Рядний двигун: види, будова, переваги і недоліки

Опубликованно 19.02.2019 02:57

Рядний ДВС – це один з найбільш простих моторів. Такими ці агрегати називають по причині того, що циліндри розташовані в ряд. Поршні при роботі мотора змушують обертатися один колінчастий вал. Рядний двигун став одним з перших, які встановлювати на автомобілі. Розроблені і побудовані вони були ще на зорі автомобілебудування. Як все починалося?

Предком сучасного рядного ДВС був одноциліндровий двигун. Придумав і побудував його Етьєн Ленуар ще в 1860 році. Прийнято вважати саме так, хоча спроби отримати патент на даний двигун були і ще до Ленуара. Але саме його розробка максимально схожа на ті конструкції, що сьогодні встановлені під капотами більшості бюджетних серійних легкових авто.

Мотор мав всього один циліндр, а потужність його була дорівнює величезним на той час 1,23 кінським силам. Для порівняння, сучасна «Ока» 1111 має два циліндра і потужність її від 30 до 53 кінських сил. Більше і потужніше

Ідея Ленуара виявилася геніальною. Багато інженери і винахідники витрачали роки і сили на те, щоб максимально удосконалити двигун (звичайно, на рівні, що існують на той момент технічних можливостей). Головний упор був зроблений на підвищення потужності.

Спочатку увагу концентрували на єдиному циліндрі – намагалися збільшити його розмір. Тоді всім здавалося, що збільшивши розмір, можна отримати велику потужність. І збільшення обсягу тоді було простіше всього. Але одним циліндром не обійшлося. Довелося сильно збільшити і інші деталі – шатун, поршень, блок.

Всі ті двигуни виходили дуже нестабільними, мали більшу масу. У процесі роботи такого мотора була величезна різниця в часі між тактами займання суміші. Буквально кожна деталь в такому агрегаті гриміла і тряслася, що змушувало інженерів думати над рішенням. І вони оснастили систему балансиром. Тупиковий шлях

Скоро всім стало зрозуміло, що дослідження зайшли в безвихідь. Двигун Ленуара не зміг нормально і коректно працювати, так як співвідношення потужності, маси і розмірів було жахливим. Потрібна була маса додаткової енергії, щоб знову збільшувати об'єм циліндра. Багато стали вважати ідею створення двигуна крахом. І люди досі б їздили на конях і возах, якщо б не одне технічне рішення.

Конструктори почали усвідомлювати, що можна обертати колінчастий вал не тільки одним поршнем, але і відразу декількома. Найпростішим виявилося виготовлення рядного двигуна – додали ще декілька циліндрів.

Перший чотирициліндровий агрегат світ зміг побачити в кінці XIX століття. Порівняти його потужність з сучасним двигуном не можна. Проте за ефективністю він був вище, ніж всі інші його попередники. Потужність вдалося збільшити завдяки підвищеному робочого об'єму, тобто шляхом додавання циліндрів. Досить швидко фахівці різних компаній змогли створити багатоциліндрові двигуни аж до 12-циліндрових монстрів. Принцип дії

Як діє ДВЗ? Не рахуючи того, що кожен двигун є різна кількість циліндрів, рядний двигун з шістьма або чотирма циліндрами працює однаково. Принцип грунтується на традиційних характеристики будь-яких ДВЗ.

Всі циліндри в блоці розташовуються в один ряд. Колінчастий вал, що приводиться в дію поршнями за рахунок енергії згоряння палива, єдиний для всіх деталей циліндропоршневої групи. Те ж саме стосується і ГБЦ. Вона єдина на всі циліндри. З усіх існуючих рядних двигунів можна виділити збалансовані і незбалансовані конструкції. Обидва варіанти розглянемо далі. Баланс

Він важливий з причини складної конструкції колінчастого вала. Необхідність в балансуванні залежить від числа циліндрів. Чим більше їх у конкретному ДВС, тим більшим повинен бути баланс.

Незбалансованим двигуном може бути лише та конструкція, де циліндрів не більше чотирьох. В іншому випадку в процесі роботи з'являться вібрації, сила яких здатна зруйнувати колінчастий вал. Навіть дешеві двигуни з шістьма циліндрами з балансиром будуть краще, ніж дорогі рядні четвірки без балансирних валів. Так, щоб поліпшити баланс, рядний двигун з чотирма поршнями іноді теж може вимагати встановлення заспокійливих валів. Розташування двигуна

Традиційні чотирициліндрові агрегати зазвичай монтуються під капотом автомобіля поздовжньо, або поперечно. А ось шестициліндровий агрегат можна встановити лише поздовжньо і більше (за винятком деяких моделей "Вольво" і авто "Шевроле Епіка").

Рядний ДВС, володіє несиметричною конструкцією щодо колінчастого вала, також має особливості. Часто вал зроблений з компенсуючими відливами – ці відливи повинні гасити силу інерції, що утворюється в результаті роботи поршневої системи.

Рядна шістка сьогодні вже має меншу популярність – всьому виною істотний витрата палива і великі габаритні розміри. Але навіть незважаючи на велику довжину блоку циліндрів, двигун відмінно збалансований. Переваги і недоліки агрегату

Крім кількох нюансів, рядні ДВС мають такі ж переваги й ті ж недоліки, що і більшість V-образних двигунів і двигунів інших конструкцій. Чотирициліндровий двигун найбільш поширений, є самим простим і надійним. Маса відносно легка, витрати на ремонт порівняно низькі. Єдиний недолік – відсутність в конструкції балансувальних валів. Це кращий ДВС для сучасних автомобілів навіть середнього класу. Існують і малолітражні рядні двигуни з меншою кількістю циліндрів. Як приклад – двоциліндрова економічна «СеАЗ Ока» 1111.

Шестициліндрові агрегати мають ідеальний баланс і тут недолік «четвірки» компенсується. Але за баланс доводиться платити розмірами. Тому, незважаючи на значно кращі порівняно з «четвіркою» характеристики, дані ДВС з рядним розташуванням циліндрів в двигуні менше поширені. Колінчастий вал має велику довжину, вартість виробництва досить висока, порівняно великі розміри.

Технічний межа

Зараз не XIX століття, але сучасні силові агрегати так само далекі від технічної досконалості. І тут не допоможуть навіть сучасні турбіни і високооктанове паливо. ККД ДВС складає близько 20%, а вся інша енергія витрачається на силу тертя, інерцію та детонацію. Лише п'ята частина бензину або дизеля піде на корисну роботу.

Вже виробили основні властивості моторів з найбільшою ефективністю. При цьому камери згоряння і поршнева група має значно менші обсяги і розміри. За рахунок компактних розмірів деталі мають меншу силу інерції – це знижує ймовірність пошкодження внаслідок детонації.

Особливості конструкції компактних поршнів вносять певні обмеження. При високому ступені компресії за рахунок невеликих розмірів зменшується передача тиску поршня на шатун. Якщо поршні мають більший діаметр, то неможливо одержати точну збалансовану роботу з-за величезної складності. Навіть сучасний мотор «БМВ» володіє цими недоліками, хоча він розроблявся німецькими інженерами. Висновок

На жаль, двигунобудування досягло свого технологічного межі. Навряд чи вчені зроблять серйозні технічні відкриття і доб'ються більшої ефективності від двигуна внутрішнього згоряння. Так що всі надії на те, що настане ера електромобілів. Автор: Афанасьєв Юрій 2 Грудня, 2018

Категория: Автомобили