблемы мотористов современной «Формулы-1». «Хонда» сперва два сезона мучилась с перегревом из-за неправильного расположения рекуператора относительно двигателя внутреннего сгорания, а теперь не может нащупать оптимальную схему распределения полученной энергии по фазам разгона на прямых. «Рено» в свою очередь перестаралась в попытках догнать «Мерседес» по скорости и запорола надежность блока: в результате в последних трех Гран-при машины с французским двигателем сошли семь раз.

Гибридам принадлежит рекорд скорости в «Формуле-1»

«Рено» уже не в первый раз сталкивается с капризами турбированных агрегатов: в 80-х их болиды часто лидировали на половине дистанции и затем сходили из-за отказа моторов. Французские машины быстро заработали славу «желтых чайников» за неукоснительное следование высказыванию старика Энцо Феррари об «аэродинамике, которой занимаются лишь те, кто не умеет строить двигатели» – но, справедливости ради, такой была вся первая турбоэра. Мощность установок стартовала с 500 л.с. и быстро добралась до умопомрачительных квалификационных спецификаций в 1300 л.с. (самым жутким был четырехцилиндровый агрегат «БМВ» 1986 года, развивающий мощность 1430 л.с.). Как раз тому времени принадлежит неофициальный рекорд скорости «Формулы-1» авторства Жиля Вильнева, когда канадец на болиде «Феррари» без антикрыльев выжал 420 км/ч на взлетно-посадочной прямой аэропорта и победил истребитель «Старфайтер». В Гран-при же никто не разгонялся быстрее 350 км/ч.

Все закончилось в 1988 году: конструкторы уделяли больше внимания мощности, чем безопасности, и потому ФИА запретила использование турбонаддува, стараясь обуздать скорость болидов. Однако у современных гибридов нет проблем с защитой гонщика от возможных травм, и они побили официальный рекорд скорости уже в прошлом году силами «Уильямса» и Валттери Боттаса, установив результат в 372,5 км/ч на Гран-при Мексики. При этом двигатели еще не реализовали свой потенциал, а значит, самая быстрая эпоха «Формулы-1» еще впереди.

Гибриды обходятся дешевле старых «атмосферников»

Любая ностальгия по старым десятицилиндровым моторам с их дешевизной и простотой неизбежно сталкивается с суровой реальностью. Например, ее с лихвой можно отыскать в откровениях четырехкратного чемпиона мира Алена Проста, владевшего конюшней «Формулы-1» с 1997 по 2001 год.

«Я знал, как управлять командой. Но у меня был бюджет в 40 млн евро, 30 из которых уходили в «Пежо» за двигатели, а в 2001 году наступил кризис. Из-за этого я не мог пригласить в команду специалистов, с которыми хотел работать — они требовали в три-четыре раза больше, чем мы были способны заплатить. В то же время мы не получали абсолютно никакой поддержки от «Пежо» – хотя за год использовали 40 моторов».

Сорок далеко не лучших (а значит, и не самых дорогих) французских двигателей прошло через конюшню-аутсайдер всего за сезон. Страшно даже представить, во сколько обходились агрегаты «Мерседес» или «БМВ» тех лет.

Однако при таком уровне затрат «Прост» за весь период своего существования трижды побывал на подиуме и 16 раз набрал очки, так что команду нельзя обвинить в бездарном разбазаривании денег. Нехитрые подсчеты раскрывают космический размер относительных затрат на двигатели в виде 75 процентов бюджета. На разработку болида и зарплату пилотов с прочим персоналом оставалось всего 10 млн евро — в то время как один мотор хоть и обходился «всего» в 750 000, но серьезно проигрывал конкурентам и не окупал ни единого потраченного цента.

Для сравнения, комплект современных силовых установок для двух болидов на весь сезон, по словам президента ФИА Жана Тодта, стоит 18 млн евро. То есть примерно по 2,25 млн за штуку — ведь по регламенту в 2017 году можно было использовать четыре двигателя за год без штрафов (и, понятное дело, дополнительных расходов). Да, в пересчете на один экземпляр современные агрегаты выходят втрое дороже, но и в пять раз эффективнее — а эффективность затрат всегда была важна для «Формулы-1».

