Компоновочные схемы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Одной из основных характеристик, по которой классифицируют двигатели внутреннего сгорания (ДВС), является их компоновка. Определяет расположение двигателя в моторном отсеке, его габаритные размеры и ориентацию осей основных элементов (цилиндров и поршней). Выбор общей конструкции агрегата зависит от характеристик, которые он должен обеспечивать при эксплуатации. На сегодняшний день используется пять основных схем двигателей: рядный, V-образный, W-образный, оппозитный и двигатель ВР. Каждая из схем имеет свои преимущества, недостатки и область применения.

Особенности конструкции рядного двигателя

Наиболее распространенным типом двигателя внутреннего сгорания являются рядные конструкции. Они подразумевают расположение цилиндров с поршнями в один ряд, что обеспечивает их действие на общий коленчатый вал. Основными областями применения этого типа двигателя являются легковые автомобили, а также сельскохозяйственные и коммерческие автомобили. В качестве топлива может использоваться как бензин, так и дизельное топливо. Количество цилиндров в таком двигателе может быть до двенадцати, но обычно максимум шесть.

К преимуществам использования схем онлайн-дизайна можно отнести следующие особенности:

• простота конструкции;
• равномерный износ деталей;
• бюджетный;
• простота обслуживания;
• остаток средств.

Недостатками онлайн-юнитов являются:

• большие габаритные размеры, особенно для конструкций с большим количеством цилиндров;
• большой вес двигателя;
• коленчатый вал может подвергаться большим нагрузкам из-за увеличенной длины.

Что представляет собой V-образный двигатель

С увеличением количества цилиндров в двигателе рядная компоновка стала менее удобной, в связи с чем ее заменили V-образной компоновкой, предполагающей установку цилиндров с поршнями попарно, друг напротив друга, а при угол. Последний называется углом развала и может варьироваться от 10° до 120° между осями. Количество цилиндров в таких агрегатах от шести до двенадцати, но это всегда четное число. Многие автопроизводители, благодаря V-образной схеме конструкции, смогли поэкспериментировать с количеством цилиндров, увеличив их число до двадцати четырех, но в серийном производстве таких автомобилей пока нет.

В зависимости от угла наклона достигаются определенные характеристики двигателя. Так, например, малый угол позволяет совместить в двигателе преимущества рядных и V-образных двигателей.

Среди преимуществ V-образных моторов можно выделить:

• компактная конструкция;
• более длительный срок службы двигателя;
• эффективная и динамичная работа на различных скоростях.

Среди недостатков:

• конструкция такого агрегата более сложная, так как имеет две головки блока цилиндров;
• высокая стоимость изготовления;
• большие вибрации при работе;
• трудности баланса.

В чем отличия оппозитного двигателя

По сути, оппозитный двигатель является частным случаем V-образного.Принцип его работы основан на том, что угол развала цилиндров в таком двигателе составляет 180°. Другими словами, пары цилиндров с поршнями лежат в горизонтальной плоскости. Поскольку поршни при работе такого двигателя движутся навстречу друг другу, их называют «боксерами». Количество цилиндров в оппозитных двигателях может быть от двух до двенадцати, при этом наиболее популярны схемы четырех- и шестицилиндровые.

Разрез оппозитного двигателя

Преимуществом такой компоновки являются следующие особенности:

• повышенная устойчивость автомобиля, достигаемая за счет изменения центра тяжести;
• увеличенный срок службы за счет повышенной жесткости цилиндров;
• максимальная безопасность – при столкновении такой двигатель отключается, а не в салоне;
• сниженный уровень вибраций и шума при работе двигателя;
• снижение веса основных компонентов.

Недостатками системы являются:

• высокие затраты на обслуживание и ремонт;
• высокая стоимость изготовления мотора;
• повышенный расход смазочных материалов.

Как работает W-образный двигатель

W-двигатель

Принципиальным отличием W-образных двигателей является расположение цилиндров с поршнями в три или четыре ряда, воздействующих при этом на общий коленчатый вал. Угол наклона меньше 90°. В некоторых моделях W-образных двигателей предусмотрено расположение цилиндров в шахматном порядке, при этом каждая секция имеет свою головку блока цилиндров. Такие компоновочные схемы используются не только в автомобильных двигателях, но и в авиации.

Помимо V-образного двигателя такой двигатель может иметь до двенадцати цилиндров. Однако его главным преимуществом является еще более компактная конструкция. Основным недостатком Ш-образной схемы является необходимость изготовления коленчатого вала сложной формы, а также применение многоуровневой системы охлаждения, что значительно удорожает изготовление двигателя.

Устройство и достоинства VR-двигателя

Рядный офсетный, или ВР-двигатель, представляет собой сочетание рядного и V-образного двигателя.Угол наклона у такого двигателя очень мал — 15°, а цилиндры с поршнями расположены в шахматном порядке. В отличие от классического V-образного двигателя эта схема обеспечивала максимальную компактность, что позволяло использовать общую ГБЦ для обоих рядов.

Несмотря на такое преимущество, как компактность, основным недостатком данной конструкции была высокая вибрационная нагрузка. Сегодня этот тип двигателя практически не используется.

В последние годы конструктивные схемы поршневых двигателей практически не изменились. Это связано с тем, что нет необходимости увеличивать количество цилиндров, так как прирост мощности у большинства современных автомобилей обеспечивается, например, за счет турбонаддува. Однако главной задачей при разработке новых конструкций и схем остается повышение компактности и снижение веса.