1.28. Багатоциліндрові двигуни, їх компонування і робота

Для транспортних засобів потрібні двигуни самої різної потужності – від кількох десятків до тисячі і більше кіловат. Єдиний шлях для отримання такої великої потужності – це збільшення робочого об’єму двигуна. Його можна здійснювати двома шляхами:

а) збільшенням геометричних розмірів циліндрів. Але при цьому інтенсивно (прямо пропорційно кубу лінійних розмірів циліндрів) зростають маси поршня і шатуна і їх сили інерції. Це спонукає зменшувати швидкість обертання колінчастого вала у такій же мірі, у якій зростають розміри циліндрів. Внаслідок цього зростання потужності двигунів, отримане даним шляхом, істотно відстає від зростання робочого об’єму і маси двигуна. Наприклад, якщо лінійні розміри циліндра збільшити у l разів, то його робочий об’єм і маса зростуть у l³ разів, але потужність (через необхідне зменшення швидкості обертання колінчастого валу) – лише у l² разів, тобто відстане від збільшення робочого об’єму і маси у l разів.

Через це у двигунах легкових автомобілів робочий об’єм окремих циліндрів не перевищує 0,5 л, а у двигунах вантажівок і тракторів – 1,5 л;

б) збільшенням кількості циліндрів. У такому випадку немає потреби зменшувати швидкість обертання колінчастого валу, внаслідок чого потужність зростає точно у такому ж розмірі, у якому збільшується робочий об’єм і маса двигуна.

Внаслідок цього у всіх сучасних автомобілях і тракторах застосовуються багатоциліндрові двигуни, у яких кількість циліндрів знаходиться у межах від двох до дванадцяти – табл. 4.1.

Табл. 4.1. Кількість циліндрів у двигунах деяких автомобілів і тракторів

Кількість циліндрів	Модель автомобіля	Модель трактора
2	ВАЗ-11113 Ока, Tata Nano	Т-25А, ХТЗ-2511
3	Daewoo Matiz, Citroen C1, Smart ForTwo, Suzuki Splash
4	Daewoo Lanos, Seat, а також всі автомобілі Москвич, ВАЗ, Волга тощо	МТЗ, ЮМЗ, Т-70С, ДТ-75М
5	Ряд моделей Audi, Volkswagen, Volvo
6	МАЗ, Chevrolet Captiva 3,2, ряд моделей BMW тощо	Т-150К-09, ХТЗ-17221
8	ГАЗ-53А, ЗиЛ-130, КамАЗ, МАЗ	К-744
10	Audi RS6, Volkswagen Faeton тощо
12	БелАЗ, Mercedes Benz 600, BMW 760 тощо	К-701

Розташування циліндрів двигунів може бути самим різним.

• рядне, його інколи позначають буквою R (рис. а);

•  рядне з деяким нахилом циліндрів убік (рис. б). Воно дозволяє дещо зменшити висоту моторного відсіку. Застосовується на рядних двигунах BMW, Москвич-412 тощо;

•  горизонтальне розміщення (рис. в). Воно дозволяє понизити центр мас машини (що покращує її стійкість проти перекидання), висоту моторого відсіку і навіть розташувати двигун під днищем (угорські автобуси Ikarus);

• опозитне (рис. г). Такі двигуни теж дозволяють понизити центр мас машини і висоту моторного відсіку. Вони широко застосовуються фірмами Subaru та Porsche;

•  V – подібне (рис. д). При такому розташуванні циліндрів на одну шатунну шийку встановлюють обидва шатуна. Такі двигуни мають майже удвічі меншу довжину, ніж рядні двигуни при тій же кількості циліндрів;

• VR – подібне (є). Це V – подібне розташування з дуже малим кутом розвалу циліндрів . Воно теж дозволяє зменшити довжину двигуна. 5-циліндровий двигун автомобіля Volkswagen Bora з таким розташуванням має практично ту ж довжину, що і 4-циліндровий;

W– подібне (ж, з). Воно являє собою ніби як поєднання кількох рядних двигунів, шатуни яких встановлено на один і той же колінчастий вал.

У багатоциліндрових автотракторних двигунах циліндри нумерують наступним чином:

•  у рядних двигунів – по порядку, починаючи від носка колінчастого валу. Носок – це продовження корінної шийки з того боку двигуна, де немає маховика (а продовження корінної шийки з того боку, де є маховик, називають хвостовиком);

•  у V – подібних і опозитних двигунах – спочатку по порядку, починаючи від носка колінчастого вала, нумеру-ються циліндри правого ряду, а потім у тій же послідовності – циліндри лівого ряду – див. рис. див. ри

У багатоциліндрових двигунах робочі процеси у різних циліндрах відбуваються не одночасно і не підряд, вони рівномірно розподілені між різними циліндрами. Наприклад, робочий хід у 4-циліндрових двигунах автомобілів ВАЗ чи Москвич відбувається у такій послідовності:

• при першому півоберті колінчастого валу – у першому циліндрі;

• при другому півоберті – у третьому циліндрі;

• при третьому півоберті – у четвертому циліндрі;

• при четвертому півоберті – у другому циліндрі.

Таким чином при кожному півоберті колінчастого вала у якомусь одному циліндрі відбувається робочий хід, причому поштовхи, які колінчастий вал сприймає від шатунів, рівномірно розподілені по довжині колінчастого валу.

Завдяки цьому двигун працює з найменшими вібраціями, а колінчастий вал працює найбільш довговічно.

Послідовність моментів запалювання паливно-повітряної суміші у циліндрах двигуна називають порядком роботи циліндрів. Порядок роботи 4-циліндрового двигуна записують у вигляді числа 1342, цифри якого вказують на послідовність циліндрів, у якій відбувається запалювання суміші.

Умови роботи двигуна не зміняться, якщо даний порядок роботи замінити на протилежний – 1243. Такий порядок роботи, зокрема, мають двигуни автомобілів Волга і УАЗ.

Двоциліндрові двигуни автомобіля ВАЗ-11113 Ока мають порядок роботи 1020. Це означає, що у другому і четвертому півобертах колінчастого валу робочий хід не відбувається у жодному циліндрі. Тобто робочі ходи відбуваються через кожен оберт колінчастого валу.

У той же час двоциліндрові двигуни тракторів Т-25А чи ХТЗ‑2511 мають порядок роботи циліндрів 1200. Це означає, що робочий хід у циліндрах цього двигуна відбувається у такій послідовності:

• при першому півоберті колінчастого валу – у першому циліндрі;

• при другому півоберті – у другому циліндрі;

• при третьому півоберті робочого ходу немає;

• при четвертому півоберті робочого ходу немає.

Таким чином, згадані двигуни працюють ніби як з паузою у один оберт колінчастого валу між робочими ходами другого і першого циліндрів. Для уникнення значного зменшення швидкості обертання колінчастого валу у цей період згадані двигуни обладнуються масивними маховиками.

П’ятициліндрові двигуни мають лише один порядок роботи циліндрів – 12453.

Шестициліндрові рядні двигуни мають чотири різні порядки роботи, найбільш поширеним з яких є порядок 153624.

Чотирициліндрові V-подібні двигуни мають порядок роботи 1324, а шестициліндрові V-подібні – два різних порядки.

Чотирициліндрові опозитні двигуни мають порядок роботи 1432.