В то же время самый маленький бюджет в 2017 году по данным издания Autosport находился на уровне 110 млн евро — то есть теперь главные бедняки серии тратят на двигатели лишь 16,3 процента бюджета (а «Прост» тратил бы 45 процентов). То есть у команд объективно появилось больше средств на разработку болидов и приглашение талантливых гонщиков. Обвинения в дороговизне современных двигателей выглядят просто смешно и лицемерно — особенно по сравнению со «старыми добрыми временами».

Почему новыми технологиями все недовольны?

Как ни странно, современные гибридные двигатели с первого же сезона попали в тайфун критики. Среди негодующих оказались и фанаты, и команды, и гонщики, и производители — каждый напирал на что-то свое. Публика и пилоты громили новый звук, сравнивая свист работающей турбины с неисправным пылесосом, команды ругались на цены гибридных двигателий, быстро окрестив их самой дорогой техникой в истории «Формулы-1», а производители жаловались на убыточность разработок и трудный перенос технологий в серийные модели.

Но на самом деле всех раздражают не совсем двигатели, а доминирование «Мерседеса», основанное на преимуществе в силовых установках. Немцы произвели лучшие агрегаты еще в 2014 году и заслуженно побеждали четыре сезона подряд — из-за сложной конструкции моторов (и MGU-H в том числе) у конкурентов никак не получается ликвидировать отставание от лидера. Потенциальные новички видят ситуацию в гонках и не хотят ввязываться в «Формулу-1», ведь риск повторить неудачный путь «Хонды» слишком велик. К тому же, застывший статус-кво не раз приводил к унылым и предсказуемым заездам по «моторным» трассам, приводя в бешенство болельщиков.

Недовольство сложившейся ситуацией и привело к ностальгии по «старым добрым временам» и желанию отменить гибридную составляющую современных двигателей — блоки MGU-H всего лишь стали раздражающим символом не самой зрелищной эры.

От гибридов никто не откажется

Будущее не остановить — и оно уже совсем рядом. По данным исследований журнала Applied Energy, затраты на приобретение и обслуживание электрокаров в Японии, Великобритании и некоторых регионах США оказались примерно на 10 процентов ниже использования традиционных машин с двигателями внутреннего сгорания — причем в основу для расчетов легла статистика 2015 года. Гибриды же обходятся еще в среднем на 2-3 процента дешевле, причем покупатели этих моделей не получают субсидий по правительственным программам. По мнению журнала, спрос на электромобили уже превышает предложение, а к 2019 году их продажи оставят позади рынок дизельных машин. По прогнозам автопроизводителей, в первой половине 2020-х годов электрокары станут выгоднее бензиновых машин без субсидий — а до тех пор самыми эффективными для кошелька авто останутся гибриды.

Тем временем, некоторые страны уже постепенно задумываются о полном отказе от традиционных двигателей внутреннего сгорания. Открыл новую эпоху французский «антинефтяной» законопроект, запретивший добычу нефти и газа с 2040 года – и бензиновые, и дизельные машины тоже попали под государственный банхаммер. Аналитики прогнозируют принятие похожих законов на территории большинства стран ЕС уже в ближайшее время — различаться могут только даты «дедлайна».

В таких условиях любым компаниям в сфере автомобилестроения уже невыгодно вкладывать средства в развитие и производство обычных атмосферных двигателей, какими бы мощными они ни были. Дело не только в интересах «Феррари» или «Мерседеса» – каждый желающий работать в Европе вынужден перестраиваться прямо сейчас, в импровизированный «переходный период» с одинаковым отношением ко всем трем технологиям.

«Формула-1» не только бросается громкими лозунгами об экологичности, но и придерживается основных трендов, чтобы не растерять всех участников и зрителей. Именно потому можно не ждать от нового регламента 2021 года отмены гибридной составляющей: даже если ФИА захочет это провернуть, производители будут отстаивать рекуперирующие блоки до конца или в самом деле уйдут в другие гоночные серии (например, электрическую «Формулу-Е»). Просто в машиностроении наступает свой период типа «меняйся или умри», и потакание ностальгии ретроградов точно не приведет «Ф-1» к славе и процветанию.

ТОП-10 мощных двигателей легковых автомобилей

Статья о самых мощных двигателях легковых автомобилей: модели, технические характеристики моторов. В конце статьи — видео об огромных и мощных машинах.

