Устройство автомобилей





Многоцилиндровые двигатели



Причины перехода к многоцилиндровым конструкциям

Одноцилиндровые двигатели просты в конструкции, имеют небольшие габариты, относительно низкую себестоимость, но для применения в качестве силового агрегата автомобиля малопригодны. Это связано, в первую очередь, с неравномерностью их работы, обусловленной сложностью уравновешивания инерционных масс кривошипно-шатунного механизма.

Для уменьшения влияния этого недостатка приходится применять массивные маховики, утяжеляющие конструкцию двигателя и значительно повышающие ее металлоемкость. Основные недостатки одноцилиндрового двигателя (неуравновешенность и высокая металлоемкость на единицу мощности) наиболее полно проявляется в случае, когда для автомобиля требуется двигатель значительной мощности. В этом случае одноцилиндровый двигатель будет явно не пригоден.

Конструкторы автомобильных двигателей в поиске решения этой проблемы нашли простой выход, объединяя в силовом агрегате несколько одноцилиндровых двигателей в единую конструкцию, получая, таким образом, многоцилиндровый двигатель с единым (общим) коленчатым валом.
При этом такты рабочих циклов в разных цилиндрах не совпадают во времени и протекают по строго определенному порядку. Преимущества такой конструкции очевидны – вращение коленчатого вала становится более равномерным, при этом, чем больше цилиндров объединяет конструкция, тем равномернее будет вращение коленчатого вала многоцилиндрового двигателя. Число цилиндров в двигателе определяется рабочим объемом, требуемой мощностью и характером работы двигателя.

преимущества и недостатки многоцилиндровых двигателей

На современных автомобилях чаще всего используют четырех-, шести-, восьми- и двенадцатицилиндровые двигатели.

Цилиндры в многоцилиндровом двигателе могут располагаться следующим образом:

  • вертикально или горизонтально в один ряд – однорядные двигатели (рис. 1,а);
  • под некоторым углом к вертикали (рис. 1,б);
  • в два ряда под углом к вертикали – V-образные двигатели (рис. 1,в);
  • горизонтально с углом развала 180˚ - оппозитные двигатели (рис. 1,г).

Кроме описанных конструкций двигателей по расположению цилиндров могут применяться и другие, например, звездообразные или крестообразные, но в автомобильной промышленности такие решения распространения не получили.

***



У каждой из перечисленных конструкций есть достоинства и недостатки, позволяющие применять их для оборудования автомобилей того или иного типа.
Например, V-образные двигатели имеют высокую жесткость конструкции и меньшую габаритную длину, чем рядные одинаковой мощности. Но при этом они шире и сложнее (а значит – и дороже) в изготовлении.
Основное достоинство оппозитных двигателей – малая габаритная высота, что позволяет удобно располагать их, например, под полом автобуса.

***

Преимущества и недостатки многоцилиндровых двигателей

Применение в качестве силовой установки автомобиля многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания имеет и положительные, и отрицательные стороны.

Достоинства многоцилиндровых двигателей:
  • Относительно высокая равномерность работы и уравновешенность масс КШМ;
  • Улучшенное охлаждение двигателя;
  • Возможность некоторого повышения степени сжатия благодаря уменьшению объема одного цилиндра;
  • Меньше масса подвижных деталей, что уменьшает инерционные нагрузки и повышает ресурс двигателя;
  • Благодаря уменьшению массы подвижных деталей и повышению равномерности работы двигателя появляется возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала, а, следовательно, и мощность двигателя;
  • Меньшая металлоемкость двигателя в целом. Так, например, масса двенадцатицилиндрового двигателя примерно на 40 % меньше, чем масса четырехцилиндрового двигателя аналогичной мощности.
Недостатки многоцилиндрового двигателя:
  • Сложная конструкция и большое количество деталей;
  • Низкая жесткость коленчатого вала и склонность к крутильным колебаниям;
  • Увеличение габаритной длины двигателя;
  • Повышенные тепловые потери (в охлаждающую среду) и, как следствие, снижение КПД.

Кроме отмеченных недостатков можно отметить некоторое ухудшение качества смесеобразования и снижение пусковых характеристик многоцилиндровых дизелей.

***

Особенности работы многоцилиндровых двигателей