Плюсы и минусы у различных типов двигателей: обзор

Каждый тип ДВС хорош по-своему, хотя идеала нет

Самые распространенные типы двигателей внутреннего сгорания в мире – это четырехцилиндровый рядный, четырехцилиндровый оппозитный, рядный шестицилиндровый, V6 и V8 – имеют свои плюсы и минусы. Вот все, что вам нужно знать о них, в одной удобной подборке...

Смотрите также: Двигатели, в которых могут загнуться клапаны: зачем они нужны

Какой мотор сделает больше мощности: 4,0-литровый V6 или 4,0-литровый V8? Ответ не так прост и очевиден. При обсуждении различных двигателей их тип не является наиболее серьезным фактором, влияющим на то, сколько энергии они произведут. Приложите к созданию инженерную изобретательность, и ваш четырехцилиндровый двигатель сможет получить столько же мощности, сколько среднестатистический V12. Так что же заставляет производителей выбирать различные компоновки двигателей? Вот преимущества и недостатки каждого из вариантов движков.

Рядные четырехцилиндровые силовые агрегаты

Начнем с одного из самых распространенных двигателей – рядного четырехцилиндрового. Есть причина, по которой он так распространен. В основном потому, что это так просто: один блок цилиндров, одна головка цилиндров и один клапанный механизм. Вот все, что вам нужно о нем знать:

Преимущества:

Четырехцилиндровый рядный двигатель негабаритен и компактен, значит, его легко расположить под капотом практически любого автомобиля;

Он также немного весит сам по себе, а за счет того, что на этот тип мотора ставится всего лишь один выпускной коллектор, вес дополнительно уменьшается;

Поскольку у него только одна головка цилиндров, это означает наличие меньшего количества движимых частей по сравнению с моторами с развалом. Это означает меньшие энергопотери и уменьшает вероятность неисправностей;

Двигатель хорошо сбалансирован, поскольку два внешних поршня движутся в противоположном направлении от внутренних двух поршней (см. рисунок выше);

Четырехцилиндровые двигатели просты в обслуживании и починке. Головка блока – это высшая точка, которая делает доступ к свечам и приводу клапанов незатруднительным;

Четырехцилиндровые двигатели требуют менее высоких производственных затрат.

Минусы:

Несмотря на то что первичные силы сбалансированы идеально, этого нельзя сказать о так называемых вторичных силах, действующих на работу мотора, что в конечном счете ограничивает размеры двигателя;

Рядные четверки редко превышают объем 2,5 литра;

В больших по объему четырехцилиндровых двигателях возникает необходимость балансировки валов для снижения уровня вибрации из-за тех самых вторичных сил;

Высокий центр тяжести по сравнению с некоторыми компоновками оппозитных H4;

Не такие «неубиваемые», как некоторые версии V6 и V8.

Вот краткое видео, объясняющее принцип работы четырехцилиндрового двигателя:

Горизонтально-оппозитный

С точки зрения производительности существует не так много вариантов, столь же привлекательных, как двигатель с горизонтально уложенными противоположно расположенными цилиндрами. Оппозитный силовой агрегат не столь частый гость под капотом автомобилей, но с технической точки зрения это логичный выбор для вашего гоночного автомобиля.

Преимущества:

Первичные и вторичные силы хорошо сбалансированы. Это плавный в работе двигатель;

Баланс позволяет снизить вес коленчатого вала, что уменьшает инерционные потери от вращения;

Низкий центр тяжести обеспечивает лучшую управляемость автомобиля.

Минусы:

Размер: это очень широкие двигатели;

Оппозитные двигатели когда-то использовались в Формуле 1 именно из-за своих преимуществ в производительности, но ввиду их большой ширины они препятствовали работе с воздушным потоком вокруг кузова болида и с тех пор больше не используются;

Сложность: две головки цилиндров системы привода клапанов;

Во время работы наблюдается дисбаланс в плоскости из-за смещения поршней по отношению к коленчатому валу;

Обслуживание может быть сложным, если под капотом теснота.

Рядный шестицилиндровый

Объект привязанности инженеров, рядная шестерка является результатом прикрепления двух дополнительных цилиндров к рядному четырехцилиндровому двигателю. BMW любит их, Toyota частенько использовала такие двигатели тоже, сделав один из самых известных своих моторов – 2JZ. Так что такого особенного в этой шестерке?

Преимущества:

Рядная шестерка изначально сбалансирована;

Компоновка в сочетании с порядком воспламенения смеси в цилиндрах создает практически самый «гладкий» в работе мотор. В плане уменьшения вибраций круче могут быть только V12 и оппозитные 12-цилиндровые моторы, которые являются следующим шагом в эволюции, так как они представляют собой сдвоенные шестицилиндровые моторы, соединенные вместе;

Но по сравнению с «V»-образными компоновками производственные затраты на один блок со всеми цилиндрами в одной плоскости весомо снижаются;

Простой дизайн, легко работать с двигателем и чинить его. Также как с рядным четырехцилиндровым мотором.

Минусы:

Капот должен соответствовать длине силового агрегата, автомобиль должен быть средних размеров;

Не идеальное решение для переднеприводных автомобилей;

Высокий центр тяжести, особенно в сравнении с оппозитными моторами;

Конструкция не настолько жесткая, как «V»-образные двигатели, так как мотор – длинный и достаточно узкий.

Вот краткое видеообъяснение принципа работы шестицилиндрового мотора:

V6

Теперь разрежьте эту прямую «шестерку» пополам и соедините два блока цилиндров общим коленвалом. Думаете, инженеры здесь перемудрили? Зачем делать «V»-образник, если уже есть отличный рядный силовой агрегат? Ну, для автомобилей Формулы 1 он подходит, значит, у него есть свои преимущества.

Преимущества:

Они компактны и могут легко использоваться как для переднеприводных, так и для заднеприводных автомобилей;

Компоновка позволяет сделать более объемные версии, чем есть у четырехцилиндровых двигателей, что типично означает больше мощности;

Это жесткая конструкция во всех смыслах;

Формула 1 решила использовать V6, а не рядные четырехцилиндровые моторы в сезоне 2014 года, потому что они хотели интегрировать двигатель в качестве дополнительного ребра жесткости в конструкции автомобиля.

Минусы:

2 головки цилиндров означают добавление к стоимости, сложности и весу;

Дополнительные инерция и трение (больше движимых частей);

Высокий центр тяжести против плоских оппозитных двигателей;

Стоимость часто больше, чем у рядных четырехцилиндровых движков;

Дисбаланс требует дополнительного веса на противовесах коленчатого вала, разгружая коренные подшипники от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс;

Два выпускных коллектора также означают дополнительный вес.

V8

Когда вы добавляете цилиндр на каждую из сторон блоков V6, вы получаете сердце американского масклкара… – V8. Он может издавать утонченное утробное ворчание, но так ли он хорош в реальности? Вот его главные плюсы и минусы.

Преимущества:

Размеры (короткий по длине);

Хороший баланс, в зависимости от типа коленчатого вала и порядка воспламенения горючей смеси (flatplane vs crossplane);

Жесткая конструкция;

Позволяет сделать моторы с большими объемами.

Минусы:

Как и V6, вес двигателя V8 может быть достаточно высоким, и он явно будет весить больше шестицилиндрового движка;

Дополнительные инерция и трение (больше движимых частей);

Стоимость и сложность будут выше;

Более высокий центр тяжести против оппозитного;

Большие размеры, как правило, ограничивают использование двигателя в транспортных средствах компоновкой привода RWD/AWD. Переднеприводные варианты есть, но очень редки.