Содержание статьи:

• История создания ДВС
• Рейтинг мощных моторов легковых машин
• Самый производительный мотор
• Видео об огромных и мощных машинах

На протяжении всей истории автомобилестроения человечество стремилось превзойти себя и сделать автомобиль ещё более комфортным, ещё более привлекательным и, конечно же, ещё более быстрым.

Для достижения последней цели автопроизводители чаще всего шли самым простым способом – создавали ещё более мощные двигатели, в результате чего рождались настоящие «монстры». Именно о них и пойдёт речь в сегодняшней подборке «Топ-10 самых мощных двигателей легковых авто». Но прежде чем мы приступим, предлагаем немного окунуться в историю.

История создания ДВС

Если верить историческим заметкам, первые разработки двигателя, правда, только теоретические, начались ещё в 17 веке голландским учёным Кристианом Хагенсом, который разработал первый ДВС, работающий на базе пороха. Однако, как и Леонардо да Винчи, он был ограничен технологическими наработками своего времени, что так и не позволило воплотить идею в жизнь.

Первый же ДВС был создан французом Нисефором Ньепсом — презентация мотора состоялась в 1806 году. Несмотря на имеющиеся недостатки, Ньепс получил материальную помощь для последующего развития силовой установки.

Работал двигатель на каменноугольном газе, однако из-за недочётов конструкции, прототип смог проработать чуть более нескольких секунд. Несмотря на неудачу, Ленуар не опустил рук и уже в 1863 году представил обновлённую версию двигателя, которая в последующем была размещена на 3-колесном подобии автомобиля, преодолевшим внушительные по тем временам 50 миль.

Все вышеописанные наработки положили начало эпохе автомобилестроения, которая продолжается по сегодняшний день. Но вернёмся к основной теме нашей статьи и рассмотрим 10 самых мощных моторов, которые были установлены на легковых автомобилях.

Рейтинг мощных моторов легковых машин

10 место

На десятой позиции расположился двигатель с серийной маркировкой 9FF, который устанавливался на модель Porsche 9FF F97 A-Max. Его мощность составляет 1400 л.с. при 7950 об/мин, что равняется примерно 333 л.с. на каждый литр объёма силовой установки.

9 место

На девятой строчке расположился Роrsche Cаrrera GT-9, под капотом которого располагался 1400-сильный двигатель с внутризаводским индексом 9FF GT9 Vmax. Этот двигатель является практически точной копией предыдущей силовой установки кроме одного момента – с его помощью автомобиль разгоняется на 2 сек. быстрее.

8 место

На 8 строчке рейтинга расположился японский спорткар Nissan GT-R Switzer R1K-X Red Katana, который был создан специально для езды по прямой тюнинг-ателье Switzer. Под капотом автомобиля обитает 1470-сильный бензиновый мотор, с которым машина разменивает первую сотню за 2,5 сек. и может развить максимальную скорость в 400 км/час.

7 место

На 7 позиции — гиперкар Hennessey Venоm GT Spyder, дебютировавший на мировой арене в 2016 году.

Этот автомобиль приводится в движение посредством 7-литрового V8, оборудованного парой турбокомпрессоров, что позволило добиться отдачи в 1451 л.с. и головокружительные 1745 Нм вращательной тяги.

Такой симбиоз обеспечивает разгон с места до сотни за 2,4 сек. и максималку в 427,4 км/час, что позволило побить предыдущий рекорд скорости для автомобилей с открытым верхом, который принадлежал суперкару Bugatti Veyron Grand Vitesse.

6 место

Шестая позиция достаётся Bugatti Chiron, который оборудован 8-литровым бензиновым двигателем, генерирующим 1500 л.с. и просто-таки паровозный вращательный момент в 1600 Нм. С ним автомобиль разгоняется до сотни за 2,5 сек. и может преодолеть максимальную отметку в 420 км/час.

Кузов Bugatti Chiron выполнен из углеволокна, а шасси предусматривает 5 различных вариантов работы, каждый из которых рассчитан на определённую скорость передвижения.

На момент выхода минимальная стоимость авто составляла 2,6 млн. долларов, а общий тираж — всего 500 автомобилей, большая часть которых была продана ещё на этапе производства.

5 место

На почётном пятом месте располагается модель Nissan GT-R AMS Alpha 12 — детище доработок ателье AMS Alpha 12.

