Пролог
Намечая тему для этой заметки, решил проверить свои записи и наткнулся на эту статью трехлетней давности, что "пылилась" в архиве моей группы ВКонтакте. Приятного чтения.
Влияние угла развала блока цилиндров в V-образных двигателях на конструкцию гоночных автомобилей и прочие аспекты.
V-образная схема двигателя - схема расположения цилиндров поршневого двигателя внутреннего сгорания, при которой цилиндры размещаются друг напротив друга под углом от 10° до 180 в форме латинской буквы «V». В настоящее время на гоночных и дорожных автомобилях можно встретить моторы, в которых V-образно расположены 2,4,6,8,10,12 или 16 цилиндров. V-образные двигатели имеют следующие преимущества перед рядными: меньшие габаритные размеры по длине и высоте, большая жесткость коленчатого вала и блока цилиндров, большие возможности форсировки по частоте вращения коленчатого вала, особенно в сочетании с короткоходностью, более благоприятная форма впускного трубопровода, обуславливающая более равномерное распределение смеси по цилиндрам.
Угол развала - угол между плоскостями, проходящими через оси цилиндров левого и правого ряда ДВС. Для сокращения габаритной высоты или ширины блока, понижения центра тяжести, устранения вибраций во время работы которые также могут воздействовать на другие узлы и разрушать их, в V-образном моторе применяются углы развала от 10 до 160 градусов. В результате многочисленных испытаний конструкторы гоночных агрегатов выяснили, что наиболее приемлемыми вариантами размещения цилиндров являются углы в 45, 60, 65, 90 и 120 градусов.
На что влияет угол развала:
* Габаритная ширина и высота автомобиля: двигатель с углом развала 60 градусов имеет большую высоту, нежели агрегат с углом 90 или 120 градусов. Поэтому первый предпочтительнее устанавливать на машины класса GT (как это сделано на Ferrari 250 GTO) а второй на одноместные болиды с открытыми колесами (Формула 1, моторы Cosworth DFV), хотя данные рекомендации не являются истиной в последней инстанции. Тем не менее лобовая площадь двигателя должна быть по возможности меньше, так как при почти горизонтальном положении гонщика она в значительной степени определяет лобовую площадь автомобиля. Высота и ширина блока на прямую или косвенно влияют на расположение радиаторов системы охлаждения, радиаторов охлаждения наддувочного воздуха (интеркулеров), масляного бака системы смазки с сухим картером, выпускного тракта, турбонагнетатей а также на общую конструкцию шасси если оно создавалось под конкретный мотор. Данные аспекты можно отнести и к другому пункту, о котором будет сказано чуть позже.
* Вибронагруженность и сбалансированность:
Несмотря на явные конструктивные преимущества V-образных моторов, они имеют и свои недостатки. Речь – о несбалансированной конструкции некоторых V-образных агрегатов, например шестицилиндровых. Для того, чтобы сбалансировать такой двигатель, приходится устанавливать дополнительные противовесы на коленвал, что, соответственно, увеличивает массу агрегата . Более сбалансированными двигателями из этой категории считаются 4-х тактные 8-ми, 10-ти, 12-ти и 16-ти цилиндровые моторы. V12 имеют практически и идеальную балансировку в силу того, что представляют собой по сути два рядных шестицилиндровых мотора, объединенных общим коленчатым валом. А, как известно, именно шестицилиндровый рядный агрегат имеет самую уравновешенную конструкцию и наименее подвержен инерциями первого и второго порядка. Стоит отметить что на 2-х тактные 12-ти цилиндровые моторы сбалансированы полностью в следствии особенностей работы.
* Несбалансированность порождает вибрации, которые на дорожных автомобилях вызывают гул в салоне, а на гоночных болидах могут привести к разрушению частей мотора, электроники и даже шасси. Например команда Renault для сезона Формулы 1 2003 года разработала V-образный 10-ти цилиндровый мотор RS рабочим объемом 3 литра и углом развала блока 111 градусов. Преимущества такой компоновки заключались в низком центре тяжести и небольшой высоте блока, однако ужасающая несбалансированность приводила к разрушению деталей газораспределительного механизма и нарушению структурной прочности монокока. Тем временем соперники использовали проверенные схемы с 90 и 75-ти градусным развалом.
* Компоновка впускного и выпускного тракта, турбонагнеталей и другого оборудования:
На мощных высокооборотистых атмосферных 6-ти цилиндровых двигателях, которые применялись на автомобилях чемпионатов DTM и ITC начала 90 годов прошлого века , важным аспектом являлось наиболее полное наполнение цилиндров и мгновенный отвод выхлопных газов из камеры сгорания и моторного отсека (дабы уменьшить нагрев сопутствующих компонентов). В 1996 году инженеры Alfa-Romeo работая над новой версией 155 TI ITC понимали, что дальнейшее форсирование V6, который имел угол развала в 60 градусов, невозможна в следствии высокой вибронагруженности, а также отсутствия пространства для установки впускного коллектора с увеличенной пропускной способностью. Пытаясь повысить отдачу силового агрегата, специалисты установили 2 свечи на цилиндр для более полного воспламенения смеси при 12000 оборотах в минуту, ГРМ с пневматическим приводом клапанов и произвели ряд более мелких доработок. Полученных 470 лошадиных сил все еще было недостаточно для успешной конкуренции. Тогда было принято решение взять V-образный 6-ти цилиндровый мотор PRV (Peugeot-Renault-Volvo), с развалом блока в 90 градусов, и создать на его основе легендарный 690RC, развивавший колоссальные 490 л.с при 11800 об/мин и крутящий 317 Нм при 9400 об/мин. Новое сердце также было легче на на 10 кг - всего 96 - и работало намного ровнее при максимально допустимых регламентом 12 000 об/мин. Это наглядный пример того, как угол развала может существенно снизить эффективность и надежность мотора а также влиять на другие показатели.
Перед Вами список углов развала блока, которые применялись и продолжают применяться на тех или иных гоночных двигателях (угол/марка): 11.2 (Lancia), 45 (Mercedes-Benz), 65 (Ferrari), 67 (Renault), 70 (Fiat), 72 (Judd), 75 (Ford), 80 (Honda), 82 (мотор Imor-Mercedes 500I), 90 (Dodge,Chevrolet, Ford, Aston-Martin, General-Motors и т.д.), 120 (Ferrari), 135 (BRM)
P/S. Текст авторский - моя статья для моей же группы "Энциклопедия гоночных автомобилей | Race cars" Вконтакте.
Жду ваших комментариев. Если заметка понравиться, то буду писать и о других моторах, автомобильных гоночных и авиационных - там есть, что рассказать ) Благодарю за внимание. Все права на фото принадлежат их обладателям.