В случае использования специального гоночного бензина 4-литровый V6 способен выдавать впечатляющие 1500 л.с., а также разгоняться с места до 100 км/ч всего за 2,4 сек.

Максимальный вращательный момент достигает 1562 Нм, причём они доступны уже на 4000 об/минуту. Согласно предоставленной производителям информации, максимальная скорость, которую способен развить спорткар, составляет 370 км/час.

Также стоит отметить, что при использовании обычного 95-го бензина суммарная мощность силовой установки снижается до 1100 л.с..

4 место

На четвертом месте рейтинга — итальянский суперкар Lamborghini Aventador Mansory Competition, представленный компанией ещё в 2013 году.

В движение авто приводится посредством 6,5-литрового бензинового двигателя V12, генерирующего 1600 л.с., парой которому выступает 7-скоростной «робот» E-Gear с системой двойного сцепления. С ними Lamborghini разменивает первую сотню за 2,1 сек. и может разогнаться до пиковых 370 км/час.

3 место

«Бронзу» получает модель Mercedes-Benz SLR McLaren Brabus, оборудованная модифицированным двигателем М155, отличающимся от стандартного более производительной турбиной и усовершенствованными поршнями.

Объем двигателя равен 5,5-литрам, а пиковая мощность – 1600 «лошадкам», что позволяет разменивать первую сотню всего за 2 сек. Несмотря на столь внушительную мощность, средний расход топлива заявлен на 15,5 л/100 км.

2 место

Заслуженное второе место нашего рейтинга достаётся итальянскому суперкару Lamborghini Aventador Mаnsory Cаrbonado GT, который оборудован аналогичным модели Lamborghini Aventador Mаnsory Соmpetition двигателем.

Напомним, что им является 6,5-литровый турбобензиновик мощностью в 1600 л.с. В сравнении с версией Mansory Competition, автомобиль обладает меньшим весом, благодаря чему способен похвастаться лучшими динамическими характеристиками и максимальной скоростью.

1 место

Вот мы и добрались до первой строчки рейтинга, где расположился шведский суперкар с «незамысловатым» названием Koenigsegg Regera. Суперкар оснащается гибридной силовой установкой, представленной 5-литровым 1100-сильным бензиновым V8, а также 4 электродвигателями, суммарная мощность которых достигает практически 1800 л.с..

Ещё одной «фишкой» автомобиля является отсутствие КПП, во всяком случае, в привычном для всех понимании. Вращательный момент передаётся на тыльную ось практически напрямую. В результате автомобиль разменивает первую сотню за 2,8 сек., а для разгона со 150 до 250 км/ч машине требуется всего 3,2 сек.

Максимальная скорость составляет внушительные 410 км/час, причём с места до 400 км/час авто разгоняется всего за 20 сек.

Самый производительный мотор

Выше мы рассмотрели ТОП-10 мощных силовых установок, устанавливаемых на легковых транспортных средствах, в то время как самым мощным двигателем вообще является двухтактный турбокомпрессорный дизельный мотор Wаrtsilа-Sulzer RTA96-С, предназначенных для грузовых кораблей!

Этот моторчик генерирует 110 000 л.с., что позволяет транспортировать практически любые грузы и набирать достаточно внушительные скорости.

Заключение

Человечество не стоит на месте, а значит, уже завтра в мире может появиться ещё более мощный и производительный двигатель, чем те, что устанавливаются и на Koenigsegg Regera, и на грузовых кораблях!

Видео об огромных и мощных машинах:

Двигатели. Рядный? V-образный? «Оппозит»?

Рядный шестицилиндровый двигатель — редкий пример абсолютно уравновешенного мотора. Вымирающий вид. А какой ещё архитектуры бывают ДВС и на что она влияет?

В начале XX века, когда конструкторская мысль бушевала вовсю, двигатель рабочим объёмом 10 л мог быть как одноцилиндровым, так, к примеру, и рядной «восьмёркой». Тогда никого особо не удивляли установленная на автомобиле рядная «шестёрка» объёмом 23 л или семицилиндровый звездообразный мотор с аэроплана.

Однако рост мощностей, оборотов и ожесточенная борьба за снижение себестоимости всё расставили по местам. Простейший одноцилиндровый мотор для автомобилестроителей остался в далёком прошлом. Средний объём цилиндра двигателя обычного автомобиля сейчас — от трёхсот до шестисот кубических сантиметров. Литровая мощность — от 35 для безнаддувного дизеля до 100 для форсированного бензинового «атмосферника». Для серийных двигателей это оптимум, выходить за рамки которого просто невыгодно.

Сегодня двигатель мощностью 100 л.с. в большинстве случаев окажется четырёхцилиндровым, у будет четыре, пять или шесть цилиндров, у восемь. Но как эти цилиндры расположить? Иными словами — по какой схеме строить многоцилиндровый двигатель?

Простота хуже компактности

О чём 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 моторы индексами R2, R3, R4 и т. д.). Располагаем в ряд нужное количество цилиндров — получаем необходимый рабочий объём.

• Двигатель R3 (А). Угол между кривошипами — 120°.
• Добиться равномерности вспышек в двухцилиндровом двигателе (В) можно только при двухтактном цикле.
• А такой мотор (C), например, стоит на «Оке». Поршни движутся синфазно.

Двух- и трёхцилиндровые двигатели встречаются на автомобилях нечасто, хотя мода на «двухгоршковые» моторчики набирает обороты. Тому способствуют продвинутые системы смесеобразования и применение турбонаддува (как, например, на двухцилиндровой турбоверсии хэтчбека Fiat 500). А вот рядная «четвёрка» попала в самый массовый диапазон рабочего объёма легковых автомобилей — от 1,0 до 2,4 л.

Пятицилиндровые рядные моторы появились на серийных автомобилях сравнительно недавно — в середине годов. Первым был Mercedes-Benz со своими дизельными «пятёрками» — они появились в 1974 году (на модели 300D с кузовом W123). Через два года увидел свет пятицилиндровый двухлитровый бензиновый двигатель Audi. А в конце годов такие моторы сделали Volvo и FIAT.

Рядные «шестёрки», до недавнего времени столь популярные в Европе, нынче во мгновение ока стали вымирающим видом. А про рядную «восьмёрку» и говорить нечего — с ней практически распрощались еще в годах. Почему?

Ответ прост. С ростом числа цилиндров двигатель становится длиннее, и это создаёт массу неудобств при компоновке. Например, втиснуть поперёк моторного отсека переднеприводного автомобиля рядную «шестёрку» удавалось в считанных случаях — можно припомнить лишь английский Austin Maxi 2200 середины годов (тогда конструкторам пришлось спрятать коробку передач под двигателем) и Volvo S80 с суперкомпактной коробкой передач.

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° и 90°. А мотор с углом развала блока 180°, в котором цилиндры расположены друг против друга, называют оппозитным (или «боксером» — обозначения В2, В4, В6 и т. д. происходят именно от слова boxer).

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 ещё и занимают много места в ширину. Поэтому из компоновочных соображений они применяются довольно редко — производителей «боксеров» можно пересчитать по пальцам.

А как сделать двигатель еще компактнее? Одно из простых, на первый взгляд, решений — установить угол развала блока менее 60°. Действительно, такие моторы были, но редко — можно вспомнить, например, автомобили Lancia Fulvia годов с моторами V4, угол развала блока которых составлял 23°. Почему же этим не пользовались все? Дело в том, что перед конструктором двигателя всегда стоит ещё 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 возникают вибрации? , 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 — 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 мёртвой точки к нижней тоже нельзя описать простой синусоидой.

• Силы инерции от двух масс, вращающихся на одном валу поодаль друг от друга, создают свободный момент.
• В простейшем моторе есть свободные силы инерции, но нет моментов. Цилиндр-то один.

Поэтому среди сил инерции появляются составляющие с удвоенной, утроенной, учетверённой 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 определённом 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. Зелёным 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 распространённых типов двигателей абсолютно уравновешенных всего два — это рядная и оппозитная «шестёрки». 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. 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 (такой, например, стоял 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 применялись два вала с противовесами. А как же быть с силами второго порядка? Для того чтобы с ними справиться, пришлось бы добавить ещё два балансирных вала, что на двухцилиндровом моторе, изначально предназначенном для маленьких и дешёвых автомобилей, было бы совершенно неуместным.

Впрочем, это ещё 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 дешёвым! Дешевизна двухцилиндровых двигателей соблазняет разработчиков и сегодня: не зря же эту схему использовали создатели самого доступного автомобиля планеты, индийского хэтчбека Tata Nano.

Двухцилиндровый двигатель, у которого кривошипы направлены в разные стороны (под углом 180°), можно встретить сегодня только на мотоциклах. Поскольку поршни в нём всегда движутся в противофазе, то он уравновешен лучше. Однако равномерного чередования вспышек в цилиндрах можно добиться только на двухтактных моторах — такие двигатели устанавливались на довоенные DKW и их прямых наследников, пластиковые гэдээровские Трабанты. По причине простоты и дешевизны никаких балансирных валов на них тоже не было, а с возникающими вибрациями просто мирились.

Автомобиль с двухцилиндровым мотором припоминается только один — отечественный . А до наших дней этот тип двигателя дожил только на мотоциклах — вспомните американский Harley Davidson и его японских последователей с их «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.

Трёхцилиндровый двигатель уравновешен хуже, чем рядная «четвёрка», и поэтому производители трёхцилиндровых моторов — например, Subaru и Daihatsu — стараются оснащать их балансирными валами. В своё время опелевские двигателисты решили отказаться от балансирного вала, разрабатывая трёхцилиндровый мотор семейства Ecotec для Корсы второго поколения — в целях удешевления и уменьшения механических потерь. И трёхцилиндровая Corsa после дебюта в была раскритикована немецкими автожурналистами: «По городу на переменных режимах ездить совершенно невозможно».

В самой популярной среди двигателистов рядной «четвёрке» остаётся свободной сила инерции второго порядка. Её 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 придётся ставить ещё один, вращающийся в противоположную сторону. Дорого? Безусловно. Однако моторы с балансирными валами можно встретить на автомобилях Mitsubishi, Saab, Ford, Fiat и самых разных марок концерна Volkswagen.

Кстати, оппозитная «четвёрка» 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 «пятёрок» 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 жёстким. Однако и Mercedes-Benz, и Audi, и Volvo борются с вибрациями, дорабатывая подвеску силового агрегата или применяя специальные противовесы (как у наддувной «пятёрки» 2.5 TFSI на Audi TT RS). И только фиатовские мотористы применяли балансирный вал, который полностью уравновешивал все моменты.

• На картинке FIAT JTD от хэтчбека Croma — потомок пятицилиндрового турбодизеля Fiat TD 125 объёмом 2387 см³, образованного путём добавления одного цилиндра к «четвёрке» TD 100. Балансирный вал — слева, в нижней части картера.
• Под каким углом расположить кривошипы коленвала рядной «пятёрки»? 360° делим на пять. Правильно — 72°!

Кстати, практически все «пятёрки» образованы путём прибавления ещё одного цилиндра к четырёхцилиндровому 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 «четвёрки». Понадобятся иные блок и головка цилиндров и, само собой, коленчатый вал, кривошипы которого должны быть расположены под углом в 72°.

О шестицилиндровых моторах — мечте с точки зрения уравновешенности — мы уже упоминали. А вот в моторах V6, которые вытесняют рядные «шестёрки», ситуация с уравновешенностью такая же, как у «трёшки», то есть не ахти. Поэтому, например, балансирным валом в развале блока цилиндров был оснащён самый первый двигатель V6 фирмы Mercedes-Benz — заслуженный М112 с тремя клапанами на цилиндр. У трёхлитровой «шестёрки» концерна PSA вал находился в одной из головок блока. На других моторах того времени инженеры пытались не усложнять конструкцию и старались свести уровень вибраций к минимуму за счёт усовершенствованной подвески силового агрегата и хитроумного смещённого расположения шатунных шеек коленчатого вала (как, например, на Audi V6).

• В моторе V6 с углом развала блока 90° сдвоенные кривошипы расположены под углом 120°. А в моторах с развалом 60° каждый шатун приходится устанавливать на своём кривошипе.
• Для уравновешивания свободного момента от сил второго порядка мотору V6 90° необходим один балансирный вал (показан стрелкой). В двигателе Citroen 3.0 V6 он был установлен в одной из головок блока.

Добавим сюда ещё одно замечание — в моторах V6 с развалом в 90° не обеспечивается равномерное чередование вспышек в цилиндрах. Возникающая неравномерность хода может компенсироваться за счёт утяжелённого маховика, но лишь отчасти. Вот вам и ещё один источник вибраций.

Двигатели V8 с углом развала цилиндров в 90° и коленвалом, кривошипы которых 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 моторов? Вибрации и тряски в своих автомобилях они очень не любят.

Напоследок можно поговорить о схемах необычных. Сначала вспомнить о моторах V4. Таких было немного — европейский Ford образца 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.

• Ford и ЗАЗ выбрали экзотику: мотор V4, в котором и угол развала блока, и угол между кривошипами составляют 90°.
• Угол развала цилиндров моторов V2 колеблется от 25° до 90°.

А что насчёт «десяток»? Как можно видеть, степень уравновешенности таких моторов точно такая же, как и у моторов R5. Впрочем, конструкторы прежних моторов Формулы-1 или монстров Dodge Viper и Dodge RAM, где стоят двигатели V10, о вибрациях думали далеко не в первую очередь.

Ну а прочие схемы легко свести к предыдущим. Например, оппозитная «восьмёрка» (пример применения — гоночные болиды Porsche 917) — это две «четвёрки», работающие на один коленвал. А и оппозитный двенадцатицилиндровые двигатели можно свести к двум рядным «шестёркам».

VR6, VR5, W12.

Помните, мы упоминали о моторах с малым углом развала блока — как на Лянчах? Раньше таких схем избегали — уравновесить их сложнее, чем моторы с развалом в 60° или 90°, а выигрыш в компактности тогда ценили не так.

Но теперь ситуация изменилась. Во-первых, повсеместно применяются гидроопоры силового агрегата, которые значительно ослабляют вибрации. Во-вторых, пространство под капотом нынче на вес золота. Ведь кто раньше мог себе представить скромный хэтчбек с мотором? А теперь — пожалуйста! Всё началось с Фольксвагена Golf VR6 третьего поколения.

Знаменитый фольксвагеновский двигатель VR6, «V-образно-рядный» мотор (об этом и говорит обозначение VR), стал дальнейшим развитием двигателей с малым углом развала блока. Цилиндры этого мотора разведены на ещё меньший угол, чем на Лянчах, — всего на 15°. Угол настолько мал, что такой мотор называют ещё «смещённо-рядным». Гениальное решение — «шестёрка» 2.8 компактнее, чем обычный мотор V6, да ещё и имеет одну головку блока! Потом появился двигатель VR5 — это VR6, от которого «отрезали» один цилиндр. После этого мотористы концерна Volkswagen вообще словно с цепи сорвались.

Они придумали суперкомпактный двигатель W12, который дебютировал в 1998 году на концепт-каре W12 Roadster. Это два двигателя VR6, установленные под углом 72° на одном коленвале. Но прежде в серию пошёл мотор W8, которым оснащалась топ-модель седана Passat. Там тоже два мотора VR6, от которых «отрезано» по два цилиндра и которые тоже объединены в одном блоке на одном коленвале. Когда-то в Вольфсбурге подумывали и о восемнадцатицилиндровом двигателе — но в итоге остановились на W16 с четырьмя турбокомпрессорами, который разгоняет Bugatti Veyron до 431 км/ч.

Почему же таких моторов не было раньше? Взгляните, к примеру, на коленвал двигателя W12 — такое технологу и в страшном сне не приснится! Создателям новых схем должен помогать компьютер. Чтобы просчитать все варианты угла развала блока, расположения шатунных шеек, порядка вспышек в цилиндрах и выбрать самый уравновешенный, без помощи вычислительных мощностей 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 всё чаще строятся по модульному принципу. Говоря упрощённо, на одной поршневой группе можно построить любой мотор — и трёхцилиндровый, и W12. Вслед за Фольксвагеном на модульные конструкции переходит всё больше производителей. Новейшая линейка моторов Mercedes — тому отличное подтверждение.

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 «шестёрку». А потом, действительная уравновешенность всегда значительно хуже теоретической — по причинам отклонения деталей от номинальных размеров и из-за деформации узлов 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.

Материал адаптирован к публикации с разрешения ООО «Газета «Авторевю». Все права на перепечатку принадлежат Авторевю.

Источник Источник Источник http://www.sports.ru/tribuna/blogs/wrongturn/1529065.html
Источник Источник http://fastmb.ru/autonews/autonews_mir/3661-top-10-moschnyh-dvigateley-legkovyh-avtomobiley.html
Источник http://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e54e1.html